Акустоэлектрические преобразователи. Принципы работы. Особенности конструкции и использования

Российский  государственный  социальный университет

Факультет Информационных технологий

Кафедра Защиты Информации 

Дисциплина: «Инженерно-техническая  защита информации» 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

Тема:  

«Акустоэлектрические преобразователи. Принципы работы. Особенности конструкции и использования» 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                                                               Проверил:

  студент группы КЗИ-Д-4                                                        преподаватель

Д.С. Новикова                                                                        М.Н. Мальцев 
 
 
 

Москва, 2011г.

 

Содержание

 

Введение

 

      Человеческая  речь является естественным и наиболее распространенным способом обмена информацией  между людьми, и попытки перехвата (подслушивание) этой информации ведутся с древнейших времен до настоящего времени. Определенный интерес в получении речевой информации вызван рядом специфических особенностей, присущих такой информации:

      конфиденциальность - устно делаются такие сообщения и отдаются такие распоряжения, которые не могут быть доверены никакому носителю;

      оперативность - информация может быть перехвачена в момент ее озвучивания;

      документальность - перехваченная речевая информация (речь, не прошедшая никакой обработки) является по существу документом с личной подписью того человека, который озвучил сообщение, так как современные методы анализа речи позволяют однозначно идентифицировать его личность;

      виртуальность - по речи человека можно сделать заключение о его эмоциональном состоянии, личном отношении к сообщению и т.п.

      Эти особенности речевых сообщений  вызывают заинтересованность у конкурентов  или злоумышленников в получении  подобной информации. И, учитывая особенности расположения большинства офисов коммерческих предприятий и фирм в жилых домах, разъединенных с неизвестными соседями сбоку, сверху и снизу несущими конструкциями с недостаточной акустической защитой, задача защиты конфиденциальных переговоров становится особо актуальной и достаточно сложной.

      Защита  акустической информации является довольно дорогим и сложным мероприятием, поэтому на практике в учреждениях и фирмах целесообразно иметь специально выделенные места с гарантированной (по заданной категории) защитой акустической информации - так называемые защищаемые (выделенные) помещения.

      Полнота защиты подобных помещений зависит как от их акустической защищенности по воздушной и структурной (вибрационной) акустической волне, так и от защищенности расположенных в помещении устройств и их элементов от утечки за счет акустопреобразовательного эффекта, побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН), а также от организованных каналов утечки информации.

      Поэтому, оценивая возможности такого помещения, целесообразно рассмотреть как  его акустическую защищенность (несущие  конструкции, пол, потолок, вентиляционные короба, двери, окна, трубы отопления и т.п.), так и предусмотреть возможность использования злоумышленником элементов аппаратуры, обладающих акустопреобразовательным эффектом - звонковые цепи телефонных аппаратов, вторичные часы, динамики сетей трансляции, некоторые извещатели систем охранной и пожарной сигнализации и т.п.

 

Акустоэлектрические преобразователи  и их виды

 

      Каналы  утечки информации, возникающие за счет наличия преобразовательных акустоэлектрических  элементов в цепях различных  технических устройств, находящихся в выделенном помещении, опасны тем что они сопутствуют работе этих устройств в их нормальных режимах работы и злоумышленник может воспользоваться ими без проникновения в помещение (или охраняемую зону), без установки специальных подслушивающих устройств.

      Хорошо  известны способы получения информации об акустике помещения за счет подсоединения  к линиям телефонных аппаратов(особенно в случаях, когда в помещении  расположены аппараты с электромеханическими вызывными звонками), линиями диспетчерской или охранной сигнализации и т.п.

      Подобные  каналы утечки информации могут возникнуть на основе так называемых акустоэлектрических  преобразователей.

      Акустоэлектрический преобразователь - это устройство, преобразующее акустическую энергию (т. е энергию упругих волн в воздушной среде) в электромагнитную энергию в схемах тех устройств, в которых находятся акустоэлектрические преобразователи(или наоборот, энергию электромагнитных волн в акустическую). Из окружающих нас устройств наиболее известны такие электроакустические преобразователи как системы звукового вещания, телефоны, из акустоэлектрических - микрофоны. Следует учитывать, что в большинстве электроакустических преобразователей имеет место двойное преобразование энергии - электромеханическое, в результате которого электрическая энергия, подводимая к преобразователю переходит в энергию колебаний механической системы (например, диффузор динамика), колебание которой и создает в среде звуковое поле.

      Наиболее  распространенные акустоэлектрические преобразователи линейны, т.е. удовлетворяют требованиям неискаженной передачи сигнала и обратимы, т.е. могут работать и как излучатель и как приемник и подчиняются принципу взаимности. В большинстве случаев при электроакустическом преобразовании преобладает преобразование в механическую энергию либо электрического, либо магнитного полей (и обратно - преобразования акустической энергии в электрическую, либо магнитную). В соответствии с этим обратимые акустоэлектрические преобразователи могут быть представлены следующими группами:

      1. Индуктивные генераторные

      E= n (∆Ф/∆t)

      E – ЭДС сигнала

      n – число витков

      Ф – магнитный поток

      1.1 Электромагнитные 

        

      k - параметр, характеризующий магнитные свойства цепи

      p - акустическое давление

      s - площадь якоря

      a - зазор между сердечником и якорем

      1.2 Магнитострикционные 

      

      G – магнитострикционный модуль

      E=p*G*n

      1.3 Электродинамические 

        

      Ф=f*(V) магнитный поток изменяется за счет перемещения проводников

      Е= B* [L*V], если B┴L┴V, то Е= B*L*V

      B - индукция магнитного поля

      L – длина проводника

      V – скорость перемещения проводника под действием давления р

      2. Емкостные генераторные пьезоэлектрические 

      

      d – пьезомодуль

      c – емкость

      Е=d*(p/c)  

      2.1 Емкостные параметрические конденсаторы

      

      J=U0*(∆C/∆t)

      C=f*(p)  

      а) электродинамических преобразователей, действие которых основано на электродинамическом эффекте. электродинамическими называют индукционные системы, электрический контур которых перемещается в магнитном поле, порожденном внешним по отношению к контуру источником МДС(таким источником может служить электромагнит или постоянный магнит, входящий в состав магнитной цепи системы). Величина ЭДС перемещения, наводимая в электродинамических системах при перемещении контура (провода).

      б) электромагнитных преобразователей

      У этих систем, в отличии от электродинамических, электрическая часть является неподвижным контуром. Так же, как у электродинамических систем, внешним источником МДС могут служить электромагнит или постоянный магнит, входящий в состав магнитной цепи системы.

      Действие  подобных преобразователей основано на колебании ферромагнитного сердечника в переменном магнитном поле или изменении магнитного потока при движении сердечника.

      в) электростатических, действие которых основано на изменении силы притяжения обкладок конденсатора при изменении напряжения на нем и на изменении положения обкладок конденсатора относительно друг друга под действием, например, акустических волн.

      г) пьезоэлектрические основаны на прямом и обратном пьезоэлектрическом эффекте. К пьезоэлектрическим относятся кристаллические вещества и специальные керамики, в которых при сжатии и растяжении в определенных направлениях возникает электрическое напряжение. Это так называемый прямой пьезоэффект, при обратном пьезоэффекте появляются механические деформации под действием электрического поля.

      д) магнитострикционные(механнострикционные) преобразователи использующие прямой и обратный эффект магнитострикции.

      Магнитострикция - изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании - вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле, и, как следствие, расстояний между узлами решетки. Наибольших значений магнитострикция достигает в ферро - и ферритомагнетиках, в которых взаимодействие частиц особенно велико.

      В магнитострикционном преобразователе используется линейная магнитострикция ферромагнетиков в области технического намагничивания. Магнитострикционный преобразователь представляет собой сердечник из магнитострикционных материалов с нанесенной на него обмоткой (такие конструкции используются в фильтрах, резонаторах и других устройствах акустоэлектроники). В подобном преобразователе энергия переменного магнитного поля, создаваемого в сердечнике протекающем по обмотке переменным электрическим током, преобразуется в энергию механических колебаний сердечника или наоборот, энергия механических колебаний, наведенная, например, акустическим сигналом, воздействующим на сердечник преобразуется в энергию магнитного поля наводящего переменную ЭДС в обмотке.

      е) к особому классу акустоэлектрических преобразователей относятся необратимые приемники звука, принцип действия которых основан на применении электрического сопротивления чувствительного элемента под действием звукового давления. Например, угольный микрофон или полупроводниковые приемники, в которых используется так называемый тензорезистивный эффект - зависимость сопротивления полупроводниковых приборов от механических напряжений.

      Таким образом, наряду со специально созданными для преобразования акустических сигналов в электрические так называемых приемников звука (например, в воздухе - микрофоны, в воде - гидрофоны, в грунте - геофоны) существуют "паразитные", не предусмотренные идеей прибора акустоэлектрические преобразователи. Проявление акустопреобразовательных каналов утечки информации в большинстве случаев не связано с качеством исполнения механизма прибора, а является сопутствующим его деятельности по предназначению, т.е. их подавление в ряде случаев не может быть проведено путем более качественного исполнения или настройки механизмов. В ряде случаев они возникают за счет взаимности действия элемента, заложенного в его конструкцию (динамики), в других случаях за счет некачественности исполнения элементов (рыхлая намотка индуктивностей, изменение расстояния между обкладками конденсатора под действием механических волн) и т.п.;

      По  своей природе электроакустические  преобразователи часто сравнивают с микрофонным эффектом.

      Микрофонный эффект - появление в цепях радиоэлектронной аппаратуры посторонних (паразитных) электрических сигналов, обусловленных механическими воздействиями (звуком, сотрясениями, вибрациями и т.п.). Свое название микрофонный эффект получил по аналогии с соответствующими процессами, происходящими в микрофоне. Наиболее сильно микрофонный эффект проявляется при работе электронных приборов (в усилителях электрических колебаний звуковых частот, супергетеродинных приемниках и т.п.

      Микрофоны:

      Для перехвата акустической воздушной волны наиболее широко используются микрофоны.

      Микрофон - устройство преобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические сигналы.

      Микрофоны могут быть классифицированы по различным признакам:

      • по принципу преобразования акустических (звуковых волн) в электрические;