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石家莊全景安防工作室 專業(yè)弱電維修,維護(hù)保養(yǎng)電視監(jiān)控抗干擾設(shè)計(jì)及方法閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)( CCTV)在建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越多,由于建筑物內(nèi)的電氣環(huán)境比較復(fù)雜,容易形成各種干擾源,如果施工過(guò)程中未采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?,各種干擾就會(huì)通過(guò)傳輸線纜進(jìn)入閉路電視監(jiān)控系統(tǒng),造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)像。因此研究閉路 電視監(jiān)控干擾源的性質(zhì)、了解對(duì)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式,以便采取措施解決干擾問(wèn)題對(duì)提高閉路監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。 干擾的來(lái)源及影響方式 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的類(lèi)型主要有兩類(lèi):一類(lèi)是模擬視頻信號(hào),傳輸路徑由攝像機(jī)到矩陣,從矩陣再到顯示器或錄像機(jī);一類(lèi)是數(shù)字 信號(hào)包括矩陣與攝像機(jī)之間的控制信息傳輸,矩陣中計(jì)算機(jī)部分的數(shù)字信號(hào)。一般設(shè)備成為干擾源的可能性很小,因此干擾主要通過(guò)信號(hào)傳輸路徑進(jìn)入系統(tǒng)。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)傳輸路徑是,能通過(guò)視頻電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)的干擾有:各種高頻噪聲比如大電感負(fù)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(zhuǎn)成了差模干擾,傳輸線上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降,靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現(xiàn)如下: 由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖像上表現(xiàn)為重影。在信號(hào)傳輸線上會(huì)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(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時(shí)就無(wú)法正確分辨出脈沖電平值,導(dǎo)致通信時(shí)間變長(zhǎng)或通信中斷。接地和屏蔽不好會(huì)導(dǎo)致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現(xiàn)在視頻圖像就是雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動(dòng)等;在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾,造成通信錯(cuò)誤。平衡傳輸線路失衡 也會(huì)在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會(huì)造成設(shè)備損壞外,還會(huì)影響存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù),使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯(cuò)誤。 抗干擾的方法 從干擾源的分析了解到并沒(méi)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(duì)閉路電視監(jiān)控工程解決干擾問(wèn)題,很少有文獻(xiàn)涉及,下面就閉路電視監(jiān)控工種中常見(jiàn)的干擾及解決方法進(jìn)行些探討。 1 數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施 在弱電系統(tǒng)工程中數(shù)字信號(hào)的傳輸通常指長(zhǎng)線傳輸,常見(jiàn)的方式有:通過(guò)調(diào)制、解調(diào)方法在電力線或視頻線上傳輸數(shù)字信號(hào);通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,比如 RS422、RS845、RS485;自行開(kāi)發(fā)的自動(dòng)式傳輸。三者相較,常見(jiàn)的還是RS422、RS485,因此重點(diǎn)討論RS485數(shù)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(qiáng)的抗電磁干擾能力,但在實(shí)際工程RS485總線并未達(dá)到人們期望的效果。問(wèn)題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠?,未按照總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€,成為事宜上的星型拓?fù)?;傳輸線與接收和發(fā)送端設(shè)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(jìn)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(xiàn)形式上只有兩種:一種是反射增加了信號(hào)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(hào)進(jìn)入傳輸線。 關(guān)于信號(hào)反射。根據(jù)電磁理論,減少長(zhǎng)線上信號(hào)反射的唯一途徑是阻抗匹配,若通信風(fēng)格拓?fù)錇榭偩€型,阻抗匹配比較容易實(shí)現(xiàn),但若是星型網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)洌鶕?jù)工程經(jīng)驗(yàn)則可按圖 1方式進(jìn)行匹配,在發(fā)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(jìn)行連接,其中R1R2,R(R1 R)()。在發(fā)送一般是驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出內(nèi)阻的倍以上,可以得到較高的發(fā)送電平,接收的匹配阻抗是經(jīng)伏電源形成的,在阻抗匹配的同時(shí)減少了吸收功耗,這樣既減少了的射,又不會(huì)因?yàn)樵黾恿似ヅ潆娮栉者^(guò)多的信號(hào)功率,信號(hào)的電平閾值差變小。 雙絞線作為傳輸一對(duì)電磁感應(yīng)噪聲有較強(qiáng)的抑制能力,但對(duì)靜電感應(yīng)引起噪聲的抑制能力較差,因此傳輸線應(yīng)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(yīng)是驅(qū)動(dòng)總線邏輯門(mén)的“地”,而非“機(jī)殼地”、“保護(hù)地”,但在許多實(shí)際設(shè)備上往往沒(méi)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(qū)動(dòng)邏輯門(mén)集成電路的地相連。 2 視頻信號(hào)的干擾 視頻信號(hào)的干擾在圖像上表現(xiàn)為地花點(diǎn)和橫紋滾動(dòng),對(duì)于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線上信號(hào)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(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器,將信號(hào)的售噪比提高,或者改變視頻電纜的路徑避開(kāi)高頻干擾源,高頻干擾的問(wèn)題可基本上得到解決。較難解決的是橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加高頻干擾的情況,比如電梯轎廂內(nèi)攝像機(jī)的輸出圖像。為了抑制上述干擾,首先分析一 下造成上述問(wèn)題的原因。 攝像機(jī)要求的供電電源一般有三種:直流、交流或,大多數(shù)工程應(yīng)用中不從電梯轎廂的供電電源上取,而是另外布設(shè)供電電源給攝像機(jī)供電,攝像機(jī)輸出圖像經(jīng)過(guò)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(dòng)力線捆綁在一起,當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)牽引電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的電磁場(chǎng)沿照明動(dòng)力線傳播,顯然會(huì)影響攝像機(jī)供電電纜和視頻電纜,當(dāng)視頻電纜的屏蔽層不夠嚴(yán)密時(shí),高頻干擾就經(jīng)視頻電纜傳回監(jiān)視器。而對(duì)于的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除工頻干擾。由此可以推斷這部分干擾不是通過(guò)視頻電纜耦合過(guò)來(lái),而是來(lái)自電源線和不合理的視頻線聯(lián)結(jié)。 對(duì)于圖像中的高頻干擾,因它的頻帶仍在以內(nèi),采用空隙率為左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾,但要達(dá)到的空隙率屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度有根以上,這樣高的密度又會(huì)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(hào) “地”與顯示器的“地”相對(duì)“電網(wǎng)地”的電位不同,即如圖所示兩處接地點(diǎn)相對(duì)電網(wǎng)“地”的電壓差不同,那么通過(guò)電源在攝像機(jī)與顯示器之間形成電源回路,這樣的工頻干擾進(jìn)入顯示器中,從圖中的電氣聯(lián)接可以看出消除工頻干擾 方法有兩種,一是想辦法使各處的“地”電位與“電網(wǎng)地”的電位差完全相同,或者切斷形成地環(huán)流的路徑。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜,使各處“地”完全等電位比較困難,只能通過(guò)加大攝像機(jī)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(huán)流回路的方法,在攝像機(jī)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(huì)將噪聲送至顯示器,因此攝像機(jī)的供電電源線 最好也要屏蔽,上述措施需要在工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)就要全面考慮才能實(shí)現(xiàn),若到了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾存在可采用調(diào)制和解調(diào)的方法將噪聲濾除,在攝像機(jī)端設(shè)一調(diào)制器將視頻信號(hào)搬移到幾十兆赫茲的頻度段上,在顯示器端設(shè)一低通濾波器將低于的信號(hào)全部濾除,再經(jīng)過(guò)解調(diào)將視頻圖像還原。 3 監(jiān)控系統(tǒng)的供電方式 監(jiān)控系統(tǒng)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(jī)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(jiān)控系統(tǒng)中干擾主要體現(xiàn)在數(shù)字通信通訊線和視頻圖像的干擾上,解決干擾的關(guān)鍵在于工程開(kāi)始施工時(shí)就要全盤(pán)考慮上抗干擾措施,這樣才能從根 本上解決干擾問(wèn)題,而不要等到工程后期再采取亡羊補(bǔ)牢的措施。1、干擾源種類(lèi)及干擾方式 在多媒體系統(tǒng)中,影響視頻和音頻系統(tǒng)的噪聲干擾除設(shè)備和傳輸線路本身的熱噪聲和疊加在其上的連續(xù)性“白噪聲”干擾外,根據(jù)干擾源種類(lèi)主要可分為兩大類(lèi),脈沖干擾及交流聲干擾。脈沖干擾是由于脈沖器件產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場(chǎng)耦合進(jìn)入信道所致:馬達(dá)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞點(diǎn)火,開(kāi)關(guān)電源均會(huì)產(chǎn)生60Hz2MHz的干擾,這些干擾的諧波分量會(huì)落入音、視頻頻帶內(nèi);閃電、宇宙噪聲還會(huì)產(chǎn)生2KHz100MHz的脈沖噪聲。交流聲干擾主要是由于地線系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理,不同接地點(diǎn)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(huì)引起交流聲干擾,如交流電氣化鐵路產(chǎn)生的干擾除50Hz基頻外、還有(2N1)50Hz等奇次諧波。 另外,根據(jù)外界干擾源電磁能量的傳播途徑和對(duì)音、視頻設(shè)備的耦合方式又可分成輻射方式干擾和傳導(dǎo)方式干擾。傳導(dǎo)方式干擾是經(jīng)過(guò)電路(包括雜散電容和互感等可以用集總參數(shù)表示的電路元件)傳到受影響設(shè)備上,如脈沖干擾、交流聲干擾,主要通過(guò)傳導(dǎo)方式作用于受擾設(shè)備;輻射方式干擾是通過(guò)天線的作用,由空間傳到受影響的設(shè)備上,如高壓輸電線對(duì)受擾設(shè)備的干擾。 多媒體系統(tǒng)的音頻信號(hào)的頻率范圍為300Hz3.4KHz,視頻信號(hào)帶寬為6MHz。音頻信號(hào)通常都采用平衡方式傳輸,由于雙線上的感應(yīng)噪聲有相互抵消作用,干擾要輕得多,甚至于測(cè)不出來(lái)。而視頻信號(hào)通常采用不平衡方式傳輸,干擾就要嚴(yán)重得多。所以音頻干擾分析與視頻干擾分析有所區(qū)別:對(duì)于視頻干擾,主要從干擾方式出發(fā)進(jìn)行探討;音頻信號(hào)由于波長(zhǎng)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(jì)。通過(guò)電源等整流器件所產(chǎn)生脈沖干擾對(duì)音、視頻信號(hào)機(jī)理相同,解決辦法也一致,因此,音頻干擾討論的重點(diǎn)放在交流聲干擾上。 2視頻干擾分析及解決辦法 在實(shí)際工程中,視頻電纜通常敷設(shè)在通信大樓內(nèi)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(shí)仍可能受到干擾,在監(jiān)視器上會(huì)看到不規(guī)則的細(xì)線由上至下滾動(dòng),該干擾是由可控硅整流器點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的脈沖干擾所造成的。UPS電源產(chǎn)生的脈沖干擾波形更為復(fù)雜,它除了整流器點(diǎn)火產(chǎn)生的干擾外還有逆變器產(chǎn)生的脈沖干擾及其諧波。電源整流器和UPS電源所產(chǎn)生的脈沖干擾的輻射雖到處都有,但主要是通過(guò)分布在會(huì)議室內(nèi)的交流供電線路傳播的,為傳導(dǎo)方式干擾。 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法變電站的監(jiān)控系統(tǒng)較之其他監(jiān)控系統(tǒng)更易產(chǎn)生各種干擾,干擾源會(huì)通過(guò)傳輸線纜進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng),造成視頻圖像質(zhì)量下降、系統(tǒng)控制失靈、運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。因此研究變電站視頻監(jiān)控干擾源的性質(zhì)、了解對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的影響方式,以便采取措施解決干擾問(wèn)題,對(duì)提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程質(zhì)量,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常有益。 干擾的來(lái)源及影響方式 1、變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型 第一種是模擬視頻信號(hào),傳輸路徑由攝像機(jī)到矩陣,從矩陣到多畫(huà)面處理器,再到采集終端計(jì)算機(jī); 第二種是數(shù)字信號(hào),包括采集終端計(jì)算機(jī)與矩陣、多畫(huà)面處理器、攝像機(jī)之間的控制信號(hào)傳輸,矩陣中計(jì)算機(jī)部分的數(shù)字信號(hào),溫度、濕度等環(huán)境檢測(cè)數(shù)字信號(hào),報(bào)警開(kāi)關(guān)量信號(hào)等。 2、干擾侵入途徑 一般來(lái)說(shuō)干擾主要通過(guò)視頻同軸電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)。 3、主要干擾源有 高頻噪聲干擾,比如大電感負(fù)載啟停;各點(diǎn)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工頻干擾轉(zhuǎn)成了差模干擾;傳輸線上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降;靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。 4、干擾表現(xiàn)形式 視頻同軸電纜由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖像上表現(xiàn)為重影。視頻同軸電纜接地和屏蔽不好會(huì)導(dǎo)致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現(xiàn)在視頻圖像產(chǎn)生雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動(dòng)等。在控制信號(hào)傳輸線阻抗不匹配會(huì)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(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時(shí)就無(wú)法正確分辨出脈沖電平值,導(dǎo)致通信時(shí)間變長(zhǎng)或通信中斷??刂菩盘?hào)平衡傳輸線路失衡也會(huì)在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會(huì)造成設(shè)備損壞外,還會(huì)影響存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù),使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯(cuò)誤,比如計(jì)算機(jī)的死機(jī),網(wǎng)絡(luò)接口的錯(cuò)誤等。 抗干擾的方法 下面就變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾及解決方法進(jìn)行些探討: 1、數(shù)字信號(hào)傳輸中的抗干擾措施 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)傳輸通常通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,比如RS232、RS845、RS422。在這里重點(diǎn)討論RS485數(shù)字通信抗干擾方法。 RS485總線是采用差分平衡電氣接口,具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力,但在實(shí)際工程中RS485總線并未達(dá)到人們期望的效果。問(wèn)題往往出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠恚窗凑湛偩€型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季€,而成為了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu); 傳輸線與接收和發(fā)送端設(shè)備連接不正確,削弱了平衡線的抗干擾能力; 公用雙絞線未進(jìn)一步采取抗干擾措施,比如采用屏蔽雙絞線; 雙絞線線經(jīng)太細(xì),傳輸距離太遠(yuǎn),導(dǎo)致阻抗太大,造成壓降。 雖然在造成干擾的方式上有所不同但在干擾的表現(xiàn)形式上只有兩種:一種是在信號(hào)傳輸線上控制信號(hào)反射增加了信號(hào)畸變程度;一種是由于外部的干擾使平衡條件被破壞,共模干擾變成了串模信號(hào)進(jìn)入傳輸線。 關(guān)于信號(hào)反射,根據(jù)電磁理論,減少長(zhǎng)線上信號(hào)反射的唯一途徑是阻抗匹配,若通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榭偩€型,阻抗匹配比較容易實(shí)現(xiàn),但若是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,在發(fā)送端串上與傳輸線特征阻抗相同的電阻(電阻值一般是驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出內(nèi)阻的倍以上)就可以得到較高的發(fā)送電平。接收的匹配阻抗是經(jīng)伏電源形成的,在阻抗匹配的同時(shí)減少了吸收功耗,這樣既減少了反射,又不會(huì)因?yàn)樵黾恿似ヅ潆娮栉者^(guò)多的信號(hào)功率,信號(hào)的電平閾值差變小。 雙絞線作為RS485傳輸線對(duì)電磁感應(yīng)噪聲有較強(qiáng)的抑制能力,但對(duì)靜電感應(yīng)引起噪聲的抑制能力較差,因此RS485傳輸線應(yīng)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(yīng)是驅(qū)動(dòng)總線邏輯門(mén)的“地”,而非“機(jī)殼地”、“保護(hù)地”,但在許多實(shí)際設(shè)備上往往沒(méi)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(qū)動(dòng)邏輯門(mén)集成電路的地相連。 此外,在選擇屏蔽雙絞線作為RS485通信線時(shí),應(yīng)該選擇線經(jīng)大一點(diǎn)的,使阻值比較小,產(chǎn)生的壓降小,這樣使得控制信號(hào)的衰減也會(huì)小很多。 2、視頻信號(hào)的抗干擾 視頻信號(hào)的干擾在圖像上表現(xiàn)為雪花點(diǎn)和50Hz橫紋滾動(dòng)。 對(duì)于雪花點(diǎn)干擾是由于傳輸線上信號(hào)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(jī)與控制矩陣之間合理位置增加一個(gè)視頻放大器,將視頻信號(hào)的信噪比提高,或者改變視頻電纜的路徑避開(kāi)高頻干擾源,高頻干擾的問(wèn)題可基本上得到解決。 較難解決的是50Hz橫紋滾動(dòng)及進(jìn)一步加入的高頻干擾的情況。對(duì)于50Hz的橫紋滾動(dòng)根據(jù)電磁學(xué)理論知道視頻電纜的屏蔽層可完全消除50Hz工頻干擾,只需要購(gòu)買(mǎi)屏蔽效果好的視頻電纜。對(duì)于圖像的高頻干擾,因它的頻帶仍在兆Hz內(nèi),采用空隙率為50左右的屏蔽網(wǎng)可基本消防高頻干擾,但要達(dá)到50的空隙率,屏蔽網(wǎng)根數(shù)需每個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度有60根以上,這樣高的密度又會(huì)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。 視頻電纜屏蔽層要接地,如果視頻信號(hào)“地”與顯示器的“地”相對(duì)“電網(wǎng)地”的電位不同,那么通過(guò)電源在攝像與顯示器之間形成電源回路,這樣50Hz的工頻干擾會(huì)進(jìn)入顯示器中,從電氣聯(lián)接可以看出消除50Hz工頻干擾的方法有兩種,一是想辦法使各處的“地”電位與“電網(wǎng)地”的電位差完全相同,或者是切斷形成地環(huán)流的路徑。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜,使各處“地”等電位會(huì)比較困難,只能通過(guò)加大攝像供電線纜的線徑,盡可能降低地回路的電阻,比如采用鎧裝電纜,或者采用切斷地環(huán)流回路的方法,在攝像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(huì)將噪聲送至顯示器,因此攝像機(jī)的供電電源線最好也要屏蔽,上述措施需要在工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)就要全面考慮才能實(shí)現(xiàn)。若到了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾存在可采用調(diào)制和解調(diào)的方法將噪聲濾除,在攝像機(jī)端加一個(gè)調(diào)制器將視頻信號(hào)搬移到幾十兆赫茲的頻段上,在計(jì)算機(jī)端加一個(gè)低通濾波器將低于8MHz信號(hào)全部濾除,再經(jīng)過(guò)解調(diào)將視頻圖像還原。 3、監(jiān)控系統(tǒng)供電方式抗干擾 監(jiān)控系統(tǒng)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(jī)在安裝位置就近取電。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。 總的來(lái)說(shuō)解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于工程開(kāi)始施工時(shí)就要全盤(pán)考慮抗抗干擾措施,這樣才能從根本上解決干擾問(wèn)題,而不要等到工程后期再亡羊補(bǔ)牢。監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾方法 干擾的來(lái)源及影響方式 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的類(lèi)型主要有兩類(lèi):一類(lèi)是模擬視頻信號(hào),傳輸路徑由攝象機(jī)到矩陣,從矩陣再到顯示器或錄象機(jī);一類(lèi)是數(shù)字 信號(hào)包括矩陣與攝象機(jī)之間的控制信息傳輸,矩陣中計(jì)算機(jī)部分的數(shù)字信號(hào)。一般設(shè)備成為干擾源的可能性很小,因此干擾主要通過(guò)信號(hào)傳輸路徑進(jìn)入系統(tǒng)。閉路電視監(jiān)擰系統(tǒng)的信號(hào)傳輸路徑是,能通過(guò)視頻電纜和傳輸控制信號(hào)的雙絞線耦合進(jìn)系統(tǒng)的干擾有:各種高頻噪聲比如大電感負(fù)載啟停, 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(zhuǎn)成了差模干擾,傳輸線上阻抗不匹配造成信號(hào)的反射使信號(hào)傳輸質(zhì)量下降,靜電放電沿傳輸線進(jìn)入設(shè)備造成接口芯片損傷或損壞。具體表現(xiàn)如下: 由于阻抗不匹配造成的影響在視頻圖象上表現(xiàn)為重影。在信號(hào)傳輸線上會(huì)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(dāng)震蕩的幅值再大或有其他干擾引入時(shí)就無(wú)法正確分辨出脈沖電平值,導(dǎo)致通信時(shí)間變長(zhǎng)或通信中斷。接地和屏蔽不好會(huì)導(dǎo)致傳輸線抑制外部電磁干擾能力的下降,體現(xiàn)在視頻圖象就是雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋干擾以及橫紋滾動(dòng)等;在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾,造成通信錯(cuò)誤。平衡傳輸線路失衡 也會(huì)在信號(hào)傳輸線上形成尖峰干擾。靜電放電除了會(huì)造成設(shè)備損壞外,還會(huì)影響存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù),使設(shè)備出現(xiàn)些莫名其妙的錯(cuò)誤。電梯視頻監(jiān)控抗干擾技術(shù)原理與工程要點(diǎn)1、 常見(jiàn)視頻信號(hào)干擾產(chǎn)生的原因 同軸電纜是使用最廣泛的視頻傳輸介質(zhì),一般用于中短距離的視頻信號(hào)的傳輸。同軸電纜的電氣特征使得它非常適合傳送攝像機(jī)到監(jiān)視器的全視頻信號(hào)(cctv視頻信號(hào)是由分布很廣的低頻信號(hào)和高頻信號(hào)組成的)。傳送低頻信號(hào)(20赫茲到幾千赫茲)時(shí)可以使用幾乎任何種類(lèi)的導(dǎo)線。在實(shí)際應(yīng)用中,幾乎所有導(dǎo)線都可以用作電話線。但要傳送頻率范圍在20赫茲到6兆赫之間的視頻信號(hào),同時(shí)不希望有任何衰減時(shí),就需要使用同軸電纜。 在電視監(jiān)控系統(tǒng)中采用視頻基帶傳輸是最常用的傳輸方式。所謂基帶傳輸是指不需經(jīng)過(guò)頻率變換等任何處理而直接傳送全電視信號(hào)的方式。這種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單;在一定距離范圍內(nèi),失真??;附加噪聲低(系統(tǒng)信噪比高);不必增加諸如調(diào)制器、解調(diào)器等附加設(shè)備。缺點(diǎn)是傳輸距離不能太遠(yuǎn);一根視頻同軸電纜只能傳送一路電視信號(hào)等。 由于這種傳輸方式具有工作穩(wěn)定可*及設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),因而在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。但視頻信號(hào)頻帶很寬,并且起始頻率又很低,所以在電纜中傳輸時(shí),其振幅及相位在低頻段與高頻段的差別就會(huì)很大。特別是在相位失真太大時(shí),是難以用簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。同時(shí),基帶傳輸?shù)皖l部分很容易受到電力、電話、廣播等低頻干擾源的干擾。 廣播干擾: 由于實(shí)際應(yīng)用的需要,而必須將電纜在空中架設(shè)時(shí),這時(shí)電纜本身就相當(dāng)于一根很長(zhǎng)的天線。由于天線效應(yīng)的結(jié)果,電纜中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的廣播干擾電壓,并在電纜外皮上產(chǎn)生干擾電流,這一電流通過(guò)電纜兩端接地點(diǎn)與地構(gòu)成回路,于是在終端負(fù)載上就會(huì)產(chǎn)生廣播干擾信號(hào)的電壓,使干擾信號(hào)混入視頻信號(hào)中。這種干擾信號(hào)在圖像上表現(xiàn)為較密的斜形網(wǎng)紋,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蜎](méi)圖象。如果將電纜埋在地下,或采用鉛皮電纜、平衡對(duì)稱電纜等都能較好地克服這種干擾。 低頻干擾: 電纜屏蔽層對(duì)于頻率越低的信號(hào)其屏蔽效果越差,由于這種原因而引入的干擾信號(hào)有載波電話,電臺(tái)的信號(hào)等。它們?cè)趫D像上造成水平條紋的干擾。 50hz電源干擾: 當(dāng)系統(tǒng)需要始端與末端同時(shí)接地時(shí),由于兩端接地電位不同及電纜外皮電阻的存在,在兩地之間引起50hz的地電位差,從而產(chǎn)生干擾信號(hào)電壓。當(dāng)干擾信號(hào)被疊加在視頻信號(hào)上時(shí),使正常圖像上出現(xiàn)很寬的橫暗帶。 50hz電源頻率的二次諧波和三次諧波干擾: 諧波干擾主要表現(xiàn)在大電流或高電壓的電力線周?chē)?,是電力電纜向四周的輻射信號(hào),其頻率為2500hz和125000hz,主要干擾視頻信號(hào)的低頻段。 傳輸線路引起的干擾: 視頻傳輸線的質(zhì)量不好,特別是屏蔽性能差(屏蔽網(wǎng)不是質(zhì)量很好的銅線網(wǎng),或屏蔽網(wǎng)過(guò)稀而起不到屏蔽作用)。與此同時(shí),這類(lèi)視頻線的線電阻過(guò)大,因而造成信號(hào)產(chǎn)生較大衰減,這也是加重故障的原因。此外,這類(lèi)視頻線的特性阻抗不是75以及參數(shù)超出規(guī)定也是產(chǎn)生故障的原因之一。這種現(xiàn)象的表現(xiàn)形式是在監(jiān)視器的畫(huà)面上產(chǎn)生若干條間距相等的豎條干擾,干擾信號(hào)的頻率基本上是行頻的整數(shù)倍。 不潔凈電源干擾: 這里所指的電源不“潔凈”,是指在正常的電源(50周的正弦波)上疊加有干擾信號(hào)。而這種電源上的干擾信號(hào),多來(lái)自本電網(wǎng)中使用可控硅的設(shè)備,特別是大電流、高電壓的可控硅設(shè)備,對(duì)電網(wǎng)的污染非常嚴(yán)重,這就導(dǎo)致了同一電網(wǎng)中的電源不“潔凈”。比如本電網(wǎng)中有大功率可控硅調(diào)頻調(diào)速裝置、可控硅整流裝置、可控硅交直流變換裝置等等,都會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生污染。不潔凈電源使攝像機(jī)和其它有源設(shè)備工作不穩(wěn)定,進(jìn)而形成干擾。 2、視頻抗干擾器的工作原理 首先,視頻抗干擾器在工作時(shí)是直接接在攝像機(jī)的輸出(或確定無(wú)干擾的視頻信號(hào))上,將視頻信號(hào)由傳統(tǒng)的基帶傳輸0-6.5mhz向上移頻,使帶寬達(dá)到12mhz,從而避開(kāi)常受干擾的低頻段,由于其低頻部分被移到干擾頻率之外,所以可以從根本上消除以上各種低頻干擾的影響。 其次,視頻抗干擾器對(duì)視頻信號(hào)具有一定的放大作用,從而提高信噪比,同時(shí)也可以使信號(hào)的有效傳輸距離延長(zhǎng)。 第三,視頻抗干擾器的中心降噪器設(shè)計(jì)了阻抗均衡電路,阻抗均衡電路和前端移頻放大裝置進(jìn)行阻抗均衡,從而有效解決傳輸線路的質(zhì)量問(wèn)題引起的干擾。 電梯視頻監(jiān)控抗干擾技術(shù)原理與工程要點(diǎn)內(nèi)容題要:基于對(duì)電梯視頻監(jiān)控干擾產(chǎn)生原理的研究成果,對(duì)干擾形成和抗干擾技術(shù)合理分析取得了理論和實(shí)踐統(tǒng)一的成果,提供了電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工中更為實(shí)用的一些抗干擾技術(shù)措施。本文只涉及電梯監(jiān)控工程中同軸視頻傳輸?shù)目垢蓴_技術(shù),供設(shè)計(jì)和施工參考。 在閉路監(jiān)控工程中,電梯監(jiān)控視頻干擾問(wèn)題,一直是最常見(jiàn)、最難對(duì)付、也是最受關(guān)注的問(wèn)題之一。本文闡明:只要掌握了干擾產(chǎn)生原理,電梯抗干擾工程問(wèn)題也將迎刃而解。 一、 掌握常用同軸電纜類(lèi)型及特點(diǎn) 1. 考慮傳輸衰減:當(dāng)樓層很高,距離監(jiān)控中心又較遠(yuǎn)的情況下,應(yīng)慎重考慮傳輸衰減問(wèn)題。選擇電纜時(shí),大家都知道粗纜優(yōu)于細(xì)纜,但還應(yīng)了解SYWV物理發(fā)泡電纜優(yōu)于實(shí)心SYV電纜,高編電纜優(yōu)于低編電纜,銅芯纜優(yōu)于銅包鋼纜,銅編網(wǎng)優(yōu)于鋁鎂合金編網(wǎng); 2. 關(guān)注高頻衰減:低頻成分的亮度/對(duì)比度衰減容易發(fā)現(xiàn)和解決,電纜最重要的傳輸特性就是頻率越高衰減越大,高頻衰減主要影響清晰度和分辨率,要特別注意總結(jié)圖像質(zhì)量的觀察方法。這方面電纜特點(diǎn)和規(guī)律是:粗纜優(yōu)于細(xì)纜,發(fā)泡優(yōu)于實(shí)心,但同型號(hào)的高編和低編高頻衰減一樣; 3. 考慮電纜壽命:軟性電纜優(yōu)于普通電纜,細(xì)纜優(yōu)于粗纜;還有一個(gè)最易被忽視的問(wèn)題:電纜各層間的粘合力,即當(dāng)電纜各層之間縱向相反方向受力時(shí),是否會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),高層電梯纜長(zhǎng)可達(dá)100米垂直布線,電纜外護(hù)套固定在隨行電纜上,這是一種軟固定,固定時(shí)不允許電纜變形(破壞同軸性),這樣一來(lái),在電梯反復(fù)運(yùn)動(dòng)中電纜內(nèi)部層,在重力作用下,會(huì)逐漸下滑,慢慢拉斷編織網(wǎng)或芯線,表現(xiàn)為信號(hào)逐步減弱,干擾越來(lái)越大;目前還沒(méi)有這項(xiàng)電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),簡(jiǎn)單檢查方法是取一米電纜,在一頭剝開(kāi)各層,一人用手握住電纜兩端,另一人用鉗子拉電纜的內(nèi)層:依次拉芯線,絕緣層,編織網(wǎng),體驗(yàn)粘合力的大小,做出合理估計(jì),粘合力差、易滑動(dòng)的盡量不選用。這項(xiàng)性能很多電纜并不好,應(yīng)慎重選擇。 二、 干擾產(chǎn)生原理簡(jiǎn)介 1. 電梯井內(nèi)通常布置了動(dòng)力、照明、風(fēng)扇、控制、通信等線纜,各種電纜都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。與天線接收原理相同,同軸電纜也會(huì)接收這些干擾,即干擾電磁場(chǎng)在電纜上產(chǎn)生干擾感應(yīng)電流,這個(gè)干擾感應(yīng)電流也就會(huì)在電纜外導(dǎo)體(編織網(wǎng))縱向電阻上產(chǎn)生干擾感應(yīng)電壓(電動(dòng)勢(shì)),這個(gè)干擾感應(yīng)電壓剛好串聯(lián)在視頻信號(hào)傳輸回路長(zhǎng)長(zhǎng)的地線中,形成干擾; 2. 更重要的是這些隨行電纜都是與視頻電纜并行,且近距離捆扎在一起。這就形成了接近最佳最有效的干擾耦合關(guān)系。在一般工程中可以采用穿金屬管或走金屬槽的屏蔽干擾辦法,但在電梯隨動(dòng)的環(huán)境中,這種方法無(wú)能為力。所以電梯環(huán)境下的抗干擾難度很大,只能選擇較好的設(shè)計(jì)和施工方法; 3. 了解干擾產(chǎn)生基本原理,對(duì)完善抗干擾設(shè)計(jì)和施工十分重要。 三、 常用銅軸電纜傳輸方案的抗干擾措施 1. 常用銅軸電纜:不管是多層高編銅編網(wǎng)電纜、鋁箔-編網(wǎng)的雙屏蔽電纜、還是鋁箔-編網(wǎng)-鋁箔-編網(wǎng)的四屏蔽電纜,電氣上都屬于一個(gè)屏蔽層。干擾感應(yīng)電壓,都是直接串聯(lián)在視頻信號(hào)傳輸回路中。只是多層高編電纜的外導(dǎo)體電阻小,形成的干擾感應(yīng)電壓也相對(duì)較低一些。這對(duì)抗低頻電源干擾、電機(jī)電火花干擾等有一定效果(幾十kHz以下的干擾)。但對(duì)高頻干擾,由于趨膚效應(yīng),高頻阻抗與低編電纜相同,抗干擾效果也基本一樣;所以應(yīng)該清醒看到:高編電纜只有適當(dāng)降低低頻干擾的作用,防強(qiáng)干擾和高頻干擾還是無(wú)能為力; 2. 電梯布線方式的抗干擾措施: 視頻電纜走出電梯井的位置選擇:理想的選擇應(yīng)在井的中部,因?yàn)檫@時(shí)井內(nèi)隨行視頻電纜長(zhǎng)度,大約只有井深的一半多一點(diǎn),最短,自然引入的干擾也最??;但工程上這種出線要求,只能看情況爭(zhēng)取,實(shí)際工程不一定允許。 過(guò)去,在不明白原理的情況下,多數(shù)出線位置都是和其他隨行電纜一起走,從電纜井的頂部或底部走出。這種情況下,考慮到只有一半電纜是隨行運(yùn)動(dòng)的,另一半只是固定延伸連接,不運(yùn)動(dòng),我們把這部分叫著不動(dòng)電纜;這就提供了一種可能:那一半隨行運(yùn)動(dòng)電纜只能與其他隨行電纜一起捆綁走線;而另一半不動(dòng)電纜可以選擇遠(yuǎn)離隨行電纜單獨(dú)走線的方法,在電梯井內(nèi)把視頻線緊貼井璧垂直走線,并把這部分電纜穿金屬管或走金屬槽,以屏蔽干擾對(duì)這部分電纜的影響,比較有效。 隨行運(yùn)動(dòng)部分的視頻電纜與其他隨行電纜捆扎時(shí),設(shè)計(jì)者應(yīng)充分了解其他隨行電纜的結(jié)構(gòu)和分布情況,捆扎時(shí)視頻電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電流大、頻率高的電纜,*近電流小頻率低的電纜捆扎;這里,哪怕有1厘米的選擇可能也要爭(zhēng)取,因?yàn)楦蓴_影響大小至少與距離平方成反比; 攝像機(jī)金屬外殼、NC頭的外殼、同軸電纜的外導(dǎo)體等視頻信號(hào)的地,和電梯轎廂、導(dǎo)軌等要絕緣,這在安裝攝像機(jī)時(shí)要特別注意。 攝像機(jī)供電應(yīng)優(yōu)選集中直流供電方式,其次是選擇轎廂照明電,不能用動(dòng)力電。 供電、控制等監(jiān)控用電纜,盡量選用帶屏蔽的電纜,防止干擾信號(hào)向外泄露。 從電梯井出口到控制中心的視頻電纜,應(yīng)走金屬管或走金屬槽,以屏蔽沿途環(huán)境干擾對(duì)這部分電纜的影響,并注意這部分屏蔽與電梯井內(nèi)的屏蔽,應(yīng)做好電氣連接。 四、 應(yīng)用抗干擾同軸電纜 1. 抗干擾同軸電纜是一種雙絕緣雙屏蔽的同軸電纜,其里面的芯線、絕緣層、屏蔽層仍然是標(biāo)準(zhǔn)的75歐姆電纜,沒(méi)有區(qū)別。不同的是,在原來(lái)屏蔽層外,又增加了第二絕緣層和第二屏蔽層,外面再加上護(hù)套。從上面干擾產(chǎn)生原理分析已經(jīng)知道,干擾在傳統(tǒng)同軸電纜外層上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,串聯(lián)在視頻信號(hào)傳輸回路長(zhǎng)長(zhǎng)的地線中,從而形成干擾的。但采用抗干擾同軸電纜后,情況有了質(zhì)的變化:干擾感應(yīng)電壓只能形成在第二屏蔽層上,并由里面的第二絕緣層把它與視頻信號(hào)傳輸回路長(zhǎng)長(zhǎng)的地線絕緣隔離開(kāi),把干擾排除在視頻信號(hào)傳輸回路之外,達(dá)到抗干擾的目的。 2. 這種抗干擾電纜的特性,對(duì)于電梯環(huán)境下的超強(qiáng)低頻動(dòng)力電源干擾,電機(jī)電火花干擾,變頻電機(jī)干擾,控制信號(hào)干擾等幾十千赫以下的干擾,抗干擾性能十分突出。 3. 在傳輸線路較長(zhǎng)的工程設(shè)計(jì)中,采用雙絕緣雙屏蔽的同軸電纜后,傳統(tǒng)工程上的一些抗干擾措施也可以大大化簡(jiǎn),并能有效降低工程總造價(jià)。由DVSBBS雨中獨(dú)醉提供工程抗干擾四大基本要領(lǐng) “一防,二避,三抗,四補(bǔ)一防:設(shè)防,將干擾拒之門(mén)外,措施:1. 線纜穿鍍鋅鐵管,走金屬線槽;2. 線纜埋地;3. 采用雙絕緣雙屏蔽抗干擾同軸電纜;4. 攝像機(jī)與護(hù)罩絕緣,護(hù)罩接大地;二避:改變視頻原信號(hào)傳輸頻帶或傳輸方式,避開(kāi)視頻帶寬內(nèi)的干擾,措施:1.采用光纜,微波、射頻等調(diào)制方式;2.采用數(shù)字變換、處理和傳輸方式;三抗:外界電磁干擾已經(jīng)通過(guò)傳輸電纜“混入視頻信號(hào)中”,解決辦法就是“抗”,措施有:l 傳輸變壓器抑制50/100Hz低頻干擾;l “斬波”技術(shù);l 視頻預(yù)放大提高“信號(hào)/干擾”比(信噪比)技術(shù):理論上實(shí)踐上都應(yīng)該是可行的。但在處理線纜傳輸失真和附加放大失真問(wèn)題上,還有待完善。l “加權(quán)抗干擾器”,不調(diào)制不變換,保持原視頻基帶傳輸方式,同時(shí)具有抑制干擾和視頻恢復(fù)雙重功能。四補(bǔ):抗干擾是提高圖像質(zhì)量的措施之一,還要同時(shí)考慮到補(bǔ)償傳輸線纜和設(shè)備引入的衰減和失真,恢復(fù)視頻信號(hào)原有特性,確保圖像質(zhì)量?!凹訖?quán)抗干擾器”和“視頻恢復(fù)主機(jī)”,都具有圖像質(zhì)量控制恢復(fù)功能;抗干擾四大基本要領(lǐng),是從不同的技術(shù)側(cè)面采取的不同措施,掌握了它們的原理、性能和使用方法,在工程中靈活運(yùn)用,才能立于不敗之地。關(guān)于抗干擾四大基本要領(lǐng),這種提法還只是個(gè)人意見(jiàn),不一定確切。目的是對(duì)工程抗干擾技術(shù)措施的認(rèn)識(shí)和選擇,力求探討出一種清晰明了概念和要領(lǐng)。不再茫然,不再無(wú)所適從,不再為誤導(dǎo)宣傳所左右,做出更多、更高水平的樣板工程。地線干擾與地線設(shè)計(jì)地線設(shè)計(jì)是電磁兼容設(shè)計(jì)中大家都很注意,卻又不知道應(yīng)該怎樣去做的一個(gè)問(wèn)題。了解了地線造成干擾問(wèn)題的機(jī)理之后,在設(shè)計(jì)和實(shí)施地線時(shí)就有了一個(gè)明確的思路。本期從介紹地線造成干擾的原理入手,使讀者了解設(shè)計(jì)地線的關(guān)鍵和原則。 1 什么是地線?地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線,后者是為了保證電路正確工作所設(shè)置的地線。造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地,因此這里僅討論信號(hào)地的問(wèn)題。信號(hào)地的一般定義是:電路的電位參考點(diǎn)。更恰當(dāng)?shù)卣f(shuō),這個(gè)定義是我們?cè)O(shè)計(jì)電路時(shí)的一個(gè)假設(shè)。從這個(gè)定義是無(wú)法分析和理解一些地線干擾問(wèn)題的。從現(xiàn)在開(kāi)始,我們?cè)诜治鲭姶偶嫒輪?wèn)題時(shí),使用下面的定義。地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑。既然地線是電流的一個(gè)路徑,那么根據(jù)歐姆定律,地線上是有電壓的;既然地線上有電壓,說(shuō)明地線不是一個(gè)等電位體。這樣,我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí),關(guān)于地線電位一定的假設(shè)就不再成立,因此電路會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。這就是地線干擾的實(shí)質(zhì)。 2 地線的阻抗有多大?一個(gè)難以理解的問(wèn)題是,我們?cè)谠O(shè)計(jì)地線時(shí),都使地線的電阻很小,那么地線上的電位差怎么會(huì)大到導(dǎo)致電路出錯(cuò)的程度。理解這個(gè)問(wèn)題,要理解地線阻抗的組成。地線的阻抗Z由電阻部分和感抗部分兩部分組成,即:Z = RAC + jL。電阻成分:導(dǎo)體的電阻分為直流電阻RDC和交流電阻RAC。對(duì)于交流電流,由于趨膚效應(yīng),電流集中在導(dǎo)體的表面,導(dǎo)致實(shí)際電流截面減小,電阻增加,直流電阻和交流電阻的關(guān)系如下: RAC= 0.076rf1/2RDC式中:r=導(dǎo)線的半徑,單位cm,f=流過(guò)導(dǎo)線的電流頻率,單位Hz, RDC= 導(dǎo)線的直流電阻,單位。電感成分:任何導(dǎo)體都有內(nèi)電感(這區(qū)別于通常講的外電感,外電感是導(dǎo)體所包圍的面積的函數(shù)),內(nèi)電感與導(dǎo)體所包圍的面積無(wú)關(guān)。對(duì)于圓截面導(dǎo)體如下:L=0.2Sln(4.5/d) -1 (H)式中S=導(dǎo)體長(zhǎng)度(m),d=導(dǎo)體直徑(m) 表1說(shuō)明了直流電阻與交流阻抗的巨大差異。頻率很低時(shí)的阻抗可以認(rèn)為是導(dǎo)體的電阻,從表中可以看出,隨著頻率升高,阻抗增加很快,當(dāng)頻率達(dá)到100MHz以上時(shí),直徑6.5mm長(zhǎng)度僅為10cm的導(dǎo)線也有數(shù)十歐姆的阻抗。 表1 不同直徑、長(zhǎng)度的導(dǎo)線的阻抗3 地環(huán)路干擾及對(duì)策地環(huán)路干擾是一種較常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象,常常發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間。其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是設(shè)備之間的地線電位差。地線電壓導(dǎo)致了地環(huán)路電流,由于電路的非平衡性,地環(huán)路電流導(dǎo)致對(duì)電路造成影響的差模干擾電壓(圖1)。 由于地環(huán)路干擾是由地環(huán)路電流導(dǎo)致的,因此在實(shí)踐中,有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)將一個(gè)設(shè)備的地線斷開(kāi)時(shí),干擾現(xiàn)象消失,這是因?yàn)榈鼐€斷開(kāi)時(shí),切斷了地環(huán)路。這種現(xiàn)象往往發(fā)生在干擾頻率較低的場(chǎng)合,當(dāng)干擾頻率高時(shí),短開(kāi)地線與否關(guān)系不大。地環(huán)路干擾形成的原因1:兩個(gè)設(shè)備的地電位不同,形成地電壓,在這個(gè)電壓的驅(qū)動(dòng)下,“設(shè)備1-互聯(lián)電纜-設(shè)備2- 地”形成的環(huán)路之間有電流流動(dòng)。由于電路的不平衡性,每根導(dǎo)線上的電流不同,因此會(huì)產(chǎn)生差模電壓,對(duì)電路造成干擾。地線上的電壓是由于其他功率較大的設(shè)備也用這段地線,在地線中引起較強(qiáng)電流,而地線又有較大阻抗產(chǎn)生的。地環(huán)路干擾形成的原因2:由于互聯(lián)設(shè)備處在較強(qiáng)的電磁場(chǎng)中,電磁場(chǎng)在“設(shè)備1 - 互聯(lián)電纜 - 設(shè)備2 - 地”形成的環(huán)路中感應(yīng)出環(huán)路電流,與原因1的過(guò)程一樣導(dǎo)致干擾。解決地環(huán)路干擾的方法:解決地環(huán)路干擾的基本思路有三個(gè):一個(gè)是減小地線的阻抗,從而減小干擾電壓,但是這對(duì)第二種原因?qū)е碌牡丨h(huán)路沒(méi)有效果。另一個(gè)是增加地環(huán)路的阻抗,從而減小地環(huán)路電流。當(dāng)阻抗無(wú)限大時(shí),實(shí)際是將地環(huán)路切斷,即消除了地環(huán)路。例如將一端的設(shè)備浮地、或?qū)⒕€路板與機(jī)箱斷開(kāi)等是直接的方法。但出于靜電防護(hù)或安全的考慮,這種直接的方法在實(shí)踐中往往是不允許的。更實(shí)用的方法是使用隔離變壓器、光耦合器件、共模扼流圈、平衡電路等方法。第三個(gè)方法是改變接地結(jié)構(gòu),將一個(gè)機(jī)箱的地線連接到另一個(gè)機(jī)箱上,通過(guò)另一個(gè)機(jī)箱接地,這就是單點(diǎn)接地的概念。 4 公共阻抗耦合及對(duì)策當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí),就發(fā)生了公共阻抗耦合,如圖2(a) 所示。一個(gè)電路的地電位會(huì)受到另一個(gè)電路工作狀態(tài)的影響,即一個(gè)電路的地電位受另一個(gè)電路的地電流的調(diào)制,另一個(gè)電路的信號(hào)就耦合進(jìn)了前一個(gè)電路。放大器級(jí)間公共地線耦合問(wèn)題:圖2(a) 中的放大器,由于前置放大電路與功率放大電路共用一段地線,功率放大電路的地線電流很大,因此在地線上產(chǎn)生了較大的地線電壓V。這個(gè)電壓正好在前置放大電路的輸入回路中,如果滿足一定的相位關(guān)系,就形成了正反饋,造成放大器自激。解決辦法:可以有兩個(gè)解決辦法,一個(gè)是將電源的位置改變一下,使它*近功率放大電路,這樣,就不會(huì)有較大的地線電壓落在前置放大電路的輸入回路中了,如圖2 (b) 所示。另一個(gè)辦法是功率放大電路單獨(dú)通過(guò)一根地線連接到電源,這實(shí)際是改成了并聯(lián)單點(diǎn)接地結(jié)構(gòu),如圖2 (d) 所示。5 接地策略圖3信號(hào)地有圖3所示的幾種方式。單點(diǎn)接地:所有電路的地線接到公共地線的同一點(diǎn),進(jìn)一步可分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。最大好處是沒(méi)有地環(huán)路,相對(duì)簡(jiǎn)單。但地線往往過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致地線阻抗過(guò)大。多點(diǎn)接地:所有電路的地線就近接地,地線很短,適合高頻接地。問(wèn)題是存在地環(huán)路?;旌辖拥兀涸诘鼐€系統(tǒng)內(nèi)使用電感、電容連接,利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性,使地線系統(tǒng)在不同的頻
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