Специальные исследования в области акустоэлектрических преобразований

Основное содержание работ

Так же, как и при специальных исследованиях в области акусти­ки и виброакустики, рассмотрим основное содержание работ для этого вида СИ применительно к структуре рекомендуемого протоко­ла измерений.

Название организации, выполнившей специальные исследова­ния (лицензиата), ссылка на лицензии и название объекта специ­альных исследований.

Перечисление выделенных помещений, в которых размещены исследуемые ВТСС.

Цель исследований.

Вид проводимого контроля (аттестационный или текущий).

Обязательное указание этого параметра связано с тем, что при аттестационных специальных исследованиях необходимо прово­дить исследования всех технических средств (ТС), а при текущих -допустим выборочный контроль, с соответствующим обоснованием выбора.

Место проведения специальных исследований.

Многие (но не все!) технические средства могут быть исследо­ваны не только на своем «рабочем месте», но и на разного рода испытательных стендах, имитирующих рабочие условия. Некото­рые исследования вообще могут быть эффективно выполнены только в экранированной камере или на специальном стенде. Именно поэтому важно указывать что, где и в каких условиях ис­следовалось.

Перечень исследованных технических средств.

Перечень (таблица) должен быть абсолютно полным и соответ­ствовать аналогичному перечню в паспорте выделенного помеще­ния. Все технические средства указываются с их заводскими или, при отсутствии последних, инвентарными номерами. Еще раз необ­ходимо подчеркнуть, что в этот перечень включаются все техниче­ские средства независимо от того, образуют ли они каналы утечки или нет. В этой же таблице указывается наличие тех или иных уст­ройств защиты (при их наличии).

Перечень измерительной аппаратуры.

Как и в любом протоколе - полный перечень средств измерения с указанием Свидетельств о поверках. Для импортных средств -указание сертификатов о включении в Госреестр. При необходимо­сти - ссылка на сертификаты Гостехкомиссии РФ.

Анализ построения систем вспомогательных технических средств на объекте эксплуатации.

Важнейший раздел для данного вида работ. Без правильного анализа всех систем и однозначных выводов из него невозможно правильно организовать и выполнить специальные исследования.

Обязательному анализу подлежат следующие системы и под­системы, которые могут встречаться на объектах специальных ис­следований:

электропитание;

телефония (местная и городская, директорская, диспетчерская, технологическая и т. п.);

сигнализация (пожарная и охранная, тревожная);

радиотрансляция;

система оповещения;

местная громкоговорящая связь;

часофикация;

ЛВС (локальная вычислительная сеть);

видеонаблюдение;

прием телевизионных программ (центральное и местное веща­ние, технологическое ТВ и др.);

музыкальные центры, тюнеры и другие радиоприемные и усили­тельные устройства;

средства записи и воспроизведения информации (магнитофоны, проигрыватели, плееры и т.п.);

системы автоматики устройств вентиляции и кондиционирова­ния воздуха;

СКД (системы контроля доступа);

электрозамки;

устройства бытовой техники (холодильники, микроволновые пе­чи, чайники и др.);

блоки питания различного назначения (зарядные устройства, АБП и др.);

любые другие средства и системы, размещенные в выделенном помещении.

Целью данного анализа является доказательное определение для каждого из технических средств (группы ТС), размещенных в выделенном помещении, выходят ли отходящие от него линии (электропитания, слаботочные, любые) за пределы установленной контролируемой зоны. Причем «опасным» признаются только галь­ванически «непрерывные» линии. Существует еще и канал утечки за счет параллельного пробега проводов, линий, кабелей и т.д. Од­нако в связи с достаточной сложностью проблемы ограничимся только его упоминанием.

В этом смысле выход за пределы контролируемой зоны линии от «сухих контактов» реле часто не рассматривается как опасный, хотя и далеко не всегда. Выход линии через трансформатор - бо­лее сложный случай и должен оцениваться отдельно. Во многих случаях трансформатор не является серьезным препятствием на пути распространения опасного сигнала. Выход линии через преоб­разование «ЦАП-АЦП» (в цифровых АТС) или через частотный модулятор (модем), как правило, рассматривается как безопасный для слабых опасных сигналов типа прямого акустоэлектрического пре­образования. Однако бывают исключения, требующие инструмен­тального контроля.

Изложить в данном курсе все возможные ситуации не представ­ляется возможным. Однако еще раз напомним, что описание кон­кретной подсистемы (при необходимости с приложением плана размещения ее элементов, функциональных и принципиальных схем) должен однозначно и доказательно отвечать на вопрос: име­ется ли выход линий отданного технического средства за пределы контролируемой зоны или нет.

Хочется обратить внимание на то, что этот анализ достаточно трудоемок, требует привлечения многочисленных специалистов раз­личных обслуживающих структур организации. Выполнять его во время проведения собственно специальных исследований можно, но это - время и, следовательно, деньги. Гораздо целесообразнее за­казчику заранее, без особой спешки, на стадии подготовки собрать всю необходимую информацию, подготовить документы и не тратить время лецензиата на то, что можно и нужно выполнить самим.

В выводах данного раздела протокола коротко резюмируется, какие именно технические средства имеют линии, выходящие за пределы контролируемой зоны и что это за линии.

Основные положения методики исследований

В данном разделе перечисляются либо ссылки на использован­ные методики, либо дается их очень краткое изложение. Особо из­лагаются (рекомендуется с обоснованием) принятые изменения или отступления от существующих (утвержденных) методик.

Следует отметить, что в настоящее время формально отсутст­вуют методические материалы в этой области, официализованные законодательным образом. Существует ведомственный сборник методик, разработанный НИИА (Министерство промышленности средств связи СССР) еще в 1978 г. Тогда он был согласован с Гос-техкомиссией СССР. На сегодняшний день это единственный сбор­ник методик в области акустоэлектрических преобразований. Во многом сохранивший актуальность, в чем-то «отставший», не учи­тывающий целых классов новых технических средств, но других нет. Толкование и применение некоторых его положений уже давно вызывает споры. Например, в области измерений прямого акусто­электрического преобразования эта методика предписывает при­менение, в том числе, «широкополосного» метода измерений. Та кой метод мог применяться к техническим средствам, «микрофон­ный эффект» которых в сотни и тысячи раз превышает нормы. Та­кие технические средства встречаются крайне редко. Однако иногда контролирующие органы, не на чем реальном не основываясь, на­стойчиво требуют его применения ко всем техническим средствам.

Основная, «узкополосная» методика исследования прямого аку-стоэлектрического преобразования направлена на определение не величины опасного сигнала в отходящей линии (эта величина в ме­тодике является промежуточной), а на определение фактически некого коэффициента акустоэлектрического преобразования (свое­образной «чувствительности» технических средств к акустическому воздействию). В то же время в «Нормах...» заданы именно пре­дельно допустимые величины напряжения опасного сигнала. Одна­ко «Нормы...» переутверждены уже в недавнее время и являются более «весомым» документом, что и следует учитывать в работе.

Можно привести еще ряд подобных же примеров. Именно по­этому важно грамотное и доказательное составление данного раз­дела протокола.

Результаты специальных исследований технических средств

В этом разделе приводятся результаты измерений и расчетов по каждому из исследованных технических средств.

В начале раздела, в нескольких общих пунктах, рекомендуется перечислить те технические средства, специальные исследования которых не проводятся с обязательным указанием причин. Обычно это:

• ТС (для прямого АЭП), не имеющие линий, выходящих за пре­делы КЗ;

• ТС, не образующие канала утечки по своим конструктивным особенностям (и для прямого, и для модуляционного АЭП);

• ТС, отключаемые на время проведения закрытых мероприятий по каким-либо другим требованиям.

При выборочном контроле перечислить с указанием причин, ка­кие именно технические средства не измерялись, а также указать критерии отбора проверяемых технических средств.

Рекомендуется для удобства восприятия данный раздел под­разделять на измерения прямого акустоэлектрического преобразо­вания и модуляционного акустоэлектрического преобразования. Примеры записи результатов, таблиц, выводов и т.д. приведены в приложении.

Все оставшиеся технические средства, перечисленные в табли­це, должны быть измерены, а результаты приведены в данном раз­деле.

Отдельно рассматриваются случаи, когда применены те или иные устройства защиты. При наличии таковых должны быть про­ведены исследования, подтверждающие их работоспособность и эффективность. Вполне рядовой вариант, когда опасный сигнал на линии некого устройства ВТСС во много раз превышает норму, но установленное в линии устройство защиты понижает его в такой степени, что норма выполняется. Это должно быть показано в цифрах. К сожалению, не так редки случаи, когда устройство за­щиты либо неправильно эксплуатируется, либо вышло из строя.

Заключение. В данном разделе в краткой форме приводятся сводные данные по всем техническим средствам {защищено, не защищено, защищено при таких-то условиях). В состав раздела мо­гут включаться рекомендации по защите тех или иных технических средств.

Средства измерения

В соответствии с «Нормами....» и постановкой задачи специаль­ных исследований акустоэлектрических преобразований сводятся к измерениям слабых (как правило) сигналов речевого диапазона частот (300 Гц...3,4 кГц) или ВЧ сигналов (до 1200 МГц) и опреде­лении коэффициента модуляции (для AM) или индекса модуляции (для ЧМ) этих ВЧ сигналов теми же сигналами речевого диапазона.

Отсюда и требования к средствам измерения. Это селективные измерительные приборы речевого диапазона частот (селективные вольтметры, анализаторы спектра, микро- и нановольтметры) и из­мерительные приемники или анализаторы спектра в диапазоне частот минимум до 1200 МГц.

Учитывая, что нормированные коэффициенты и индексы моду­ляции имеют достаточно малые величины, особенно важно, чтобы приборы ВЧ диапазона имели при высокой чувствительности, как можно более низкие собственные шумы. Именно при специальных исследованиях акустоэлектрических преобразований чаще всего приходится производить и измерения, и расчеты «по шумам». Как отмечалось выше, в этом случае, оценка защищенности напрямую зависит от технических характеристик средств измерения.

Исходя из вышеизложенного, для исследований в области ВЧ диапазона принципиально наиболее пригодными являются измери­тельные приемники, всегда имеющие более низкие собственные шумы, чем анализаторы спектра. Из аппаратуры 1970-х годов это, практически без исключений, измерительные приемники RFT (быв­шая ГДР) моделей FSM-6, FSM-11 и FSM-8. Перекрывая диапазон от 0,1 (0,01) до 1000 МГц (два приемника) они и до сих пор остают­ся весьма надежными, чувствительными, с хорошими детекторами (что весьма немаловажно!!!) малошумящими средствами измере­ний. К тому же их стоимость относительно невелика.

Из современных приборов наиболее пригодными являются, из­мерительные приемники, например, серий ES! или ESPI фирмы R&S. Параметры их очень высоки, например, собственные шумы приемника ESPI-3 составляют не более -155 дБм (для сравнения -анализатора спектра 8596 фирмы «Agilent Technology» не более -115 дБм). Но и стоимость таких приемников весьма высока.

К вышесказанному необходимо добавить различные антенны -дипольные (электрические) и рамочные (магнитные), предусилите-ли, различные симметрирующие устройства (часто приходится вы­полнять замеры в симметричных линиях), токовые трансформато­ры, пробники. Моделей таких устройств множество, хотя заметная часть их имеется только импортного производства и тоже недеше­ва. Однако вполне приличные антенны выпускаются и у нас в стра­не, как и предусилители и токовые трансформаторы.

В области низких, звуковых частот по-прежнему вне конкуренции очень старенькие, но еще весьма прилично работающие селектив­ные нановольтметры производства предприятия «Unipan» (бывшая ПНР). Это модели «Unipan» 233, 237 и 232Ь. Если моделям 233 и 237 есть аналоги (иногда с более высокими параметрами, на­пример FAT-2, FAT-3, R&S ФРГ), то фазочуствительный микро­вольтметр 232Ь и по сей день остается уникальным прибором. Его применение позволяет «вытянуть» сверхслабые сигналы «из-под шумов», по крайней мере на уровне «-20» дБ/мкВ, эффективнее, чем любым другим прибором. Именно потому он и остается на се­годняшний день основным и чаще всего единственным средством измерения в этой области. Кроме того, эти вольтметры комплекту­ются набором предусилителей с симметричными и несимметрич­ными входами с уникально (и по сей день!) низкими собственными шумами.

Для низкочастотной области также существуют современные анализаторы спектра. Однако большинство моделей не могут быть рекомендованы из-за достаточно высоких собственных шумов и очень высокой стоимости.

Кроме основных средств измерения необходимо и довольно много вспомогательных нестандартных приспособлений и уст­ройств.

В первую очередь это источник акустического тест-сигнала. Та­ких источников необходимо минимум два для решения разных за­дач (не всегда удобно объединять их в одно устройство, хотя это и возможно).

Первый источник должен создавать плавно перестраиваемый по частоте акустический сигнал в диапазоне не менее 250 Гц...4 кГц. Обычно это легко решается комбинацией звукового генератора, усилителя и колонки. Вроде бы ничего особенного. Однако основ­ным требованием к такому устройству является отсутствие от него побочных излучений с частотами генерируемых сигналов как по электрическому, так и, что гораздо «хуже», по магнитному полю. Даже небольшая наводка по магнитному полю на исследуемые ВТСС во многих случаях значительно превышает сигналы акусто-электрических преобразований. Ни один типовой усилитель, тем более колонка, этим требованиям не удовлетворяет. Такой источ­ник должен проектироваться специально и тщательно экраниро­ваться (включая все кабели и цепи электропитания). Примером та­кого источника может служить «Шорох-2МИ» со специальной экра­нированной колонкой.

Второй источник должен давать акустический сигнал в виде од-ной-двух хорошо слышимых человеком частот (обычно в диапазоне 400...1500 Гц), манипулируемых по амплитуде частотой 0,1...5 Гц (так сказать, прерывистая «пищалка»). Эти сигналы хорошо опо­знаются оператором «на слух» при выявлении модуляции различ­ных генераторов в ВТСС при акустическом воздействии на них. Та­кие источники выполняются, как правило, автономными (и с авто­номным питанием) и тщательно экранированными. Серийное про­изводство таких генераторов тест-сигнала, по нашим данным, в настоящее время отсутствует и, в основном, многие организации, проводящие специсследования, разрабатывают их самостоятель­но. Разработан такого рода генератор и в ЦБИ «МАСКОМ».

Также необходим стандартный шумомер с микрофоном, по­скольку методики требуют точного замера величины действующего на ВТСС акустического сигнала. Останавливаться на этой аппара­туре не имеет смысла, так как она подробно описана выше.

Кроме этого, необходимы, осциллографы (желательно двулуче-вые С1-151 и широкополосные С1-108), генераторы стандартных сигналов на весь исследуемый диапазон (желательно с цифровой установкой частоты и амплитуды Г4-176), обычные широкополос­ные вольтметры ВЗ-38, ВЗ-57, генераторы НЧ ГЗ-112 и множество мелочей типа коаксиальных переходов, кабелей разного рода, пробников, аттенюаторов, коаксиальных трансформаторов и т.д.

Примечание: В разделах, посвященных средствам измерения, намеренно приведены достаточно старые модели приборов общего назначения. Многие из них еще успешно эксплуатируются. Совре­менные приборы с аналогичными и более высокими характеристи­ками (генераторы, вольтметры, осциллографы и т.д.) без труда мо­гут быть приобретены в специализированных фирмах.

Это дополняется нестандартным оборудованием типа «питаю­щего моста», имитирующего подачу питания на аналоговые теле­фонные аппараты, различными устройствами, позволяющими ими­тировать нормальный рабочий режим исследуемого ВТСС, его электропитание различными напряжениями (типа испытательных стендов), фильтрами различного диапазона и назначения (помехо-подавляющие - сетевые и сигнальные, режекторные, полосовые и т.п.) и, наконец, очень нелишней будет экранированная камера. Сооружение весьма недешевое, но крайне эффективное, когда нужно измерять микровольтовые сигналы в условиях помех боль­шого города.