Акустоэлектрические преобразователи. Принципы работы. Особенности конструкции и использования

      S’ - площадь полюсного наконечника со стороны зазора,

      S - площадь якоря,

      V - магнитодвижущая сила постоянного магнита,

      ω –число витков,

      a - величина зазора

      Eис=(Pис* V*S*μ0*ω*S’) /a2*Zм

      Примерами преобразователей электромагнитной системы являются электромагнитные капсюли, электрические звонки постоянного и переменного тока, электромагнитные реле.

      Следует обратить внимание на то, что и в  этом случае не представляется возможным  уменьшить коэффициент преобразования у подобных систем при сохранении требуемых рабочих параметров этих элементов.

      Электростатические  преобразователи

      Простейшим  преобразователем этой системы является электрический конденсатор, одна пластина которого подвижная, другая закреплена неподвижно.

      Коэффициент преобразования определяется соотношением: η=U0*S/ω*a*Zм

      U0 - напряжение приложенное к пластинам,

      S - площадь пластин,

      а - зазор между пластинами,

      Zм - механическое сопротивление системы,

      ω - частота воздействующего поля.

      Для получения эффекта преобразования на пластины необходимо подать напряжение. Примерами устройств действующих по этой системе являются пластины различных реле (если провода от них выходят за пределы контролируемой зоны), монтажные провода или электрические детали плат, расположенные вблизи металлического корпуса технического средства.

      Уменьшить коэффициент преобразования (и, соответственно величину опасного сигнала) возможно при уменьшении площади пластины конденсатора или увеличении механического сопротивления системы с помощью заливки (проводников, плат, схем и т.п.).

      Механострикционные  преобразователи:

      Механострикция - деформация, возникающая в ферро-, ферри- и антиферромагнитных материалах при наложении механических напряжений (например, звуковая волна), изменяющих магнитное состояние (намагниченность) образцов.

      В отсутствие внешнего магнитного поля механические напряжения вызывают в таком материале процессы смещения границ магнитных доменов и вращения векторов их самопроизвольной намагниченности, что приводит к дополнительному, по сравнению с упругим, изменению намагниченности. Возможность подобных каналов утечки информации основана на свойствах магнитных материалов изменять намагниченность под действием внешней силы. Если на сердечнике из магнитного материала разместить обмотку, то действие звукового поля на сердечник приведет к появлению в обмотке ЭДС опасного сигнала.

      Механострикционный  эффект свойственен электрическим  трансформаторам, дросселям, электромагнитным реле и другим элементам, в которых  витки расположены на магнитном  сердечнике.

      Чувствительность в системе (коэффициент акустоэлектрического преобразования) зависит от магнитострикционной чувствительности материала. Как показывает опыт, при изменении процентного содержания кремния в сплавах стали с никелем можно существенно уменьшить магнитострикционную составляющую чувствительности сплава.

      Можно в ряде случаев использовать комбинированную  систему уменьшения коэффициента преобразования за счет заливки трансформатора, находящегося в экране, вязким компаундом.

Акусторезистивные преобразователи

 

      Наиболее  известным акусторезистивным преобразователем является угольный микрофон, конструкция которого представляет собой металлическую коробку с угольным порошком. Сверху коробка закрыта тонкой пластиной - мембраной, сделанной из проводящего электрический ток материала. Пластинка изолирована от коробки и лежит прямо на порошке. Действие такого микрофона (преобразователя) основано на свойстве угольного порошка менять электрическое сопротивление в зависимости от давления. Звуковые волны речи заставляют мембрану колебаться и она сильнее или слабее сдавливает порошок, изменяя величину сопротивления столба порошка.

      В стандартном угольном микрофоне  это свойство используют для превращения  звуковых колебаний в электрические, для чего к микрофону подсоединяют электрическую батарею так, чтобы  ток проходил через угольный порошок.

      Сила  тока будет изменяться в зависимости  от сопротивления порошка (а последнее  зависит от силы акустического сигнала) и таким образом акустические волны превращаются в электрические колебания.

      Аналогичный резистивный эффект, связанный с изменением электрического сопротивления твердого проводника (полупроводника, металла), возникает в результате его деформации под механическим воздействием. Наиболее серьезно этот эффект проявляется в полупроводниках, где он связан с изменением энергетического спектра носителей заряда при деформации, с изменением ширины запрещенной зоны и энергией примерных уровней, с изменением эффективных масс носителей заряда и т.п.

      Вольтамперная характеристика полупроводниковых  приборов часто определяется малой  областью объема полупроводников и поэтому при концентрации механических напряжений именно в этой области даже малое механическое усилие создает значительные изменения высоты потенциального барьера для носителей, что приводит к изменению вольтамперной характеристики прибора. Существует целый ряд полупроводниковых элементов, которые служат датчиками механических напряжений и ускорений.

      Таким образом, значительное количество элементов, окружающих нас различных устройств, используемых в практической деятельности, обладает акустопреобразовательным эффектом и, следовательно, могут являться источником для создания канала утечки конфиденциальной акустической информации. Возможный перечень таких элементов приведен в таблице 

 

      Весьма  существенным является диапазон электромагнитных волн, в который происходит преобразование за счет акустоэлектрических элементов звукового сигнала. Как правило, это связано с практическим предназначением элемента и его расположением в схеме устройства. Если акустопреобразовательный элемент расположен, например, в схеме гетеродина или высокочастотного генератора, изменение его параметров под действием звукового сигнала может привести к изменению амплитуды, частоты или фазы гетеродина или генератора.

      В этом случае канал утечки информации является радиоканалом, не ограниченным проводными системами, защита которого имеет свои особенности.

      По  проявлению в эфире акустопреобразовательные каналы можно разделить на:

      передаваемые  по линиям связи, питания, управления;

      передаваемые  радиосигналом.

      К первым относятся возможные каналы утечки акустической информации, создаваемые акустопреобразовательными элементами телефонной сети, сети вторичной часофикации, громкоговорящей или диспетчерской связи, некоторые извещатели в охранной сигнализации и т.п.

Акустический  и виброакустический  каналы утечки информации

 

      Технический канал утечки акустической информации представляет собой совокупность источника акустической информации, среды распространения (воздух, вода, земля, строительные и другие конструкции) и технических средств разведки.

      Источники акустических колебаний разделяют  на:

      первичные - механические колебательные системы, например, органы речи человека, музыкальные инструменты, струны, звуки работающей техники;

      вторичные - электроакустические преобразователи - устройства для преобразования акустических колебаний в электрические и обратно (пьезоэлементы, микрофоны, телефоны, громкоговорители и др.) и технические устройства в которых эти преобразователи используются.

      В акустических каналах утечки информации техническим демаскирующим (разведывательным) признаком объектов защиты является акустические (звуковые) волны.

      Такие каналы утечки информации характерны для акустической речевой разведки (для перехвата речевой информации из мест коммуникативной деятельности человека) и акустической сигнальной разведки (для получения разведданных об акустических "портретах" различных технических устройств, работе которых сопутствуют акустические поля).

      Применительно к каналам утечки речевой информации в качестве среды распространения  рассматривается воздушная (атмосферная  или газовая) и твердые среды.

      Следует отметить, что средством перехвата  акустической информации, данным природой, является человеческое ухо, возможности  которого можно существенно улучшить за счет использования различных  технических средств и решений.

      В качестве средств речевой разведки выступают различного типа преобразователи (датчики) регистрации механических колебаний в соответствующих средах, объединенные с различными видами регистраторов речи, либо приемники электрических сигналов и электромагнитных полей (при преобразованных в эти поля акустических сигналов).

      Для образования условий утечки акустической информации необходимо выполнение определенных энергетических соотношений и временных  услоиий:

      (Pиас/Pш) >= (Pa/Pш) пред - для речевых сигналов при требуемых соотношениях в октавных полосах

      Где: Pиас - мощность информационного (опасного) акустического сигнала в месте приема,

      Рш - мощность шумов в месте приема,

      (Ра/Рш) пред - минимальное соотношение мощности акустического сигнала к мощности шумов в точке приема, при котором сигнал еще может быть перехвачен соответствующим TCP (с учетом различных методов выделения информативного сигнала - накопления, корреляции и т.п.). Определение величины Риас требует учета всех особенностей распространения акустических волн, а также условий, обеспечивающих разборчивость принимаемого сигнала.

      Вторым  условием существования канала утечки акустической информации является совпадение по времени работы технического средства акустической разведки ∆tпер со временем осуществления конфиденциальных переговоров (∆Tинф) или передачи конфиденциальной речевой информации.

      С учетом физических особенностей акустической волны как волны механической, количество типов каналов утечки информации может быть весьма разнообразным.

      Применительно к акустическому сигналу могут быть рассмотрены такие каналы утечки информации как (рис.4):

      а)