闭路电视监控系统( CCTV)在建筑工程中的应用越来越多,由于建筑物内的电气环境比较复杂,容易形成各种干扰源,如果施工过程中未采取恰当的防范措施,各种干扰就会通过传输线缆进入闭路电视监控系统,造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现像。因此研究闭路 电视监控干扰源的性质、了解对闭路电视监控系统的影响方式,以便采取措施解决干扰问题对提高闭路监控系统工程质量,确保系统的稳定运行非常有益。
    
     干扰的来源及影响方式
    
     闭路电视监控系统中传输信号的类型主要有两类:一类是模拟视频信号,传输路径由摄像机到矩阵,从矩阵再到显示器或录像机;一类是数字 信号包括矩阵与摄像机之间的控制信息传输,矩阵中计算机部分的数字信号。一般设备成为干扰源的可能性很小,因此干扰主要通过信号传输路径进入系统。闭路电视监控系统的信号传输路径是,能通过视频电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统的干扰有:各种高频噪声比如大电感负载启停, 接地电位不等引入的工频干扰,平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将共频干扰转成了差模干扰,传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降,静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。具体表现如下:
    
     由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。在信号传输线上会将在脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差变小,当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值,导致通信时间变长或通信中断。接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁干扰能力的下降,体现在视频图像就是雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等;在信号传输线上形成尖峰干扰,造成通信错误。平衡传输线路失衡 也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会造成设备损坏外,还会影响存储器内的数据,使设备出现些莫名其妙的错误。
    
     抗干扰的方法
    
     从干扰源的分析了解到并没有特别的干扰源,消除或者减少上述干扰的理论探讨也有许多,如何针对闭路电视监控工程解决干扰问题,很少有文献涉及,下面就闭路电视监控工种中常见的干扰及解决方法进行些探讨。
    
     1 数字信号传输中的抗干扰措施
    
     在弱电系统工程中数字信号的传输通常指长线传输,常见的方式有:通过调制、解调方法在电力线或视频线上传输数字信号;通过工业标准的通信网络进行传输,比如 RS422、RS845、RS485;自行开发的自动式传输。三者相较,常见的还是RS422、RS485,因此重点讨论RS485数字通信抗干扰方法。
    
     S485总线是采用差分平衡电气接口,具有较强的抗电磁干扰能力,但在实际工程RS485总线并未达到人们期望的效果。问题往往出现在以下几个方面:第一网络拓扑不合理,未按照总线型网络拓扑布线,成为事宜上的星型拓扑;传输线与接收和发送端设备连接不正确,削弱了平衡线的抗干扰能力;第×××用双绞线,未进一步采取抗干扰措施,比如采用屏蔽双绞线。虽然在造成干扰的方式上有所不同但在干扰的表现形式上只有两种:一种是反射增加了信号畸变程度;一种是外部的干扰由于平衡条件被破坏,共模干扰变成了串模信号进入传输线。
    
     关于信号反射。根据电磁理论,减少长线上信号反射的唯一途径是阻抗匹配,若通信风格拓扑为总线型,阻抗匹配比较容易实现,但若是星型网 络拓扑,根据工程经验则可按图 1方式进行匹配,在发送端串上与传输线特征阻抗相同的电阻RO,在接收端按图所示进行连接,其中R1>R2,R=(R1* R2)/(R1+R2)=R0。在发送R0一般是驱动门输出内阻的5倍以上,可以得到较高的发送电平,接收的匹配阻抗是经5伏电源形成的,在阻抗匹配的同时减少了吸收功耗,这样既减少了的射,又不会因为增加了匹配电阻吸收过多的信号功率,信号的电平阈值差变小。
    
     双绞线作为RS485传输一对电磁感应噪声有较强的抑制能力,但对静电感应引起噪声的抑制能力较差,因此RS485传输线应选用屏蔽双 绞线。双绞线的屏蔽层要正确接地,这里讲的 “地”应是驱动总线逻辑门的“地”,而非“机壳地”、“保护地”,但在许多实际设备上往往没有给出 接地连接端,所以在这种情况下就需要引一条线将屏蔽与驱动逻辑门集成电路的地相连。
    2 视频信号的干扰
    
     视频信号的干扰在图像上表现为地花点和50HZ横纹滚动,对于雪花点干扰是由于传输线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致,这种干扰比较容易消除,在摄像机与控制矩阵之间合理位置增加一个视频放大器,将信号的售噪比提高,或者改变视频电缆的路径避开高频干扰源,高频干扰的问题可基本上得到解决。较难解决的是50HZ横纹滚动及进一步加高频干扰的情况,比如电梯轿厢内摄像机的输出图像。为了抑制上述干扰,首先分析一 下造成上述问题的原因。
    
     摄像机要求的供电电源一般有三种:直流12V、交流24V或220V,大多数工程应用中不从电梯轿厢的供电电源上取,而是另外布设供电电源给摄像机供电,摄像机输出图像经过一条软性的视频电缆从井道的上方或下方送出,视频电缆和供电电缆与轿厢的动力线捆绑在一起,当电梯运行时牵引电机运行产生的电磁场沿照明动力线传播,显然会影响摄像机供电电缆和视频电缆,当视频电缆的屏蔽层不够严密时,高频干扰就经视频电缆传回监视器。而对于50HZ的横纹滚动根据电磁学理论知道视频电缆的屏蔽层可完全消除50HZ工频干扰。由此可以推断这部分干扰不是通过视频电缆耦合过来,而是来自电源线和不合理的视频线联结。
    
     对于图像中的高频干扰,因它的频带仍在8MHZ以内,采用空隙率为50%左右的屏蔽网可基本消防高频干扰,但要达到50%的空隙率屏蔽网根数需每个波长长度有60根以上,这样高的密度又会使电缆的柔韧性下降,比较好的方法是采用带有双层屏蔽的视频电缆。
    
     视频电缆屏蔽层是接地的,如果视频信号 “地”与显示器的“地”相对“电网地”的电位不同,即如图3所示两处接地点相对电网“地”的电压差不同,那么通过电源在摄像机与显示器之间形成电源回路,这样50HZ的工频干扰进入显示器中,从图中的电气联接可以看出消除50HZ工频干扰 方法有两种,一是想办法使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同,或者切断形成地环流的路径。由于工程环境比较复杂,使各处“地”完全等电位比较困难,只能通过加大摄像机供电线缆的线径,尽可能降低地回路的电阻。或者采用切断地环流回路的方法,在摄像机或显示器端有一端不接地,通常在显示器端不接供电电源的地,这样虽不能完全消除干扰但可大减少50HZ的干扰。
    
      从上面的分析中看到,如果电源线上耦合上高频噪声,即使视频电缆的屏蔽电缆的屏蔽再好,也会将噪声送至显示器,因此摄像机的供电电源线 最好也要屏蔽,上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑才能实现,若到了系统调试时发现干扰存在可采用调制和解调的方法将噪声滤除,在摄像机端设一调制器将视频信号搬移到几十兆赫兹的频度段上,在显示器端设一低通滤波器将低于8NHZ的信号全部滤除,再经过解调将视频图像还原。
    
     3 监控系统的供电方式
    
     监控系统的供电方式只有两种:一种是集中供电方式即电源都引自一处,另一种是分布式供电,摄像机在安装位置附近取电源,从抗干扰效果的角度讲,集中供电方式更好一些,可以基本消除各处参考电位不等的情况。 
        
     监控系统中干扰主要体现在数字通信通讯线和视频图像的干扰上,解决干扰的关键在于工程开始施工时就要全盘考虑上抗干扰措施,这样才能从根 本上解决干扰问题,而不要等到工程后期再采取亡羊补牢的措施。
 
1、干扰源种类及干扰方式
    在多媒体系统中,影响视频和音频系统的噪声干扰除设备和传输线路本身的热噪声和叠加在其上的连续性“白噪声”干扰外,根据干扰源种类主要可分为两大类,脉冲干扰及交流声干扰。脉冲干扰是由于脉冲器件产生的强电磁场耦合进入信道所致:马达、汽车发动机火花塞点火,开关电源均会产生60Hz-2MHz的干扰,这些干扰的谐波分量会落入音、视频频带内;闪电、宇宙噪声还会产生2KHz-100MHz的脉冲噪声。交流声干扰主要是由于地线系统设计不合理,不同接地点间存在电位差,使得地电流形成回路所造成的;高压输电线路和交流电气化铁路也会引起交流声干扰,如交流电气化铁路产生的干扰除50Hz基频外、还有(2N+1)×50Hz等奇次谐波。

 
    另外,根据外界干扰源电磁能量的传播途径和对音、视频设备的耦合方式又可分成辐射方式干扰和传导方式干扰。传导方式干扰是经过电路(包括杂散电容和互感等可以用集总参数表示的电路元件)传到受影响设备上,如脉冲干扰、交流声干扰,主要通过传导方式作用于受扰设备;辐射方式干扰是通过天线的作用,由空间传到受影响的设备上,如高压输电线对受扰设备的干扰。

 
 多媒体系统的音频信号的频率范围为300Hz-3.4KHz,视频信号带宽为6MHz。音频信号通常都采用平衡方式传输,由于双线上的感应噪声有相互抵消作用,干扰要轻得多,甚至于测不出来。而视频信号通常采用不平衡方式传输,干扰就要严重得多。所以音频干扰分析与视频干扰分析有所区别:对于视频干扰,主要从干扰方式出发进行探讨;音频信号由于波长较大,通信大楼的屏蔽作用更为明显,相比而言,辐射方式干扰可忽略不计。通过电源等整流器件所产生脉冲干扰对音、视频信号机理相同,解决办法也一致,因此,音频干扰讨论的重点放在交流声干扰上。

 
    2 视频干扰分析及解决办法

 
 在实际工程中,视频电缆通常敷设在通信大楼内的金属管中。尽管金属管外皮与大楼的建筑地连在一起,有时仍可能受到干扰,在监视器上会看到不规则的细线由上至下滚动,该干扰是由可控硅整流器点火时产生的脉冲干扰所造成的。UPS电源产生的脉冲干扰波形更为复杂,它除了整流器点火产生的干扰外还有逆变器产生的脉冲干扰及其谐波。电源整流器和UPS电源所产生的脉冲干扰的辐射虽到处都有,但主要是通过分布在会议室内的交流供电线路传播的,为传导方式干扰。
 
      变电站视频监控系统抗干扰方法
      变电站的监控系统较之其他监控系统更易产生各种干扰,干扰源会通过传输线缆进入监控系统,造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等现象。因此研究变电站视频监控干扰源的性质、了解对视频监控系统的影响方式,以便采取措施解决干扰问题,对提高视频监控系统工程质量,确保系统的稳定运行非常有益。
   
   干扰的来源及影响方式
     1、变电站视频监控系统中传输的信号类型
    第一种是模拟视频信号,传输路径由摄像机到矩阵,从矩阵到多画面处理器,再到采集终端计算机;
    第二种是数字信号,包括采集终端计算机与矩阵、多画面处理器、摄像机之间的控制信号传输,矩阵中计算机部分的数字信号,温度、湿度等环境检测数字信号,报警开关量信号等。 
      2、干扰侵入途径 
一般来说干扰主要通过视频同轴电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统。
 
      3、主要干扰源有
      高频噪声干扰,比如大电感负载启停;各点接地电位不等引入的工频干扰;平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将工频干扰转成了差模干扰;传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降;静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。
 
      4、干扰表现形式
      视频同轴电缆由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影。视频同轴电缆接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁干扰能力的下降,体现在视频图像产生雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等。在控制信号传输线阻抗不匹配会将在脉冲序列的前后沿形成震荡,震荡的存在使高低电平间的阈值差变小,当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值,导致通信时间变长或通信中断。控制信号平衡传输线路失衡也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会造成设备损坏外,还会影响存储器内的数据,使设备出现些莫名其妙的错误,比如计算机的死机,网络接口的错误等。
抗干扰的方法
下面就变电站视频监控系统中常见的干扰及解决方法进行些探讨:
 
       1、数字信号传输中的抗干扰措施
      变电站视频监控系统的数字信号传输通常通过工业标准的通信网络进行传输,比如RS232、RS845、RS422。在这里重点讨论RS485数字通信抗干扰方法。
      RS485总线是采用差分平衡电气接口,具有较强的抗电磁干扰能力,但在实际工程中RS485总线并未达到人们期望的效果。问题往往出现在以下几个方面:
     ·网络拓扑不合理,未按照总线型网络拓扑布线,而成为了星型拓扑结构;
     ·传输线与接收和发送端设备连接不正确,削弱了平衡线的抗干扰能力;
     ·公用双绞线未进一步采取抗干扰措施,比如采用屏蔽双绞线;
     ·双绞线线经太细,传输距离太远,导致阻抗太大,造成压降。
虽然在造成干扰的方式上有所不同但在干扰的表现形式上只有两种:一种是在信号传输线上控制信号反射增加了信号畸变程度;一种是由于外部的干扰使平衡条件被破坏,共模干扰变成了串模信号进入传输线。
 
      关于信号反射,根据电磁理论,减少长线上信号反射的唯一途径是阻抗匹配,若通信网络拓扑为总线型,阻抗匹配比较容易实现,但若是星型网络拓扑,在发送端串上与传输线特征阻抗相同的电阻(电阻值一般是驱动门输出内阻的5倍以上)就可以得到较高的发送电平。接收的匹配阻抗是经5伏电源形成的,在阻抗匹配的同时减少了吸收功耗,这样既减少了反射,又不会因为增加了匹配电阻吸收过多的信号功率,信号的电平阈值差变小。
 
      双绞线作为RS485传输线对电磁感应噪声有较强的抑制能力,但对静电感应引起噪声的抑制能力较差,因此RS485传输线应选用屏蔽双绞线。双绞线的屏蔽层要正确接地,这里讲的“地”应是驱动总线逻辑门的“地”,而非“机壳地”、“保护地”,但在许多实际设备上往往没有给出接地连接端,所以在这种情况下就需要引一条线将屏蔽与驱动逻辑门集成电路的地相连。
 
      此外,在选择屏蔽双绞线作为RS485通信线时,应该选择线经大一点的,使阻值比较小,产生的压降小,这样使得控制信号的衰减也会小很多。
 
      2、视频信号的抗干扰 
      视频信号的干扰在图像上表现为雪花点和50Hz横纹滚动。
      对于雪花点干扰是由于传输线上信号衰减以及耦合了高频干扰所致,这种干扰比较容易消除,在摄像机与控制矩阵之间合理位置增加一个视频放大器,将视频信号的信噪比提高,或者改变视频电缆的路径避开高频干扰源,高频干扰的问题可基本上得到解决。
较难解决的是50Hz横纹滚动及进一步加入的高频干扰的情况。对于50Hz的横纹滚动根据电磁学理论知道视频电缆的屏蔽层可完全消除50Hz工频干扰,只需要购买屏蔽效果好的视频电缆。对于图像的高频干扰,因它的频带仍在8兆Hz内,采用空隙率为50%左右的屏蔽网可基本消防高频干扰,但要达到50%的空隙率,屏蔽网根数需每个波长长度有60根以上,这样高的密度又会使电缆的柔韧性下降,比较好的方法是采用带有双层屏蔽的视频电缆。
视频电缆屏蔽层要接地,如果视频信号“地”与显示器的“地”相对“电网地”的电位不同,那么通过电源在摄像与显示器之间形成电源回路,这样50Hz的工频干扰会进入显示器中,从电气联接可以看出消除50Hz工频干扰的方法有两种,一是想办法使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同,或者是切断形成地环流的路径。由于工程环境比较复杂,使各处“地”等电位会比较困难,只能通过加大摄像供电线缆的线径,尽可能降低地回路的电阻,比如采用铠装电缆,或者采用切断地环流回路的方法,在摄像或显示器端有一端不接地,通常在显示器端不接供电电源的地,这样虽不能完全消除干扰但可减少50Hz的干扰。
 
     从上面的分析中看到,如果电源线上耦合上高频噪声,即使视频电缆的屏蔽电缆的屏蔽再好,也会将噪声送至显示器,因此摄像机的供电电源线最好也要屏蔽,上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑才能实现。若到了系统调试时发现干扰存在可采用调制和解调的方法将噪声滤除,在摄像机端加一个调制器将视频信号搬移到几十兆赫兹的频段上,在计算机端加一个低通滤波器将低于8MHz信号全部滤除,再经过解调将视频图像还原。
      3、监控系统供电方式抗干扰
监控系统的供电方式只有两种:一种是集中供电方式即电源都引自一处,另一种是分布式供电,摄像机在安装位置就近取电。从抗干扰效果的角度讲,集中供电方式更好一些,可以基本消除各处参考电位不等的情况。
总的来说解决问题的关键在于工程开始施工时就要全盘考虑抗抗干扰措施,这样才能从根本上解决干扰问题,而不要等到工程后期再亡羊补牢。
 
监控系统抗干扰方法
 
干扰的来源及影响方式
  闭路电视监控系统中传输信号的类型主要有两类:一类是模拟视频信号,传输路径由摄象机到矩阵,从矩阵再到显示器或录象机;一类是数字 信号包括矩阵与摄象机之间的控制信息传输,矩阵中计算机部分的数字信号。一般设备成为干扰源的可能性很小,因此干扰主要通过信号传输路径进入系统。闭路电视监拧系统的信号传输路径是,能通过视频电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统的干扰有:各种高频噪声比如大电感负载启停, 地电位不等引入的工频干扰,平衡传输线路失衡使抑噪能力下降将共频干扰转成了差模干扰,传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降,静电放电沿传输线进入设备造成接口芯片损伤或损坏。具体表现如下:

  由于阻抗不匹配造成的影响在视频图象上表现为重影。在信号传输线上会将在脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差 变小,当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值,导致通信时间变长或通信中断。接地和屏蔽不好会导致传输线抑制外部电磁干扰能力的下降,体现在视频图象就是雪花噪点、网纹干扰以及横纹滚动等;在信号传输线上形成尖峰干扰,造成通信错误。平衡传输线路失衡 也会在信号传输线上形成尖峰干扰。静电放电除了会造成设备损坏外,还会影响存储器内的数据,使设备出现些莫名其妙的错误。
 
电梯视频监控抗干扰技术原理与工程要点
 
     1、  常见视频信号干扰产生的原因
     同轴电缆是使用最广泛的视频传输介质,一般用于中短距离的视频信号的传输。同轴电缆的电气特征使得它非常适合传送摄像机到监视器的全视频信号(cctv视频信号是由分布很广的低频信号和高频信号组成的)。传送低频信号(20赫兹到几千赫兹)时可以使用几乎任何种类的导线。在实际应用中,几乎所有导线都可以用作电话线。但要传送频率范围在20赫兹到6兆赫之间的视频信号,同时不希望有任何衰减时,就需要使用同轴电缆。
 
      在电视监控系统中采用视频基带传输是最常用的传输方式。所谓基带传输是指不需经过频率变换等任何处理而直接传送全电视信号的方式。这种传输方式的优点是传输系统简单;在一定距离范围内,失真小;附加噪声低(系统信噪比高);不必增加诸如调制器、解调器等附加设备。缺点是传输距离不能太远;一根视频同轴电缆只能传送一路电视信号等。
 
      由于这种传输方式具有工作稳定可*及设备简单等优点,因而在实际中获得了广泛的应用。但视频信号频带很宽,并且起始频率又很低,所以在电缆中传输时,其振幅及相位在低频段与高频段的差别就会很大。特别是在相位失真太大时,是难以用简单的电路进行补偿的。同时,基带传输低频部分很容易受到电力、电话、广播等低频干扰源的干扰。
 
广播干扰:
由于实际应用的需要,而必须将电缆在空中架设时,这时电缆本身就相当于一根很长的天线。由于天线效应的结果,电缆中会产生相当大的广播干扰电压,并在电缆外皮上产生干扰电流,这一电流通过电缆两端接地点与地构成回路,于是在终端负载上就会产生广播干扰信号的电压,使干扰信号混入视频信号中。这种干扰信号在图像上表现为较密的斜形网纹,严重时甚至会淹没图象。如果将电缆埋在地下,或采用铅皮电缆、平衡对称电缆等都能较好地克服这种干扰。
 
低频干扰:
电缆屏蔽层对于频率越低的信号其屏蔽效果越差,由于这种原因而引入的干扰信号有载波电话,电台的信号等。它们在图像上造成水平条纹的干扰。
 
50hz电源干扰:
当系统需要始端与末端同时接地时,由于两端接地电位不同及电缆外皮电阻的存在,在两地之间引起50hz的地电位差,从而产生干扰信号电压。当干扰信号被叠加在视频信号上时,使正常图像上出现很宽的横暗带。
 
50hz电源频率的二次谐波和三次谐波干扰:
谐波干扰主要表现在大电流或高电压的电力线周围,是电力电缆向四周的辐射信号,其频率为2500hz和125000hz,主要干扰视频信号的低频段。
 
传输线路引起的干扰:
视频传输线的质量不好,特别是屏蔽性能差(屏蔽网不是质量很好的铜线网,或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用)。与此同时,这类视频线的线电阻过大,因而造成信号产生较大衰减,这也是加重故障的原因。此外,这类视频线的特性阻抗不是75ω以及参数超出规定也是产生故障的原因之一。这种现象的表现形式是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰,干扰信号的频率基本上是行频的整数倍。
 
不洁净电源干扰:
这里所指的电源不“洁净”,是指在正常的电源(50周的正弦波)上叠加有干扰信号。而这种电源上的干扰信号,多来自本电网中使用可控硅的设备,特别是大电流、高电压的可控硅设备,对电网的污染非常严重,这就导致了同一电网中的电源不“洁净”。比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置、可控硅整流装置、可控硅交直流变换装置等等,都会对电源产生污染。不洁净电源使摄像机和其它有源设备工作不稳定,进而形成干扰。
 
2、视频抗×××的工作原理
首先,视频抗×××在工作时是直接接在摄像机的输出(或确定无干扰的视频信号)上,将视频信号由传统的基带传输0-6.5mhz向上移频,使带宽达到12mhz,从而避开常受干扰的低频段,由于其低频部分被移到干扰频率之外,所以可以从根本上消除以上各种低频干扰的影响。
 
其次,视频抗×××对视频信号具有一定的放大作用,从而提高信噪比,同时也可以使信号的有效传输距离延长。
第三,视频抗×××的中心降噪器设计了阻抗均衡电路,阻抗均衡电路和前端移频放大装置进行阻抗均衡,从而有效解决传输线路的质量问题引起的干扰。
 
 电梯视频监控抗干扰技术原理与工程要点
内容题要:基于对电梯视频监控干扰产生原理的研究成果,对干扰形成和抗干扰技术合理分析取得了理论和实践统一的成果,提供了电梯监控系统设计与施工中更为实用的一些抗干扰技术措施。本文只涉及电梯监控工程中同轴视频传输的抗干扰技术,供设计和施工参考。

 
    在闭路监控工程中,电梯监控视频干扰问题,一直是最常见、最难对付、也是最受关注的问题之一。本文阐明:只要掌握了干扰产生原理,电梯抗干扰工程问题也将迎刃而解。
        一、 掌握常用同轴电缆类型及特点
    1. 考虑传输衰减:当楼层很高,距离监控中心又较远的情况下,应慎重考虑传输衰减问题。选择电缆时,大家都知道粗缆优于细缆,但还应了解SYWV物理发泡电缆优于实心SYV电缆,高编电缆优于低编电缆,铜芯缆优于"铜包钢"缆,铜编网优于铝镁合金编网;
    2. 关注高频衰减:低频成分的亮度/对比度衰减容易发现和解决,电缆最重要的传输特性就是频率越高衰减越大,高频衰减主要影响清晰度和分辨率,要特别注意总结图像质量的观察方法。这方面电缆特点和规律是:粗缆优于细缆,发泡优于实心,但同型号的"高编和低编高频衰减一样";
 
    3. 考虑电缆寿命:软性电缆优于普通电缆,细缆优于粗缆;还有一个最易被忽视的问题:电缆各层间的粘合力,即当电缆各层之间纵向相反方向受力时,是否会发生相对滑动,高层电梯缆长可达100米垂直布线,电缆外护套固定在随行电缆上,这是一种"软固定",固定时不允许电缆变形(破坏同轴性),这样一来,在电梯反复运动中电缆内部层,在重力作用下,会逐渐"下滑",慢慢拉断编织网或芯线,表现为信号逐步减弱,干扰越来越大;目前还没有这项电缆技术标准,简单检查方法是取一米电缆,在一头剥开各层,一人用手握住电缆两端,另一人用钳子拉电缆的内层:依次拉芯线,绝缘层,编织网,体验粘合力的大小,做出合理估计,粘合力差、易滑动的尽量不选用。这项性能很多电缆并不好,应慎重选择。
 
  二、 干扰产生原理简介
    1. 电梯井内通常布置了动力、照明、风扇、控制、通信等线缆,各种电缆都会产生电磁辐射。与天线接收原理相同,同轴电缆也会"接收"这些干扰,即干扰电磁场在电缆上产生干扰感应电流,这个干扰感应电流也就会在电缆外导体(编织网)纵向电阻上产生干扰感应电压(电动势),这个干扰感应电压刚好串联在视频信号传输回路"长长的地线"中,形成干扰;
    2. 更重要的是这些随行电缆都是与视频电缆并行,且近距离捆扎在一起。这就形成了接近"最佳最有效的"干扰耦合关系。在一般工程中可以采用穿金属管或走金属槽的屏蔽干扰办法,但在电梯随动的环境中,这种方法无能为力。所以电梯环境下的抗干扰难度很大,只能选择较好的设计和施工方法;
    3. 了解干扰产生基本原理,对完善抗干扰设计和施工十分重要。
 
  三、 常用铜轴电缆传输方案的抗干扰措施
    1. 常用铜轴电缆:不管是多层高编铜编网电缆、"铝箔-编网"的双屏蔽电缆、还是"铝箔-编网--铝箔-编网"的四屏蔽电缆,电气上都属于一个屏蔽层。干扰感应电压,都是直接串联在视频信号传输回路中。只是多层高编电缆的外导体电阻小,形成的干扰感应电压也相对较低一些。这对抗低频电源干扰、电机电火花干扰等有一定效果(几十kHz以下的干扰)。但对高频干扰,由于"趋肤效应",高频阻抗与低编电缆相同,抗干扰效果也基本一样;所以应该清醒看到:高编电缆只有适当降低低频干扰的作用,防强干扰和高频干扰还是无能为力;
 
    2. 电梯布线方式的抗干扰措施:
    ① 视频电缆走出电梯井的位置选择:理想的选择应在井的中部,因为这时井内随行视频电缆长度,大约只有井深的一半多一点,最短,自然引入的干扰也最小;但工程上这种出线要求,只能看情况争取,实际工程不一定允许。
    ② 过去,在不明白原理的情况下,多数出线位置都是和其他随行电缆一起走,从电缆井的顶部或底部走出。这种情况下,考虑到只有一半电缆是随行运动的,另一半只是固定延伸连接,不运动,我们把这部分叫着"不动电缆";这就提供了一种可能:那一半随行运动电缆只能与其他随行电缆一起捆绑走线;而另一半不动电缆可以选择远离随行电缆单独走线的方法,在电梯井内把视频线紧贴井璧垂直走线,并把这部分电缆穿金属管或走金属槽,以屏蔽干扰对这部分电缆的影响,比较有效。
    ③ 随行运动部分的视频电缆与其他随行电缆捆扎时,设计者应充分了解其他随行电缆的结构和分布情况,捆扎时视频电缆应尽量远离电流大、频率高的电缆,*近电流小频率低的电缆捆扎;这里,哪怕有1厘米的选择可能也要争取,因为干扰影响大小至少与距离平方成反比;
    ④ 摄像机金属外壳、NC头的外壳、同轴电缆的外导体等视频信号的"地",和电梯轿厢、导轨等要绝缘,这在安装摄像机时要特别注意。
    ⑤ 摄像机供电应优选集中直流供电方式,其次是选择轿厢照明电,不能用动力电。
    ⑥ 供电、控制等监控用电缆,尽量选用带屏蔽的电缆,防止干扰信号向外泄露。
    ⑦ 从电梯井出口到控制中心的视频电缆,应走金属管或走金属槽,以屏蔽沿途环境干扰对这部分电缆的影响,并注意这部分屏蔽与电梯井内的屏蔽,应做好电气连接。
 四、 应用抗干扰同轴电缆
    1. 抗干扰同轴电缆是一种"双绝缘双屏蔽的同轴电缆",其里面的芯线、绝缘层、屏蔽层仍然是标准的75欧姆电缆,没有区别。不同的是,在原来屏蔽层外,又增加了第二绝缘层和第二屏蔽层,外面再加上护套。从上面干扰产生原理分析已经知道,干扰在传统同轴电缆外层上产生的感应电压,串联在视频信号传输回路"长长的地线"中,从而形成干扰的。但采用抗干扰同轴电缆后,情况有了质的变化:干扰感应电压只能形成在"第二屏蔽层"上,并由里面的"第二绝缘层"把它与视频信号传输回路"长长的地线"绝缘隔离开,把干扰排除在视频信号传输回路之外,达到抗干扰的目的。
    2. 这种抗干扰电缆的特性,对于电梯环境下的超强低频动力电源干扰,电机电火花干扰,变频电机干扰,控制信号干扰等几十千赫以下的干扰,抗干扰性能十分突出。
    3. 在传输线路较长的工程设计中,采用"双绝缘双屏蔽的同轴电缆"后,传统工程上的一些抗干扰措施也可以大大化简,并能有效降低工程总造价。
 
工程抗干扰四大基本要领—— “一防,二避,三抗,四补
一防:设防,将干扰拒之门外,措施:
1. 线缆穿镀锌铁管,走金属线槽;
2. 线缆埋地;
3. 采用双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆;
4. 摄像机与护罩绝缘,护罩接大地;

二避:改变视频原信号传输频带或传输方式,避开视频带宽内的干扰,措施:
1.采用光缆,微波、射频等调制方式;
2.采用数字变换、处理和传输方式;

三抗:外界电磁干扰已经通过传输电缆“混入视频信号中”,解决办法就是“抗”,措施有:
 传输变压器抑制50/100Hz低频干扰;
 “斩波”技术;
 视频预放大提高“信号/干扰”比(信噪比)技术:理论上实践上都应该是可行的。但在处理线缆传输失真和附加放大失真问题上,还有待完善。
 “加权抗×××”,不调制不变换,保持原视频基带传输方式,同时具有抑制干扰和视频恢复双重功能。

四补:抗干扰是提高图像质量的措施之一,还要同时考虑到补偿传输线缆和设备引入的衰减和失真,恢复视频信号原有特性,确保图像质量。“加权抗×××”和“视频恢复主机”,都具有图像质量控制恢复功能;
地线干扰与地线设计
地线设计是电磁兼容设计中大家都很注意,却又不知道应该怎样去做的一个问题。了解了地线造成干扰问题的机理之后,在设计和实施地线时就有了一个明确的思路。本期从介绍地线造成干扰的原理入手,使读者了解设计地线的关键和原则。
1 什么是地线?
  地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线,后者是为了保证电路正确工作所设置的地线。造成电路干扰现象的主要是信号地,因此这里仅讨论信号地的问题。
信号地的一般定义是:电路的电位参考点。
  更恰当地说,这个定义是我们设计电路时的一个假设。从这个定义是无法分析和理解一些地线干扰问题的。从现在开始,我们在分析电磁兼容问题时,使用下面的定义。
  地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。
  既然地线是电流的一个路径,那么根据欧姆定律,地线上是有电压的;既然地线上有电压,说明地线不是一个等电位体。这样,我们在设计电路时,关于地线电位一定的假设就不再成立,因此电路会出现各种错误。这就是地线干扰的实质。

2 地线的阻抗有多大?
  一个难以理解的问题是,我们在设计地线时,都使地线的电阻很小,那么地线上的电位差怎么会大到导致电路出错的程度。理解这个问题,要理解地线阻抗的组成。
  地线的阻抗Z由电阻部分和感抗部分两部分组成,即:Z = RAC + jωL。

  电阻成分:导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC。对于交流电流,由于趋肤效应,电流集中在导体的表面,导致实际电流截面减小,电阻增加,直流电阻和交流电阻的关系如下:
  RAC= 0.076rf1/2RDC
式中:r=导线的半径,单位cm,f=流过导线的电流频率,单位Hz, RDC= 导线的直流电阻,单位Ω。

  电感成分:任何导体都有内电感(这区别于通常讲的外电感,外电感是导体所包围的面积的函数),内电感与导体所包围的面积无关。对于圆截面导体如下:
  L=0.2S[ln(4.5/d) -1] (μH)
式中S=导体长度(m),d=导体直径(m)
  表1说明了直流电阻与交流阻抗的巨大差异。频率很低时的阻抗可以认为是导体的电阻,从表中可以看出,随着频率升高,阻抗增加很快,当频率达到100MHz以上时,直径6.5mm长度仅为10cm的导线也有数十欧姆的阻抗。

表1 不同直径、长度的导线的阻抗
3 地环路干扰及对策
  地环路干扰是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。其产生的内在原因是设备之间的地线电位差。地线电压导致了地环路电流,由于电路的非平衡性,地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压(图1)。
  由于地环路干扰是由地环路电流导致的,因此在实践中,有时会发现,当将一个设备的地线断开时,干扰现象消失,这是因为地线断开时,切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合,当干扰频率高时,短开地线与否关系不大。

  地环路干扰形成的原因1:两个设备的地电位不同,形成地电压,在这个电压的驱动下,“设备1-互联电缆-设备2- 地”形成的环路之间有电流流动。由于电路的不平衡性,每根导线上的电流不同,因此会产生差模电压,对电路造成干扰。地线上的电压是由于其他功率较大的设备也用这段地线,在地线中引起较强电流,而地线又有较大阻抗产生的。

  地环路干扰形成的原因2:由于互联设备处在较强的电磁场中,电磁场在“设备1 - 互联电缆 - 设备2 - 地”形成的环路中感应出环路电流,与原因1的过程一样导致干扰。

  解决地环路干扰的方法:解决地环路干扰的基本思路有三个:一个是减小地线的阻抗,从而减小干扰电压,但是这对第二种原因导致的地环路没有效果。另一个是增加地环路的阻抗,从而减小地环路电流。当阻抗无限大时,实际是将地环路切断,即消除了地环路。例如将一端的设备浮地、或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑,这种直接的方法在实践中往往是不允许的。更实用的方法是使用隔离变压器、光耦合器件、共模扼流圈、平衡电路等方法。第三个方法是改变接地结构,将一个机箱的地线连接到另一个机箱上,通过另一个机箱接地,这就是单点接地的概念。

4 公共阻抗耦合及对策
  当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时,就发生了公共阻抗耦合,如图2(a) 所示。

图2
  一个电路的地电位会受到另一个电路工作状态的影响,即一个电路的地电位受另一个电路的地电流的调制,另一个电路的信号就耦合进了前一个电路。
  放大器级间公共地线耦合问题:图2(a) 中的放大器,由于前置放大电路与功率放大电路共用一段地线,功率放大电路的地线电流很大,因此在地线上产生了较大的地线电压V。这个电压正好在前置放大电路的输入回路中,如果满足一定的相位关系,就形成了正反馈,造成放大器自激。
  解决办法:可以有两个解决办法,一个是将电源的位置改变一下,使它*近功率放大电路,这样,就不会有较大的地线电压落在前置放大电路的输入回路中了,如图2 (b) 所示。另一个办法是功率放大电路单独通过一根地线连接到电源,这实际是改成了并联单点接地结构,如图2 (d) 所示。
5 接地策略

图3
  信号地有图3所示的几种方式。
  单点接地:所有电路的地线接到公共地线的同一点,进一步可分为串联单点接地和并联单点接地。最大好处是没有地环路,相对简单。但地线往往过长,导致地线阻抗过大。
  多点接地:所有电路的地线就近接地,地线很短,适合高频接地。问题是存在地环路。
  混合接地:在地线系统内使用电感、电容连接,利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性,使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构。
  串联单点接地容易产生公共阻抗耦合的问题,解决的方法是采用并联单点接地。但是并联单点接地往往由于地线过多,而没有可实现性。因此,灵活的方案是,将电路按照信号特性分组,相互不会产生干扰的电路放在一组,一组内的电路采用串联单点接地,不同组的电路采用并联单点接地。如图4所示。这样,既解决了公共阻抗耦合的问题,又避免了地线过多的问题。

抗干扰四大基本要领,是从不同的技术侧面采取的不同措施,掌握了它们的原理、性能和使用方法,在工程中灵活运用,才能立于不败之地。
关于抗干扰四大基本要领,这种提法还只是个人意见,不一定确切。目的是对工程抗干扰技术措施的认识和选择,力求探讨出一种清晰明了概念和要领。不再茫然,不再无所适从,不再为误导宣传所左右,做出更多、更高水平的样板工程。
说起视频干扰,要讲一下视频监控信号传输的传统方式视频基带传输。所谓的视频基带传输是指视频信号不经过频率变换等任何处理由图像摄取端通过同轴电缆直接传输到监视端的传输方式,图像在传输时直接利用同轴电缆的0~6MHz来传输,非常容易受到干扰,使图像出现网纹、横纹和噪点影响监视效果。对于基带传输视频干扰,从干扰源角度分为交流声干扰和空间电磁波干扰,从干扰切入方式分为传导式干扰和辐射式干扰。下面分析一下常见视频干扰现象及其原因。
    1、工频干扰
    干扰现象:图像出现雪花噪点、网纹或很宽暗横带持续不断滚动。
    干扰原因:此现象是当摄像端与监控设备端同时接地时,由于地电阻及电缆外皮电阻的存在,在两地之间电力系统各相负载不平衡或接地方式不同引起50Hz电位差,从而产生工频干扰所致。地电位使两接地端存在电压降,电压降加在屏蔽层两端并与大地(地电阻)构成回路产生地电流,地电流经过线缆屏蔽层形成干扰电压,地电流的部分谐波分量落入视频芯线,致使芯线与屏蔽层之间产生干扰电位,使干扰信号加入视频信号中对监控图像形成干扰。
    2、空间电磁波干扰
    干扰现象:图像出现较密的斜形网纹,严重时会淹没图像。
    干扰原因:当监控电缆在空中架设时,空中电磁波干扰信号所产生的空间电场会作用于监控传输线路,使线路两端而产生相当大的电磁干扰电压,其频率约在200Hz~2.3MHz。由于电缆中电位差的存在,使电缆屏蔽层产生干扰电流,而一般情况下摄像端和监控设备端均为接地状态,这就使干扰电流通过线缆两端接地点与大地形成回路,导致终端负载产生干扰电压,干扰信号耦合进视频信号中,产生图像干扰情况。
    3、低频干扰(20Hz-nKHz低频噪声干扰)
    干扰现象:图像出现静止水平条纹。
    现象原因:由于声音、数据等信号属于低频信号,其频带狭窄在传输时只用到20Hz~nKHZ,几乎采用任何种类的电缆都可以传输,一般只受交流声干扰。用于传输视频信号的同轴电缆,其屏蔽层抗干扰曲线特性表明干扰信号频率越高其屏蔽性能越好,对于诸如载波电话、有线电台等低频率信号干扰反而显得苍白无力。低频干扰信号同样会在传输线缆上产生干扰电压,从而影响图像质量。
    4、高频干扰(高频噪声干扰)
    干扰现象:图像出现雪花点或高亮点。
    现象原因:虽然视频传输所用同轴电缆抗高频干扰要比抗低频干扰性能强,但是强高频干扰信号还会对图像的传输产生干扰。大电荷负载启停、变频机及高频机等在工作时除了输出高强度基波外,同时还会产生高强度的二次谐波。虽然谐波强度比基波低很多,但高次谐波频带很宽且成分复杂,所以基波的各次谐波都会对利用视频基带传输(即6MHZ带宽内)的视频信号造成不同程度的干扰。经过多次精度实验,高频干扰信号的基波和谐波频率均在45MHz以内。
    5、反射干扰
    干扰现象:图像出现重影。
    干扰原因:视频信号在传输过程中色度、亮度及饱和度都会有相应衰减,当传输视频的同轴网络阻抗不匹配(也称失配)时,视频信号传输到终端会有部分色度、亮度及饱和度产生微反射,反射回来的信号会回到发射处形成再反射,与视频信号叠加经过延时和损耗到达终端。多个反射信号将在接收端产生码间干扰(ISI),ISI会导致监视器收到错误的输入信号幅度和相位并显示出来,这就使传回来的图像看起来好象清楚的图像上又蒙上了一层模糊不清的图像现象,即重影现象。
 
常见的图像干扰及其解决方法
1. 木纹状的干扰 这种干扰的出现 ,轻微时不会淹没正常图像 ,而严重时图像就无法观看了 (甚 至破坏同步 )。这种故障现象产生的原因较多也较复杂。大致有如下几种原因:
( 1) 视频传输线的质量不好, 特别是屏蔽性能差 (屏蔽网不是质量很好的铜线 网,或屏 蔽 网过稀而 起 不到屏蔽 作 用 )。与 此 同时,这 类 视频线的 线 电阻过大, 因而造成信号产生较大衰减也是加重故障的原因 。此外 ,这类视频线的特性阻抗 不是 75Ω 以及参数超出规定也是产生故障的原因之一。由于产生上述的干扰现 象不一定就是视频线不良而产生的故障 ,因此这种故障原因在判断时要准确和慎 重 。只有当排除了其它可能后 ,才能从视频线不良的角度去考虑 。若真是电缆质 量问题,最好的办法当然是把所有的这种电缆全部换掉,换成符合要求的电缆, 这是彻底解决问题的最好办法。
( 2)由于 供电系统的 电源不 “洁净 ”而引起 的。这里所 指的电源不 “洁净 ”,是 指 在正常的电 源( 50 周的正弦波 )上叠加有干扰信号 。而这种电源上的干扰信号, 多来自本电网中使用可控硅的设备 。特别是大电流 、高电压的可控硅设备 ,对电 网的污染非常严重 ,这就导致了同一电网中的电源不 “洁净 ”。比如本电网中有大 功率可控硅调频调速装置 、可控硅整流装置 、可控硅交直流变换装置等等 ,都会 对 电源产生污 染。 这种 情况的解决 方法比较简 单,只要对 整个系统采 用净化 电 源或在线 UPS 供电就基本上可以得到解决。 ( 3) 系统附近有很强的干扰源。 这可以通过调查和了解而加以判断。 如果属于 这种原因 ,解决的办法是加强摄像机的屏蔽 ,以及对视频电缆线的管道进行接地 处理等。
2. 较深较乱的大面积网纹干扰 严重时 图像全部被 破坏,形不 成图像和同 步信号,这 种故障是由 于视频电缆 线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的。这种情况多出现在 BNC 接头或其它类型 的视频接头上 。即这种故障现象出现时 ,往往不会是整个系统的各路信号均出问 题 ,而仅仅出现在那些接头不好的路数上 。只要认真逐个检查这些接头 ,就可以 解决。
3. 若干条间距相等的竖条干扰 干扰信 号的频率基 本上是行频 的整数倍, 这是由于视 频传输线的 特性阻抗不 是 75Ω 而导致阻抗失配造成的。也可以说,产生这种干扰现象是由视频电缆的 特性阻抗和 分布参数都 不符合要求 综合引起的 。解决的方 法一般* “始端串接 电 阻 ”或 “终端并接 电阻 ”的方 法去解决。 另外,值得 注意的是, 在视频传输 距离很 短时( 一般为 150 米以内 ),使用上述 阻抗失配和 分布参数过 大的视频电 缆不 一定会出现上述的干扰现象 。解决上述问题的根本办法是在选购视频电缆时 ,一 定要保证质量。必要时应对电缆进行抽样检测。
4. 由传输线引入的空间辐射干扰 这种干 扰现象的产 生,多数是 因为在传输 系统、系统 前端或中心 控制室附近 有较强的、频率较高的空间辐射源。这种情况的解决办法一个是在系统建立时, 应对周边环境有所了解 ,尽量设法避开或远离辐射源 ;另一个办法是当无法避开 辐射源时,对前端及中心设备加强屏蔽,对传输线的管路采用钢管并良好接地。
 

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