ВВЕДЕНИЕ 9 страница

18. Перечислите основные преимущества и недостатки коаксиального кабеля.

19. Перечислите основные преимущества и недостатки радиоканала.

20. Перечислите основные преимущества и недостатки волоконно-оптического канала связи.

21. Как связаны между собой требуемый угол зрения камеры и минимальный размер наблюдаемого объекта?

22. Что такое неконтролируемое время регистрации и как оно должно учитываться?

23. Каким образом определяется необходимая освещенность на наблюдаемом объекте?

24. Чем ограничено применение высокочувствительных видеокамер?

4 ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

4.1 Причины возникновения помех

Помехи, то есть любые электрические сигналы в системе, не относящиеся к полезному видеосигналу, как и для всех приемных устройств подразделяются по месту их возникновения на внешние и внутренние. Построение системы любого уровня обязательно требует обеспечения достаточно низкого уровня шумов как в тракте звуковых, так и видеосигналов. Как всякие электрические сигналы, помехи, наводки и шумы имеют вполне конкретные источники и пути проникновения в тракт сигнала. Высокочастотные электромагнитные помехи наводятся от таких источников, как радио и телевизионные передатчики, мобильные и радиотелефоны, тиристорные преобразователи, коллекторные электродвигатели, электросварочное оборудование, дисплеи компьютеров и сами компьютеры. Помехи с частотой выше 100 кГц обычно находятся за границей частотного диапазона измерительных систем, однако высокочастотные помехи могут быть нежелательным образом выпрямлены или перенесены в область более низких частот по причине нелинейности характеристик диодов и транзисторов, расположенных на измерительной плате и внутри микросхем. В системах с очень высокой чувствительностью могут наблюдаться паразитные напряжения, вызванные термоэлектрическим эффектом в контактах разнородных металлов, трибоэлектричеством, возникающим при трении диэлектриков друг о друга, пьезоэлектрическим эффектом и эффектом электростатического или электромагнитного микрофона. Эти источники помех опасны тем, что встречаются редко, поэтому о них зачастую забывают. При монтаже и работе систем видеонаблюдения на объектах специалисты часто сталкиваются с искажениями изображения, нарушением синхронизации, снижением контрастности, яркости и четкости картинки. Наиболее сложными являются неполадки, связанные с искажениями видеоизображения. При требуемом качестве принимаемого изображения (рисунок 4.1), реальное изображение может значительно отличаться от него по самым различным причинам.

Рисунок 4.1 – Изображение с требуемым качеством

При проектировании систем видеонаблюдения, одним из самых распространенных средств передачи видеосигнала является коаксиальный кабель, соединяющий передающую видеокамеру и приемную аппаратуру (мониторы, мультиплексоры, видеомагнитофоны и т.д.). Появление искажений видеоизображения или, так называемых фоновых помех может быть связано с отсутствием на объектах единого контура заземления оборудования (рисунок 4.2). При передаче сигнала по кабелю на значительные расстояния (100 м и более) возникает разность потенциалов в десятки и сотни вольт между приемным и передающим оборудованием, что приводит к паразитным токам сетевой частоты 50 Гц по оплеткам коаксиальных кабелей.

Рисунок 4.2 – Искажение изображения фоновой помехой

Данные искажения могут быть вызваны и другими причинами, которые могут дополняться следующими негативными факторами - приемное и передающее оборудование подключено к разным фазам электросети или наличием фоновых помех с частотами, отличными от 50 Гц. Помехи при этом могут возникать из-за работающих на объекте вентиляторов, электродвигателей, электросварки, различных станков и другого оборудования. На входе приемного видеооборудования напряжение помех складывается с передаваемым видеосигналом, что приводит к искажениям в виде движущихся горизонтальных черно-белых полос и к срыву синхронизации изображения. Показателями влияния разницы потенциалов приемного и передающего оборудования также могут быть изменение яркости или двоение изображения. Снижение контрастности и яркости изображения может происходить вследствие потерь уровня передаваемого видеосигнала из-за омического сопротивления кабеля. Потери уровня видеосигнала пропорциональны длине кабеля. При проектировании систем видеонаблюдения для минимизации указанных потерь специалисты обычно закладывают в спецификацию или низкоомный, но дорогостоящий кабель или усилители видеосигнала, что экономически более выгодно. Снижение четкости передаваемой картинки может быть связано с частотными искажениями передаваемого сигнала в канале из-за погонной емкости (рисунок 4.3). Но даже применение дорогостоящих кабелей сечением 8-12 мм с малой погонной емкостью не спасает на километровой линии связи от затухания сигнала более 10 дБ (в 3 раза) на верхней частоте спектра видеосигнала 5 МГц. Плохая различимость мелких деталей изображения остается.

Рисунок 4.3 – Снижение четкости передаваемой картинки

Причины возникновения помех могут быть совершенно различными, но все они должны быть максимально учтены еще на стадии проектирования, что поможет сделать систему достаточно помехозащищенной.

4.2 Основные виды помех и методы борьбы с ними

Синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц - прямое проникновение основной гармоники сетевого питания. Виден на экране как горизонтальные серые полосы с мягкими краями (рисунок 4.4), медленно плывущие по вертикали. Типичный случай появления - незаземленные источник (видеокамера) и приемник (видеомонитор) сигнала питаются от различных фаз сети.

Рисунок 4.4 – Проникновение основной гармоники сетевого питания

Синхронные с сетью помехи токов питания устройств, участвующих в обработке сигнала (рисунок 4.5). Видны на экране как редкие (2-4 на экране) горизонтальные узкие полосы, поочередно темные и светлые, медленно плывущие по вертикали.

Рисунок 4.5 – Помехи токов питания устройств, участвующих в обработке сигнала

Синхронные с сетью импульсные помехи от тиристорных регуляторов и ламп дневного света - похожи на предыдущие, но более узкие, резкие, иногда с мелкой структурой по горизонтали (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Импульсные помехи от тиристорных регуляторов и ламп дневного света

Помехи от импульсных источников питания и блоков развертки телевизоров, компьютеров, мониторов и т.п. Видны на экране как бегущие косые полосы (сетка) или крупный шевелящийся муар (рисунок 4.7). Типичный случай появления - незаземленный бытовой телевизор подключен к видеокамере длинным тонким кабелем.

Рисунок 4.7 – Помехи от импульсных источников питания

Синхронный чужой видеосигнал - неподвижная картина темного или светлого “креста” или полос, соответствующих гасящим импульсам чужого сигнала (рисунок 4.8). При синфазности основного и мешающего сигналов гасящие импульсы не видны, но различие картинок может приводить к плавному цветному муару.

Рисунок 4.8 – Помехи от чужого синхронного видеосигнала

Несинхронный чужой видеосигнал - бегущие по экрану следы чужого синхросигнала (рисунок 4.9). Отличается характерными ровными краями картинки гасящих импульсов помехи и стабильностью частоты.

Рисунок 4.9 – Помехи от чужого несинхронного видеосигнала

Высокочастотные помехи - широкое понятие, проявляющееся в виде мелкоструктурной сетки или муара по всему экрану (рисунок 4.10). Детектирование ВЧ помехи во входных каскадах звукового тракта иногда приводит к появлению низкочастотных сигналов в самых неожиданных местах.

Рисунок 4.10 – Высокочастотные помехи

Несмотря на то, что каждый из приборов, составляющих комплекс оборудования видеонаблюдения, имеет высокие характеристики и низкий уровень шума, далеко не всегда весь комплекс имеет столь же хорошие параметры. И основной вклад в уровень помех вносят соединительные кабели и разъемы. Источником синусоидальной 50-Гц помехи в большинстве случаев являются токи, текущие по оплеткам коаксиальных кабелей. На вполне конечном (ненулевом) суммарном сопротивлении оплетки и разъемов ток помехи вызывает падение напряжения, суммирующееся с напряжением полезного сигнала. Общий провод – «земля» всех приборов с сетевым питанием в той или иной степени связан с фазным проводом сети. В оборудовании, оснащенном классическими линейными блоками питания, сетевая помеха проникает через относительно малую (сотни пФ) паразитную емкость сетевого трансформатора (рисунок 4.11).

Рисунок 4.11 – Сетевые помехи через паразитную емкость сетевого трансформатора

В современных приборах, оснащенных импульсными источниками питания, основная часть сетевой помехи проникает через относительно большую (0.01..0.05 мкФ) емкость сетевого фильтра, имеющегося на входе практически всех импульсных блоков питания. Емкостной делитель С1, С2 создает на общем проводе устройства среднее напряжение в 110 В по отношению к нулю сети (рисунок 4.12).

Рисунок 4.12 – Помехи через емкость сетевого фильтра

Наиболее правильное решение в таких случаях состоит в отдельном заземлении каждого из устройств на низкоимпедансную шину заземления. Аналогично синусоидальной 50Гц помехе проникают в сигнал и большинство других помех, перечисленных выше. Общая их особенность - возникновение паразитных токов в экране соединительного сигнального кабеля. Внешние токи помех - из сети (например, от тиристорного регулятора настольной лампы) или внутренние (от импульсных блоков питания и блоков разверток) проникают в сигнальную землю устройства через паразитные емкости. Особо следует отметить применение дешевых бытовых телевизоров в качестве контрольных мониторов. Не предназначенные для функционирования в комплексе с другим оборудованием, они могут создавать значительные паразитные токи в подключенных сигнальных кабелях. Это связано с объединением в телевизоре земель импульсного блока питания, каскадов разверток и входных разъемов видеосигнала. Подача на вход телевизора видеосигнала, несинхронного с основными сигналами системы, делает это особенно заметным. Дальнейшее неконтролируемое путешествие паразитных токов по земляным проводам системы может привести к появлению помех по всем сигналам сразу. Аналогичные проблемы типичны для всех пользователей бытовой и полупрофессиональной аппаратуры, оснащенной двухпроводным шнуром сетевого питания. Другая сторона проблемы, связанной с использованием приборов различных классов заземления - перегрузки и пробои сигнальных входов и выходов. Например, при подключении кабеля, идущего от заземленной видеокамеры к незаземленному VHS магнитофону, центральный контакт разъема “тюльпан” может коснуться раньше земляного контакта. Если этот момент совпадет с точкой максимума сетевой синусоиды, то напряжение конденсаторов С1 и С2 (рисунок 4.12) будет приложено ко входу магнитофона и выходу микшера. Иногда это приводит к пробою входных/выходных цепей или “защелкиванию” микросхем. Ситуация аналогична при соединении двух незаземленных устройств, питающихся от разных фаз сети.
Более высокий уровень требований в профессиональной и вещательной аппаратуре требует и более корректного подхода к решению проблем заземления, поэтому аппараты таких классов обычно оснащены трехпроводными вилками с третьим контактом “грязной” земли сетевого фильтра, а некоторые - отдельной дополнительной клеммой сигнального заземления (рисунок 4.13).

Рисунок 4.13 – Подключение шины сигнального заземления

При правильном выполнении заземления по такой схеме, токи помех стекают в шину заземления, не создавая падения напряжения на экранах сигнальных кабелей. Необходимое условие нормальной работы такой системы - низкое сопротивление шины заземления и заземляющих проводников. Токи помех должны течь по цепям «А-Б-В-земля» и «А1-Б1-В1-земля». Если же сопротивление земляной шины на участке «Б-В (Б1-В1)» окажется выше, чем сопротивление оплетки кабеля «Г-Д», ток помехи потечет по кабелю, создавая напряжение помехи на входе второго устройства. Как видно, конкретный путь паразитных токов сильно зависит от соотношения нескольких весьма малых и трудно контролируемых сопротивлений, сильно зависящих, например, от чистоты и аккуратности выполнения соединений.

4.3 Основные причины выхода из строя оборудования видеонаблюдения

Выход из строя оборудования систем видеонаблюдения достаточно распространенное явление, доставляющее «головную боль» как эксплуатационным, так и монтажным организациям. Отказы, связанные с проблемами приобретения дешевого видеооборудования - низкое качество и надежность аппаратуры, отсутствие входного контроля элементов, а так же с неправильной эксплуатацией систем видеонаблюдения - несоблюдение температурных режимов, превышение допустимой влажности воздуха, несоблюдение требований эксплуатационной документации, полностью зависят от заказчика, поэтому рассматривать их не имеет смысла. Другое дело, если смонтированное оборудование достаточно долгое время нормально функционировало, условия эксплуатации соблюдались, но в какое-то время неожиданно произошел массовый выход из строя аппаратуры на объекте. Что явилось причиной массового отказа, почему это произошло и как предотвратить подобные случаи? Причинами, приводящими не только к искажению видеоизображения, но и к отказу оборудования могут быть мощные помехи, такие как:

- радиопомехи;

- коммутационные импульсные помехи;

- перенапряжения и провалы напряжения в сети питания;

- помехи от разрядов молнии;

- помехи от «блуждающих» токов заземления.

Радиопомехи. Под данным типом понимают высокочастотные помехи, представляющие собой электромагнитное воздействие на линию связи от мощных близкорасположенных радио- и телепередатчиков, радаров и другого излучающего оборудования. Помехи проявляются в виде частых волн колебаний искажающих видеоизображение. Выход из строя аппаратуры наблюдается только в случае крайне близкого (десятки метров) расположения линии передачи видеосигнала или телеметрии от передающей антенны. По цепям передачи электропитания ВЧ – помеха какого – либо воздействия, приводящего к повреждению аппаратуры, не оказывает.

Коммутационные импульсные помехи. Основным источником возникновения коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при следующих операциях в электросети:

- включение и отключение потребителей электроэнергии (электродвигатели, лампы накаливания и дневного света, компьютеры и др. аппаратура);

- включение и отключение цепей с большой индуктивностью (трансформаторы, пускатели и т. д.);

- аварийные короткие замыкания в сети низкого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами;

- аварийные короткие замыкания в сети высокого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами;

- включение и отключение электросварочных установок;

Дата добавления: 2015-10-13