О лаборатории специальных исследований. Часть 1.

О лаборатории специальных исследований. Часть 1.

О лаборатории специальных исследований. Часть 1.

Автор: Кондратьев А.В.

Часть 1

В целом состав средств измерений лаборатории вытекает из того перечня ТКУИ, который предстоит контролировать в соответствии с оформленной (или оформляемой) Лицензией на право осуществления работ. Однако имеет смысл учесть некоторые рекомендации.

Прежде всего, хотелось бы обратить внимание специалистов на то, что средства измерения общего применения, широко применявшиеся в 70÷90-х годах прошлого века, свой ресурс уже давным-давно отработали. И, несмотря на их относительную дешевизну сегодня, сама их эксплуатация и поддержание в рабочем состоянии обходится очень недёшево. Кроме того, это само по себе требует наличия высокопрофессиональных специалистов, способных их «приводить в сознание» да и пользоваться – тоже.

Сам автор, не один десяток лет «крутивший ручки» Unipan 233, 237, 232B, SMV-6, SMV-8 и SMV-11 (не считая «экзотических» NLMZ, HMV-4, отечественных измерительных приёмников П6-1,2,3, «Днепр-11», «Калина», «Кайра» и т.д.) сегодня всех их почётно «проводил на пенсию». Эксплуатировать – себе дороже. От них сегодня имеет смысл применять разве что «вечные и неубиенные» антенны, токоизмерители, коаксиальные трансформаторы и аттенюаторы (при сохранении метрологических параметров!). То же относится и к специализированным средствам прошлого поколения, например «Хорда».

Конечно, как оборудование для учёбы, тренировки, очень простое и наглядное – они ещё сохраняют ценность. Тот, кто научился измерять этой техникой – справиться с любым сегодняшним средством измерения любого производителя. И не просто справиться, а всегда будет уверен, что ультрасовременный компьютизированый «автомат» измеряет именно то, что надо измерить.

На рынке сегодня присутствует довольно широкий спектр специализированных средств измерения. Разумеется, могут и обязательно появятся новые разработки. Внимательный анализ технических параметров, отзывы коллег – пользователей помогут сделать Вам выбор. Однако представляется рациональным дать и некоторые общие рекомендации.

При рассмотрении и сравнении параметров и возможностей средств контроля (в том числе и автоматизированных) следует внимательно сопоставлять эти данные с тем, что, собственно, требуется измерять и в каких пределах. Разумеется, каждый выбирает сам, но если некая рекламируемая измерительная система измеряет, например, электрический сигнал как результат НЧ АЭП в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц, в то время как НМД требует от нас диапазон много «уже», то стоит ли платить за то, что не нужно? Особенно внимательно нужно относиться к тому, какие именно метрологические свойства подтверждены документами о присвоении типа средства измерения. Неподтверждённые этими документами функции являются только рекламой, не более. К тому же, частенько – недобросовестной.

Стоит уделить должное внимание и совместимости средств измерения, их возможности работать в составе одного измерительного стенда. В этом смысле имеет прямой смысл отдавать предпочтение средствам измерения одного производителя. Именно такие средства измерения, обычно, не просто совместимы, но и способны работать в комбинациях, что весьма благоприятно сказывается на стоимости приборного обеспечения.

К этим же свойствам средств измерения относится и схожесть пользовательских интерфейсов, единство (функциональное, по драйверам, визуальное) и отсутствие конфликтов управляющего ПОдля средств разработки одного производителя.

В самом начальном представлении минимально необходимый комплект средств измерений лаборатории, позволяющий выполнять весь объём СИ выглядит следующим образом:

п/п

Вид СИ

Средство измерения,

система

Примечания

1

ПЭМИН

«Сигурд» с дополнительными опциями (ИК-канал управления тестом, поворотный стол, дополнительные первичные преобразователи)

Рекомендуется заранее решить, какую из моделей приобрести, разница в возможностях и стоимости - значительная

2

«Стентор». Возможно использование элементов системы «Сигурд». ПО полностью совместимо с ПО «Сигурд».

При необходимости вести измерения реальных затуханий на объектах.

3

АВАК

«Шёпот», «Шёпот-Т».

В ряде случаев измерительный тракт системы может быть применён при измерении звукового давления тест-сигнала (СИ АЭП, СИ ВЧН, СИ ВЧО)

4

НЧ АЭП

ВЧ АЭП

«Талис-НЧ»

«Талис-НЧ-Лайт». В качестве шумомера может применяться система «Шёпот»

Полная система. При некотором доукомплектовании способна выполнять функции и системы «Шёпот». Проведение расчётов требует аттестованной ПЭВМ

Дешевле, но требует дополнительного экранированного акустического канала и отдельного шумомера (может применяться система «Шёпот»). Расчёт должен вестись вручную.

5

«Талис». Может функционировать на базе системы «Сигурд» М19.

Акустический экранированный тест-канал совпадает с аналогичным в системе «Талис-НЧ», можно применять один на две системы. Может выполнять функции системы ««Шёпот»» (при доукомплектовании)

6

ВЧН

«Вепрь» («Вензель»)

Акустический экранированный тест-канал совпадает с аналогичным в системе «Талис-НЧ» и «Талис», можно применять один на три системы.

7

ВОЛП

«Лазурит»

Разумеется, приведённый перечень не догма, есть изделия-конкуренты (в области ПЭМИН – «Навигатор», «Зарница»; в области АЭП – «Гриф-АЭ-1001», «Аист»; в области АВАК – «Спрут», «Колибри»). Однако именно такой перечень представляется автору оптимальным в силу перечисленных выше причин.

При значительном объёме работ, особенно одновременном выполнении и стендовых измерений и работы на объектах, необходимо продумывать комплектование не одного набора средств измерений, а нескольких, оптимизированных для конкретных работ. Всё зависит от решаемых задач.

Позволю себе немного «растечься мыслию по древу», поскольку в кругу общения единомышленников – специалистов вопросы продолжают и продолжают возникать.

Как известно, на вопрос «что есть истина» человечество пытается (скажем, не слишком успешно) ответить последние 2000 лет…

Как же выбирать, исходя из чего?

Прежде всего – из поставленных задач. Немедленных и более отдалённых.

Что придётся измерять, очень надеюсь, «соискателю» понятно. Но важно ещё и в каких целях, с каким темпом.

Если Вы призваны решать «свои», локальные задачи организации, причём это исключительно «по-понятиям» и для довольно ограниченного числа объектов, чтобы не платить стороннему лицензиату – Вам нужен набор техники типа «сапога на нейтронной тяге». Только-только уложиться в требования лицензирования. Боюсь, «заклюют» меня коллеги за столь откровенную рекомендацию. Ну, потерплю, всё равно вопросы типа «что нам, минимально, приобрести для лицензии» как были, так и будут.

Если Вы (Ваша организация) собирается нормально зарабатывать на рынке услуг в сфере СИ, то Вам нужно (в зависимости от планируемых объёмов) 1?3 полных комплекта оборудования для своей измерительной площадки и пары выездных бригад. Причём комплектов специализированных, автоматизированных, способных обеспечить «производительность». Достаточно сложных в настройке (техника-то самая разная!), но настроенная – работает «сама».

Наконец если Вы готовите ЛабСИ для исследовательской работы, то Вам нужен тщательно подобранный функциональный «конструктор» из отдельных систем, блоков, приборов и т.д., который должен обладать предельными метрологическими и функциональными возможностями. Это самый дорогой вариант… Но и самый «крутой». К такому ещё нужно и две пары рук, причём с не самой худшей головой, и не одни…

И ещё, как же часто приходится слышать: «Вес велик, кабелей много, укладка тяжёлая…».

Угу, Вы получали свою технику в аэропорту после того, как лично лицезрели, что Вашу укладку сбросили на бетон с высоты 3-х метров? А я получал. И потом ею ещё и работал. Всё было целёхонько, хотя шрам на «чумадане» был жуткий! Вам нужен чисто лабораторный комплект, который будет носится не дальше соседнего помещения? А кто Вам запрещает заказать именно такой? Закажете – получите именно такой!

Кабелей много? У нас полно просьб от пользователей «вывести ещё разъёмчик…», у каждого свои потребности и всем не угодить. Но «много», как правило – хорошо! Вот разъёмы выбрали дешёвенькие – не покупайте! На таком не экономят! Наказывайте нас (производителей) именно так, я – не против!

Весит много?

Коллеги, Вы вспомните школьную физику. Магнитное квазистатическое поле на частоте 100 Гц ослабляется на 60 дБ слоем мягкого железа порядка 8 мм, комментарии нужны? Можно применить аморфный металл, будет легче раз в 10, но в 50 – дороже. Устраивает? Вы сами, «ручками», сделайте одну антенну, которая «акустику» не чувствует, не самовозбуждается, АЧХ «плоская» и с небольшим значением, диапазон широкий, т.д, и т.п. Вот тогда и подискутируем о весе и о цене!

Ах, дорого!!!!

Да, дорого. А как Вы полагаете, 3÷5 неплохих инженеров, в течении 3-х лет создающих приборчик, должны духом святым питаться? Вместе со всеми налогами, накладными и т.д. А кто должен платить за три сертификации («по ФСТЭК», «по Воентест» и «по Ростесту»)? Причём, в отличии от средств измерения общего назначения, таких специальных изделий купят не десятки тысяч, а всего несколько сотен (максимум!). Расходы раскладываются на весьма небольшое число изделий.

Вы получаете готовое изделие, причём сконструированное именно для измерения того, что Вам нужно и в тех условиях, которые у Вас реально имеются. Вот на проверке именно этих качеств и сосредоточьтесь, документация, сертификаты, описание типа, полнота и ясность ТО и ИЭ – всё в вашем доступе. Производитель не даёт документацию? Бегите, вас надувают! Честному производителю бояться нечего.

Особо для исследователей, которым нужен «конструктор». Да, мировые приборостроительные фирмы делают очень неплохую технику. И не всегда – дорогую. Но вот чего они точно НИКОГДА не делают – так это не учитывают особенности наших с Вами условий измерений (акустически поля, многочисленные поля рассеяния, перекрёстные наводки, ближнюю зону электромагнитного поля, «микрофонные эффекты» и ещё многое…).

Так что выбирать Вам самим, и принимать все последствия этого выбора – тоже. Как писал А.П. Чехов: «Если Вам подали кофе – не ищите в нём пива…».

Ну и, как последний «совет», в принципе, если нужно измерить напряжение в 30 мВ вполне достаточно китайского мультиметра за 200 руб. А вот 30 нВ «за двести руб.» не прокатит, как бы Вам этого не хотелось ;) Это больше всего нужно помнить тем, кто определяет финансирование – руководству.

Кроме перечисленных основных средств измерений и систем необходимы ряд вспомогательных средств измерений. Генераторы ВЧ и НЧ, общеизмерительные вольтметры постоянного и переменного тока, осциллографы, различные первичные измерительные преобразователи (микрофоны, акселерометры, антенны, токоизмерители, пробники), аттенюаторы, трансформаторы, кабели, разъёмы и т.д.

Часть 2

Огромное количество вопросов, уже который год, вызывает задача создания «измерительной площадки».

На сегодняшний день одним из обязательных условий получения лицензии на выполнения работ в области СИ является наличие измерительной площадки. Без её наличия невозможно выполнять лабораторные (стендовые) СИ различных ТС в области оценки защищённости их от утечки информации за счёт ПЭМИН и частично, АЭП. Видов ИП предусматриваются два – «открытая измерительная площадка» и «альтернативная измерительная площадка» (ГОСТ Р 51320-99).

Поскольку строительство и эксплуатация открытой площадки весьма дорого, сосредоточимся на более дешёвом варианте – АИП. Собственно, разница между открытой ИП и АИП заключается в том, что последняя должна размещаться не в открытом пространстве, а в некотором помещении, в здании. И при этом физические характеристики АИП (прежде всего закон затухания) должен оставаться в пределах установленного допуска. То есть необходимо оценить некий минимум искажений, вносимых в распределение электромагнитного поля ограждающими конструкциями помещения, которые можно допустить. Степень влияния ограждающих конструкций на электромагнитное поле определяется их конструкцией. Наибольшее влияние оказывают крупногабаритные электропроводящие элементы (металлокаркас, арматура, направляющие и т.д.). Меньшее – объёмные элементы с диэлектрической проницаемостью, отличной от аналогичного показателя для воздуха (бетон, кирпич). Заметную роль играет и плотность, пористость материалов.

Большинство существенных технических требований при проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию ИП (АИП) приведены ниже. Более углублённо эти вопросы надо рассматривать в специализированных источниках, ГОСТ-ах и другой нормативной литературе..

Собственно, в действующем НМД «Сборник методических материалов…» об АИП сказано совсем немного. Указано, что она должна быть, соответствовать в части закона затухания поля ГОСТ Р 51320-99 и иметь оформленный Паспорт площадки. Практика ввода таких АИП в эксплуатацию показала, что на сегодняшний день необходимая документация на неё укладывается в следующий примерный перечень:

  • Паспорт АИП и восемь Приложений к нему
  • Планировка здания с размещением в нём АИП, заземляющего устройства и линии заземления от АИП до него (в масштабе);
  • Этажная планировка с планом АИП и подробной схемой систем заземления и электропитания (линии, фильтры, ШС, автоматы, освещение, блоки розеток, заземлённая пластина и т.д.)
  • Планировка АИП с указанием размеров (границ) измерительной зоны, размещения поворотного стола, размещения измерительных антенн, размещения средств измерений, распределения радиопоглощающих покрытий (если они есть);
  • Спецификация АИП (полная, весь перечень элементов от листа заземления до выключателя освещения);
  • Перечень средств измерения, закреплённых за АИП (наименование, краткие хар-и, область применения, зав. и инв. №№);
  • Протокол измерений закона затухания по ГОСТ Р 51320;
  • Протокол измерения уровня помех на АИП;
  • Протокол расчётов минимальных R2, измеряемых на АИП (на базе измерений уровней шумов).

Разумеется, количество Приложений ориентировочно, какие-то из них могут объединяться в один или разделяться на несколько листов, но вся перечисленная информация должна быть представлена.

Особо необходимо сказать об уровне помех на ИП (АИП). Сам по себе этот уровень никакими нормативными документами не установлен, не ограничен и не оговорен. С другой стороны - именно он определяет минимальные значения ОС, которые могут быть измерены на этой площадке и, следовательно, минимальные значения R2, которые по этим измерениям могут быть рассчитаны. Если уровень помех таков, что минимальные значения R2 оказываются не менее 20 м (естественно, для самых низких требований по защищённости), то такая ИП (АИП) просто малоприменима.

Это означает, что прежде чем принимать решение о её строительстве именно в данном месте, разумно провести измерения уровней помех. Иначе все затраты на создание ИП могут оказаться совершенно бессмысленными. В «среднем», приемлемым может считаться такой уровень помех, который даёт эквивалентные значения R2 не более 7-10 м (для носимых средств и по минимальной категории). Гораздо лучше – не более 3-5 м. В противном случае надо менять дислокацию ИП или тратится на постройку экранированной камеры с безэховым покрытием. Стоимость такого решения больше в сотни раз…

В настоящее время идёт достаточно серьёзная дискуссия, относится ли к ИП (АИП) понятие «измерительное оборудование» «испытательное оборудование» или «средство измерения». Вопрос более чем не праздный.

С одной стороны в НМД «Сборник методических материалов…» нет ссылки на все требования ГОСТ Р 51320-99. Есть указание, что строительство ИП описано в ГОСТ и закон затухания должен соответствовать Приложениям "Г" и "Д" ГОСТ. И на ИП (АИП) должен оформляться Паспорт (а не «Аттестат соответствия»). В этом случае необходимые измерения, расчёты и т.д. по созданию и официализации (вводу в эксплуатацию) АИП может выполнить любая организация, имеющая лицензию ФСТЭК. В том числе и самой себе.

С другой стороны ГОСТ Р 8.568-97 «Аттестация испытательного оборудования. Основные положения» практически однозначно относит испытательную площадку к «испытательному оборудованию». Прямая ссылка на этот стандарт есть в ГОСТ Р 53115-2008 "Защита информации. Испытание технических средств обработки информации на соответствие требованиям защищенности от несанкционированного доступа. Методы и средства».

Если исходить из этого, недавно разработанного стандарта, то аттестацию ИП (АИП) может и должна проводить организация, имеющая лицензию Ростеста (или Воентеста) и никто более. И оформляться, кроме Паспорта, должен и «Аттестат соответствия».

Ещё предстоит выяснить позицию регуляторов в этом вопросе и вытекающие из того или иного решения последствия.

Стоит ещё остановиться на одном вопросе оформления документов на ИП (АИП). Когда выполнены измерения уровня помех на ИП (АИП), то необходимо провести расчёт минимальных измеряемых радиусов зоны R2. Не вдаваясь в технические подробности выполнения этих расчётов, остановимся на том, ПЭМИН каких именно устройств должен имитироваться при проведении этих расчётов и какое их количество является достаточным.

В отсутствии однозначных указаний в действующих НМД этот вопрос оказывается весьма неоднозначным.

Если говорить о техническом минимуме, то рекомендацией будет имитация трёх устройств:

п/п

Наименование

устройства

Ориентировочный

диапазон «сигналов»

1

«Клавиатура»

10 кГц ÷ 10 МГц

2

Интерфейс RGB

10 МГц ÷ 800 МГц

3

Интерфейс USB

100 МГц ÷ 2 ГГц

4

Интерфейс RSDS (mini_LVDS)

65 МГц ÷ 3 ГГц

Последний интерфейс, на взгляд автора, более предпочтителен, чем USB, так как является ярким представителем широкополосных «опасных сигналов», требует наличия хороших средств измерения и подготовки оператора. Одновременно он же является «радиусообразующим», в подавляющем числе случаев определяя общий для всей ПЭВМ, максимальный R2.

Если же говорить о «максимуме», то приходилось встречаться с требованием представителей регулятора о предоставлении расчёта для ВСЕХ устройств, которые предполагаются к измерениям на ИП. А это не один десяток индивидуальных расчётов со своими полосами суммирования, тактовыми частотами и т.д. Можно порекомендовать согласовать этот вопрос в рабочем порядке заранее, что бы и не выполнять лишней работы и не создавать себе проблем.

При выборе места размещения ИП (АИП) в здании рекомендуется размещать её не выше второго этажа (при средней высоте этажа не более 3,5 м) и/или не выше первого этажа (при средней высоте этажа свыше 4-х м). Выбор места размещения помещения ИП в здании рекомендуется осуществлять с учётом того, что погонная длина шины заземления от пластины заземления ИП до заземляющего устройства не должна превышать 10?15 м. Если совместная реализация вышеуказанных рекомендаций не позволяет получить рекомендуемую длину шины заземления, необходимо на стадии проектирования принять меры по снижению погонной индуктивности шины заземления. С этой целью рекомендуется:

  • пропорциональное увеличению площади поверхности шины (использование тонкой и широкой ленты, многожильного кабеля и т.д.);
  • замена стали на медь;
  • заземление несколькими отдельными шинами, объединяющимися только у заземляющего устройства.


Примечание: Приведённые меры могут быть эффективными при длине шины заземления до 40-50 м. При большей длине шины заземления выполнить ИП в соответствии с установленными требованиями невозможно. 

Для обеспечения выполнения требованиями ГОСТ по «закону затухания» поля минимальные габариты ИП необходимо выбирать, исходя их следующих критериев.

Измерительный объём типовой ИП (АИП) для целей СИ ПЭМИН, с учётом всех условий измерений на соответствие затухания данным таблицы Д1 Приложения «Д» ГОСТ Р 51320-99 составляет не менее:

  • длина 3,7 м;
  • ширина 3,2 м;
  • высота 2,9 м.

В соответствии с требованиями стандарта от границ измерительного объёма до любых ограничивающих конструкций в любую сторону должно быть не менее 1,5 м свободного пространства. При этом надо различать «радиопрозрачные» конструкции, без проводящих элементов (например, металлического каркаса) и конструкции с проводящими элементами. Расстояние до последних, как показывает практика создания ИП, необходимо много больше.

Рассмотрим вариант с относительно «полупрозрачными» ограничивающими конструкциями помещения (кирпичная кладка, дерево, гипсокартон на металлическом незаземленном профиле и расстоянием между профилями не менее 0,8 м, стеклоблоки с расстоянием между незаземлёнными арматурными стержнями не менее 0,8 м, иные варианты построения перегородок, отвечающие приведённым условиям). При этом любые ограничивающие конструкции здания с металлокаркасом должны располагаться не ближе 2,5 м от границ измерительного объёма ИП (в пяти направлениях). Тогда размеры свободного пространства «в свету» должны быть не менее (базовый вариант):

  • длина 6,7 м;
  • ширина 6,2 м;
  • высота 4,4 м.

Для варианта с «радионепрозрачными» ограничивающими конструкциями помещения (железобетон с заземлённым каркасом, любые другие конструкции с шагом металлической арматуры менее 0,7 м):

  • длина 12,5 м;
  • ширина не менее 11,8 м;
  • высота не менее 7,4 м;

Проектирование ИП с нарушением вышеприведённых требований по габаритам приводит к невозможности получения значений затухания поля в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51320-99.

Часть третья

Попробуем теперь поговорить подробнее о самом наболевшем – чем же измерять? Как выбрать комплект оборудования, из каких критериев исходить?

Оставим в стороне (хотя бы на время) требования регуляторов к парку измерительного оборудования, который должен быть у лицензиата. Перечни эти известны, они всегда отстают на 3-5 лет от реальности и носят, в большинстве, формальный характер.

Будем исходить в своих рассуждениях из требований реальностью и действующих требований к измерению (и обеспечению единства измерений!) физических величин.

Итак, «три кита» на которых зиждется проблематика ТЗИ:

  • измерения в области акустики;
  • измерения электрических сигналов;
  • измерения электромагнитных полей

Начнём с простого, с измерений в области акустики.

Во-первых, разберёмся с терминологией. В данном контексте будем пользоваться классическим термином, включающим в себя как измерения в воздушной среде, так и измерения в твёрдом теле. Второе, вообще-то, может определяться и как измерение вибрации. А на профессиональном сленге, вошедшем и в НМД, сие именуется «виброакустикой». Причём именно в таком сочетании – «акустика и виброакустика» (достаточно распространённая аббревиатура – АВАК)

Хотя правильное применение термина «виброакустика» уже означает объединение в одном слове двух областей техники – акустики и вибраций. А не одних «вибраций», пусть даже и возникающих как следствие звукового давления, то есть «чистой» акустики.

Доказательства? Пожалуйста, вот строго официальное название системы сертификации: «СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ ПРОДУКЦИИ ПО АКУСТИЧЕСКИМ И ВИБРАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ. Государственный Реестр ГОСТ Р № РОСС RU.0001.030006 «ВИБРОАКУСТИКА».

Итак, в соответствии с официальным перечнем средств измерений РФ, поддерживаемым ВНИИМС, для измерений в области акустики, то есть для измерения звукового давления, применяется средство измерения «ШУМОМЕР». Что подтверждается недавно введённым ГОСТ Р 53188.1-2008 ШУМОМЕРЫ. Часть 1. Технические требования.

В соответствии с требованиями НМД для измерений в области ТЗИ допускается применять шумомеры I или II классов. Таковых моделей в мире производится не один десяток самыми различными фирмами (названия и модели не приводятся намеренно, по сути – это неважно).

Последние годы практически все модели являются «только цифровыми интегрирующими», аналоговые шумомеры 70÷80 годов разработки уже не производятся, за очень небольшими исключениями. Подавляющее большинство этих изделий представляют собою портативные приборы, в которых собственно шумомер и измерительный микрофон с его предусилителем объединены в одной, жёсткой конструкции. Для очень многих измерений в области акустики такое построение удобно. Но не для измерений в области ТЗИ. Как видно на фотографии, габариты шумомера, с торчащим предусилителем, составляют порядка 40 см. Такую конструкцию использовать при измерениях, например, в воздуховоде вентиляции или в межстекольном пространстве невозможно.

Вот и сразу одно из требований – микрофон шумомера должен быть небольшим и на длинном кабеле (как минимум). Таким требованиям отвечают микрофоны стандарта ICP (преобразователи со встроенной электроникой, Integrated Circuit Piezoelectric), разработан фирмой PCB Piezotronics, Inc. USA. Выходное сопротивление таких микрофонов составляет не более первых десятков Ом, питание подаётся по тому же коаксиальному кабелю. Большинство метрологических характеристик таких измерительных преобразователей (как микрофонов, так и акселерометров) вполне удовлетворяет пользователя. За исключением уровня собственных шумов, который выше, чем у классических конденсаторных микрофонов и зарядовых акселерометров. Разумеется, конструкция шумомера должна поддерживать использование таких первичных преобразователей (что, как правило, выполняется).


При выборе моделей первичных преобразователей следует обращать внимание на параметры электропитания. К сожалению, на рынке уже начали появляться модели (в частности – микрофонов), которые не полностью удовлетворяют ICP стандарту и, при подключении в произвольному шумомеру просто работают неправильно. Преобразователь должен быть работоспособен, а шумомер обеспечивать питание предусилителя типа ICP постоянным током 2...20 мА при напряжении питания 15...30 В. Иные параметры уже не гарантируют совместимости и не являются ICP стандартом.

Динамический диапазон измеряемого звукового давления для оценки защищённости помещений определяется, с одной стороны, минимальным уровнем шумов (в помещении), а с другой – максимальным уровнем тест-сигнала. Учитывая, что минимальный уровень шума по «Санитарные нормы СН 2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" составляет (средневзвешенный, по МЭК «А») в рабочих помещениях не менее 50 дБ, а в больничной операционной не менее 25 дБ, то минимально измеряемый уровень можно определить в 35-40 дБ.

Все величины звукового давления в относительных единицах задаются относительно «0» дБ - 2·10-5 Па (20 мкПа).

Максимально реализуемый уровень тест-сигнала («белого» шума в речевом диапазоне частот) составляет не более 110 дБ (и так это значение не столь уж далеко от «болевого порога»). Отсюда и динамический диапазон шумомера по звуковому давлению 35÷120 дБ. Такие величины типовыми шумомерами измеряются без проблем. Причём минимальный уровень в 30-35 дБ, на практике, придётся измерять не чаще одного раза в несколько лет…

Теперь об измерении вибраций. Точнее – виброускорений, поскольку измерять именно этот параметр предписывает методика. Правильно виброускорение измерять ВИБРОМЕРОМ. У ряда моделей шумомеров в названии есть и это – «шумомер-вибромер». У других нет, но измерять виброускорение ими можно. Все мировые изготовитель первичных преобразователей виброускорения (акселерометров) конструируют их так, чтобы электрический сигнал на их выходах лежал в тех же пределах (по амплитуде), что и у микрофонов. Акселерометры так же бывают «зарядовые» (с высоким выходным сопротивлением) и ICP. Последние предпочтительнее, так как их соединительный кабель некритичен к длине и более помехоустойчив.

Необходимый динамический диапазон (исходя из таких же, вышеприведённых соображений) составляет от 20-30 до 120-130 дБ. Причём подавляющее большинство минимальных уровней виброускорения лежит выше 40 дБ. За «0» дБ в шкале виброускорений принято 1·10-6 м/с2 .

Таким требованиям отвечают десятки моделей акселерометров различных производителей (как российских, так и зарубежных) и какие-то сложности могут возникнуть только при отыскании особо малошумящих моделей. Важно выбирать модели с меньшей массой, так как акселерометр, при установке его на достаточно лёгкую конструкцию (например, стекло) не должен заметно менять её свойства.

Все остальные требования к шумомеру перечислять нет смысла, поскольку все они входят в стандартные характеристики шумомеров и исполняются автоматически.

Прибором, отвечающим вышеприведённым требованиям, можно провести все необходимые измерения (строго по методике, приведённой в НМД). Разумеется, одного шумомера мало, нужен источник тест-сигнала, штативы для микрофонов и довольно много всяческих «прибамбасов». Кроме того, учитывая, что действующая методика предусматривает не одно измерение в каждой контрольной точке, да и самих точек бывает достаточно много, измерять вручную долго и не слишком удобно.

Выше был упомянут источник тест-сигнала. По сути, это генератор шума в речевом диапазоне, усилитель мощности и акустический излучатель (колонка). Задача всего этого вспомогательного оборудования создать необходимый акустический тестовый сигнал. Достаточно равномерный по спектру частот, регулируемый и, желательно, не только по общему уровню, но и в отдельных полосах частот (как правило – в октавных). Требований к нему немного. Возможность создать звуковое давление на расстоянии 1 м не менее 100-110 дБ, включаться и выключаться, менять АЧХ (октавные уровни).

Кроме основного измерительного оборудования понадобятся ещё различные приспособления для крепления микрофонов, акселерометров и колонки в (на) самых разных местах и конструкциях. Крайне полезным (а, зачастую, просто необходимым!) является возможность подключить микрофон или акселерометр на беспроводном канале, чтобы не тащить кабель на десятки метров. Или когда просто невозможно этот кабель применить (например, за закрытым окном). Особо отметим, что в типовые шумомеры радиоканал не входит.

Последнее, о чём необходимо упомянуть в связи с измерениями в области акустики. Вся система метрологических ГОСТ-ов, гостированных методик измерений (МИ хххх) строго устанавливает, что перед началом измерений шумомер с конкретным микрофоном должен быть откалиброван. Все ведущие фирмы, производящие шумомеры, выпускают калибраторы звукового давления (устаревшее название «пистонфон»). Упомянутый выше ГОСТ Р 53188.1-2008 указывает, что акустический калибратор, отвечающий требованиям МЭК 60942:2003, является неотъемлемой частью шумомера:

5.2.1 В руководстве по эксплуатации должна быть указана, по крайней мере, одна модель акустического калибратора для проверки и поддержания правильных показаний на устройстве отображения шумомера.

5.2.2 Для шумомеров 1-го класса акустический калибратор должен удовлетворять требованиям к классу 1 по [8]. Для шумомеров 2-го класса акустический калибратор должен удовлетворять требованиям к классу 1 или 2 по [8].


Таким образом, шумомер или измерительная система (измерительный комплекс) в области акустики без наличия калибратора (эталона звукового давления) не является средством измерения.

В отношении измерений виброускорения акселерометром положение несколько иное. Утверждённая методика измерений использует отношение между двумя измерениями виброускорения. В силу этого нет необходимости измерять абсолютные значения в м/с2. И возможные погрешности компенсируются. Поэтому калибровка измерительного тракта при помощи эталона (калибратора) виброускорения не является обязательной.

Исходя из всего вышеизложенного в предыдущей статье была рекомендация применять специализированные измерительные системы или комплексы. Их разработчики уже подумали обо всей необходимой «обвязке», вспомогательных приспособлениях, и т.д., облегчающих и упрощающих процесс измерений. Как и о совместимости всех элементов системы.

Не последнюю роль играет и возможность автоматического сохранения результатов измерений в цифровой форме, пригодной для последующего автоматизированного расчёта в соответствии с методикой. При этом исключается возможность человеческих ошибок.

Не говоря уже об автоматизации самого процесса измерения и возможности устранить некоторые источники погрешностей. Но об этом нужно говорить отдельно.

А пока, закончим с акустикой и вибрациями и рассмотрим измерения электрических сигналов в проблематике ТЗИ.

© Группа компаний МАСКОМ 2005—2017