Краткие теоретические сведения. Отдельно для каждой выборки найдем суммы рангов R и определим

ИЗУЧЕНИЕ АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Отдельно для каждой выборки найдем суммы рангов R и определим

Лакин, с.335

_ф

N=n₁+n₂=20, |n₁-n₂| =2

Для N=20 Х_гр(5%) = 3,84

(1%) = 4,92

У нас Х_ф=3.40<Х_гр(5%), Н_о- принимается. Значит, учащиеся обоих классов по признаку интеллекта принадлежат к одной Г.С.

Пример:

Проанализируем с помощью - критерия Ван-дер-Вардена результаты измерения уровня агрессивности в 2-группах, n₁=9, n₂=8.

1гр: 42, 47, 49, 50, 53, 56, 58, 59, 60

2гр: 57, 58,5, 62, 63, 64, 68, 69, 70

Работаем со второй группой:

7/18= 0,389 -0,28

9/18 0,500 0,00

12/18 0,667 0,43

13/18 0,722 0,59

14/18 0,778 0,77

15/18 0,833 0,97

16/18 0,889 1,22

17/18 0,944 1,59

+5,29= _ф

Для N=9+8=17

n₁-n₂=1 _гр=4,44; _ф > _гр (1 %), следовательно Н_о отвергается, исследуемые группы из разных Г.С.

Критерий Манна-Уитни.

Тоже непараметрический критерий о принадлежности сравниваемых независимых выборок к одной Г.С.

Техника расчетов такова:

1. Располагаем (как в критерии Ван-дер-Вардена) в возрастающем порядке в один ряд от 1 до N=n₁+n₂.

U₁=R₁-n₁(n₁+1)/2 и

U₂=R₂-n₂(n₂+1)/2

Используем U_min=min(U₁, U₂),

при U_ф > U_гр - H_o принимается

Для примера используем задачу №12, табл. Овчар., с.316.

Цель работы: Исследовать канал утечки акустической информации через акустоэлектрические преобразователи

Защита объектов от акустической разведки.

Акустические сигналы

Звуком называются механические колебания в упругих средах и телах (твердых, жидких и газообразных), частоты которых лежат в пределах от 17-20 Гц до 20000 Гц.

Эти частоты механических колебаний способно воспринимать человеческое ухо. Механические колебания ниже 17 Гц называют инфразвуками, а свыше 20000 – ультразвуками. В твердых телах возможно существование гиперзвуковых колебаний (f=10⁹ …10¹³ Гц).

Во всяком звуке различают громкость (силу) и высоту. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний, высота звука определяется их частотой.

Изменение давления в среде при распространении звуковых волн по сравнению с давлением при отсуствии волн называется звуковым давлением. Амплитудное звуковое давление (ΔP_зв) определяется следующим выражением: ΔP=ρV_звU), где ρ – статическая плотность среды; V_зв – скорость звука в среде. Скорость колебательного движения частиц среды при распространении в ней звуковых волн называется колебательной скоростью U.

Не следует путать колебательную скорость U со скоростью распространения звуковой волны V_зв. Колебательная скорость возрастает при повышении частоты и амплитуды акустического сигнала, однако она практически на несколько порядков меньше скорости распространения звуковой волны.

Например: запишем смещение частиц звуковой волны S(t)=A sin ωt; следовательно, колебательная скорость будет результатом дифференцирования смещения по времени.

U(t) = dS(t) / dt = A ω cos ωt, откуда U=Aω.

Звуковое давление считается положительным в фазе сжатия и отрицательным в фазе разряжения. Звуковое давление является скалярной знакопеременной величиной и измеряется в Паскалях (1 паскаль= 1 Н/м²). Диапазон изменения звукового давления от 10^-5 до 20 Па.

Другим важным параметром звукового поля является интенсивность І_зв (звука) или силы звука (громкости звука). Под этим параметром понимается поток звуковой энергии, переносимый средой в направлении распространения через единицу поверхности, ему перпендикулярной, за единицу времени. Интенсивность, сила, громкость звука измеряется в Ватт/м².

Противодействие, оказываемое указанной площадкой среды распространению этой энергии, называется акустическим сопротивлением и определяется как Ζ=ΔP_зв/U; где ΔP_зв - звуковое давление; U – колебательная скорость.

Распределение колебательной энергии в звуковом поле существенно зависит от формы фронта звуковой волны – поверхности с одинаковой фазой звуковых колебаний. Наибольший практический интерес представляют плоская и сферическая волны.

Поле плоской волны можно представить как пространство перед колеблющимся плоским излучателем, в котором от этого источника в направлении положительных значений x распространяется бегущая волна сжатия и разряжения элементарных объемов среды. Тут фронт волны повторяет плоскую форму излучателя, поток звуковой энергии направлен параллельно оси х, он не рассеивается в стороны и не отклоняетя от оси.

Если пренебречь потерями энергии в среде (что справедливо для небольших расстояний от источника излучения), то можно считать, что параметры поля независимые от значения х остаются неизменными.

При анализе акустических систем колебательную скорость U частиц среды часто уподобляют колебательному процессу электрических частиц – переменному току, а звуковое давление – переменному электрическому напряжению. При этом интенсивность плоской волны по аналогии сравнивают с электрической мощностью.

Поле сферической волны формируется при излучении звука точечным источником в неограниченном пространстве. Звуковые волны от такого источника распространяются равномерно по всей сфере в трехмерном пространстве x, y, z в направлении ее радиусов r. Фронт волны, естественно, получается сферическим. Количественный анализ и физическая интерпретация характеристик поля сферической волны показывают, что в ней звуковое давление и интенсивность звука не остаются постоянными вдоль направления распространения (даже при малых затуханиях в среде). Звуковое давление P_зв= P^’_зв/r², где P’_зв – звуковое давление при радиусе единичной длины. Аналогично интенсивность I_зв = I _{зв /} r².

Важной особенностью сферического поля является то, что в них акустическое сопротивление приобретает реактивную составляющую в отличие от поля плоской волны, где акустическое сопротивление является чисто активным.

Для звуковых полей важно, что благодаря малости звуковых давлений все процессы, сопутствующие распространению звуковых волн, являются линейными. Это позволяет пользоваться понятиями суперпозиции и взаимности обмена энергии между источниками излучений и их приемниками.

Интенсивность звуковых волн уменьшается вследствие поглощения в среде по закону:

I_х =I_о е ^-2άx или для сфер x→r, где I_о – интенсивность входящих в среду волн, I_x - их интенсивность после прохождения пути х.

Величина ά определяет степень звуковых волн и называется коэффициентом поглощения.

Интенсивность звука при слуховом восприятии соответствует ощущению громкости звука. При определенной минимальной интенсивности человеческое ухо не воспринимает звука. Эта минимальная интенсивность называется порогом слышимости. Порог слышимости имеет разное значение для звуков разных частот. При больших интенсивностях ухо испытывает болевое ощущение. Наименьшую интенсивность такого звука называют порогом болевого ощущения.

Изменение интенсивностей принято измерять в единицах, называемых децибеллами.

Обычно за I_o принимают интенсивность соответствующую порогу слишимости при частоте 1000 Гц.

Акустическое давление, возникающее во время разговора, может вызывать механические колебания элементов электронной аппаратуры, что в свою очередь, приводит к появлению электрических токов, напряжений и электромагнитных излучений или их изменений при определенных обстоятельствах. Акустические преобразователи могут быть следующих видов:

1. индуктивные.

2. емкостные.

3. пьезоэлектрические

4. оптические.

В основном утечка опасных акустических сигналов осуществляется

через вспомогательные технические средства и системы (ВТСС).

К вспомогательным техническим системам и средствам относятся:

1. Системы открытой телефонной связи.

2. Системы радиотрансляции.

3. Системы электропитания.

4. Системы охранной и пожарной сигнализации.

ВТСС, находящиеся в зоне действия опасных акустических сигналов,

нередко являются причиной утечки секретной информации за пределы контролируемой зоны.

Сигналы в цепях ВТСС, обусловленные воздействием внешних

акустических полей, могут быть весьма значительными и превышать предельно допустимые для этих цепей величины.

Чувствительность элементов технического средства к воздействию звукового поля определяется по формуле

(1)

где - э.д.с. сигнала на выходе элемента; Р – акустическое давление в месте расположения элемента.

Для измерения акустического давления применяются специальные измерительные приборы – шумомеры, состоящие из высококачественного микрофона, широкополосного усилителя, аттенюатора, переключающего пределы измерения ступенями по 10 дБ, и измерительного прибора (индикатора). Диапазон измеряемых значений современных шумомеров лежит в пределах от 20-30 дБ до 120-130 дБ относительно стандартного уровня звукового давления (порога слышимости) Р_о

(2)

Примерная характеристика звуковых сигналов приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Перевод звукового давления из одних величин в другие основан на соотношении

(3)

Из (3) нетрудно получить следующие, удобные для вычислений формулы. Распишем правую часть уравнения:

(4)

или, подставив в уравнение (4), получим

(5)

Чтобы перейти от дБ к давлению (Па) потенцируем выражение (5), после чего получим

(6)

ВТСС, расположенное в зоне действия акустического поля опасного сигнала и имеющее цепь, выходящую за пределы контролируемой зоны, можно представить в виде эквивалентной схемы, изображенной на рис.1

Рис.1.

Напряжение опасного сигнала, обусловленное акустическим полем

(7)

где - полное сопротивление ВТСС, а - сопротивление цепи нагрузки.

Приравняв к предельно допустимой (нормированной) величине опасного сигнала в линии, можно получить соотношение для расчета предельно допустимого значения акустического давления в месте установки ВТСС

(8)

Электростатическая система. Простейшим преобразователем этой системы является конденсатор, одна пластина которого (А) подвижная, а другая (Б) закреплена неподвижно (рис.2).

Рис.2.

Акустическая чувствительность в этом случае определяется по формуле

(9)

где: - приложенное к пластинам напряжение; - площадь пластины; а – зазор между ними; - механическое сопротивление системы; - частота воздействующего поля.

Механическое сопротивление одноконтурной механической системы описывается «механическим» законом Ома

(10)

где: - активное сопротивление (трение); мехОм; - масса подвижной пластины, кг; - гибкость, м/Ньютон.

Для получения эффекта преобразования в этой системе необходимо на пластины подать напряжение. Примерами устройств, работающих по принципу электростатических систем являются пластины различных реле. Описанная система моделирует также поведение монтажных проводов или электрических деталей плат, расположенных возле металлического корпуса технического средства. Уменьшить чувствительность в такой системе можно путем увеличения зазора образовавшегося конденсатора, уменьшения площади его пластин и увеличения механического сопротивления системы с помощью заливки проводников на плате специальным компаундом и жесткого крепления самой платы на металлическом основании.

Электродинамическая система. При движении проводника длиной в постоянном магнитном поле с индукцией В со скоростью (рис.3) в проводнике индуцируется э.д.с. сигнала

(11)

Учитывая, что колебательная скорость равна действующей на проводник силе, деленной на механическое сопротивление

(12)

и, что сила определяется произведением давления на площадь проводника

(13)

получим уравнение для определения акустической чувствительности в такой системе

(14)

Рис.3.

Принцип электродинамической системы преобразования проявляется при акустическом воздействии на электродинамические головки громкоговорителей, вторичные часы системы электрочасофикации, трансформаторы, дроссели и др.

Изменяя параметры, входящие в (14), можно добиться снижения чувствительности элементов ТСС. Для этого, например, в трансформаторах применяют заливку компаундом витков на сердечнике, что увеличивает их механическое сопротивление (трение).

Электромагнитная система. Принцип преобразования состоит в индуцировании э.д.с. сигнала в обмотке при изменении магнитного потока. Магнитная цепь преобразователя содержит постоянный магнит с полюсными наконечниками и гибкую пластину (якорь) из ферромагнитного материала, один конец которой закреплен на полюсном наконечнике (рис.4).

Рис.4.

Если якорь будет приведен в колебательное движение под действием силы, то это приведет к изменению зазора и соответственно к изменению магнитного потока и появлению э.д.с. в обмотке. Уравнение чувствительности имеет вид

(15)

где - площадь полюсного наконечника со стороны зазора; - магнитная проницаемость; - площадь якоря; Ф – магнитодвижущая сила постоянного магнита; - число витков в обмотке; а – величина зазора.

Примерами преобразователей электромагнитной системы являются электромагнитные реле, электрические звонки, электромагнитные телефонные капсюли и др. В описанных системах не всегда представляется возможным уменьшить акустическую чувствительность при сохранении требуемых рабочих параметров.

Следует учитывать и то, что в устройствах, работающих по этому принципу, при подаче в обмотку постоянного тока уменьшается зазор и в а² раз увеличивается акустическая чувствительность. Реально путем подачи постоянного тока в обмотку некоторых реле удается примерно на порядок увеличивать их чувствительность к звуковому полю. Этот эффект следует учитывать при определении требуемого затухания устройств защиты.

Механострикционная система. Принцип работы системы основан на свойстве магнитных материалов изменять намагниченность под действием внешней силы. Если на сердечнике из магнитного материала разместить обмотку, то воздействие звукового поля на сердечник приведет к появлению в его обмотке э.д.с. сигнала. Подобный эффект свойственен трансформаторам, дросселям, электромагнитным реле и другим элементам. Чувствительность системы зависит от магнитострикционной постоянной сердечника. Как показал опыт, при изменении процентного содержания кремния в составе сплава, из которого изготавливается сердечник, можно существенно уменьшить эту величину.

Пьезоэлектрическая система. Принцип преобразования системы основан на свойстве образования э.д.с. сигнала на гранях некоторых кристаллов при воздействии внешней механической силы. Пьезоэлектриками являются сегнетоэлектрические материалы, кварц и ряд полупроводниковых соединений -;;.

Подобный эффект свойственен некоторым датчикам охранной сигнализации, пьезоэлектрическим телефонным капсюлям, пьезоэлектрическим громкоговорящим головкам, линиям задержки, фильтрам и др.

Микрофонный эффект в радиолампах. Вследствие механического перемещения электродов лампы возникают изменения крутизны (если, например, изменяется расстояние катод-сетка), или проницаемости (если изменяется расстояние сетка-анод), или междуэлектродных емкостей. В зависимости от положения рабочей точки преобладает тот или иной вид микрофонного эффекта: в усилителях низкой частоты он приводит к возникновению усиленных опасных сигналов; в лампах, работающих на высоких частотах, он вызывает низкочастотную модуляцию (амплитудную или частотную) колебаний высокой частоты. Микрофонный эффект в УНЧ особенно опасен в первой лампе. На высокой частоте действие звука на все лампы примерно одинаково. Для снижения микрофонного эффекта рекомендуется применять звукопоглощающие прокладки (резину либо фетр) или использовать специальные пружинящие демпфирующие цоколи.

Опишем некоторые технические средства, чувствительные к акустическому воздействию опасных сигналов.

В состав телефонного аппарата входит вызывной звонок, подключенный к линии через конденсатор при положенной телефонной трубке. Звонок представляет собой электромагнитную систему, в магнитопроводе которой имеется остаточная индукция. Поэтому перемещение якоря (ударника звонка) под действием акустического поля приводит к появлению э.д.с. опасного сигнала на обмотке звонка и, следовательно, в телефонной линии. Как указывалось выше, чувствительность вызывного звонка для большинства типов телефонных аппаратов находится в пределах 0,05-10 мВ/Па.

В состав телефонного аппарата входят и другие элементы, чувствительные к электрическому, магнитному, а также акустическому полям, такие, как телефон и трансформатор. Так, например, чувствительность не залитого трансформатора составляет 10-200 мкВ/Па.

Если телефон экранирован и при положенной трубке отключается только один конец, подходящий к линии, то между другим концом линии и экраном (землей) появится сигнал в результате акустического воздействия на телефон и трансформатор.

Электрические часы, работающие от системы единого времени, содержат постоянный магнит, в поле которого имеется обмотка и подвижный элемент (якорь), связанный с механизмом перемещения стрелок. При воздействии акустического поля в обмотке возникает э.д.с. опасного сигнала. Чувствительность часов в зависимости от марки колеблется в пределах от 100 до 500 мкВ/Па.

Электрический вентилятор в режиме малых оборотов под воздействием акустического поля звуковых частот образует в сети питания э.д.с. опасного сигнала. Его чувствительность составляет 10-100 мкВ/Па.

Ограничимся этими примерами, далеко не исчерпывающими многочисленный ряд акустоэлектрических преобразователей.

Чувствительность акустического преобразования практически во всех описанных примерах можно снизить путем применения акустических экранов. Так, заливка трансформатора, размещенного в металлическом экране, вязким компаундом на несколько порядков снижает его акустическую чувствительность.

В тех случаях, когда конструктивными мерами не удается уменьшить уровень опасного сигнала до требуемой величины, применяют пассивные и активные устройства защиты.

Дата добавления: 2017-01-14; Просмотров: 54; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!