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    安防知識:電視監控抗干擾設計及方法

    查看次數:次  發布時期:2011-11-22  【返回】

            閉路電視監控系統( CCTV)在建筑工程中的應用越來越多,由于建筑物內的電氣環境比較復雜,容易形成各種干擾源,如果施工過程中未采取恰當的防范措施,各種干擾就會通過傳輸線纜進入閉路電視監控系統,造成視頻圖像質量下降、系統控制失靈、運行不穩定等現像。因此研究閉路 電視監控干擾源的性質、了解對閉路電視監控系統的影響方式,以便采取措施解決干擾問題對提高閉路監控系統工程質量,確保系統的穩定運行非常有益。
            干擾的來源及影響方式
            閉路電視監控系統中傳輸信號的類型主要有兩類:一類是模擬視頻信號,傳輸路徑由攝像機到矩陣,從矩陣再到顯示器或錄像機;一類是數字 信號包括矩陣與攝像機之間的控制信息傳輸,矩陣中計算機部分的數字信號。一般設備成為干擾源的可能性很小,因此干擾主要通過信號傳輸路徑進入系統。閉路電視監控系統的信號傳輸路徑是,能通過視頻電纜和傳輸控制信號的雙絞線耦合進系統的干擾有:各種高頻噪聲比如大電感負載啟停, 接地電位不等引入的工頻干擾,平衡傳輸線路失衡使抑噪能力下降將共頻干擾轉成了差模干擾,傳輸線上阻抗不匹配造成信號的反射使信號傳輸質量下降,靜電放電沿傳輸線進入設備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現如下:
            由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖像上表現為重影。在信號傳輸線上會將在脈沖序列的前后沿形成震蕩。震蕩的存在使高低電平間的閾值差變小,當震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時就無法正確分辨出脈沖電平值,導致通信時間變長或通信中斷。接地和屏蔽不好會導致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現在視頻圖像就是雪花噪點、網紋干擾以及橫紋滾動等;在信號傳輸線上形成尖峰干擾,造成通信錯誤。平衡傳輸線路失衡 也會在信號傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會造成設備損壞外,還會影響存儲器內的數據,使設備出現些莫名其妙的錯誤。
            抗干擾的方法
            從干擾源的分析了解到并沒有特別的干擾源,消除或者減少上述干擾的理論探討也有許多,如何針對閉路電視監控工程解決干擾問題,很少有文獻涉及,下面就閉路電視監控工種中常見的干擾及解決方法進行些探討。
            1 數字信號傳輸中的抗干擾措施
            在弱電系統工程中數字信號的傳輸通常指長線傳輸,常見的方式有:通過調制、解調方法在電力線或視頻線上傳輸數字信號;通過工業標準的通信網絡進行傳輸,比如 RS422、RS845、RS485;自行開發的自動式傳輸。三者相較,常見的還是RS422、RS485,因此重點討論RS485數字通信抗干擾方法。
            S485總線是采用差分平衡電氣接口,具有較強的抗電磁干擾能力,但在實際工程RS485總線并未達到人們期望的效果。問題往往出現在以下幾個方面:第一網絡拓撲不合理,未按照總線型網絡拓撲布線,成為事宜上的星型拓撲;傳輸線與接收和發送端設備連接不正確,削弱了平衡線的抗干擾能力;第三公用雙絞線,未進一步采取抗干擾措施,比如采用屏蔽雙絞線。雖然在造成干擾的方式上有所不同但在干擾的表現形式上只有兩種:一種是反射增加了信號畸變程度;一種是外部的干擾由于平衡條件被破壞,共模干擾變成了串模信號進入傳輸線。
            關于信號反射。根據電磁理論,減少長線上信號反射的唯一途徑是阻抗匹配,若通信風格拓撲為總線型,阻抗匹配比較容易實現,但若是星型網 絡拓撲,根據工程經驗則可按圖 1方式進行匹配,在發送端串上與傳輸線特征阻抗相同的電阻RO,在接收端按圖所示進行連接,其中R1>R2,R=(R1* R2)/(R1+R2)=R0。在發送R0一般是驅動門輸出內阻的5倍以上,可以得到較高的發送電平,接收的匹配阻抗是經5伏電源形成的,在阻抗匹配的同時減少了吸收功耗,這樣既減少了的射,又不會因為增加了匹配電阻吸收過多的信號功率,信號的電平閾值差變小。
            雙絞線作為RS485傳輸一對電磁感應噪聲有較強的抑制能力,但對靜電感應引起噪聲的抑制能力較差,因此RS485傳輸線應選用屏蔽雙 絞線。雙絞線的屏蔽層要正確接地,這里講的 “地”應是驅動總線邏輯門的“地”,而非“機殼地”、“保護地”,但在許多實際設備上往往沒有給出 接地連接端,所以在這種情況下就需要引一條線將屏蔽與驅動邏輯門集成電路的地相連。
            2 視頻信號的干擾
            視頻信號的干擾在圖像上表現為地花點和50HZ橫紋滾動,對于雪花點干擾是由于傳輸線上信號衰減以及耦合了高頻干擾所致,這種干擾比較容易消除,在攝像機與控制矩陣之間合理位置增加一個視頻放大器,將信號的售噪比提高,或者改變視頻電纜的路徑避開高頻干擾源,高頻干擾的問題可基本上得到解決。較難解決的是50HZ橫紋滾動及進一步加高頻干擾的情況,比如電梯轎廂內攝像機的輸出圖像。為了抑制上述干擾,首先分析一 下造成上述問題的原因。
            攝像機要求的供電電源一般有三種:直流12V、交流24V或220V,大多數工程應用中不從電梯轎廂的供電電源上取,而是另外布設供電電源給攝像機供電,攝像機輸出圖像經過一條軟性的視頻電纜從井道的上方或下方送出,視頻電纜和供電電纜與轎廂的動力線捆綁在一起,當電梯運行時牽引電機運行產生的電磁場沿照明動力線傳播,顯然會影響攝像機供電電纜和視頻電纜,當視頻電纜的屏蔽層不夠嚴密時,高頻干擾就經視頻電纜傳回監視器。而對于50HZ的橫紋滾動根據電磁學理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50HZ工頻干擾。由此可以推斷這部分干擾不是通過視頻電纜耦合過來,而是來自電源線和不合理的視頻線聯結。
            對于圖像中的高頻干擾,因它的頻帶仍在8MHZ以內,采用空隙率為50%左右的屏蔽網可基本消防高頻干擾,但要達到50%的空隙率屏蔽網根數需每個波長長度有60根以上,這樣高的密度又會使電纜的柔韌性下降,比較好的方法是采用帶有雙層屏蔽的視頻電纜。
            視頻電纜屏蔽層是接地的,如果視頻信號 “地”與顯示器的“地”相對“電網地”的電位不同,即如圖3所示兩處接地點相對電網“地”的電壓差不同,那么通過電源在攝像機與顯示器之間形成電源回路,這樣50HZ的工頻干擾進入顯示器中,從圖中的電氣聯接可以看出消除50HZ工頻干擾 方法有兩種,一是想辦法使各處的“地”電位與“電網地”的電位差完全相同,或者切斷形成地環流的路徑。由于工程環境比較復雜,使各處“地”完全等電位比較困難,只能通過加大攝像機供電線纜的線徑,盡可能降低地回路的電阻?;蛘卟捎们袛嗟丨h流回路的方法,在攝像機或顯示器端有一端不接地,通常在顯示器端不接供電電源的地,這樣雖不能完全消除干擾但可大減少50HZ的干擾。
            從上面的分析中看到,如果電源線上耦合上高頻噪聲,即使視頻電纜的屏蔽電纜的屏蔽再好,也會將噪聲送至顯示器,因此攝像機的供電電源線 最好也要屏蔽,上述措施需要在工程設計和施工時就要全面考慮才能實現,若到了系統調試時發現干擾存在可采用調制和解調的方法將噪聲濾除,在攝像機端設一調制器將視頻信號搬移到幾十兆赫茲的頻度段上,在顯示器端設一低通濾波器將低于8NHZ的信號全部濾除,再經過解調將視頻圖像還原。
            3 監控系統的供電方式
            監控系統的供電方式只有兩種:一種是集中供電方式即電源都引自一處,另一種是分布式供電,攝像機在安裝位置附近取電源,從抗干擾效果的角度講,集中供電方式更好一些,可以基本消除各處參考電位不等的情況。
            監控系統中干擾主要體現在數字通信通訊線和視頻圖像的干擾上,解決干擾的關鍵在于工程開始施工時就要全盤考慮上抗干擾措施,這樣才能從根 本上解決干擾問題,而不要等到工程后期再采取亡羊補牢的措施。
            1、干擾源種類及干擾方式
            在多媒體系統中,影響視頻和音頻系統的噪聲干擾除設備和傳輸線路本身的熱噪聲和疊加在其上的連續性“白噪聲”干擾外,根據干擾源種類主要可分為兩大類,脈沖干擾及交流聲干擾。脈沖干擾是由于脈沖器件產生的強電磁場耦合進入信道所致:馬達、汽車發動機火花塞點火,開關電源均會產生60Hz-2MHz的干擾,這些干擾的諧波分量會落入音、視頻頻帶內;閃電、宇宙噪聲還會產生2KHz-100MHz的脈沖噪聲。交流聲干擾主要是由于地線系統設計不合理,不同接地點間存在電位差,使得地電流形成回路所造成的;高壓輸電線路和交流電氣化鐵路也會引起交流聲干擾,如交流電氣化鐵路產生的干擾除50Hz基頻外、還有(2N+1)×50Hz等奇次諧波。
            另外,根據外界干擾源電磁能量的傳播途徑和對音、視頻設備的耦合方式又可分成輻射方式干擾和傳導方式干擾。傳導方式干擾是經過電路(包括雜散電容和互感等可以用集總參數表示的電路元件)傳到受影響設備上,如脈沖干擾、交流聲干擾,主要通過傳導方式作用于受擾設備;輻射方式干擾是通過天線的作用,由空間傳到受影響的設備上,如高壓輸電線對受擾設備的干擾。
         多媒體系統的音頻信號的頻率范圍為300Hz-3.4KHz,視頻信號帶寬為6MHz。音頻信號通常都采用平衡方式傳輸,由于雙線上的感應噪聲有相互抵消作用,干擾要輕得多,甚至于測不出來。而視頻信號通常采用不平衡方式傳輸,干擾就要嚴重得多。所以音頻干擾分析與視頻干擾分析有所區別:對于視頻干擾,主要從干擾方式出發進行探討;音頻信號由于波長較大,通信大樓的屏蔽作用更為明顯,相比而言,輻射方式干擾可忽略不計。通過電源等整流器件所產生脈沖干擾對音、視頻信號機理相同,解決辦法也一致,因此,音頻干擾討論的重點放在交流聲干擾上。
            2 視頻干擾分析及解決辦法
         在實際工程中,視頻電纜通常敷設在通信大樓內的金屬管中。盡管金屬管外皮與大樓的建筑地連在一起,有時仍可能受到干擾,在監視器上會看到不規則的細線由上至下滾動,該干擾是由可控硅整流器點火時產生的脈沖干擾所造成的。UPS電源產生的脈沖干擾波形更為復雜,它除了整流器點火產生的干擾外還有逆變器產生的脈沖干擾及其諧波。電源整流器和UPS電源所產生的脈沖干擾的輻射雖到處都有,但主要是通過分布在會議室內的交流供電線路傳播的,為傳導方式干擾。
            每個專家都說的很專業,但是理論上的東西太多了!在施工所發現的干擾,基本上都是由工程人員處理,但處理的結果都很不理想,有時候把設備廠家的技術人員叫到現場,相互之間推脫責任,處理的結果更不理想!
            其實在實際使用是所產生的干擾,并沒有各位專家說的那么嚴重(簡直就是在把一個建筑體設計到了監控系統里面,而不是把監控系統設計到建筑體里面),其實干擾主要有三個方面:
            1.電源干擾
            2.電磁干擾
            3.回路電位不相等
            電源干擾可以用替換法處理,如果懷疑是引入的強電干擾,家個電源凈化器就可以了.如果是電磁干擾,就先把所有涉及到的大功率電器關掉,如電梯,噴水池電機,路燈等等;是不是電磁干擾馬上就會判斷出來.回路電位不相等造成的干擾最難處理,也不容易發覺,這就需要點耐心,也要分幾個步驟:前期在線路鋪設完畢的時候,沒條線都要對等電位端子做絕緣測試,應該為無窮大;裝完以后出現的干擾,把所有攝象機的視頻線都斷開,一條一條的接上,肯定接到有干擾的那條線,還有監控室的所有主機設備最好把它們的外殼都連在一起,每組機柜的連接處一定要把油漆刮干凈然后相互連接再接到等電位端子上;
            電梯攝象機的干擾是很嚴重,但也很好處理:攝象機不要用金屬外殼的(是金屬外殼的里面的電路板和外殼也必須絕緣),有些攝象機不是金屬外殼的也有干擾,這有兩個原因:1.攝象機不好,換個好的,2.電磁干擾,可以這樣處理:找個金屬盒,在找個好點的放大器放在里面然后接上就可以了,在監控室用衰減器條效果就可以了,供電可以用電梯里面的照明電是沒有問題的!如果是外部大功率設備的電磁干擾也可以用這種方法處理,但是效果不理想,最好是重新變更線路位置!485信號的干擾,也好處理,不用屏蔽線,外界的干擾每那么嚴重,如果有那么嚴重的話,人也會受到電磁輻射。
     

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