Материал: MSZI_2003
Физические
преобразователи
151
•
НАМ
органного
типа
(
большие
мобильные
или
стационарные
установки
,
в
частно
-
сти
,
применяемые
в
пограничных
войсках
для
прослушивания
акустических
сигналов
с
сопредельной
территории
и
др
.),
позволяет
осуществлять
прослушивание
до
1000
м
.
•
Плоские
НАМ
,
использующие
в
качестве
антенной
системы
фазированную
антенную
решетку
(
ФАР
),
обычно
маскируются
под
кейс
,
в
крышку
которого
монтируется
ФАР
.
Акустическая
разведка
методом
пассивного
перехвата
основана
на
перехвате
акусти
-
ческой
волны
направленными
микрофонами
.
Акустические
методы
перехвата
—
облучение
колеблющихся
предметов
в
УФ
и
ИК
диапазонах
,
оптическим
лазерным
стетоскопом
.
Используется
также
облучение
радио
-
лучом
,
но
при
этом
устойчивый
прием
информации
возможен
на
расстоянии
300–400
м
.
Ультразвуковой
съем
информации
возможен
во
всех
направлениях
из
-
за
широкой
диа
-
граммы
направленности
антенной
системы
и
на
расстоянии
300
м
.
Контактные
методы
—
это
закладные
устройства
:
•
радиомикрофоны
непрерывного
действия
;
•
радиомикрофоны
с
выключением
питания
;
•
радиомикрофоны
с
управлением
по
радио
;
•
радиомикрофоны
с
дистанционным
питанием
;
•
стетоскопы
.
Осуществляется
съем
речевой
информации
по
следующим
цепям
:
•
звонковая
цепь
;
•
реле
;
•
съем
информации
с
измерительной
головки
вольтметров
и
амперметров
;
•
система
радиотрансляции
;
•
система
электрочасофикации
;
•
система
пожарной
и
охранной
сигнализации
.
Физические
преобразователи
В
любых
технических
средствах
существуют
те
или
иные
физические
преобразовате
-
ли
,
выполняющие
соответствующие
им
функции
,
которые
основаны
на
определенном
физическом
принципе
действия
.
Хорошее
знание
всех
типов
преобразователей
позволя
-
ет
решать
задачу
определения
наличия
возможных
неконтролируемых
проявлений
фи
-
зических
полей
,
образующих
каналы
утечки
информации
.
Характеристики
физических
преобразователей
Преобразователем
является
прибор
,
который
трансформирует
изменение
одной
фи
-
зической
величины
в
изменения
другой
.
В
терминах
электроники
преобразователь
обычно
определяется
как
прибор
,
превращающий
неэлектрическую
величину
в
электри
-
ческий
сигнал
или
наоборот
(
рис
. 6.11).
152
Глава
6.
Классификация
акустических
каналов
утечки
информации
Рис
. 6.11.
Схема
работы
преобразователя
Каждый
преобразователь
действует
по
определенным
физическим
принципам
и
об
-
разует
присущий
этим
принципам
передающий
канал
—
т
.
е
.
канал
утечки
информации
.
Функции
приборов
и
электронных
устройств
можно
разделить
на
два
основных
вида
—
обработка
электрических
сигналов
и
преобразование
какого
-
либо
внешнего
физиче
-
ского
воздействия
в
электрические
сигналы
.
Во
втором
случае
основную
роль
выполня
-
ют
датчики
и
преобразователи
.
Многообразные
эффекты
внешнего
мира
не
ограничиваются
в
своих
проявлениях
лишь
электрическими
сигналами
.
Многочисленны
различные
физические
явления
(
звук
,
свет
,
давление
и
т
.
д
.) —
их
можно
насчитать
не
менее
нескольких
десятков
.
Для
преоб
-
разования
информации
о
физических
явлениях
в
форму
электрического
сигнала
в
элек
-
тронных
системах
используются
чувствительные
элементы
—
датчики
.
Датчики
явля
-
ются
началом
любой
электронной
системы
,
играя
в
ней
роль
источников
электрического
сигнала
.
Существуют
два
вида
датчиков
:
•
специально
разработанные
для
создания
необходимого
электрического
сигнала
;
•
случайные
,
являющиеся
результатом
несовершенства
схемы
или
устройства
.
По
форме
преобразования
датчики
могут
быть
разделены
на
преобразователи
сигна
-
ла
и
преобразователи
энергии
.
На
преобразователь
воздействуют
определенные
силы
,
что
порождает
определенную
реакцию
.
Любой
преобразователь
характеризуется
определенными
параметрами
.
Наиболее
важными
из
них
являются
.
•
Чувствительность
.
Это
отношение
изменения
величины
выходного
сигнала
к
изме
-
нению
сигнала
на
его
входе
.
•
Разрешающая
способность
,
характеризующая
наибольшую
точность
,
с
которой
осуществляется
преобразование
.
Физические
преобразователи
153
•
Линейность
.
Характеризует
равномерность
изменения
выходного
сигнала
в
зависи
-
мости
от
изменения
входного
.
•
Инертность
,
или
время
отклика
,
которое
равно
времени
установления
выходного
сигнала
в
ответ
на
изменение
входного
сигнала
.
•
Полоса
частот
.
Эта
характеристика
показывает
,
на
каких
частотах
воздействия
на
входе
еще
воспринимаются
преобразователем
,
создавая
на
выходе
еще
допустимый
уровень
сигнала
.
По
физической
природе
преобразователи
делятся
на
многочисленные
группы
,
среди
которых
следует
отметить
фотоэлектрические
,
термоэлектрические
,
пьезоэлектрические
,
электромагнитные
и
акустоэлектрические
преобразователи
,
широко
использующиеся
в
современных
системах
связи
,
управления
и
обработки
информации
(
рис
. 6.12).
Рис
. 6.12.
Группы
первичных
преобразователей
Виды
акустоэлектрических
преобразователей
Акустическая
энергия
,
возникающая
во
время
звучания
речи
,
может
вызвать
механи
-
ческие
колебания
элементов
электронной
аппаратуры
,
что
в
свою
очередь
приводит
к
появлению
электромагнитного
излучения
или
его
изменению
при
определенных
обстоя
-
тельствах
.
Виды
акустоэлектрических
преобразователей
представлены
на
рис
. 6.13.
Наи
-
более
чувствительными
к
акустическим
воздействиям
элементами
радиоэлектронной
аппаратуры
являются
катушки
индуктивности
и
конденсаторы
переменной
емкости
.
Рис
. 6.13.
Виды
акустоэлектрических
преобразователей
Индуктивные
преобразователи
Если
в
поле
постоянного
магнита
поместить
катушку
индуктивности
(
рамку
)
и
при
-
вести
ее
во
вращение
с
помощью
,
например
,
воздушного
потока
(
рис
. 6.14),
то
на
ее
вы
-
ходе
появится
ЭДС
индукции
.
154
Глава
6.
Классификация
акустических
каналов
утечки
информации
Рис
. 6.14.
Вращение
рамки
в
магнитном
поле
приводит
к
генерации
ЭДС
Во
время
звучания
человеческой
речи
возникает
воздушный
поток
переменной
плот
-
ности
.
Раз
так
,
то
можно
ожидать
,
что
под
воздействием
воздушного
потока
речи
будет
вращаться
и
катушка
(
рамка
),
что
вызовет
пропорциональное
изменение
ЭДС
индукции
на
ее
концах
.
Так
можно
связать
акустическое
воздействие
на
проводник
в
магнитном
поле
с
возникающей
ЭДС
индукции
на
его
концах
.
Это
типичный
пример
группы
ин
-
дукционных
акустических
преобразователей
.
Представителем
этой
группы
является
,
на
-
пример
,
электродинамический
преобразователь
.
Рассмотрим
акустическое
воздействие
на
катушку
индуктивности
с
сердечником
(
рис
. 6.15).
Механизм
и
условия
возникновения
ЭДС
индукции
в
такой
катушке
сводятся
к
следующему
.
Рис
. 6.15.
Возникновение
ЭДС
на
катушке
индуктивности
•
Под
акустическим
давлением
Р
появляется
вибрация
корпуса
и
обмотки
катушки
.
•
Вибрация
вызывает
колебания
проводов
обмотки
в
магнитном
поле
,
что
и
приводит
к
появлению
ЭДС
индукции
на
концах
катушки
.
Эта
ЭДС
определяется
по
формуле
:
E =
d
dt (N
фс
+ N
фв
) =
d
dt B
0
⎣⎢
⎡
⎦⎥
⎤
S
с
(t)
μ
с
(t)
μ
0
(t)
cos
ϕ
с
(t) + S
0
(t) cos
ϕ
0
(t)
,
где
N
фс
—
магнитный
поток
,
замыкающийся
через
сердечник
;
N
фв
—
магнитный
по
-
ток
,
замыкающийся
через
обмотки
по
воздуху
;
B
0
—
вектор
магнитной
индукции
;
μ
с
(t)
—
магнитная
проницаемость
сердечника
;
μ
0
(t)
—
магнитная
постоянная
;
ϕ
с
(t)
—
угол
между
вектором
B
0
и
осью
сердечника
;
ϕ
0
(t)
—
угол
между
вектором
B
0
и
осью
ка
-
тушки
;
S
с
—
площадь
поперечного
сечения
сердечника
;
S
0
—
площадь
поперечного
сечения
катушки
.
Физические
преобразователи
155
Индуктивные
преобразователи
подразделяются
на
электромагнитные
,
электродина
-
мические
и
магнитострикционные
.
К
электромагнитным
преобразователям
относятся
такие
устройства
,
как
громкогово
-
рители
,
электрические
звонки
(
в
том
числе
и
вызывные
звонки
телефонных
аппаратов
),
элек
-
трорадиоизмерительные
приборы
.
Примером
непосредственного
использования
этого
эффекта
для
цепей
акустического
преобра
-
зования
является
электродинамический
микро
-
фон
(
рис
. 6.16).
ЭДС
на
выходе
катушки
опреде
-
ляется
по
формуле
:
E = –L
dI
dt
,
L = k 4
πμ
0
N
2
S
I
,
где
L
—
индуктивность
;
k
—
коэффициент
,
зависящий
от
соотношения
;
I
—
длина
на
-
мотки
катушки
;
d
—
диаметр
катушки
;
μ
0
—
магнитная
проницаемость
;
S
—
площадь
поперечного
сечения
катушки
;
N
—
количество
витков
катушки
.
Возникновение
ЭДС
на
входе
такого
преобразователя
принято
называть
микрофон
-
ным
эффектом
.
Можно
утверждать
,
что
микрофонный
эффект
способен
проявляться
как
в
электродинамической
,
так
и
в
электромагнитной
,
конденсаторной
и
других
конструк
-
циях
,
широко
используемых
в
микрофонах
самого
различного
назначения
и
использова
-
ния
.
Микрофонный
эффект
электромеханического
звонка
телефонного
аппарата
Электромеханический
вызывной
звонок
телефонного
аппарата
—
типичный
образец
индуктивного
акустоэлектрического
преобразователя
,
микрофонный
эффект
которого
проявляется
при
положенной
микротелефонной
трубке
.
ЭДС
микрофонного
эффекта
звонка
(
рис
. 6.17)
может
быть
определена
по
формуле
:
E
мэ
=
η
P
,
где
η
—
акустическая
чувствительность
звонка
,
P
—
акустическое
давление
.
η
=
VS
μ
0
NS
м
d
2
Z
м
,
где
V
—
магнитодвижущая
сила
постоянного
магнита
;
S
—
площадь
якоря
(
пластины
);
μ
0
—
магнитная
проницаемость
сердечника
;
N
—
количество
витков
катушки
;
S
м
—
площадь
полосного
наконечника
;
d
—
величина
зазора
;
Z
м
—
механическое
сопротив
-
ление
.
По
такому
же
принципу
(
принципу
электромеханического
вызывного
звонка
)
обра
-
зуется
микрофонный
эффект
и
в
отдельных
типах
электромеханических
реле
различного
назначения
и
даже
в
электрических
вызывных
звонках
бытового
назначения
.
Рис
. 6.16.
Возникновение
ЭДС
в
электродинамическом
микрофоне