電梯視頻干擾解決辦法
基本介紹
- 中文名：森泰
- 外文名：SYSTEK
電梯監控抗干擾技術原理與要點
1. 綜述
監控工程中，電梯監控由於套用環境複雜，視頻干擾問題，是常見的工程中難題，若不能很好解決，監控圖像在電梯工作時，會產生諸如橫紋、斜紋、網紋、尖刺紋等嚴重的干擾，使工程質量達不到預期要求甚至系統無法交付使用。
當前系統集成商在電梯監控中往往忽略干擾問題，只是在工程施工中干擾出現時，才被動的解決。這樣既影響工程正常工期，又會使投資建設方對系統整體性能和質量產生疑問，給後期維護和工程款項的支付造成困難；另外解決問題所用設備（如抗干擾器），也很難重新申請款項。所以建議系統集成商在系統方案設計時，對電梯監控的干擾問題就予以考慮，將視頻抗干擾器等設備計入工程設備項；選擇合適的傳輸方式和傳輸線纜；制定合理的施工方案，將隱患消彌於未然，使工程高質高效的完成，為企業贏得良好的信譽。
本文旨在論述電梯監控的特點及干擾產生的機理，使系統集成商在工程設計和施工中有的放矢，以技術手段解決干擾難題。
2. 干擾產生機理分析
干擾產生有三個要素：
l干擾源
l對干擾信號敏感的接收電路（或電子系統）
l干擾源到接收電路（或電子系統）的耦合通道
1）干擾源
電梯電機為高壓、大功率設備（相對於視頻系統），其啟停、加/減速、運行過程中會產生大量的干擾信號，且現在電梯大多使用變頻電機，作為干擾源其干擾信號從工作頻率到該頻率高次諧波分布很廣、頻譜很寬、功率較強，而該干擾信號頻譜範圍可能覆蓋視頻信號的頻率區或高頻段。
在視頻傳輸中，由於電梯內還有很多其它控制、動力（照明、風扇）、通信等電纜，各種電纜都會產生電磁輻射，而這些電纜與視頻電纜平行走線，且長度較長，易對視頻信號造成干擾。
外部干擾源為高電壓小電流時，主要為電場干擾；干擾源為低電壓大電流時，主要為磁場干擾。電梯監控環境，電場、磁場干擾並存，且較嚴重。在干擾分析時，近場（干擾源與被干擾系統間距離<干擾源波長的1/6=可把電場和磁場分別處理；遠場應按電磁場組合來分析。
當電纜中的介質不與導體保持接觸時，介質由於摩擦可以帶電，稱之為摩擦電效應。這往往由於電纜機械彎曲而引起，這種電纜的帶電即成為噪聲源。
若傳輸電纜間有接頭，若接頭處連線不可靠，會產生接觸噪聲。接觸噪聲正比於直流電流的大小，功率密度正比於傳輸信號頻率的倒數（1/f），為低頻噪聲。這主要由於電纜接頭處虛焊或接頭長期裸露於空氣中，接點氧化造成。
當傳輸線在磁場內運動，線的兩端即會產生感應電壓，若一個工作導線在這種磁場中運動，導線上就會產生噪聲，噪聲大小取決於線纜的環路面積、移動速度和磁場頻率，視頻電纜因其同軸性環路面積較小（理想同軸電纜，環路面積等於零，無噪聲信號。但實際電纜會有一定偏差，會有環路面積，一般較小），感應的噪聲信號較小，但若磁場較強，感應產生的噪聲信號對視頻之類的寬頻低電平信號仍可能產生較大的影響。由於電梯的動力系統及其他設備會產生較強的雜散磁場，監控傳輸線纜（電源及視頻信號線）又隨著電梯上下同步運動，會產生這種干擾源，尤其當視頻傳輸線纜禁止層前後端接地時，對低頻磁場其環路面積會非常大，線路上感應的噪聲信號會很強，將對視頻信號產生嚴重干擾。
當視頻系統前端設備和後端設備都接地，且地線與交流電源地相同，因交流電源地之間會有較大的電位差，作為干擾源會使視頻圖像產生嚴重的工頻干擾，具體表現為圖像中出現一條橫線，當視頻信號場頻與電源同步時，此橫線靜止不動；當二者不同步時，此橫線將以電源頻率與視頻信號場頻之差上下移動。
2）視頻系統（接收器）
視頻系統包括前端（信息採集）、傳輸系統、後端（信息處理）部分，前端設備攝像機將採集的圖像信息轉化為標準的視頻信號輸出，該視頻信號為寬頻（10～6MHz）小信號（1～2Vpp），信噪比較低，對干擾噪聲比較敏感。由於電梯環境中各種干擾源和耦合通道的存在，若不採取有效措施，會對視頻系統會產生的干擾，根據干擾信號頻率的不同，視頻圖像表現為橫紋、斜紋、網紋、尖刺狀紋干擾。尤其在樓層高時，傳輸線路較長，線路的衰減使得信噪比進一步降低，干擾會更加嚴重。
3）干擾波的耦合
干擾源所產生的電磁干擾波，通過耦合使視頻信號產生相應的干擾噪聲。與電梯監控相關的噪聲耦合方式有以下幾種：
①傳導耦合
傳輸導線經過具有噪聲的環境中，即拾取噪聲並傳送到電子系統設備中造成干擾。電梯監控中的傳導耦合干擾，主要為干擾噪聲經電源、視頻傳輸線路傳至系統。電源噪聲將使被供電的攝像機輸出的視頻信號被干擾，因視頻源被干擾，即使在傳輸中加抗干擾設備亦無法消除；視頻信號在傳輸線路上被干擾，將直接影響視頻圖像。
②經公共阻抗耦合
當兩個系統電路的電流經一個公共阻抗時，一個系統電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓影響到另一個系統電路中，此即為公共阻抗耦合。公共阻抗可以是電阻、電容、電感。該耦合一般發生在兩個系統電路共地或共電源時。
③電場（電容性）耦合
當干擾源產生的干擾波是以電壓形式出現時，干擾源與工作系統（被干擾系統）之間就存在電場耦合。干擾電壓經二者間的雜散電容耦合到工作系統電路。
干擾電壓產生於工作系統與地之間且正比於干擾源的電壓和頻率、被干擾系統的輸入阻抗、耦合電容。對於監控系統工作環境，干擾源電壓和頻率無法改變，視頻系統的輸入阻抗固定（75），僅可通過減少耦合電容降低干擾。減少耦合電容可通過改變傳輸線纜的方向、禁止或使傳輸導線遠離其他產生干擾的線纜方式實現。
④磁場（互感）耦合
當干擾源產生的干擾波以電流形式出現時，干擾源的電流產生的磁場對工作系統（被干擾系統）的作用可等效為互感耦合。僅可通過減少互感降低干擾。
互感耦合產生的干擾電壓與工作系統電路相串連且正比於干擾源電流、頻率和二者之間的互感。對於監控系統工作環境，干擾源電流和頻率無法改變，僅可通過減少互感來降低干擾。減少互感可通過將干擾源線纜兩根導線絞合，利用絞合線上的電流方向相反將磁場相互抵消；使傳輸線纜儘量遠離干擾源或視頻系統線纜避開干擾場的垂直方向；減少工作系統迴路面積等方式實現。
⑤輻射電磁場感應
輻射的電場和磁場會造成噪聲耦合，所有電子設備包括導線在內，當有電荷運動時都會輻射電磁場。干擾的感應電壓正比於電磁場強度。電子設備傳輸線纜具有天線效應，即能夠輻射干擾波或接收干擾波。當干擾源線纜長度接近其干擾信號的1/2波長時，干擾輻射效率最高，當工作系統（被干擾系統）的傳輸線纜長度接近干擾信號的1/2時，干擾耦合效率最高，此時若干擾信號功率較大就會對工作系統產生嚴重的干擾。電梯動力系統工作時作其干擾信號從工作頻率到該頻率高次諧波分布很廣，功率亦較強，干擾信號會通過各類傳輸電纜輻射較強的干擾波，而視頻系統的電源和信號線像天線一樣接收這類干擾信號，從而對視頻系統造成干擾。
3.抗干擾措施
根據干擾產生的三個要素，可從三個方面抑制干擾信號：
l抑制干擾源
l消除干擾信號的耦合
l在工作系統中抑制干擾
在實際的監控系統中，干擾信號往往由其他系統或設備產生，監控系統設計和施工人員無法或無權改進，這種情況抑制干擾源措施在此不加論述，僅從可為的方面論述抗干擾的措施。
1）傳輸線纜選擇
視頻電纜在電梯中隨著電梯的上下運行，電纜總有一段受重力作用要彎曲變形，使電纜各層之間縱向受力不均或相反方向，在電梯反覆運動中會造成電纜層之間的相對滑動，會產生摩擦電效應成為噪聲源，同時也會拉伸禁止層，影響抗干擾效能。所以在選擇電纜時應選擇各層間的粘合力強的電纜。
供電電纜選用RVVS絞線，最好為禁止線，禁止層在前端接地，以達到對電場和磁場干擾良好的抑制效果。
因為傳輸線纜在電梯中隨著電梯的上下運動，收重力作用線纜會產生拉伸形變，使線路的阻抗特性發生變化，降低信號傳輸信噪比；同時影響較高頻率的電場干擾禁止，且禁止層電流的均勻性變差，對磁場的禁止效果將大為降低。這種情況在高層電梯時尤其如此。所以選擇傳輸線纜應滿足抗拉強度,，推薦使用自承式扁平複合電梯專用電纜，該電纜將視頻電纜、電源線、數據線和鋼絞線複合成一根扁平的帶狀電纜，整條電纜的拉力由鋼絞線來承受，抗拉強度大大提高，從而減少線纜拉伸形變。現在有些電梯出廠時直接配備這種電纜作為隨行電纜。
2）線纜布局
視頻電纜其中一部分與電梯隨行運動，如前干擾源論述，這部分電纜的運動會產生干擾，所以應使隨行電纜儘量短，條件允許時可將視頻電纜出電梯井端設在電梯在井中部，再從其它通道引回主控室。這時井內隨行視頻電纜長度最短，大約只有井深的一半多一點，引入的干擾也最小。
隨行運動部分的視頻電纜與電梯內其他隨行電纜都是與視頻電纜並行且近距離綑紮，具有良好乾擾耦合通道。所以綑紮前，應儘可能了解其他隨行電纜的結構和分布情況，儘量爭取使視頻電纜遠離電流大、電壓高、頻率高的其他電纜，因為此時干擾源（其他電纜）為近場干擾，干擾源電磁場強度按距離平方衰減。
若實際工程不允許視頻電纜從電梯中間出線，須從電梯井的頂部或底部走出。這種情況下，有一半電纜是固定延伸連線，不運動。這部分電纜鋪設時應遠離電梯本身隨行電纜；且電纜穿金屬管或走金屬槽，金屬管槽接地，以禁止干擾對這部分電纜的影響。
從電梯井出線端到監控中心的電纜，應走金屬管或走金屬槽且在出線端處接地，以禁止沿途環境干擾對這部分電纜的影響。儘量遠離其他動力線纜，尤其當在視頻傳輸線纜電梯出線端途徑電梯機房，更應使電纜儘可能遠離電梯動力設備。
3）視頻系統前端供電及供電線路
視頻系統前端（攝像機等設備）供電最好從主控室集中提供，儘可能不在電梯轎廂處直接取電。從抗干擾角度考慮應採用交流供電（一般為AC24V），配置電源適配器為攝像機供電。電源適配器儘量選擇線性電源（變壓器型），電源適配器應選用紋波小的優質電源，並儘量靠近攝像機以使電源輸出線最短，防止公共阻抗干擾。若環境干擾太大，供電線路可穿套磁環或纏繞磁環、接共模扼流圈等方式進行高頻濾波；可定製初、次級隔離型變壓器的電源適配器，電源禁止體引線與電源輸出的地相連，以消除變壓器初次級分布電容造成的高頻干擾耦合。
若無法集中供電，可選擇從電梯轎箱中照明電中取電，不使用動力電。同前可採用供電線路穿套磁環或纏繞磁環、接共模扼流圈、使用初、次級隔離型變壓器的電源適配器措施抑制干擾。
首先判斷是否是電源干擾的方法：找一塊蓄電池，直接給攝像機供電，若干擾排除則證明是電源干擾，不能排除則證明是其他原因造成的干擾（也可能是攝像機本身問題）。
注意當電源將干擾引入攝像機時，因視頻源被干擾，即使採用抗干擾設備（視頻抗干擾器）也無法減輕視頻圖像干擾的現狀。這點也可用於檢測是否電源干擾的方法。
若判斷為電源干擾，首先檢測供電電源輸入電壓是否降低（可能是前端供電功率不夠或傳輸線路衰減組成），電壓降低可能使電源工作不正常，使輸出電壓不穩，紋波很大，本身即為一干擾源。
4）視頻接頭
線纜接頭儘量少，線纜連線處應使用BNC連線器，BNC接頭與電纜芯線務必焊接牢靠，電纜禁止網均布包裹於BNC接頭外殼圓周，且壓（焊）接牢固，無接觸不良。否則將使信號衰減增加，降低信噪比；產生接觸噪聲；大大降低電場干擾的禁止效果。
5）斷絕地環路
安裝時要特別注意攝像機金屬外殼、BNC頭的外殼、同軸電纜的禁止網等視頻信號的“地”和電梯轎箱、導軌間的絕緣，以免前後端雙端接地形成地環路。否則在低頻磁場干擾使會使磁場感應的環路面積非常大，耦合很大的干擾信號；如果前後端地之間存在電位差，會引入新的干擾源。當環境中同時存在較大的高頻（>1MHz）磁干擾時，可將攝像機地串接一小電容（如0.01u）與電梯轎箱相連。
6）使用抗干擾器
如果視頻干擾是由傳輸中噪聲耦合造成，使用視頻抗干擾器是最有效的方法。視頻抗干擾器原理是提高視頻信號幅值，徹底改變視頻信號低電平小信號易被干擾的特性，提高信噪比（也有採用高頻調製的移頻方式實現，在此不加論述）。視頻抗干擾器有三個指標：一為信號幅值，幅值越高，抗干擾性越強。但放大器的放大倍數（增益）與頻寬恆定，放大倍數大，頻寬就小，而視頻信號為寬頻小信號，要求信號大必須使放大倍數很大，但這又可能使的信號頻寬減小，使視頻信號失真；同時由於視頻系統為低阻抗，信號過大會使得功率消耗太大，以致於損壞器件或熱保護使設備不能工作。所以設計放大器時一定要兼顧放大倍數、頻寬和輸出功率的要求，這是一個難點。二為視頻信號的均衡，因為在傳輸時，線纜對信號的衰減不均衡，高頻衰減大、低頻衰減小，對視頻信號高頻影響圖像細節和顏色。若放大器僅採用線性放大（對高低頻採用同一放大倍數），將會使得圖像清晰度降低、顏色變淡，對於較遠距離的傳輸更加明顯。所以放大器設計應根據線路衰減特性，使高頻增益大、低頻增益小，此即為信號均衡技術，因設備套用時要兼顧遠近距離的傳輸，均衡需可調節，設計難道大，市場上大部分此類產品無此功能。三為設備禁止性，因抗干擾器為電子設備，在強幹擾環境工作，本身也需具備禁止干擾的功能，為防止外界高低頻干擾信號侵入，所以其外殼應採用全封閉金屬結構。
SYSTEK240採用獨特設計，具有極高的傳輸信噪比，並綜合套用共模抑制技術、禁止外殼結構等增強抗干擾能力；具有視頻信號均衡功能，可根據電纜傳輸特性，對視頻傳輸的衰減和頻率失真進行補償，並採用預加重技術，使視頻信號高頻抗干擾性更強，傳輸後不降低圖像清晰度和顏色，圖像效果優異，且可大大延長傳輸距離（可達1000米）。同時具有防雷功能。特別適合強幹擾環境的監控。
4.採用RVVS電纜傳輸視頻，提高抗干擾能力
因為在電梯井內視頻傳輸距離較短（一般在200米以內），可採用RVVS雙絞型電纜傳輸視頻，且因RVVS雙絞型電纜比較柔軟且為每芯多銅絲，隨著電梯運動彎曲時不易折斷，使用壽命會更長。但RVVS電纜因分布電容比較大，信號頻寬不夠，對視頻信號高頻衰減大，使傳輸的圖像質量不佳；另因視頻信號為非平衡信號，對電場禁止作用很小，直接傳輸易受到電場干擾。所以需配備視頻雙絞線傳輸器，將單端信號轉化為平衡信號傳輸，同時在視頻信號傳輸前對高頻預加重處理，在接收端均衡調節，恢復高質量圖像。
1）利用RVVS雙絞型電纜傳輸視頻提高抗干擾能力的機理分析
①雙絞線環路面積較小，對磁場尤其是採用。且RVVS電纜線芯與護套附著緊密，不易產生摩擦電效應噪聲。
②因RVVS為絞接平衡線（二根導線特性相同），視頻信號傳輸採用平衡電路，二根導線上傳輸的視頻信號為一對幅度相等、極性相反的差模信號，在接收端通過相減可使視頻信號倍增；而干擾信號對稱的在絞線對上產生，為縱向共模信號（幅度相等、極性相同），接收端通過相減，兩根絞線感應的干擾電流可完全消除。該方式無論對電場還是磁場干擾，都能夠很好抑制，且在大量實際套用中得到驗證。
2）RVV雙絞型電纜傳輸視頻的注意事項
①因RVVS電纜分布電容比較大，對視頻信號高頻衰減大，不適合遠距離傳輸，可僅在與電梯隨行部分採用RVVS電纜，其後採用5類以上網路雙絞線傳輸，RVVS電纜與網線連線處為電梯中部附近。網路雙絞線為寬頻信號線纜，發布電容小，適合遠距離視頻傳輸，但網線為線芯線徑細且為單銅絲，易折斷，不適合用作電梯隨行電纜。這樣布線可使電梯隨行的RVVS電纜長度最短（僅有井深的一半多一點），信號衰減可降至最低。RVVS電纜與網線連線方法：可先將RVVS電纜套上熱縮管；將二種電纜焊接牢固，無虛焊；熱縮管移到結點處，將裸露線纜和結點包裹，均勻加熱熱縮管使其收縮，注意應使熱縮管緊裹連線處，使裸露銅線與外部空氣隔絕，防止年久氧化，破壞線路平衡性和阻抗匹配，影響視頻傳輸效果。
②為達到好的傳輸質量和提高抗干擾性，傳輸線纜最好整根無接頭（上述RVVS與網線接頭除外）。
