Гальваническая развязка для видеонаблюдения

Помехи в системах видеонаблюдения

Довольно распространенной проблемой при самостоятельной организации системы видеонаблюдения является возникновение различного рода помех, которые могут быть вызваны некачественным соединением элементов системы, неправильным заземлением, или иной причиной, которую можно определить только после ознакомления с основными факторами, вызывающими помехи в системе видеонаблюдения.

1. 6 основных причин вызывающих помехи
2. Как бороться с помехами?

6 основных причин вызывающих помехи

Самыми распространенными причинами, влияющими на качество изображения, являются следующие факторы:

1. Неправильно выполненное заземление или его отсутствие;
2. Плохое соединение или низкое качество разъемов;
3. Обрыв или повреждение кабеля;
4. Наличие в непосредственной близости от прокладки кабеля радиоточек, радиотелефонов, микроволновых печей, и других технических средств, способных повлиять на сигнал;
5. Импульсы ламп дневного освещения, блоков питания сторонних устройств;
6. Влияние стороннего паразитного сигнала.

Частой причиной помех является наличие сторонних токов заземления, протекающих по оплетке кабеля, которые появляются из-за разности потенциалов монитора и видеокамеры, и могут образовывать неблагоприятные контуры заземления.

Токи промышленного происхождения накладываются на сигнал, создают помехи и искажения изображения в виде темных теней, геометрического искажения картинки, нарушается синхронизация. Чем дальше установлена камера видеонаблюдения, тем сильнее будет действие сторонних токов.

Также помехи могут возникать по причине обрыва кабельной линии – в таком случае также рекомендуется воспользоваться паяльником для запаивания поврежденного участка, а для большей надежности залить герметиком, и поместить поврежденную часть кабеля в герметичную коробку.

Еще одной причиной возникновения помех в видеонаблюдении могут стать электромагнитные наводки от различных мощных источников – промышленного оборудования, электротранспорта, и т. п. Протяженная кабельная линия представляет собой большую «антенну», которая притягивает к себе электромагнитные помехи от различных устройств. Источником помех могут стать и соседние кабеля, которые также оказывают электромагнитное воздействие на кабель видеонаблюдения.

При отсутствии контуров заземления может возникать периодические импульсные помехи, которые распространяются по нулевому проводу сети. Обычно подобные помехи вызывают импульсные источники питания оборудования.

Основными источниками, создающими помехи в системе видеонаблюдения являются:

• Электротранспорт;
• Сварочные аппараты;
• Питающие кабели и различные промышленные установки;
• Источники бесперебойного питания;
• Высоковольтные линии и трансформаторы;
• Антенны, передающие сигнал, а также другие устройства, потребляющие энергию.

Современные системы видеонаблюдения на базе IP камер, где для записи и хранения информации часто используется  персональный компьютер, тоже не застрахованы от помех. В данном случае основным источником помех служит блок питания компьютера. Если в качестве устройства хранения и обработки видеоданных используется видерегистратор, то помехи практически не возникают.

Виды помех

Различают несколько видов помех, разница между которыми зависит от источника, которыми они были вызваны:

• Волны на изображении – обычно вызваны ошибками при устройстве заземления. Подобные помехи исправляются путем поиска паразитных точек в заземлении, особенно в тех случаях, когда элементы оборудования не контактируют с землей;
• Горизонтальные линии различной ширины – вызываются радиоточками, радиотелефонами, СВЧ печами, и другой техникой, которая может повлиять на сигнал;
• Редкие полосы небольшой ширины светлого и темного тонов – могут вызываться блоками питания, или обрабатывающими сигнал устройствами;
• Плывущие линии, или синусоиды – для решения проблемы следует проверить качество заземления в местах источника сигнала и приемника, а также тип питания (разные фазы, или нет);
• Зернистость картинки – может быть вызвано находящимися поблизости блоками питания, лампами дневного освещения.

Как бороться с помехами?

Помехи, которые вызываются сторонними токами можно устранить несколькими способами:

• Использование камер видеонаблюдения с изоляцией корпуса и разъемов от кронштейна крепления;
• Применение только качественных кабелей;
• Использование кабелей типа «витая пара» с симметричным положением проводников;
• Изоляция разъемов и оплетки кабеля от земли;
• Недопустимость прокладки кабеля системы видеонаблюдения рядом с сигнальной или силовой линией;
• Установка камер с заземленным кожухом;
• Использование гальванической развязки – передача сигнала между устройствами без электрического контакта между ними;
• Применение оптоэлектронной развязки или видеотрансформаторов;
• Применение широкополосных фильтров.

Когда камера крепится на металлической конструкции, а сделать заземление не представляется возможным, можно просто поместить между кронштейном камеры и местом крепления деревянную прокладку, во избежание прямого касания камеры с металлической поверхностью. Как правило, в большинстве случаев проблема решается данным способом.

В некоторых случаях помехи могут быть связаны с плохо выполненным соединением разъемов, а также их низким качеством. В связи с этим для предотвращения помех специалисты рекомендуют использовать соединение под пайку, поскольку только в этом случае можно добиться длительного периода работоспособности кабеля в местах соединений.

Для борьбы с помехами в системе видеонаблюдения с камерами, находящимися на большом расстоянии от базового пункта наблюдения, специалисты вместо коаксиального кабеля советуют применять витую пару с усилителями активного типа, что позволяет передавать сигнал на большие расстояния с минимальными потерями качества изображения. Кроме того, что витая пара имеет более низкую стоимость по сравнению с коаксиалом, при ее помощи можно построить масштабную систему видеонаблюдения с возможностью передачи сигнала без помех до 4 км. При этом особенности строения данного кабеля позволяют оградить сигнал от помех и различных наводок.

Также рекомендуется не применять кабель от неизвестных производителей, выбирая лишь проверенных. Необходимо проверить его сопротивление и величину затухания сигнала при помощи осциллографа, а также равномерность экранирующей оболочки визуально.

Источник: http://nabludaykin.ru/pomexi-v-sistemax-videonablyudeniya/

Передатчик видеосигнала по витой паре необходим для создания системы наблюдения

Защитные системы по своему комплексному составу могут быть автономными или интегрированными. Для осуществления контроля происходящих событий на охраняемой территории, достаточно использовать систему видеонаблюдения. камеры будут фиксировать и передавать информацию о состоянии объекта в режиме текущего времени. При проектировании комплекса линии видеонаблюдения зачастую возникает вопрос об организации передачи сигнала на дальние расстояния.

Для выполнения этой задачи в системе устанавливается приемопередатчик видеосигнала по витой паре.

Как показывает практика, для соединения всех компонентов системы видеоконтроля между собой, можно использовать коаксиальный кабель, витую пару или беспроводной способ подключения. Зачастую  видеорегистратор или монитор расположены на значительном расстоянии от видеокамеры. В таком случае нужно принять меры по усилению качества и дальности передаваемого сигнала. Коаксиальный кабель имеет невысокую степень защищенности от помех и стоит относительно дорого. В последнее время чаще всего для передачи видеоинформации используют витую пару.

Предназначение приемопередатчиков видеосигнала и их типы

Современный рынок предлагает большое разнообразие технических устройств, которые позволяют усиливать качество сигнала и дальность его передачи по витой паре. Как правило, кабель «витая пара» используется в случаях, когда имеется необходимость проложить соединительную линию на расстояние свыше 150 метров. Выделяют два основных типа приемопередающих устройств:

• Пассивный приемопередатчик;
• Активный передатчик.

Пассивные передатчики относятся к числу передающих устройств, которым для работы не требуется подача электропитания с напряжением 12 В. При помощи таких механизмов можно передавать видеоинформацию на расстояние от 150 до 500 м. Активный передатчик видеосигнала позволяет передавать информацию на расстояние свыше 500 метров. Максимально предельная дальность действия устройства составляет 1500 м. Для работы этих устройств обязательна подача электропитания с напряжением 12 В. С помощью самых простых механизмов осуществляется передача сигнала на расстояние не более 300 м.

Помимо вышеперечисленных типов передатчиков, используемых при подключении системы посредством витой пары, выделяют несколько других видов подобных устройств:

• По сети WI-FI;
• Беспроводные радиоканальные.

Чтобы управлять передачей видеоинформации в системе IP-видеонаблюдения, для усиления сигнала используется специальный передатчик. Технология WI-FI является цифровой, поэтому не может применяться для аналогового оборудования. Использовать передающий механизм целесообразно, если оборудование подключено по проводному типу. В случае установки беспроводных видеокамер, система не требует комплектации дополнительными устройствами.

На видео – передатчик видеосигнала по витой паре:

Беспроводные радиоканальные приемопередатчики могут использоваться при установке небольшой линии видеоконтроля, например, на 1-2 камеры. Наиболее распространенной сферой применения радиоканальных передающих устройств является домашнее видеонаблюдение. При подключении к телевизору аналоговых видеокамер можно использовать своеобразный усилитель качества и дальности передачи видеосигнала. Установка такого блока не требуется в случае монтажа видеокамер, оснащенных встроенным радиоканальным модулем.

Принцип передачи видеосигналов с помощью витой пары

Независимо от того, какой тип передающего устройства выбран (пассивный приемопередатчик или активный), принцип работы является единым.  Передающий механизм преобразует поступающий видеосигнал. сигнал, который поступает на вход, является однополярным. После преобразования сигнал становится двухфазным и симметричным. Это необходимо для последующей передачи сигнала по витой паре.

Располагать соединительные линии необходимо вдали от силовых кабелей, поскольку могут возникать помехи, и тем самым будет ухудшаться качество сигнала.

На другом конце линии устанавливается специальный приемник, который обрабатывает поступившее уведомление и делает его дифференциальным. Как правило, на втором приемнике подключается усилитель, подавляющий помехи и улучшающий качество видеосигнала. В результате такой обработки на входное принимающее устройство поступает видеосигнал, который очищен от помех. Такой сигнал является стандартным и композитным.

Пассивные передатчики, как уже говорилось, действуют на расстоянии не более 500 м. Такие механизмы недорогие и используются для небольших помещений. При условии близкого расположения комплектующих элементов системы видеонаблюдения, активные приемники передают видеосигнал на расстояние до 1000 м. Активное передающее оборудование должно получать двухфазное питание, чтобы обеспечить симметричную подачу качественной информации.

На видео – подключение передатчика к камере:

Как выполнить подключение приемно-передающего устройства?

Передатчики видеосигнала в практике называют видеотрансиверами. Для подключения одной видеокамеры нужно использовать два передатчика. Один устанавливается возле видеокамеры, а второй – непосредственно около видеорегистратора. трансивер оснащен двумя клеммами, обозначающими полярность. К клеммам подключается одна из четырех витых пар кабельной линии. Как правило, каждый провод имеет определенный цвет. Чтобы правильно выполнить подсоединение, нужно действовать в соответствии с инструкцией.

Поскольку соединительный провод «витая пара» содержит четыре кабеля, то к системе одновременно можно подключать столько же устройств. Любой комплекс видеонаблюдения может дополняться видеокамерами, при этом нужно выбирать оборудование, которое соответствует количеству установленных каналов. Если выбирается активный приемопередатчик, то электропитание должно подаваться на каждую видеокамеру индивидуально. Соединение видеокамер в системе может быть последовательным или параллельным.

Можно выделить такие преимущества использования приемно-передающих механизмов:

• Осуществление одновременной передачи нескольких различных видеосигналов;
• Использование заранее проложенных кабельных линий (например, для компьютерной сети);
• Предотвращение гальванической развязки и обеспечение устойчивости системы к помехам.

Оценка статьи:

Загрузка…

Источник: https://camafon.ru/signalizatsiya/priemoperedatchik-videosignala-po-vitoy-pare

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон?

Есть в электронике такое понятие как гальваническая развязка. Её классическое определение — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта. Если вы новичок, то эта формулировка покажется очень общей и даже загадочной. Если же вы имеете инженерный опыт или просто хорошо помните физику, то скорее всего уже подумали про трансформаторы и оптроны.

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала. Первой приходит в голову защита от высоких напряжений. Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов. Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача.

Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт. Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно. Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем.

Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех.

Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон. Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора.

Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал. Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор.

Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами. Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.
Если последнее предложение вас взбудоражило..Если вы почувствовали жгучее желание закричать что гальванической развязки на конденсаторах быть не может, то рекомендую посетить треды вроде этого. Когда ваша ярость утихнет, обратите внимание что все эти споры датируются 2006 годом. Туда, как и в 2007, мы, как известно, не вернемся. А изоляторы с емкостным барьером давно производятся, используются и отлично работают.

Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем.

Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер. Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала. Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему. Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек. Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется. Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы. Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть. Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается. Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика. Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Хочется добавить пару слов о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер. Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе.

Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания.

Ещё больше картинокМикросхема серии Si86xx — цифровой изолятор с четырьмя прямыми и двумя обратными каналами

Микросхема серии Si860x — цифровой изолятор с двумя двунаправленными и двумя однонаправленными каналами

Микросхема серии Si88xx — цифровой изолятор с двумя каналами и встроенным DC/DC-контроллером

Кроме цифровых изоляторов выпускаются изолированные драйверы силовых транзисторов, в том числе на посадочное место оптодрайверов, усилители токового шунта, гальваноразвязанные АЦП и др.Ещё больше картинокМикросхема серии Si823x — изолированный драйвер верхнего и нижнего ключа

Микросхема серии Si8261 — изолированный драйвер с эмулятором светодиода на входе

Микросхема серии Si8920 — изолированный усилитель токового шунта

Микросхема серии Si890x — изолированный АЦП

Конец. Надеюсь было интересно.

• изоляция
• гальваническая развязка
• оптрон
• цифровой изолятор

Источник: https://habr.com/post/386721/