電梯監(jiān)控干擾產(chǎn)生機理和抗干擾設(shè)計要點

1、電梯監(jiān)控抗干擾技術(shù)原理與要點1. 綜述監(jiān)控工程中，電梯監(jiān)控由于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，視頻干擾問題，是常見的工程中難題，若不能很好解決，監(jiān)控圖像在電梯工作時，會產(chǎn)生諸如橫紋、斜紋、網(wǎng)紋、尖刺紋等嚴(yán)重的干擾，使工程質(zhì)量達不到預(yù)期要求甚至系統(tǒng)無法交付使用。當(dāng)前系統(tǒng)集成商在電梯監(jiān)控中往往忽略干擾問題，只是在工程施工中干擾出現(xiàn)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(shè)方對系統(tǒng)整體性能和質(zhì)量產(chǎn)生疑問，給后期維護和工程款項的支付造成困難；另外解決問題所用設(shè)備（如抗干擾器），也很難重新申請款項。所以建議系統(tǒng)集成商在系統(tǒng)方案設(shè)計時，對電梯監(jiān)控的干擾問題就予以考慮，將視頻抗干擾器等設(shè)備計入工程設(shè)備項；選擇合

2、適的傳輸方式和傳輸線纜；制定合理的施工方案，將隱患消彌于未然，使工程高質(zhì)高效的完成，為企業(yè)贏得良好的信譽。本文旨在論述電梯監(jiān)控的特點及干擾產(chǎn)生的機理，使系統(tǒng)集成商在工程設(shè)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)生有三個要素：l 干擾源l 對干擾信號敏感的接收電路（或電子系統(tǒng)）l 干擾源到接收電路（或電子系統(tǒng)）的耦合通道1） 干擾源電梯電機為高壓、大功率設(shè)備（相對于視頻系統(tǒng)），其啟停、加/減速、運行過程中會產(chǎn)生大量的干擾信號，且現(xiàn)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

3、的頻率區(qū)或高頻段。在視頻傳輸中，由于電梯內(nèi)還有很多其它控制、動力（照明、風(fēng)扇）、通信等電纜，各種電纜都會產(chǎn)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(jiān)控環(huán)境，電場、磁場干擾并存，且較嚴(yán)重。在干擾分析時，近場（干擾源與被干擾系統(tǒng)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(yīng)按電磁場組合來分析。當(dāng)電纜中的介質(zhì)不與導(dǎo)體保持接觸時，介質(zhì)由于摩擦可以帶電，稱之為摩擦電效應(yīng)。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，會產(chǎn)生

4、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(shù)（1/f），為低頻噪聲。這主要由于電纜接頭處虛焊或接頭長期裸露于空氣中，接點氧化造成。當(dāng)傳輸線在磁場內(nèi)運動，線的兩端即會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，若一個工作導(dǎo)線在這種磁場中運動，導(dǎo)線上就會產(chǎn)生噪聲，噪聲大小取決于線纜的環(huán)路面積、移動速度和磁場頻率，視頻電纜因其同軸性環(huán)路面積較?。ɡ硐胪S電纜，環(huán)路面積等于零，無噪聲信號。但實際電纜會有一定偏差，會有環(huán)路面積，一般較?。?，感應(yīng)的噪聲信號較小，但若磁場較強，感應(yīng)產(chǎn)生的噪聲信號對視頻之類的寬帶低電平信號仍可能產(chǎn)生較大的影響。由于電梯的動力系統(tǒng)及其他設(shè)備會產(chǎn)生較強的雜散磁場，監(jiān)控傳輸線纜（電源

5、及視頻信號線）又隨著電梯上下同步運動，會產(chǎn)生這種干擾源，尤其當(dāng)視頻傳輸線纜屏蔽層前后端接地時，對低頻磁場其環(huán)路面積會非常大，線路上感應(yīng)的噪聲信號會很強，將對視頻信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。當(dāng)視頻系統(tǒng)前端設(shè)備和后端設(shè)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(chǎn)生嚴(yán)重的工頻干擾，具體表現(xiàn)為圖像中出現(xiàn)一條橫線，當(dāng)視頻信號場頻與電源同步時，此橫線靜止不動；當(dāng)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(tǒng)（接收器）視頻系統(tǒng)包括前端（信息采集）、傳輸系統(tǒng)、后端（信息處理）部分，前端設(shè)備攝像機將采集的圖像信息轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號輸出，該視頻信

6、號為寬帶（106MHz）小信號（12Vpp），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，會對視頻系統(tǒng)會產(chǎn)生的干擾，根據(jù)干擾信號頻率的不同，視頻圖像表現(xiàn)為橫紋、斜紋、網(wǎng)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(yán)重。3） 干擾波的耦合干擾源所產(chǎn)生的電磁干擾波，通過耦合使視頻信號產(chǎn)生相應(yīng)的干擾噪聲。與電梯監(jiān)控相關(guān)的噪聲耦合方式有以下幾種： 傳導(dǎo)耦合傳輸導(dǎo)線經(jīng)過具有噪聲的環(huán)境中，即拾取噪聲并傳送到電子系統(tǒng)設(shè)備中造成干擾。電梯監(jiān)控中的傳導(dǎo)耦合干擾，主要為干擾噪聲經(jīng)電源、視頻傳輸線路傳至系統(tǒng)。電源噪聲將使被

7、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(shè)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。 經(jīng)公共阻抗耦合當(dāng)兩個系統(tǒng)電路的電流經(jīng)一個公共阻抗時，一個系統(tǒng)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(tǒng)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)生在兩個系統(tǒng)電路共地或共電源時。 電場（電容性）耦合當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾波是以電壓形式出現(xiàn)時，干擾源與工作系統(tǒng)（被干擾系統(tǒng)）之間就存在電場耦合。干擾電壓經(jīng)二者間的雜散電容耦合到工作系統(tǒng)電路。干擾電壓產(chǎn)生于工作系統(tǒng)與地之間且正比于干擾源的電壓和頻率、被干擾系統(tǒng)的輸入阻抗、耦合電容。對于

8、監(jiān)控系統(tǒng)工作環(huán)境，干擾源電壓和頻率無法改變，視頻系統(tǒng)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、屏蔽或使傳輸導(dǎo)線遠離其他產(chǎn)生干擾的線纜方式實現(xiàn)。 磁場（互感）耦合當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾波以電流形式出現(xiàn)時，干擾源的電流產(chǎn)生的磁場對工作系統(tǒng)（被干擾系統(tǒng)）的作用可等效為互感耦合。僅可通過減少互感降低干擾?；ジ旭詈袭a(chǎn)生的干擾電壓與工作系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)工作環(huán)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(dǎo)線絞合，利用絞合線上的電流方向相反將磁場相互抵消；使傳輸線纜盡量

9、遠離干擾源或視頻系統(tǒng)線纜避開干擾場的垂直方向；減少工作系統(tǒng)回路面積等方式實現(xiàn)。 輻射電磁場感應(yīng)輻射的電場和磁場會造成噪聲耦合，所有電子設(shè)備包括導(dǎo)線在內(nèi)，當(dāng)有電荷運動時都會輻射電磁場。干擾的感應(yīng)電壓正比于電磁場強度。電子設(shè)備傳輸線纜具有天線效應(yīng)，即能夠輻射干擾波或接收干擾波。當(dāng)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(dāng)工作系統(tǒng)（被干擾系統(tǒng)）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(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。電梯動力系統(tǒng)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

10、統(tǒng)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(tǒng)造成干擾。3. 抗干擾措施根據(jù)干擾產(chǎn)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(tǒng)中抑制干擾在實際的監(jiān)控系統(tǒng)中，干擾信號往往由其他系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和施工人員無法或無權(quán)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，在電梯反復(fù)運動中會造成電纜層之間的相對滑動，會產(chǎn)生摩擦電效應(yīng)成為噪聲源，同時也會拉伸屏蔽層，影響抗干擾效能。所以在選擇電

11、纜時應(yīng)選擇各層間的粘合力強的電纜。供電電纜選用RVVS絞線，最好為屏蔽線，屏蔽層在前端接地，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(chǎn)生拉伸形變，使線路的阻抗特性發(fā)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屏蔽，且屏蔽層電流的均勻性變差，對磁場的屏蔽效果將大為降低。這種情況在高層電梯時尤其如此。所以選擇傳輸線纜應(yīng)滿足抗拉強度,，推薦使用自承式扁平復(fù)合電梯專用電纜，該電纜將視頻電纜、電源線、數(shù)據(jù)線和鋼絞線復(fù)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?，F(xiàn)在有些電梯出廠時直接配備這種電

12、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(chǎn)生干擾，所以應(yīng)使隨行電纜盡量短，條件允許時可將視頻電纜出電梯井端設(shè)在電梯在井中部，再從其它通道引回主控室。這時井內(nèi)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(nèi)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(yīng)盡可能了解其他隨行電纜的結(jié)構(gòu)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

13、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。這部分電纜鋪設(shè)時應(yīng)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。從電梯井出線端到監(jiān)控中心的電纜，應(yīng)走金屬管或走金屬槽且在出線端處接地，以屏蔽沿途環(huán)境干擾對這部分電纜的影響。盡量遠離其他動力線纜，尤其當(dāng)在視頻傳輸線纜電梯出線端途徑電梯機房，更應(yīng)使電纜盡可能遠離電梯動力設(shè)備。3） 視頻系統(tǒng)前端供電及供電線路視頻系統(tǒng)前端（攝像機等設(shè)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(yīng)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

14、擇線性電源（變壓器型），電源適配器應(yīng)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最短，防止公共阻抗干擾。若環(huán)境干擾太大，供電線路可穿套磁環(huán)或纏繞磁環(huán)、接共模扼流圈等方式進行高頻濾波；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。同前可采用供電線路穿套磁環(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（

15、也可能是攝像機本身問題）。注意當(dāng)電源將干擾引入攝像機時，因視頻源被干擾，即使采用抗干擾設(shè)備（視頻抗干擾器）也無法減輕視頻圖像干擾的現(xiàn)狀。這點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(wěn)，紋波很大，本身即為一干擾源。4） 視頻接頭線纜接頭盡量少，線纜連接處應(yīng)使用BNC連接器，BNC接頭與電纜芯線務(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；大大降低電場干擾的屏蔽效果。5） 斷絕地環(huán)路安

16、裝時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(dǎo)軌間的絕緣，以免前后端雙端接地形成地環(huán)路。否則在低頻磁場干擾使會使磁場感應(yīng)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，會引入新的干擾源。當(dāng)環(huán)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（也有采用高頻調(diào)制的移頻方式實現(xiàn)，在此不加論述）。視頻抗干擾器有三

17、個指標(biāo)：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(shù)（增益）與帶寬恒定，放大倍數(shù)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(shù)很大，但這又可能使的信號帶寬減小，使視頻信號失真；同時由于視頻系統(tǒng)為低阻抗，信號過大會使得功率消耗太大，以致于損壞器件或熱保護使設(shè)備不能工作。所以設(shè)計放大器時一定要兼顧放大倍數(shù)、帶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(jié)和顏色。若放大器僅采用線性放大（對高低頻采用同一放大倍數(shù)），將會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

18、以放大器設(shè)計應(yīng)根據(jù)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(shù)，因設(shè)備應(yīng)用時要兼顧遠近距離的傳輸，均衡需可調(diào)節(jié)，設(shè)計難道大，市場上大部分此類產(chǎn)品無此功能。三為設(shè)備屏蔽性，因抗干擾器為電子設(shè)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(yīng)采用全封閉金屬結(jié)構(gòu)。SYSTEK240采用獨特設(shè)計，具有極高的傳輸信噪比，并綜合應(yīng)用共模抑制技術(shù)、屏蔽外殼結(jié)構(gòu)等增強抗干擾能力；具有視頻信號均衡功能，可根據(jù)電纜傳輸特性，對視頻傳輸?shù)乃p和頻率失真進行補償，并采用預(yù)加重技術(shù)，使視頻信號高頻抗干擾性更強，傳輸后不降低圖像清晰度和顏色，圖像效果優(yōu)異，且可大大延

19、長傳輸距離（可達1000米）。同時具有防雷功能。特別適合強干擾環(huán)境的監(jiān)控。4. 采用RVVS電纜傳輸視頻，提高抗干擾能力因為在電梯井內(nèi)視頻傳輸距離較短（一般在200米以內(nèi)），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，信號帶寬不夠，對視頻信號高頻衰減大，使傳輸?shù)膱D像質(zhì)量不佳；另因視頻信號為非平衡信號，對電場屏蔽作用很小，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(zhuǎn)化為平衡信號傳輸，同時在視頻信號傳輸前對高頻預(yù)加重處理，在接收端均衡調(diào)節(jié)，恢復(fù)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