電梯監控中視頻干擾的成因和抗干擾設計要點(diǎn)

　　監控工程中，電梯監控由于應用環(huán)境復雜，視頻干擾問(wèn)題，是常見(jiàn)的工程中難題，若不能很好解決，監控圖像在電梯工作時(shí)，會(huì )產(chǎn)生諸如橫紋、斜紋、網(wǎng)紋、尖刺紋等嚴重的干擾，使工程質(zhì)量達不到預期要求甚至系統無(wú)法交付使用。

　　1.總述

　　當前系統集成商在電梯監控中往往忽略干擾問(wèn)題，只是在工程施工中干擾出現時(shí)，才被動(dòng)的解決。這樣既影響工程正常工期，又會(huì )使投資建設方對系統整體性能和質(zhì)量產(chǎn)生疑問(wèn)，給后期維護和工程款項的支付造成困難;另外解決問(wèn)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(shí)，對電梯監控的干擾問(wèn)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(xiàn)纜;制定合理的施工方案，將隱患消彌于未然，使工程高質(zhì)高效的完成，為企業(yè)贏(yíng)得良好的信譽(yù)。

　　本文旨在論述電梯監控的特點(diǎn)及干擾產(chǎn)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(shù)手段解決干擾難題。

　　2.干擾產(chǎn)生機理分析

　　干擾產(chǎn)生有三個(gè)要素：

　　干擾源

　　對干擾信號敏感的接收電路(或電子系統)

　　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(相對于視頻系統)，其啟停、加/減速、運行過(guò)程中會(huì )產(chǎn)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，而該干擾信號頻譜范圍可能覆蓋視頻信號的頻率區或高頻段。

　　在視頻傳輸中，由于電梯內還有很多其它控制、動(dòng)力(照明、風(fēng)扇)、通信等電纜，各種電纜都會(huì )產(chǎn)生電磁輻射，而這些電纜與視頻電纜平行走線(xiàn)，且長(cháng)度較長(cháng)，易對視頻信號造成干擾。

　　外部干擾源為高電壓小電流時(shí)，主要為電場(chǎng)干擾;干擾源為低電壓大電流時(shí)，主要為磁場(chǎng)干擾。電梯監控環(huán)境，電場(chǎng)、磁場(chǎng)干擾并存，且較嚴重。在干擾分析時(shí)，近場(chǎng)(干擾源與被干擾系統間距離<干擾源波長(cháng)的1/6=可把電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別處理;遠場(chǎng)應按電磁場(chǎng)組合來(lái)分析。

　　當電纜中的介質(zhì)不與導體保持接觸時(shí)，介質(zhì)由于摩擦可以帶電，稱(chēng)之為摩擦電效應。這往往由于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，若接頭處連接不可靠，會(huì )產(chǎn)生接觸噪聲。接觸噪聲正比于直流電流的大小，功率密度正比于傳輸信號頻率的倒數(1/f)，為低頻噪聲。這主要由于電纜接頭處虛焊或接頭長(cháng)期裸露于空氣中，接點(diǎn)氧化造成。

　　當傳輸線(xiàn)在磁場(chǎng)內運動(dòng)，線(xiàn)的兩端即會(huì )產(chǎn)生感應電壓，若一個(gè)工作導線(xiàn)在這種磁場(chǎng)中運動(dòng)，導線(xiàn)上就會(huì )產(chǎn)生噪聲，噪聲大小取決于線(xiàn)纜的環(huán)路面積、移動(dòng)速度和磁場(chǎng)頻率，視頻電纜因其同軸性環(huán)路面積較小(理想同軸電纜，環(huán)路面積等于零，無(wú)噪聲信號。

　　但實(shí)際電纜會(huì )有一定偏差，會(huì )有環(huán)路面積，一般較小)，感應的噪聲信號較小，但若磁場(chǎng)較強，感應產(chǎn)生的噪聲信號對視頻之類(lèi)的寬帶低電平信號仍可能產(chǎn)生較大的影響。由于電梯的動(dòng)力系統及其他設備會(huì )產(chǎn)生較強的雜散磁場(chǎng)，監控傳輸線(xiàn)纜(電源及視頻信號線(xiàn))又隨著(zhù)電梯上下同步運動(dòng)，會(huì )產(chǎn)生這種干擾源，尤其當視頻傳輸線(xiàn)纜屏蔽層前后端接地時(shí)，對低頻磁場(chǎng)其環(huán)路面積會(huì )非常大，線(xiàn)路上感應的噪聲信號會(huì )很強，將對視頻信號產(chǎn)生嚴重干擾。

　　當視頻系統前端設備和后端設備都接地，且地線(xiàn)與交流電源地相同，因交流電源地之間會(huì )有較大的電位差，作為干擾源會(huì )使視頻圖像產(chǎn)生嚴重的工頻干擾，具體表現為圖像中出現一條橫線(xiàn)，當視頻信號場(chǎng)頻與電源同步時(shí)，此橫線(xiàn)靜止不動(dòng);當二者不同步時(shí)，此橫線(xiàn)將以電源頻率與視頻信號場(chǎng)頻之差上下移動(dòng)。

　　2)視頻系統(接收器)

　　視頻系統包括前端(信息采集)、傳輸系統、后端(信息處理)部分，前端設備攝像機將采集的圖像信息轉化為標準的視頻信號輸出，該視頻信號為寬帶(10～6MHz)小信號(1～2Vpp)，信噪比較低，對干擾噪聲比較敏感。由于電梯環(huán)境中各種干擾源和耦合通道的存在，若不采取有效措施，會(huì )對視頻系統會(huì )產(chǎn)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(wǎng)紋、尖刺狀紋干擾。尤其在樓層高時(shí)，傳輸線(xiàn)路較長(cháng)，線(xiàn)路的衰減使得信噪比進(jìn)一步降低，干擾會(huì )更加嚴重。

　　3)干擾波的耦合

　　干擾源所產(chǎn)生的電磁干擾波，通過(guò)耦合使視頻信號產(chǎn)生相應的干擾噪聲。與電梯監控相關(guān)的噪聲耦合方式有以下幾種：

　?、賯鲗я詈?/p>

　　傳輸導線(xiàn)經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境中，即拾取噪聲并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(jīng)電源、視頻傳輸線(xiàn)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(wú)法消除;視頻信號在傳輸線(xiàn)路上被干擾，將直接影響視頻圖像。

　?、诮?jīng)公共阻抗耦合

　　當兩個(gè)系統電路的電流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)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(gè)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(fā)生在兩個(gè)系統電路共地或共電源時(shí)。

　?、垭妶?chǎng)(電容性)耦合

　　當干擾源產(chǎn)生的干擾波是以電壓形式出現時(shí)，干擾源與工作系統(被干擾系統)之間就存在電場(chǎng)耦合。干擾電壓經(jīng)二者間的雜散電容耦合到工作系統電路。

　　干擾電壓產(chǎn)生于工作系統與地之間且正比于干擾源的電壓和頻率、被干擾系統的輸入阻抗、耦合電容。對于監控系統工作環(huán)境，干擾源電壓和頻率無(wú)法改變，視頻系統的輸入阻抗固定(75)，僅可通過(guò)減少耦合電容降低干擾。減少耦合電容可通過(guò)改變傳輸線(xiàn)纜的方向、屏蔽或使傳輸導線(xiàn)遠離其他產(chǎn)生干擾的線(xiàn)纜方式實(shí)現。

　?、艽艌?chǎng)(互感)耦合

　　當干擾源產(chǎn)生的干擾波以電流形式出現時(shí)，干擾源的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(guò)減少互感降低干擾。

　　互感耦合產(chǎn)生的干擾電壓與工作系統電路相串連且正比于干擾源電流、頻率和二者之間的互感。對于監控系統工作環(huán)境，干擾源電流和頻率無(wú)法改變，僅可通過(guò)減少互感來(lái)降低干擾。減少互感可通過(guò)將干擾源線(xiàn)纜兩根導線(xiàn)絞合，利用絞合線(xiàn)上的電流方向相反將磁場(chǎng)相互抵消;使傳輸線(xiàn)纜盡量遠離干擾源或視頻系統線(xiàn)纜避開(kāi)干擾場(chǎng)的垂直方向;減少工作系統回路面積等方式實(shí)現。

　?、葺椛潆姶艌?chǎng)感應

　　輻射的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì )造成噪聲耦合，所有電子設備包括導線(xiàn)在內，當有電荷運動(dòng)時(shí)都會(huì )輻射電磁場(chǎng)。干擾的感應電壓正比于電磁場(chǎng)強度。電子設備傳輸線(xiàn)纜具有天線(xiàn)效應，即能夠輻射干擾波或接收干擾波。當干擾源線(xiàn)纜長(cháng)度接近其干擾信號的1/2波長(cháng)時(shí)，干擾輻射效率最高，當工作系統(被干擾系統)的傳輸線(xiàn)纜長(cháng)度接近干擾信號的1/2時(shí)，干擾耦合效率最高，此時(shí)若干擾信號功率較大就會(huì )對工作系統產(chǎn)生嚴重的干擾。電梯動(dòng)力系統工作時(shí)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(huì )通過(guò)各類(lèi)傳輸電纜輻射較強的干擾波，而視頻系統的電源和信號線(xiàn)像天線(xiàn)一樣接收這類(lèi)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(chǎn)生的三個(gè)要素，可從三個(gè)方面抑制干擾信號：

　　抑制干擾源

　　消除干擾信號的耦合

　　在工作系統中抑制干擾

　　在實(shí)際的監控系統中，干擾信號往往由其他系統或設備產(chǎn)生，監控系統設計和施工人員無(wú)法或無(wú)權改進(jìn)，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(xiàn)纜選擇

　　視頻電纜在電梯中隨著(zhù)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，在電梯反復運動(dòng)中會(huì )造成電纜層之間的相對滑動(dòng)，會(huì )產(chǎn)生摩擦電效應成為噪聲源，同時(shí)也會(huì )拉伸屏蔽層，影響抗干擾效能。所以在選擇電纜時(shí)應選擇各層間的粘合力強的電纜。

　　供電電纜選用RVVS絞線(xiàn)，最好為屏蔽線(xiàn)，屏蔽層在前端接地，以達到對電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾良好的抑制效果。

　　因為傳輸線(xiàn)纜在電梯中隨著(zhù)電梯的上下運動(dòng)，收重力作用線(xiàn)纜會(huì )產(chǎn)生拉伸形變，使線(xiàn)路的阻抗特性發(fā)生變化，降低信號傳輸信噪比;同時(shí)影響較高頻率的電場(chǎng)干擾屏蔽，且屏蔽層電流的均勻性變差，對磁場(chǎng)的屏蔽效果將大為降低。這種情況在高層電梯時(shí)尤其如此。所以選擇傳輸線(xiàn)纜應滿(mǎn)足抗拉強度,，推薦使用自承式扁平復合電梯專(zhuān)用電纜，該電纜將視頻電纜、電源線(xiàn)、數據線(xiàn)和鋼絞線(xiàn)復合成一根扁平的帶狀電纜，整條電纜的拉力由鋼絞線(xiàn)來(lái)承受，抗拉強度大大提高，從而減少線(xiàn)纜拉伸形變?，F在有些電梯出廠(chǎng)時(shí)直接配備這種電纜作為隨行電纜。

　　2)線(xiàn)纜布局

　　視頻電纜其中一部分與電梯隨行運動(dòng)，如前干擾源論述，這部分電纜的運動(dòng)會(huì )產(chǎn)生干擾，所以應使隨行電纜盡量短，條件允許時(shí)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(shí)井內隨行視頻電纜長(cháng)度最短，大約只有井深的一半多一點(diǎn)，引入的干擾也最小。

　　隨行運動(dòng)部分的視頻電纜與電梯內其他隨行電纜都是與視頻電纜并行且近距離捆扎，具有良好干擾耦合通道。所以捆扎前，應盡可能了解其他隨行電纜的結構和分布情況，盡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(shí)干擾源(其他電纜)為近場(chǎng)干擾，干擾源電磁場(chǎng)強度按距離平方衰減。

　　若實(shí)際工程不允許視頻電纜從電梯中間出線(xiàn)，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接，不運動(dòng)。這部分電纜鋪設時(shí)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，以屏蔽干擾對這部分電纜的影響。

　　從電梯井出線(xiàn)端到監控中心的電纜，應走金屬管或走金屬槽且在出線(xiàn)端處接地，以屏蔽沿途環(huán)境干擾對這部分電纜的影響。盡量遠離其他動(dòng)力線(xiàn)纜，尤其當在視頻傳輸線(xiàn)纜電梯出線(xiàn)端途徑電梯機房，更應使電纜盡可能遠離電梯動(dòng)力設備。

　　3)視頻系統前端供電及供電線(xiàn)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，盡可能不在電梯轎廂處直接取電。從抗干擾角度考慮應采用交流供電(一般為AC24V)，配置電源適配器為攝像機供電。電源適配器盡量選擇線(xiàn)性電源(變壓器型)，電源適配器應選用紋波小的優(yōu)質(zhì)電源，并盡量靠近攝像機以使電源輸出線(xiàn)最短，防止公共阻抗干擾。若環(huán)境干擾太大，供電線(xiàn)路可穿套磁環(huán)或纏繞磁環(huán)、接共模扼流圈等方式進(jìn)行高頻濾波;可定制初、次級隔離型變壓器的電源適配器，電源屏蔽體引線(xiàn)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(wú)法集中供電，可選擇從電梯轎箱中照明電中取電，不使用動(dòng)力電。同前可采用供電線(xiàn)路穿套磁環(huán)或纏繞磁環(huán)、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(wèn)題)。

　　注意當電源將干擾引入攝像機時(shí)，因視頻源被干擾，即使采用抗干擾設備(視頻抗干擾器)也無(wú)法減輕視頻圖像干擾的現狀。這點(diǎn)也可用于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(xiàn)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(xiàn)纜接頭盡量少，線(xiàn)纜連接處應使用BNC連接器，BNC接頭與電纜芯線(xiàn)務(wù)必焊接牢靠，電纜屏蔽網(wǎng)均布包裹于BNC接頭外殼圓周，且壓(焊)接牢固，無(wú)接觸不良。否則將使信號衰減增加，降低信噪比;產(chǎn)生接觸噪聲;大大降低電場(chǎng)干擾的屏蔽效果。

　　5)斷絕地環(huán)路

　　安裝時(shí)要特別注意攝像機金屬外殼、BNC頭的外殼、同軸電纜的屏蔽網(wǎng)等視頻信號的“地”和電梯轎箱、導軌間的絕緣，以免前后端雙端接地形成地環(huán)路。

　　否則在低頻磁場(chǎng)干擾使會(huì )使磁場(chǎng)感應的環(huán)路面積非常大，耦合很大的干擾信號;如果前后端地之間存在電位差，會(huì )引入新的干擾源。當環(huán)境中同時(shí)存在較大的高頻(>1MHz)磁干擾時(shí)，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(也有采用高頻調制的移頻方式實(shí)現，在此不加論述)。視頻抗干擾器有三個(gè)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)與帶寬恒定，放大倍數大，帶寬就小，而視頻信號為寬帶小信號，要求信號大必須使放大倍數很大，但這又可能使的信號帶寬減小，使視頻信號失真;同時(shí)由于視頻系統為低阻抗，信號過(guò)大會(huì )使得功率消耗太大，以致于損壞器件或熱保護使設備不能工作。所以設計放大器時(shí)一定要兼顧放大倍數、帶寬和輸出功率的要求，這是一個(gè)難點(diǎn)。二為視頻信號的均衡，因為在傳輸時(shí)，線(xiàn)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。若放大器僅采用線(xiàn)性放大(對高低頻采用同一放大倍數)，將會(huì )使得圖像清晰度降低、顏色變淡，對于較遠距離的傳輸更加明顯。所以放大器設計應根據線(xiàn)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(shù)，因設備應用時(shí)要兼顧遠近距離的傳輸，均衡需可調節，設計難道大，市場(chǎng)上大部分此類(lèi)產(chǎn)品無(wú)此功能。三為設備屏蔽性，因抗干擾器為電子設備，在強干擾環(huán)境工作，本身也需具備屏蔽干擾的功能，為防止外界高低頻干擾信號侵入，所以其外殼應采用全封閉金屬結構。

　　深圳市華信誠科技有限公司的視頻抗干擾器抗干擾能力強，采用先進(jìn)的編碼技術(shù)，可有效抵抗火花干擾、50HZ交流干擾、無(wú)線(xiàn)頻帶等干擾信號;適用于電梯、工廠(chǎng)、道路、變電站等干擾信號較多、較強場(chǎng)所的視頻信號傳輸。屏蔽性能高，在箱體設計上采用鋁制材料，加強了設備的屏蔽效果。故障率低，可連續工作24小時(shí)，采用模塊化及高集成化設計，滿(mǎn)足顧客高穩定、高效益的要求。清晰度高，水平分辨率可達400線(xiàn)以上，色彩鮮艷無(wú)重影。本產(chǎn)品適用線(xiàn)纜類(lèi)型多，視頻線(xiàn)、射頻線(xiàn)等75Ω同軸線(xiàn)纜;建議采用射頻線(xiàn)纜(SYWV75)傳輸信號，設備可發(fā)揮出更好的遠距離傳輸功能。

　　4.采用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?xún)?，可采用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(zhù)電梯運動(dòng)彎曲時(shí)不易折斷，使用壽命會(huì )更長(cháng)。但RVVS電纜因分布電容比較大，信號帶寬不夠，對視頻信號高頻衰減大，使傳輸的圖像質(zhì)量不佳;另因視頻信號為非平衡信號，對電場(chǎng)屏蔽作用很小，直接傳輸易受到電場(chǎng)干擾。所以需配備視頻雙絞線(xiàn)傳輸器，將單端信號轉化為平衡信號傳輸，同時(shí)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(zhì)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

　?、匐p絞線(xiàn)環(huán)路面積較小，對磁場(chǎng)尤其是采用。且RVVS電纜線(xiàn)芯與護套附著(zhù)緊密，不易產(chǎn)生摩擦電效應噪聲。

　?、谝騌VVS為絞接平衡線(xiàn)(二根導線(xiàn)特性相同)，視頻信號傳輸采用平衡電路，二根導線(xiàn)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(guò)相減可使視頻信號倍增;而干擾信號對稱(chēng)的在絞線(xiàn)對上產(chǎn)生，為縱向共模信號(幅度相等、極性相同)，接收端通過(guò)相減，兩根絞線(xiàn)感應的干擾電流可完全消除。

　　該方式無(wú)論對電場(chǎng)還是磁場(chǎng)干擾，都能夠很好抑制，且在大量實(shí)際應用中得到驗證。

　　2)RVV雙絞型電纜傳輸視頻的注意事項

　?、僖騌VVS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采用RVVS電纜，其后采用5類(lèi)以上網(wǎng)絡(luò )雙絞線(xiàn)傳輸，RVVS電纜與網(wǎng)線(xiàn)連接處為電梯中部附近。網(wǎng)絡(luò )雙絞線(xiàn)為寬帶信號線(xiàn)纜，發(fā)布電容小，適合遠距離視頻傳輸，但網(wǎng)線(xiàn)為線(xiàn)芯線(xiàn)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(xiàn)可使電梯隨行的RVVS電纜長(cháng)度最短(僅有井深的一半多一點(diǎn))，信號衰減可降至最低。RVVS電纜與網(wǎng)線(xiàn)連接方法：可先將RVVS電纜套上熱縮管;將二種電纜焊接牢固，無(wú)虛焊;熱縮管移到結點(diǎn)處，將裸露線(xiàn)纜和結點(diǎn)包裹，均勻加熱熱縮管使其收縮，注意應使熱縮管緊裹連接處，使裸露銅線(xiàn)與外部空氣隔絕，防止年久氧化，破壞線(xiàn)路平衡性和阻抗匹配，影響視頻傳輸效果。

　?、跒檫_到好的傳輸質(zhì)量和提高抗干擾性，傳輸線(xiàn)纜最好整根無(wú)接頭(上述RVVS與網(wǎng)線(xiàn)接頭除外)。