监控设备的原理应用

发布网友 发布时间：2022-05-06 17:47

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热心网友 时间：2022-07-01 15:29

在电视监控系统工程中，过去很少应用红外灯，近年来,不但金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中都被采用。甚至居民小区电视监控工程也应用了红外灯。这说明人们对电视监控系统工程的要求愈来愈规范、愈来愈高。不但要求白天和夜间可见光照明监控，而且要求夜间隐蔽性监控。
随着电视监控系统工程技术的发展，购买红外灯用户的迅猛增加，也出现不少问题，例如：某用户购买了十几个红外灯，说一个都不亮，经过询问了解才知道，他采用的是普通彩色摄像机，而普通彩色摄像机是不感受红外光的；有的用户说你们的红外灯达不到标称的照射距离，经过了解，他们缺乏红外灯对摄像机、镜头、防护罩和供电系统配套性要求的认识，在电视监控工程设计中没有作为一个红外低照度低照度假夜视系统工程来总体考虑；有的用户对红外灯自以为了解，自行增加DC12V红外灯供电电压，以此增加红外灯的辐照功率，或采用不稳压直流电源给DC12V红外灯供电造成红外灯烧毁；有的用户反映它们按红外灯要求的照度选配了摄像机，在红外灯标称的照射距离内却不能获得清晰图像，而不知有的摄像机生产厂家给出的最低照度有水分，或有意无意地使用了含糊的最低照度概念，以所谓的靶面照度代替景物照度；此外，有的用户对摄像机照度之外影响获得清晰图像的因素，如摄像机和镜头的标称尺寸、镜头光圈F、焦距f、对摄像机功能要求等不十分了解。我们认为现在向电视监控器材经销商、工程商和用户介绍一些红外灯的原理、选择和应用方法是有益的。
实现夜视的方法，可以采用常规的可见光照明，但此法不仅不能隐蔽，反而更加暴露监控目标（在居民小区还有扰民问题）。隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外光发射，人体和热机发出的红外光较强，其它物体发出的红外光很微弱，利用特殊的红外摄像机可以实现夜间监控。但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，而且不能反映周围环境状况，因此在夜视系统中不被采用。在夜视系统中经常采用主动红外摄像技术，即采用红外辐射“照明”，产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光，辐射“照明”景物和环境，应用普通低照度黑白摄像机、白天彩色夜间自动变黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。 光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm～780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红外光长的称为红外光。
普通CCD黑白摄像机可以感受光的光谱特性，它不仅能感受可见光，而且可以感受红外光。这就是利用普通CCD黑白摄像机，配合红外灯可以比较经济地实现夜视的基本原理。而普通彩色摄像机的光谱特性不能感受红外光，因此不能用于夜视。
红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光（红外发射二级管）红外灯和热辐射红外灯两种。其原理及特性我们介绍如下：
（1）红外发射二极管（LED)红外灯的原理及特性
由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。
红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。
当电压越过正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。
红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
（2）热辐射红外灯的基本原理及特性
热辐射现象是极为普通的,物体在温度较低时产生的热辐射全部是红外光，所以人眼不能直接观察到。当加热500度左右时，才会产生暗红色的可见光，随着温度的上升，光变得更亮更白。在热辐射光源中通过加热灯丝来维持它的温度，供辐射继续不断的进行。维持一定的温度而从外部提供的能量与因辐射而减少的能量达到平衡。
辐射体在不同加热温度时，辐射的峰值波长是不同的，其光谱能量分布也是不同的。
根据以上原理，经特殊设计和工艺制成的红外灯泡，其红外光成分最高可达92～95%。国外生产的这种红外灯泡的技术性能为:
功率100～375W；电源电压 230～250V；使用寿命5000小时、辐射角度60～80度。
普通黑白摄像机感受的光谱频率范围也是很宽的，且红外灯泡一般可制成比较大的功率和大的辐照角度，因此可用于远距离红外灯，这是它最大的优点。其最大不足之处是包含可见光成份，即有红暴，且使用寿命短，如果每天工作10小时，5000小时只能使用一年多，考虑散热不够，寿命还要短。而对于客户来讲，更换灯泡是麻烦和不愉快的事情。
在克服热辐射红外灯缺点方面进行了许多努力，首先是研制和应用了高通红外滤波钢化玻璃。波长愈长，红暴愈小，甚至可达到全无红暴，但是，红外光的效率愈低，红外灯发热就愈高。红外玻璃的波长可根据用户对红暴要求高低加以选择，一般而言，相同有效辐照距离时，对红暴要求愈高，造价愈高。红外玻璃经过钢化，可以耐受急冷急热的变化，在内部红外灯泡由于可见光滤除的部分，转化产生热量，温度会很高，外部冷风及雨雪的突袭下，急冷而不致损坏。为提高热辐射红外灯的寿命，采用了光控开关电路，以减小其工作时间；采用了变压稳压整流电路，使其发光功率得以充分发挥而且提高了红外灯的寿命；而更重要的是考虑灯丝冷阻是非常小的，如100W红外灯泡，灯丝热阻为529Ω，这时的工作电流只有0.4348A，而冷阻只有36Ω，红外灯接通电源瞬间为6.39A瞬时功达到1470W，这一瞬间灯丝负荷过载达几十倍，这对灯丝寿命有非常大的影响。人们研制的灯丝保护电路，相信红外灯灯泡的工作寿命会成倍增长。此外，还增加了延时开关电路以防环境的光干扰。 视频抗干扰器主要应用于消除视频信号在视频电缆传输过程中遇到的各种干扰信号。它采用先进的技术，以多种综合手段彻底解决各种干扰源对视频信号的干扰，有效解决图像抖动、扭曲、模糊等问题，保证在恶劣的环境下传输稳定可靠的视频信号,可应用于电梯、电机、变压器、变电站、发射塔、电厂、车间及其它有强电干扰的场所
你做过安防工程吗？这样直接提问，虽然有些唐突，但还都可以回答“做过”。但是，如果我问：“你做工程时，亲手制造过干扰吗”？多数人会觉得“莫名其妙”，把工程做好就不错了，谁还会“亲手制造干扰”呢？
总结多年来的工程实例，看看下面一些可以产生干扰的因素，虽然你不会全都经历过，但不会一个也没经历过吧！？ BNC头接触不良会造成干扰——属于施工水平和经验问题，也有BNC公母头质量问题和75/50欧姆混卖混用问题； 电缆伤断造成干扰：穿管时拉断电缆，垂直或倾斜自承重布线拉断电缆——如电梯视频线，弱电井多路*垂直走线等——属于施工水平和经验问题； 使用了劣质（铁质）电缆，产生了干扰——属于图便宜，质量的报复； 摄像机因素造成干扰：摄像机本身质量问题，输出视频信号中含有干扰信号——属于产品配套选型失误，检测制度不科学，不严格。 摄像机电源因素造成干扰：电源适配器质量不好，波纹太大，实际供电功率不够；集中供电线路衰减太大，电压太低；设备漏电等——属于产品配套选型失误，检测制度不科学，不严格。 主机问题：相邻通道串扰，采集卡或主机质量问题等产生了干扰——不能很快判断出是主机问题，盲目的在其他传输环节找原因； 引入了电网传导干扰——电源没有净化——属于系统抗干扰设计经验不足； 云台运动时，视频信号闪动；红外夜视晚上背景有噪点，画面一层白雾等——以为是干扰； 系统多点接大地引入地电位环路干扰：摄像机安装在接地金属物体上,金属立柱，金属塔架，接触了建筑物钢筋，电缆破损触到接地金属体等等——属于施工经验不足，不当的失误；或者使用了不合格防雷器，被个别防雷厂家“等电位体连接”误导，把摄像机外壳接了大地——属于系统抗干扰设计经验不足。 其他工程中各种“低级错误”造成的干扰现象。网上很多干扰求助帖子，网友热情满腔，求助人却泥牛入海无消息，很多原因是源于一个“低级错误”，不好意思来了。[/COLOR]这些因素都可以造成安防工程的视频干扰现象； 这些因素造成的干扰现象，“五花八门，包罗万象”；
这些造成干扰的因素，都与主观因素有关系——不管你愿不愿意承认；
这类干扰现象，几乎占了“干扰求助案例”的大多数。
这类干扰现象“发案率很高”，排除干扰的难度也很大。
这类“人为因素干扰”，可以统称为“故障类干扰”或“假干扰”；
这时我再问：“你做工程时，亲手制造过干扰吗”？多数人会回答“出现过，是无意的。”解决这类主观因素造成的假干扰，从外部找原因，用抗干扰设备来解决，您觉得思路对吗？
问题是工程中发现的是“干扰现象”，这类与主观因素有关的“干扰现象”，并没有打上“人工制造的”标签。工程中最现实，最急切的问题是，怎么判断它是“假干扰”呢？
那真干扰又是什么呢？
为此，我们还需要统一认识什么干扰才是“真干扰”？
“真干扰”是指空间电磁波与传输线发生电磁耦合，在传输线上产生了感应电动势，干扰感应电动势进入信号传输回路，在信号有效负载上，产生了干扰信号电压。这就是安防工程的“真干扰”。只要明白，“真干扰”是指空间电磁感应产生的干扰就够了。
“真干扰”和“假干扰”的提法，都属于工程方便用语，好说，好记，但不是学术用语，没有确切和不确切可言，只要正确理解它们的真实含义就够了。
【认识真、假干扰的传输路径特点】
监控系统的“真干扰”和“假干扰”，从图像的干扰现象上，很难区分。但是，在传输路径上却有着本质的区别和各自的特点，明确这一点十分重要。 “真干扰”不管它的频率高低、波形结构、基波谐波，也不管干扰源是什么，它们的共同特点是：干扰的产生，是通过空间电磁感应或电磁耦合实现的，干扰源与传输线路和设备没有线缆直接连接关系，干扰传输路径是“无形”的，“无线”的。 各种“假干扰” 的传输路径基本特点是： ①系统外部的干扰源，是通过“有线连接关系”，引入信号（视频）传输回路的，这种“有线连接的传导关系”，是有意或无意“人工接入的”，性质属于“人工制造” 的。如地电位环路干扰，是由多点接地线形成的地环路，把地电位传导到视频传输回路的；
②系统内产生假干扰的“源头”，都是“传输线路或设备故障”直接引起的；
明确这两点，十分重要；
【明确真、假干扰的解决思路和办法有本质区别】 “故障类假干扰”—— 既然是“人工制造的”，解决思路和办法是：“事前尽量避免，事后查找排除故障”——即，“避免和排除”。 事前尽量避免：包括提高设计施工水平，积累经验，设备的正确选型、配套和检测，建立一套有效地抗干扰系统设计原则，预防和减少假干扰因素的产生；
事后查找排除故障：
① 首先是判断干扰性质：通过现场一些判断性测试，区分是真干扰还是假干扰；
② “解铃还须系铃人”，怎么制造的就怎么去解决。积累对假干扰产生因素的认识经验，提高工程现场排查故障的能力。——本质上，这不是抗干扰，这是透过干扰现象，分析发现系统的问题和排除系统故障。
③ 值得深思的是：没有认识到还会有与主观因素有关的“假干扰”，遇到干扰就认为是“外部因素”，就设想用抗干扰器类的设备来解决；
④ 与主观因素有关的“假干扰”，用抗干扰器类的设备来解决，多数是“无效的”；而且这种做法的本质是：企图用抗干扰设备来解决、排除主观制造的系统和设备故障——显然，这是违背科学实践规律的； “真干扰”——基于传输路径是“无形”、“无线”的特点，解决思路和办法是“防，避，抗，补”： “防”——既然是“无线”耦合关系——首先想到的就是“屏蔽”——屏蔽传输线路和设备是最有效的预防措施。如穿镀锌铁管（不是薄壁钢管），走软铁（如马口铁）线槽，采用双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆，铠装电缆，屏蔽电缆，埋地等，都有效，而且都是屏蔽广谱干扰；在电厂，变电站，电台，基站，车间电机群等恶劣电磁环境下，有必要事先考虑好采取“防”的措施； “避”——改变传输线的布线路径，减弱线缆与干扰的电磁耦合，原理上可以，但实践上很难做到；改变传输方式，是“避”的有效方法，如采用射频，光缆，微波，数字等各类调制解调传输方式，也是有效的。射频抗干扰器（又称视频拓展器）也属于这一类“避”的方式，或者以避代抗方式；
“抗”——视频基带传输方式中，对视频源信号进行频率加权放大，提高视频传输信噪比，达到抑制干扰目的。实践表明，它没有调制解调方式带来的繁杂和弊端，延长了视频线的有效传输距离，也有效提高了图像传输质量；
“补”—— 视频基带抗干扰器，在具有一定的有效抑制干扰能力的同时，它必须是一个标准的“视频传输器”，是能够确保图像（信息）传输质量的传输器，包括补偿传输线缆的衰减和频率失真。衰减靠幅度放大补偿，频率失真靠频率加权补偿。不能只抑制干扰，不管传输质量。这类产品，如果没有足够的，适应不同传输距离的“频率加权”特性和功能，就不能实现有效的频率补偿，“视频传输器”最基本的传输性能也不可能合格；
上面解决“真干扰”的各种方式方法，都是不用区分什么干扰现象，什么干扰频率，什么干扰波形，也不管是什么干扰源产生，这些方式方法都是有效的。这就给解决工程干扰问题带来极大的方便。
【工程中解决干扰问题的思路】
发现干扰现象后，首先要着力区分是真干扰，还是假干扰，针对不同性质的干扰，采取科学、有效的解决办法。这里总结三点值得深思的问题：
1） 不少抗干扰器产品厂家或经销商，遇到干扰求助，不是首先帮助分析干扰性质，而是立即蜂拥而上，推荐自己的产品，甚至声称“可以百分之百解决问题”，“可以免费使用”等等。一个连干扰性质都分不清的厂家，它的产品你有理由质疑。
2） 本文提出的这些与“主观因素有关”的干扰现象，工程商首先应该深思，应该自检和自查。有位工程老板遇到了干扰，买了几种抗干扰器来解决，结果都是“无效”或“效果不明显”。在与笔者电话咨询时，初步分析“假干扰的可能很大”，建议他现场做几个干扰性质的判断性测试，他很不耐烦的说：“你就说抗干扰器能不能解决，啰嗦什么！”挂断电话。问题在哪里？他没有真假干扰的概念，认为解决不了，就是“抗干扰器不好用”，不知道监控系统产生的干扰，有的属于自己的主观责任。“主观随意”制造假干扰的问题，只有提高设计施工素质才能解决；也只有提高现场排除故障能力，才能解决；这是一个任重道远的问题。只看到“安防行业门槛低”，“高中生就可以干”……等等，就蜂拥而上做工程；只看到国外的IT产品是“技术”，没有看到“系统电磁兼容”是更难处理的技术难题；恐怕这种“主观随意”制造假干扰的问题，还将长久延续下去。
3） 应该认识到：在工程遇到的干扰中，这些与“主观因素有关的假干扰”，占多数；工程中，那些难以解决的干扰，绝大多数都是这类假干扰。基于这个认识，工程抗干扰问题，不仅仅是抗干扰产品价格，质量和有效性的竞争，更多，更难，更需要的是：工程商的观念认识，设计施工水平，排除系统故障能力的有效提高；也需要产品商，协助客户分析和排查工程现场的这些“系统和设备故障”。这又是技术服务能力、水平和态度的竞争。