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1、浅谈视频同轴电缆干扰与抗干扰技术摘要：为了贯彻落实马钢公司以职业健康安全管理体系为平台，推进标准化作业，不断提高和深化安全管理水平。做好利用高科技手段进行现场监控管理。然而由于厂矿环境比较恶劣，监控设备、线路等均受到严重的影响，其中最为严重的是视频干扰。所以解决干扰问题，已成为当前最关键的问题。关键词：视频同轴电缆 视频干扰 抗干扰1. 概述随着我国社会经济的飞速发展，工业技术的不断进步。同时响应马钢公司以职业健康安全管理体系为平台，推进标准化作业，不断提高和深化安全管理水平口号。利用高科技手段现场监控管理生产、操作的工艺流程，方便高效，节省成本。保障公司跨越式发展目标实现，为把马刚建设成为具
2、有国际竞争力的现代化企业集团做出应有的贡献。由于室外运行环境比较恶劣，监控设备的质量与监控功能等均受到严重影响，其中最为重要的是视频干扰，几乎成为影响画面质量最主要的原因。视频监控系统无论采用何种视频传输方式，都离不开视频同轴电缆，视频同轴电缆的质量直接关系到监控系统的图像效果。因此，在视频监控系统工程中，往往将视频同轴电缆的抗干扰能力作为一个十分重要的评价指标来衡量。视频同轴电缆通常是指75欧姆同轴电缆，由中心导体、绝缘材料、屏蔽网层及外层护套组成，常用的型号有SYV-75-3、SYV-75-5、SYV-75-7、SYV-75-9，其中尾数代表视频同轴电缆中心导体线径，数值越大视频信号传输的
3、距离越远。视频同轴电缆由于价格便宜、敷设方便，故在当今得到大量使用。在实际工程中，视频同轴电缆以套管、桥架为主。在敷设同轴电缆时，要求其与交流电源线最小间距为0.5米，与通信电缆最小间距为0.1米。视频监控信号传输的传统方式视频基带传输。所谓的视频基带传输是指视频信号不经过频率变换等任何处理由图像摄取端通过同轴电缆直接传输到监视端的传输方式，图像在传输时直接利用同轴电缆的06MHz来传输，非常容易受到干扰，使图像出现网纹、横纹和噪点影响监视效果。对于基带传输视频干扰，从干扰源角度分为交流声干扰和空间电磁波干扰，从干扰切入方式分为传导式干扰和辐射式干扰。2.分析常见视频干扰现象、原因及其解决方法
4、。 2.1 工频干扰干扰现象：图像出现雪花噪点、网纹或很宽暗横带持续不断滚动。干扰原因：2.11第一、电源干扰。此现象是当摄像端与监控设备端同时接地时，由于地电阻及电缆外皮电阻的存在，在两地之间电力系统各相负载不平衡或接地方式不同引起50Hz电位差，从而产生工频干扰所致。表现形式是在监视器的画面上出现了一条黑杠或白杠，并且向上或向下慢慢滚动。这种现象多半是由系统产生了地坏路而引入了50周的工频干扰（交流电的干扰）所造成的。需要一提的是，有时由于摄像机或控制主机（矩阵切换器）的电源性能不良（或局部损坏）也会出现这种故障现象（有时也会出现二条黑杠或白杠）.如图1所示图1解决干扰的方法：由于供电系统
5、的电源不“洁净”。这里所指的电源不“洁净”，是指在正常的电源上叠加有干扰信号。而这种电源上的干扰信号，多来自本电网中使用可控硅的设备，特别是大电流、高电压的可控硅设备，对电网的污染非常严重，这就导致了同一电网中的电源不“洁净”。比如本电网中有大功率可控硅调频调速装置，可控硅整流装置、可控硅交直流变换装置等等，都会对电源产生污染。例如，某现场系统安装好后出现图像有很宽暗横带持续不断滚动现象，怎么也查不出原因。后来发现由于此系统是在夏天安装，安装时此房间就已经装有空调，而且空调处于自动运行状态。有一次偶然将空调电源关闭，此时奇迹出现了，监视器上的图像竟然正常了。再把空调电源插上，干扰又出现了，困恼
6、好一段时间的问题终于发现了。后来加装了UPS将系统电源与空调电源分开，干扰排除。这种情况的解决方法比较简单，只要对整个系统采用净化电源或在线UPS供电就基本上可以得到解决。2.12第二、接地干扰。前端设备的“地”与控制室设备的“地”相对“电网地”的电位不同，即两处接地点相对电网“地”的电势差不同，那么通过电源在摄像机与矩阵之间形成电源回路，视频电缆屏蔽层又是接地的，这样50Hz的工频干扰进入矩阵，产生干扰。对于此类干扰，由于很难使各处的“地”电位与“电网地”的电位差完全相同，比较有效有方法是切断形成地环流的路径，采用切断地环回路最简单的方法，是在摄像机一端不接地并做好与安装支架的绝缘措施，这样
7、可基本消除接地引起的干扰，但有时并不能解决问题。解决干扰的方法：解决地环路最可靠的方法、而且想得到最好的抗干扰度，则可使用隔离变压器或光电耦合装置。电路两端都接地时，很容易形成接地环路，利用隔离变压器很容易将环路断开，如图2.1所示。但有些电路必须要能流过直流或低频信号，故采用隔离变压器的做法并不实用。图2.2的扼流圈的采用可克服隔离变压器阻止低频或直流信号通过的缺点。此扼流圈称为中和变压器或balun（平衡与非平衡电路的转换装置），它能通过低频或直流类的信号，但对于噪声电流，此扼流圈呈现相当高的阻抗。 电路2电路1地环路电路2电路1图2.1 噪声电流电路1电路2信号电流噪声电流图2.2中断地
8、环路的另一个方法是使用光电耦合装置，如图3 图3. 光耦隔离器原理图2.2、 空间电磁波干扰干扰现象：图像出现较密的斜形网纹，严重时会淹没图像。干扰原因：当监控电缆在空中架设时，空中电磁波干扰信号所产生的空间电场会作用于监控传输线路，使线路两端而产生相当大的电磁干扰电压，其频率约在200Hz2.3MHz。由于电缆中电位差的存在，使电缆屏蔽层产生干扰电流，而一般情况下摄像端和监控设备端均为接地状态，这就使干扰电流通过线缆两端接地点与大地形成回路，导致终端负载产生干扰电压，干扰信号耦合进视频信号中，产生图像干扰情况。如图3所示 图3解决干扰的方法：是采用抗干扰同轴电缆，抗干扰同轴电缆是一种双绝缘双
9、屏蔽的同轴电缆，其里面的芯线、绝缘层、屏蔽层仍然是标准的75欧姆电缆，没有区别。不同的是，在原来屏蔽层外，又增加了第二绝缘层和第二屏蔽层，外面再加上护套。从上面干扰产生原理分析已经知道，干扰在传统同轴电缆外层上产生的感应电压，串联在视频信号传输回路长长的地线中，从而形成干扰的。但采用抗干扰同轴电缆后，情况有了质的变化：干扰感应电压只能形成在第二屏蔽层上，并由里面的第二绝缘层把它与视频信号传输回路长长的地线绝缘隔离开，把干扰排除在视频信号传输回路之外，达到抗干扰的目的。2.3、 高频干扰（高频噪声干扰）干扰现象：图像出现雪花点或高亮点。现象原因：虽然视频传输所用同轴电缆抗高频干扰要比抗低频干扰性
10、能强，但是强高频干扰信号还会对图像的传输产生干扰。大电荷负载启停、变频机及高频机等在工作时除了输出高强度基波外，同时还会产生高强度的二次谐波。虽然谐波强度比基波低很多，但高次谐波频带很宽且成分复杂，所以基波的各次谐波都会对利用视频基带传输（即6MHZ带宽内）的视频信号造成不同程度的干扰。经过多次精度实验，高频干扰信号的基波和谐波频率均在45MHz以内。如图4所示图4 解决干扰的方法：摄像机输出的图像是06MHz，为了不收高频信号的基波和谐波频率干扰，我们可以为其设计一个低通滤波器，使高于接收机工作频率的视频信号至少衰减30dB. 经过多次精度实验，高频干扰信号的基波和谐波频率均在45 MHz以
11、内。.考虑低通滤波器的截止频率为6 MHz，假设现在最低的干扰频率为12 MHz（以现场干扰频率为准）。相对于频率变化倍数为12/6=2。由巴特沃思低通滤波器的衰减与频率的关系，为了在12 MHz处获得30 dB的衰减，应采用5级滤波器（n=5），经查巴特沃思低通滤波器120级的元件值表，得5级滤波器之元件参数为C1=C5=0.618(F),C3=2.00(F),(L2=L4=1.68(H)根据截止频率fc=6 MHz，匹配电阻为75欧姆，对于参数进行转换计算：C1=C5=0.618/（75*2*3.14*6*10e6）=218*10e-12(F)C3=2.00/（75*2*3.14*6*10
12、e6）=707*10e-12(F)L2=L4=1.68X75/（2*3.14*6*10e6）=3.34*10e-6(H)最后我们设计完成的滤波器如图5（a）所示。图5(a)假设摄像机的输出是频率是50HZ（06MHz）电压为1V的交流，可看到它的电压衰减小，示波器得到的电压为0.7V多一点。所以对（6 MHz）的信号基本没有影响。如图5（b）所示图5（b）假使有13MHz的高频干扰信号混入视频信号，那么图5（c）的滤波电路将会滤除该高频信号。如图5（d）所示，它原有的1V的电压值，经过滤波电路后，只有0.015V。可见，该低通滤波器成功的滤除掉高频信号（12 MHz）。所以我们可以利用该设计方
13、法，根据现场所测的高频频率设计一个合适的低通滤波器。图5(c)图5(d)2.4反射干扰干扰现象：图像出现重影。干扰原因：视频信号在传输过程中色度、亮度及饱和度都会有相应衰减，当传输视频的同轴网络阻抗不匹配（也称失配）时，视频信号传输到终端会有部分色度、亮度及饱和度产生微反射，反射回来的信号会回到发射处形成再反射，与视频信号叠加经过延时和损耗到达终端。多个反射信号将在接收端产生码间干扰（ISI），ISI会导致监视器收到错误的输入信号幅度和相位并显示出来，这就使传回来的图像看起来好象清楚的图像上又蒙上了一层模糊不清的图像现象，即重影现象。如图6所示图6解决干扰的方法：一般同轴电缆的阻抗为75欧姆，所以对于此类干扰应尽量使系统内线缆和各设备阻抗匹配。 3.结 语虽然视频干扰是一个高难度的技术问题，但是只要我们避开干扰源设计，严格按照设计图纸施工，把握好设备、工程质量，采用正确的接地方法、有效的屏蔽措施、洁净的供电手段，合理的滤波手段，任何视频干扰都会得到排除或抑制。参考文献：1 林国荣 电磁干扰及控制 北京-电子工业出版社 2 蔡仁钢 电磁兼容原理、设计和预测技术 北京-北京航空航天大学出版社 19973 罗俊仪 视频同轴电缆抗干扰研究 中国交通信息产业1期4 杨磊，李峰 电视监控实用技术 北京-机械工业出版社
