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安防知识:电视监控抗干扰设计及方法

查看次数:次  发布时期:2011-11-22  【返回】

        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;第三公用双绞线,未进一步采取抗干扰措施,比如采用屏蔽双绞线。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。
        每个专家都说的很专业,但是理论上的东西太多了!在施工所发现的干扰,基本上都是由工程人员处理,但处理的结果都很不理想,有时候把设备厂家的技术人员叫到现场,相互之间推脱责任,处理的结果更不理想!
        其实在实际使用是所产生的干扰,并没有各位专家说的那么严重(简直就是在把一个建筑体设计到了监控系统里面,而不是把监控系统设计到建筑体里面),其实干扰主要有三个方面:
        1.电源干扰
        2.电磁干扰
        3.回路电位不相等
        电源干扰可以用替换法处理,如果怀疑是引入的强电干扰,家个电源净化器就可以了.如果是电磁干扰,就先把所有涉及到的大功率电器关掉,如电梯,喷水池电机,路灯等等;是不是电磁干扰马上就会判断出来.回路电位不相等造成的干扰最难处理,也不容易发觉,这就需要点耐心,也要分几个步骤:前期在线路铺设完毕的时候,没条线都要对等电位端子做绝缘测试,应该为无穷大;装完以后出现的干扰,把所有摄象机的视频线都断开,一条一条的接上,肯定接到有干扰的那条线,还有监控室的所有主机设备最好把它们的外壳都连在一起,每组机柜的连接处一定要把油漆刮干净然后相互连接再接到等电位端子上;
        电梯摄象机的干扰是很严重,但也很好处理:摄象机不要用金属外壳的(是金属外壳的里面的电路板和外壳也必须绝缘),有些摄象机不是金属外壳的也有干扰,这有两个原因:1.摄象机不好,换个好的,2.电磁干扰,可以这样处理:找个金属盒,在找个好点的放大器放在里面然后接上就可以了,在监控室用衰减器条效果就可以了,供电可以用电梯里面的照明电是没有问题的!如果是外部大功率设备的电磁干扰也可以用这种方法处理,但是效果不理想,最好是重新变更线路位置!485信号的干扰,也好处理,不用屏蔽线,外界的干扰每那么严重,如果有那么严重的话,人也会受到电磁辐射。
 

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