Акустоэлектрические преобразователи. Акустоэлектрические преобразователи к акустоэлектрическим преобразователям относятся

• Название: Акустоэлектрические преобразователи к акустоэлектрическим преобразователям относятся
• Дата: 27.09.2019
• Размер: 46.73 Kb.
• Имя файла: Акустоэлектрические преобразователи.docx
• Тип: Документы; #87850

Акустоэлектрические преобразователи

К акустоэлектрическим преобразователям относятся физические устройства, элементы, детали и материалы, способные под действием переменного давления акустической волны создавать эквивалентные электрические сигналы. Свойства акустоэлектрических преобразователей используются по своему функциональному назначению для создания микрофонов различных типов. Но существуют разнообразные радиоэлектронные и электрические элементы и устройства, обладающие так называемым «микрофонным эффектом», т. е. способными преобразовывать акустические сигналы в электрические. Это приводит к появлению в радио и электрических устройствах, содержащих акустоэлектрические преобразователи, опасных сигналов, которые создают предпосылки для утечки информации.

Классификация акустоэлектрических преобразователей, создающих опасные сигналы, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация акустоэлектрических преобразователей

 

Электрические сигналы, модулированные акустическими сигналами, возникают в индуктивных акустоэлектрических преобразователях в результате перемещений под действием акустических волн индуктивностей (катушек с металлической проволокой) в полях (магнитных и электрических) или при изменениях геометрических размеров катушек и их сердечников.

Наибольшей чувствительностью обладаютэлектродинамические акустоэлектрические преобразователи в виде динамических головок громкоговорителей (см. рис. 2).

 


Рис. 2. Схема электродинамического громкоговорителя

 

Сущность преобразования состоит в следующем. Под давлением акустической волны соединенная с диффузором катушка в виде картонного цилиндра с намотанной на нем тонкой проволокой перемещается в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом цилиндрической формы. В соответствии с законом электромагнитной индукции в катушке (контуре) возникает электродвижущая сила (эдс), величина которой пропорциональна громкости звука. Опасные сигналы на концах катушки достигают величин в 5 -15 мВ, достаточных для их распространения за пределы помещения, здания и даже территории. Поэтому неработающие, но непосредственно подключенные к радиотрансляционной сети громкоговорители могут выполнять функцию микрофона и передавать информацию разговоров в помещении на достаточно большое расстояние.

Аналогичный эффект возникает в электромагнитных акустоэлектрических преобразователях. К ним относятся электромагниты электромеханических звонков и капсюлей телефонных аппаратов, шаговые двигатели вторичных часов, кнопочные извещатели ручного вызова пожарной службы охраняемого объекта и др. Электрические сигналы индуцируются в катушках электромагнитов этих устройств в результате изменений напряженности создаваемых ими полей. Эти процессы вызваны изменениями под действием акустической волны воздушного зазора между сердечником и якорем электромагнита или статора (неподвижной части) и ротора (подвижной) части электродвигателя.
Оф.сайт облачного майнингаАлгоритм SHA 256 и Srcypt. Реальные дата-центры. Регистрируйся!Алгоритм SHA 256 и Srcypt. Реальные дата-центры. Регистрируйся!cryptouniverse.ioCryptouniverseТарифыПартнерская программаПерейтиЯндекс.Директ
Перечень бытовых радио и электроприборов, в которых возникают подобные процессы и которые устанавливаются в служебных и жилых помещениях, достаточно велик. К ним относятся: телефонные аппараты с электромеханическими звонками, вторичные электрические часы системы единого времени предприятия или организации, вентиляторы и др. Уровни опасных сигналов в этих цепях зависят от конструкции конкретного типа средства и их значения имеют значительный разброс. Например, опасные сигналы, создаваемые звонковой цепью телефонного аппарата, могут достигать значений долей и единиц мВ.

Магнитострикция проявляется в изменении магнитных свойств ферромагнитных веществ (электротехнической стали и ее сплавов) при их деформировании (растяжении, сжатии, изгибании, кручении). Такое явление называется обратным эффектом магнитострикции, в отличие от прямого, который заключается в изменении геометрических размеров и объема ферромагнитного тела при помещении его в магнитное поле. В результате магнитострикции под действием акустической волны изменяется магнитная проницаемость сердечников индуктивностей (контуров, дросселей, трансформаторов) радио- и электротехнических устройств, что приводит к эквивалентному изменению значений индуктивностей и модуляции протекающих через них высокочастотных сигналов.

Опасные сигналы емкостных акустоэлектрических преобразователей возникают в результате механического изменения под давлением акустической волны зазоров между пластинами конденсаторов и проводами, приводящие к эквивалентному изменению значений сосредоточенных и распределенных емкостей схем радиотехнических средств.

Широко распространены акустоэлектрические преобразователи, использующие свойства некоторых кристаллических веществ (кварца, сегнетовой соли, титаната и ниобата бария и др.) создавать заряды на своей поверхности при ее деформировании, в том числе под действием акустической волны. Эти вещества применяются для создания функциональных акустоэлектрических преобразователей, например, пьезоэлектрических микрофонов. Опасные сигналы создают пьезоэлектрические вещества, в основном кварцы, применяемые в генераторах для стабилизации частоты, а также пьезоэлементы вибраторов и датчиков технических средств охраны.

Опасные сигналы на выходе акустоэлектрических преобразователей могут:

- распространяться по проводам, выходящими за пределы контролируемой зоны;

- модулировать другие, более мощные электрические сигналы, к которым возможен доступ злоумышленников.

Техническую основу для реализации первой угрозы создают, например, неработающий громкоговоритель городской ретрансляционной сети и звонковая цепь телефонных аппаратов устаревших, но широко еще применяемых типов (ТА-68М, ТА-72М, ТАН-70-2, ТАН-76-3, ТА-1146, ТА-1162, ТА-1164 и др.). Головка громкоговорителя непосредственно подключается к кабелю (двухжильному проводу) при приеме первой программы городской ретрансляционной сети через согласующий трансформатор, который повышает амплитуду опасных сигналов до 30-40 мВ. Сигнал такой амплитуды может распространяться по проводам ретрансляционной сети на значительные расстояния, достаточные для снятия информации злоумышленником за пределами территории организации. Однако если в радиотрансляционной сети идет передача речи или музыки, то сигналы этой передачи, имеющие существенно большую (в 100-200 раз) амплитуду и совпадающий диапазон частот, подавляют опасные сигналы. Поэтому работающие громкоговорители может быть и мешают работе людей, но исключают утечку информации из помещений через акустоэлектрические преобразователи в громкоговорителях.

Иная ситуация с акустоэлектрическими преобразователями в телефонных аппаратах. Телефонные линии постоянно подключены к источнику тока напряжением порядка 60 В. Хотя опасные сигналы на выходе звонковой сети составляют единицы и доли мВ, их нетрудно разделить с помощью фильтра от значительно более высокого напряжения постоянного тока в телефонной линии. Постоянный ток фильтр не пропускает, а опасные сигналы с речевой информацией от акустоэлектрических преобразователей с частотами в звуковом диапазоне проходят через фильтр с малым ослаблением, а затем усиливаются до необходимого значения.

Опасными сигналами на выходе акустоэлектрических преобразователей, имеющими даже весьма малые значения (доли милливольт) нельзя пренебрегать.

Во-первых, чувствительность современных радиоприемников и усилителей электрических сигналов превышает в десятки и сотни раз уровни наиболее распространенных опасных сигналов.

Во-вторых, маломощные опасные сигналы могут модулировать более мощные электрические сигналы и поля и таким образом увеличивать дальность распространения опасных сигналов. Например, если опасные сигналы попадают в цепи генераторов (гетеродинов) любого радио или телевизионного приемника, то они модулируют гармонические колебания этих генераторов по амплитуде или частоте и распространяются за пределы помещения уже в виде электромагнитной волны. Также поля опасных сигналов на выходе акустоэлектрических преобразователей, которые сами по себе из-за малой напряженности не несут большой угрозы безопасности информации, могут наводить в цепях рядом расположенных радиоэлектронных средств электрические сигналы с аналогичным эффектом.

Аналого - цифровые преобразователи

В информационных и управляющих системах в измерительных при­борах информация от источников сигналов (датчиков) бывает представлена в аналоговой форме (т.е. в виде статического или динамического непрерывно- изменяющегося значения физической величины). Для ее ввода в цифровые ЭВМ используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

В настоящее время наиболее часто используются следующие виды

АЦП:

1.АЦП последовательного приближения

2.АЦП параллельного типа

3.Последовательно - параллельные АЦП

4.АЦП следящего типа

5.АЦП с двойным интегрированием.

Этот перечень видов АЦП не является исчерпывающим.

Структура АЦП последовательного типа имеет вид:

 

Входной сигнал U_BX перед началом преобразования запоминается схемой выборки - хранения ВХ, которая сохраняет его неизменным в течение времени преобразования. Затем по команде «Пуск» с помощью сдвигово­го регистра (на схеме нет) последовательно во времени каждый триггер Т_; начиная со старшего разряда переводит в 1 соответствующий разряд ЦАП. Напряжение Ui с выхода ЦАП сравнивается с выходным сигналом компара­тором КП. При наборе кода обеспечивающего равенство Ui = Uф на выходах Ti – Т_а получается код, соответствующий Uo с точность до половины млад­шего разряда. Время преобразования такого АЦП порядка 10-100мкс при 12 разрядном коде.

АЦП параллельного типа основано на принципе деления входного сигнала на достаточно значительное количество аналоговых уровней с по­мощью резисторного эталонного делителя, состоящего из сопротивлений од­ного номинала. При этом требуется использовать 2ⁿ⁺¹ - 1 компараторов. На­пример для 6'" разрядного АЦП потребуется 63 компаратора. Быстродейст­вие схемы может быть снижено до 20нс, предельно - реализуемое количест­во компараторов в микросхеме позволяет получить не более 8 разрядов.

АЦП с двоичным интегрированием (АЦПДИ) в настоящее время наи­более часто используются в цифровых средствах измерения.

 

 

Схема требует предварительной подготовки. В начале цикла двоич­ный счетчик сбрасывается в «О». Конденсатор С разряжается ключом К₂. По команде «Пуск» ключ К₂ размыкается, a Ki подключает вход интегратора к входному напряжению и схема управления (СУ) начинает пропускать такто­вые импульсы в двоичный счетчик. Когда через время t₁ счетчик пересчитает такое количество импульсов что его старший разряд переключится в «1» а все младшие будут в нуле, произойдет переключение К1 к источнику U_итал после чего начинается интегрирование в обратную сторону в течение време­ни t₂ до тех пор пока U_BbIX интегратора на ОУ не достигнет нуля. Это вызовет срабатывание компаратора КП, который через СУ прекратит поступление тактовых импульсов в двоичный счетчик. Состояние разрядов счетчика ока­жется соответствующим U_BX.
Линии по производству гранул!Линии по производству топливных гранул и брикетов из соломы, лузги, опилок. Звоните!Линии по производству топливных гранул и брикетов из соломы, лузги, опилок. Звоните!dozagran.comБыстрая доставкаМонтажБесплатная консультацияЗвонитеПерейтиЯндекс.Директ
Такая схема фактически измеряет t₂, пропорциональное U_BX. Неточ­ность исполнения цепей R и С влияет на погрешность преобразования в ми­нимальной степени.

Наиболее высококачественные АЦП построенные на использовании данного принципа работы имеют чувствительность (разрешающую способ­ность) около 1 мкВ, а погрешность измерения может быть понижена до ты­сячных долей процента.

АЦП и ЦАП нашли широкое применение в мобильной связи и многих других областях электронной техники.