Оцінка та розрахунок похибки виконаних вимірювань

Переважне число вимірювань у ТЗІ є пряме вимірювання. Конкретно:

– вимірювання в області акустики та віброакустики – вимірюються звуковий тиск та/або віброприскорення;

– вимірюванням в області низькочастотного акустоелектричного перетворення – вимірюється напруга змінного струму;

– часткове вимірювання ПЕМВН – при вимірюваннях наведень вимірюється напруга або сила струму у лінії.

Вимірювання напруженості полів у загальному випадку відносяться до непрямих методів вимірювання. За непрямих вимірювань значення фізичної величини А знаходять на підставі результатів вимірювань аргументів а ₁,..., а _i,..., а_m, пов’язаних із шуканою величиною рівнянням

. (2.47)

Функція f повинна бути відома з теоретичних передумов або встановлена експериментально з похибкою, якою можна знехтувати.

Саме так і виконуються будь-які вимірювання напруженості поля (або неконтактні вимірювання сили струму за допомогою струмовимірювача). Оскільки безпосередньо вимірювана величина – це напруга змінного струму на виході первинного перетворювача у В (в абсолютних одиницях або у дБ). А напруженістю поля вона стає тільки після надбавки (якщо у дБ) «антенного коефіцієнта». Саме відповідно до рівняння:

, дБ,(2.48)

де U _вим – показання вимірювального приймача (аналізатора), дБ;

K _а – коефіцієнт, калібрування перетворювача на частоті вимірювання, дБ.

Дана залежність виведена з теоретичних передумов і його похибка мала (чого ніяк не можна сказати про похибки аргументів, що до нього входять).

За лінійної залежності в основному рівнянні сумарну похибку, згідно з приписом, розраховують так: значення А пов’язане з m вимірюваними аргументами a ₁, a ₂,..., a_m рівнянням

А = b ₁ a ₁ + b ₂ a ₂, +...+ b_ma_m, (2.49)

де b ₁, b ₂,..., b_m – постійні коефіцієнти при аргументах a ₁, a ₂,..., a_m відповідно.

Кореляція між похибками вимірювань аргументів відсутня.

Результат непрямого вимірювання обчислюють за формулою:

 

, (2.509)

 

де a_i – результат вимірювання аргументу;

m – число аргументів.

Спочатку обчислюється середньоквадратичне відхилення результату, знаходяться межі невиключеної систематичної похибки, і, нарешті, похибку результату непрямого вимірювання обчислюють на основі композиції розподілів випадкових і не виключених систематичних похибок.

Недолік такого методу полягає у тому, що запропонований механізм розрахунку похибки базується на тому, що одне й теж значення вимірюється декілька разів. Тоді є з чого обчислювати відхилення та все інше. Але у більшості випадків вимірювання однократне.

Доцільно використати метод нормативного документу Р 50.2.038-2004 «Державна система забезпечення єдності вимірювань. Вимірювання прямі однократні. Оцінювання похибок і невизначеності результату вимірювань». Розглянемо складові похибки та невизначеності результату.

Складовими похибки результату однократного вимірювання є похибка засобу вимірювання, методу, оператора, а також похибки, обумовлені зміною умов вимірювання.

Похибка результату однократного вимірювання найчастіше представлена НСП (НСП – не виключена систематична похибка) та випадковими похибками.

Невизначеність результату однократного вимірювання може бути представлена стандартними невизначеностями, оцінюваними за типами А і В.

Характеристикою НСП можуть бути:

– границі ± Q;

– довірчий інтервал ± Q (Р).

Характеристикою випадкових похибок можуть бути:

– середньоквадратичне відхилення S;

– довірчий інтервал ± e(Р).

Похибку досліджень визначають на підставі їхніх метрологічних характеристик, які повинні бути вказані у нормативних і технічних документах.

Похибки методу й оператора повинні бути визначені за розробки й атестації конкретної методики виконання вимірювань.

З цього переліку нам реально доступні:

– похибка засобу вимірювання, вона наведена у свідоцтві щодо повірки;

– якоюсь мірою – похибка оператора.

Фахівцями називаються цифри «похибки» вимірювань напруженості поля у ближній зоні від 30 до 150%, похибки від вибору місця розміщення, або підключення пробника або струмовимірювача на лінії від 50 до 1000% тощо.

У багатьох методиках, норми просто були закладені «запаси» на будь-які можливі похибки. Так відсотків на 200 … 500%.

При непрямих вимірюваннях похибка засобу вимірювання (приймача, аналізатора, вольтметра) є лінійною функцією трьох аргументів:

– похибки засобу вимірювання, похибки повірки;

– похибки первинного перетворювача (антени, струмовимірювача, пробника);

– похибка знаходження значення К _а за таблицями методом інтерполяції або за графічним представленням.

НСП результату вимірювання виражають границями цієї похибки, якщо серед складових похибки результату вимірювання у наявності одна НСП. За вказаної вище умови стандартну невизначеність U _вим, обумовлену не виключеною систематичною похибкою, заданою своїми межами ± Θ, оцінюють за формулою (2.48).

Довірчі межі НСП результату вимірювання обчислюють таким чином.

За наявності декількох НСП, заданих своїми межами ± Θ _jj, довірчу межу НСП результату вимірювання Θ(Р) (без урахування знака) обчислюють за формулою

, (2.51)

де k – поправочний коефіцієнт, що визначається прийнятою довірчою ймовірністю та числом m, що складають Θ _j.

За довірчої ймовірності Р = 0,95 поправочний коефіцієнт k беруть рівним 1,1.

За довірчої ймовірності Р = 0,99 поправочний коефіцієнт k беруть рівним 1,45, якщо число підсумованих складових m > 4. Якщо ж число складових рівне чотирьом (m = 4), то поправочний коефіцієнт k = 1,4; при m = 3 k = 1,3; при m= 2 k = 1,2.

Самі методи вимірювань повинні пройти уважний метрологічний аналіз. На базі багатющого досвіду, укладеного у системі метрологічних стандартів, не складно встановити реальні границі похибок методу.

Питання для самоконтролю

1. За яких робіт та які фізичні параметри вимірюються у сфері технічного захисту інформації.

2. Для якого сигналу вимірюється квазіпікове значення напруги?

3. Пояснити особливості вимірювання квазіпікового значення.

4. Що називають квазіпіковим значенням рівня сигналу?

5. Дати визначення поняття «Небезпечна зона 1».

6. Дати визначення поняття «Небезпечна зона 2».

7. Дати визначення поняття «Контрольована зона».

8. Дати визначення поняття «Небезпечна зона 1».

9. Дати визначення поняття «Радіус небезпечної зони».

10. Навести схему з’єднань для проведення вимірювань частоти та напруги.

11. Який технічний засіб обробки інформації вважається точковим електричним випромінювачем?

12. Навести та пояснити формулу для електричної складової поля, яка вимірюється з використанням режиму пікового або квазіпікового детектування.

13. Дати визначення поняття «ближньої зони випромінювача».

14. Навести та пояснити формулу складових вектора напруженості електричного поля у ближньому полі випромінювача.

15. Дати визначення поняття «ближньої зони випромінювача».

16. Навести та поясніть формулу складових вектора напруженості електричного поля у ближньому полі випромінювача.

17. Пропорційно чому змінюється амплітуда напруженості електричної складової ближнього поля?

18. Дайте визначення поняття «дальньої зони випромінювача».

19. Навести та пояснити формулу складових вектора напруженості електричного поля у дальньому полі випромінювача.

20. Пропорційно чому змінюється амплітуда напруженості електричної складової у дальньому полі?

21. Навести та пояснити формулу складових вектора напруженості електричного поля у проміжному полі випромінювача.

22. Що називають зосередженою випадковою антеною?

23. Що називають розподіленою випадковою антеною?

20. Сформулювати критерії оцінки захищеності ДТЗС від витоку через ПЕМВ і наведення.

24. Які є критерії оцінки захищеності об’єкта обчислювальної техніки?

25. Для яких етапів досліджень відеотракту ПЕОМ застосовуються тести типу F1 («сірий екран»), F2, F3(«зебра»), F5 («чорний екран»)?

26. Розрахувати параметри тестового сигналу типу F3 («зебра») для заданого типу монітора.

Розділ 3