Физические принципы работы и способы применения обнаружителей пустот

Физические принципы работы и способы применения обнаружителей пустот

Физические принципы работы и способы применения обнаружителей пустот

Введение

Для получения доступа к сведениям, носящим конфиденциальный характер, в любой организации средствами технической разведки злоумышленника (чаще всего конкурирующей организации) применяется множество способов, одним из которых является использование закладных устройств, или т.н. «закладок». В общем виде закладка представляет собой ретранслятор, на вход которого поступает первичный сигнал, несущий информацию, а на выходе − сигнал, согласованный с характеристиками среды, в котором он будет распространяться. Разнообразие закладных устройств порождает многообразие вариантов их классификаций.

По виду носителя информации, распространяющейся от закладных устройств, их можно разделить на проводные и излучающие закладные устройства. Носителем информации от проводных жучков является электрический ток, который распространяется по электрическим проводам, а излучающие закладные устройства передают информацию с помощью радио- и ИК-сигналов.

В зависимости от вида первичного сигнала проводные и излучающие закладные устройства делят на акустические и аппаратные. Акустические закладные устройства содержат микрофон, преобразующий акустические сигналы в электрические.

Аппаратные закладки устанавливаются в телефонных аппаратах, ПЭВМ и других радиоэлектронных средствах. Входными сигналами для них являются электрические сигналы, несущие речевую информацию (в телефонных аппаратах), или информационные последовательности, циркулирующие в ПЭВМ при обработке конфиденциальной информации. В таких закладках отсутствует микрофон, что упрощает их конструкцию, и имеется возможность использовать для электропитания энергию средства, в котором установлен жучок.

Установка закладных устройств возможна с заходом злоумышленника в помещение, где производится их размещение, или без захода. Первый вариант позволяет более рационально разместить закладку как с точки зрения энергетики, так и скрытности, но связан с повышенным риском для злоумышленника. Поэтому в случаях, когда создаются предпосылки для дистанционной (беззаходовой) установки закладки, их забрасывают в помещение или ими выстреливают из пневматического ружья или лука.

В случае, когда закладки устанавливаются злоумышленниками еще на этапе строительства здания, во время ремонта помещения или же в прочих условиях, когда у средств технической разведки есть достаточно времени и достаточно большая вероятность того, что во время установки их никто не засечет, широко используется установка закладных устройств с применением естественных или искусственных пустот в сплошных средах (кирпичных и бетонных средах, деревянных конструкциях и т.д.). Для обнаружения и ликвидации данных акустических закладок применяются так называемые обнаружители пустот.

1. Теоретические аспекты

В простейшем случае пустоты в стене или любой другой сплошной среде обнаруживаются путем их простукивания. Пустоты в сплошных средах изменяют характер распространения структурного звука, в результате чего воспринимаемые слуховой системой человека спектры звуков в сплошной среде и в пустоте отличаются.

В более сложных ситуациях используют технические средства обнаружения пустот. Эта группа приборов использует физические свойства среды, в которой может размещаться закладное устройство, или свойства элементов закладных устройств, независимые от режима их работы.

Так как в пустотах сплошных сред могут устанавливаться долговременные дистанционно-управляемые закладные устройства, то выявление и обследование пустот проводится при «чистке» помещений.

Технические средства обнаружения пустот позволяют повысить достоверность выявления пустот. В качестве таких средств могут применяться:

·        различные ультразвуковые приборы, в том числе медицинского назначения:

·        специальные обнаружители пустот, использующие один из следующих физических принципов:

¾      отличия в значениях диэлектрической проницаемости среды и пустоты;

¾      различия в значениях теплопроводности воздуха и сплошной среды;

·        тепловизоры:

·        металлодетекторы;

Ультразвуковые приборы, которыми исследуют сплошные среды на предмет обнаружения пустот, имеют те же принципы работы, что и медицинские приборы, поэтому рассмотреть принцип их работы можно на примере медицинской ультразвуковой диагностики, или УЗИ.

Ультразвуковой датчик содержит один или более кристаллов с пьезоэлектрическими свойствами. Если кристалл поместить в электрическое поле, он деформируется и производит звуковые волны характерной частоты. Это явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Пульсирующий электрический ток, проходя через кристаллы датчика, производит короткие импульсы звуковых высокочастотных волн, сигнал от которых длится микросекунды.

Если датчик находится в контакте с поверхностью тела, звуковые волны проходят через ткани. Различные ткани имеют разную сопротивляемость звуку, т.е. обладают акустическим сопротивлением. Средняя скорость прохождения звуковых волн сквозь мягкие ткани - около 1540 м/с; сквозь кость - около 4000 м/с; сквозь воздух - приблизительно 300 м/с. Там, где звуковые волны встречают препятствия между двумя обладающими разным акустическим сопротивлением тканями, часть звуковой волны отражается. Если разница в показателях сопротивления велика (например, мягкая ткань - воздух или мягкая ткань - кость), отражается большая часть звуковой волны, а оставшаяся проходит в более глубокие слои. Если разница в сопротивлении небольшая, отражается лишь небольшая часть, а большая часть звука проходит в более глубокие слои ткани. Если препятствие перпендикулярно первоначальному звуковому лучу, эхо отражения вернется назад к источнику. Ткани, расположенные под углом к звуковому лучу, вызывают рассеянное отражение. Таким образом, сила эхо зависит от разницы сопротивлений на границе сред, а также от угла, под которым ткань находится по отношению к лучу. По мере прохождения звукового луча через ткани он постепенно ослабевает, благодаря совместному влиянию отражения, рассеяния и поглощения.

Отраженный звук выявляется тем же кристаллом. Интервалы между импульсами испускаемого ультразвука достаточно велики, чтобы позволить уловить и проанализировать отраженные эхо-волны перед посылкой следующего импульса. Возвращающиеся эхо-волны вызывают механическую деформацию кристалла и электрические сигналы посылаются благодаря пьезоэлектрическому эффекту. Эти сигналы анализируются в соответствии с силой и глубиной отражения, а затем выводятся на экран.

Аналогично ультразвуковые приборы используются и при проведении мероприятий по поиску пустот в сплошных средах, т.к. скорость звуковой волны в сплошной среде и в воздухе существенно различается.

Специальные технические средства, использующие в качестве принципа своей работы отличия в значениях диэлектрической проницаемости среды и пустоты, работают следующим образом.

В пустоте (воздухе) диэлектрическая постоянная близка к единице, для бетона, кирпича, дерева она значительно больше. Диэлектрики с разными значениями диэлектрической постоянной по-разному деформируют электрическое поле, создаваемое обнаружителем пустоты. По изменению диэлектрической индукции локализуется пустота. Так обнаружитель пустот «Кайма» выявляет полости в кирпичных или бетонных стенах размером 6х6х12 см и 6х6х25 см.

Аналогично работают и приборы, использующие различия в значениях теплопроводности воздуха и сплошной среды.

Эффективным средством выявления пустот в стенах, нагретых на несколько градусов выше температуры воздуха в помещении, являются тепловизоры. Чувствительность охлаждаемых тепловизоров достигает 0.01 градуса по Цельсию, неохлаждаемых - на порядок хуже. За счет разницы теплопроводности бетона или кирпича стен и воздуха границы пустот с воздухом при нагревании или охлаждении помещения могут наблюдаться на экране тепловизора.

В металлодетекторах используются магнитные и электрические свойства электропроводящих материалов, которые в той или иной степени присутствуют в закладных устройствах. Любая закладка содержит токопроводящие элементы: резисторы, индуктивности, соединительные токопроводники в навесном или микроминиатюрном исполнении, антенну, корпус элементов питания, металлический корпус закладки.

Принципы работы металлодетекторов основаны на измерении и селекции изменений характеристик сигналов, наводимых в измерительной катушке металлодетектора полями вихревых токов в исследуемом объекте, а также из­менений активного и реактивного сопротивлений катушки. Вихревые токи возникают при облучении объекта магнитным полем, создаваемым другой, так называемой поисковой катушкой металлодетектора. На эту катушку поступает аналоговый или импульсный сигнал от соответствующего генератора металлодетектора. Наводимые в приемной катушке сигналы усиливаются и анализируются встроенным в металлодетектор микропроцессором.

Характеристики сигнала в измерительной катушке зависят от размеров токопроводящей поверхности объекта, ее электропроводности, магнитной проницаемости материала и частоты поля. Частоту поля подбирают в зависимости от задач, решаемых металлодетектором. В детекторах, применяемых для поиска закладок, частота составляет несколько кГц. Компенсация сигналов в измерительной катушке, возникающих в результате непосредственного действия мощного поля поисковой катушки и помех, достигается за счет соответствующего пространственного расположения поисковой и измерительной катушек, использования компенсационной катушки с параметрами, идентичными параметрам измерительной, но с противоположным направле­нием намотки провода, а также электронным путем.

. Практическое применение

Образец ультразвукового прибора

Ультразвуковой томограф А1040М ПОЛИГОН (рис. 1) является многофункциональным устройством, обеспечивающим решение задач неразрушающего контроля бетона с использованием низкочастотного (20 -100 кГц) ультразвукового диапазона и томографических методов обработки сигналов. Он предназначен для визуализации внутренней структуры изделий и конструкций из железобетона и камня при одностороннем доступе к ним с целью поиска инородных включений, пустот и трещин внутри этих материалов, а также определения состояния силовой арматуры в железобетоне.

Функционально прибор состоит из 10 измерительных блоков, объединенных в фокусирующую решетку, блока контроллера и интерфейсного блока, принимающего и обрабатывающего сигналы.

Каждый измерительный блок состоит из 4-х низкочастотных широкополосных преобразователей поперечных волн с сухим точечным контактом (СТК) и керамическими износостойкими наконечниками, что обеспечивает их продолжительное использование по грубым поверхностям.Каждый преобразователь имеет независимый пружинный прижим, что позволяет проводить измерения по неровным поверхностям. Номинальная частота каждого преобразователя 50 кГц.

Рис. 1. Ультразвуковой томограф А1040М ПОЛИГОН

Массив данных собирается путем аккумуляции данных со всеx пар измерительных блоков решетки. Принимаемые томографической решеткой сигналы обрабатываются контрольным блоком и передаются на внешний компьютер, где с помощью специализированного программного обеспечения синтезируется образ сечения внутренней структуры объекта. Данный метод сбора данных обеспечивает фокусировку в каждой точке полупространства. Время сбора данных и вывода на экран образа сечения в одной позиции - 3 сек.

Рис. 3. Отображение результата сканирования на экране компьютера

Образец тепловизора

Переносной неохлаждаемый тепловизор ТН-3 («Спектр») со встроенный цифровым процессором обеспечивает возможность наблюдения на экране изображений в ИК-диапазоне (8-13 мкм) объекта при минимальной разности температуры элементов его поверхности 0.15 град. Комплект тепловизора содержит камеру размером 110х165х455 мм и массой 6 кг, малогабаритный монитор и блок питания.

Рис. 4. Переносной неохлаждаемый тепловизор ТН-3 («Спектр»)

Образцы металлодетекторов

Для обнаружения закладок применяются в основном ручные металлодетекторы. Измерительная и поисковая катушки в них могут выполняться в виде торроида диаметром порядка 140-150 мм, укрепленного на корпусе ручки (АКА 7202) или непосредственно в корпусе металлодетектора («Мини скан»). Металлодетектор имеет звуковой и световой индикаторы, регулятор настройки чувствительности; питание ручных металлодетекторов от химических источников тока. Проблема автоматической подстройки коэффициента усиления металлодетектора под параметры среды решается микропроцессором. Возможности металлодетекторов указаны в табл. 1.

Табл.1. Технические характеристики металлодетекторов

Досмотрово-сигнальный комплекс АКА 7202М (рис. 5) обладает высокой чувствительностью (обнаруживает 5 мм обломок иглы) и высоким темпом сканирования за счет увеличенной площади датчика. Максимальная дальность обнаружения металлических объектов (на воздухе): фрагмент полотна для ручной ножовки длиной 150 мм - до 9 см, лезвие безопасной бритвы (немагнитная, нержавеющая сталь) - до 3 см.

Ручной металлодетектор ADAMS AD10-2 обнаруживает черные и цветные металлы массой более 0,1 г, имеет ударопрочный корпус, сверхнадежный выключатель напряжения питания (до 10 млн. переключений). Осуществляет «селекцию по габаритам» - чем крупнее обнаруженный металлический предмет, тем длительнее звучание сигнала тревоги, а также световую и звуковую индикацию обнаружения.

Рис. 5. Металлодетекторы AKA-7202M и ADAMS AD18

Вывод

технический конфиденциальный устройство

Несмотря на все технологические средства, применяемые для поиска закладных устройств, в том числе и техлологические средства обнаружения пустот, ни одно из них, даже самое дорогое и эффективное, не может заменить простых организационных методов, а именно наблюдательность, бдительность и внимательность, а также четкую регламентацию всех действий сотрудников организации и контроль за действиями сторонних лиц и организаций на объекте защиты. Данные действия позволяют предотвратить любую угрозу еще до ее появления.

Список источников

1. «Инженерно-техническая защита информации», Торокин А.А. - Москва, 2005 г.

.   «Технические средства и методы защиты информации», Зайцев А.П., Шелупанов А.А. - Москва, 2009 г.

3. http://www.ncontrol.ru/catalog/Ultrazvukovoj-kontrol/Ultrazvukovye-defektoskopy/Ul-trazvukovoj-tomograf-A1040M-POLIGON - Ультразвуковой томограф

.        http://biobloc.ru/principy_ultrazvukovogo_issledovani - Принципы ультразвукового исследования