监控安防系统的监控安防系统雷电防护概述

发布网友 发布时间：2022-04-26 17:52

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热心网友 时间：2023-10-19 03:47

现代的监控安防设备均系微电子化产品, 这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。因安防监控电子设备的精密, 耐过电压能力下降, 其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感, 使得监控系统设备极易遭雷击过电压破坏, 造成整个监控系统瘫痪。
为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案, 首先应准确分析安防监控系统遭受雷击损坏的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上, 选用合适的防雷保护装置, 研究和探讨合理的信号、电源线路布线, 明确屏蔽及接地方式, 方可给出准确的、系统的防雷解决方案。
监控安防系统遭受雷击损害的主要原因
(1) 直击雷。直接击中露天的摄像机, 直接损毁设备; 直接击在线缆上, 造成线缆熔断、损坏。
(2) 雷电侵入波。安防监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时, 雷电波沿这些金属导线、导体侵入设备, 导致高电位差使设备损坏。
(3) 雷电感应。电磁感应: 当附近区域有雷击闪络时, 在雷击落地通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势, 以致损坏、损毁设备。静电感应: 当有带电的雷云出现时, 在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。一旦雷云放电后, 束缚电荷迅速扩散, 即引起感应雷击。电磁感应和静电感应引发的雷击现象均称为感应雷, 又称二次雷, 发生的机率大, 据统计, 感应雷击事故约占雷击事故的80% 以上。
(4) 地电位反击。直击雷防护装置在引导强大的雷电流流入大地时, 在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压, 对周围与它们靠得近却又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差, 这个电位差引起的电击就是地电位反击。
监控安防系统防雷解决方案要点、常见问题及注意事项
3·1　直击雷防护直击雷防护, 是防雷保护不可或缺的重要基础,是整个防雷保护系统重要组成部分。
3·1·1　前端设备的直击雷防护
安防监控系统前端设备有室外和室内两种, 安装在室内的设备一般不会遭受直接雷击, 可不考虑直击雷防护。而安装于室外的设备, 多数处于相对的开阔地带, 直击雷风险较大, 则必须考虑直击雷防护问题。安防监控系统前端设备, 如摄像头等, 应置于接闪器有效保护范围之内。为了防止电磁感应, 摄像机的电源线和信号线应穿金属管敷设, 金属管应可靠接地。
3·1·2　传输线路的直击雷防护
为了使传输线路免遭直击雷的侵害, 传输线路应尽量避免架空架设, 最好穿金属管埋地敷设, 金属管的两端应可靠接地。
3·1·3　终端设备的直击雷防护
终端设备机房(监控机房) 所在建筑物应采取防直击雷保护措施, 应满足《建筑物防雷设计规范》GB50057294 (2000 年版) 要求。
3·2 防雷接地系统
所有防雷保护系统均应有可靠、有效的接地。接地系统是防雷系统必要组成部分之一。安防监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地, 接地系统应符合规范要求。一般独立于监控机房所在建筑物的前端设备均须设有独立接地。但在此需要特别指出的是: 若不满足独立接地要求,则应做共用接地。
3·3　布线应注意的问题
为减小雷害风险, 任何导线、金属线路均应尽可能避免与直击雷防护装置平行捆扎, 而应按照有关规范要求布线, 预留一定的安全距离。
3·4　交流电源浪涌保护器的选用
对于监控安防系统的所有交流电源进线端均作有效的防雷保护。前端设备的交流电源进线处应安装相应的电源浪涌保护器。进入到监控机房的电源线应考虑*防护, 可在建筑物的总配电房的电源进线处安装一级电源浪涌保护器, 在监控机房所在楼层配电箱的电源进线处安装二级电源浪涌保护器, 在监控机房重要设备的电源进线处安装*电源浪涌保护器。
3·5　传输线路的防护
最安全的布线方式, 应采取全程穿金属管埋地敷设, 同时, 金属管两端务必做有效接地。实际工程中, 很多情况下条件不允许时, 可以全程穿金属管架空走线; 或者不作全程穿金属管, 但在电缆进入监控机房和前端设备前务必穿金属管埋地敷设,埋地长度应不小于15m , 在入户端将电缆金属外皮、金属管与防雷接地有效连接。所有传输线路的两端均应安装相应的浪涌保护器。
3·6　光纤通讯线路的防护
一般来讲, 光纤线路不必作加装防雷电浪涌保护装置, 因为光纤线路本身不属于导体, 也就不会感应、传递过电压浪涌。但应注意, 光纤线缆一般有金属加强芯和金属铠层用于保护光纤线缆, 则在光纤进户端必须做好接地保护。
3·7　视频信号防雷的注意事项
视频信号防雷, 概念比较简单, 但也常常出现因工作环节上的疏忽导致防雷保护失败, 同时导致视频防雷自身遭到损坏。目前, 市场上大部分信号防雷产品, 一般采用两级保护方式, 前一级作为粗保护, 一般采用气体放电管作为保护器件, 后一级为细保护, 一般采用TV S 作为保护器件。
3·8　直流电源防护, 控制线信号保护
直流电源防护、控制线信号保护与视频信号保护的常见问题一致, 连接方式一般为压接式。现场工程人员必须注意, 正确连接此类防雷器。
四、日常维护要则
(1) 避雷针、避雷带、支架、接地引下线、接地体、连接线等部件, 均应采用热镀锌等方法, 有效防止锈蚀, 日常使用应经常进行除锈防腐。
(2) 应定期检查避雷器的使用情况, 发现有损坏、老化的情况应及时更换。
在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件。严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄像元件。是代替摄像管传感器的新型器件。
CCD的工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像机、VCD机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。
CCD摄像机的选择和分类 CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。目前我国尚*力制造，市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。 因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。
1、依成像色彩划分 彩色摄像机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。 黑白摄像机：适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄像机。
2、依分辨率灵敏度等划分 影像像素在38万以下的为一般型，其中尤以25万像素（512*492）、分辨率为400线的产品最普遍。 影像像素在38万以上的高分辨率型。
3、按CCD靶面大小划分 CCD芯片已经开发出多种尺寸： 目前采用的芯片大多数为1/3和1/4。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。1英寸--靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。 2/3英寸--靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。 1/2英寸--靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。 1/3英寸--靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。 1/4英寸--靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。
4、按扫描制式划分 PAL制。 NTSC制。 中国采用隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。
5、依供电电源划分 110VAC（NTSC制式多属此类）， 220VAC， 24VAC。12VDC或9VDC（*机多属此类）。
6、按同步方式划分 内同步：用摄像机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。 外同步：使用一个外同步信号发生器，将同步信号送入摄像机的外同步输入端。 功率同步（线性锁定，line lock）：用摄像机AC电源完成垂直推动同步。 外VD同步：将摄像机信号电缆上的VD同步脉冲输入完成外VD同步。 多台摄像机外同步：对多台摄像机固定外同步，使每一台摄像机可以在同样的条件下作业，因各摄像机同步，这样即使其中一台摄像机转换到其他景物，同步摄像机的画面亦不会失真。
7、按照度划分，CCD又分为：
普通型 正常工作所需照度1~3LUX
月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型 采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像
8、按外观分：有机板型、针孔型、半球型。
CCD彩色摄像机的主要技术指标
（1）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
（2）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
（3）水平分辨率。彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。 分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。
（4）最小照度，也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件，2~3lux属一般照度，现在也有低于1lux的普通摄像机问世。
（5）扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。
（6）摄像机电源。交流有220V、110V、24V，直流为12V 或9V。
（7）信噪比。典型值为46db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。
（8）视频输出。多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。
（9）镜头安装方式。有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。
2、CCD彩色摄像机的可调整功能
（1）同步方式的选择
A、对单台摄像机而言，主要的同步方式有下列三种：
内同步--利用摄像机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。 外同步--利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄像机的外同步输入端来实现同步。
电源同步--也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步。
B、对于多摄像机系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，这样在变换摄像机输出时，不会造成画面失真，但是由于多摄像机系统中的各台摄像机供电可能取自三相电源中的不同相位，甚至整个系统与交流电源不同步，此时可采取的措施有： 均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄像机的外同步输入端来调节同步。 调节各台摄像机的相位调节电位器，因摄像机在出厂时，其垂直同步是与交流电的上升沿正过零点同相的，故使用相位延迟电路可使每台摄像机有不同的相移，从而获得合适的垂直同步，相位调整范围0~360度。
（2）自动增益控制 所有摄像机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄像机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄像机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄像机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。
（3）背景光补偿 通常，摄像机的AGC工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的AGC工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。 当背景光补偿为开启时，摄像机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其AGC工作点，此时如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。
（4）电子快门 在CCD摄像机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄像机CCD的累积时间，当电子快门关闭时，对NTSC摄像机，其CCD累积时间为1/60秒；对于PAL摄像机，则为1/50秒。当摄像机的电子快门打开时，对于NTSC摄像机，其电子快门以261步覆盖从1/60秒到1/10000秒的范围；对于PAL型摄像机，其电子快门则以311步覆盖从1/50秒到1/10000秒的范围。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在CCD上的光减少，结果将降低摄像机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个停顿动作效应，这将大大地增加摄像机的动态分辨率。
（5）白平衡 白平衡只用于彩色摄像机，其用途是实现摄像机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。
A、自动白平衡 连续方式--此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。 按钮方式--先将摄像机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄像机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄像机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。
B、手动白平衡 开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄像机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令。
（6）色彩调整 对于大多数应用而言，是不需要对摄像机作色彩调整的，如需调整则需细心调整以免影响其他色彩，可调色彩方式有： 红色-*色彩增加，此时将红色向洋红色移动一步。 红色-*色彩减少，此时将红色向*移动一步。 兰色-*色彩增加，此时将兰色向青兰色移动一步。 兰色-*色彩减少，此时将兰色向洋红色移动一步。
3、数字化式的调整控制方法
新型摄像机对前述各项可选参数的调整采用数字式调整控制，此时不必手动调节电位计而是采用辅助控制码，而且这些调整参数被储存在数字记忆单元中，增加了稳定性和可靠性。
DSP摄像机 在模拟制式的基础上引入部分数字化处理技术，称为数字信号处理（DSP，DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）摄像机。该种摄像机具有以下优点：
1、由于采用了数字检测和数字运算技术而具有智能化背景光补偿功能。常规摄像机要求被摄景物置于画面*并要占据较大的面积方能有较好的背景光补偿，否则过亮的背景光可能会降低图像中心的透明度。而DSP摄像机是将一个画面划分成48个小处理区域来有效地检测目标，这样即使是很小的、很薄的或不在画面中心区域的景物均能清楚地呈现。
2、由于DSP技术而能自动跟踪白平衡，即可以在任何条件检测和跟踪白色，并以数字运算处理功能来再现原始的色彩。传统的摄像机因系对画面上的全部色彩作平均处理，这样如果彩色物体在画面上占据很大面积，那么彩色重现将不平衡，也就是不能重现原始色彩。DSP摄像机是将一个画面分成48个小处理区域，这样就能够有效地检测白色，即使画面上只有很小的一块白色，该摄像机也能跟踪它从而再现出原始的色彩。 在拍摄网格状物体时，可将由摄像机彩色噪声引起的图像混叠减至最少
六、监控安防系统表现层:
对于监控安防系统，根据系统各部分功能的不同，我们将整个监控安防系统划分为七层——表现层、控制层、处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。当然，由于设备集成化越来越高，对于部分系统而言，某些设备可能会同时以多个层的身份存在于系统中。
1. 表现层
表现层是我们最直观感受到的，它展现了整个安防监控系统的品质。如监控电视墙、监视器、高音报警喇叭、报警自动驳接电话等等都属于这一层。
2. 控制层
控制层是整个安防监控系统的核心，它是系统科技水平的最明确体现。通常我们的控制方式有两种——模拟控制和数字控制。模拟控制是早期的控制方式，其控制台通常由控制器或者模拟控制矩阵构成，适用于小型局部安防监控系统，这种控制方式成本较低，故障率较小。但对于中大型安防监控系统而言，这种方式就显得操作复杂且无任何价格优势了，这时我们更为明智的选择应该是数字控制。数字控制是将工控计算机作为监控系统的控制核心，它将复杂的模拟控制操作变为简单的鼠标点击操作，将巨大的模拟控制器堆叠缩小为一个工控计算机，将复杂而数量庞大的控制电缆变为一根串行电话线。它将中远程监控变为事实、为Internet远程监控提供可能。但数字控制也不是那么十全十美，控制主机的价格十分昂贵、模块浪费的情况、系统可能出现全线崩溃的危机、控制较为滞后等等问题仍然存在。
3. 处理层
处理层或许该称为音视频处理层，它将有传输层送过来的音视频信号加以分配、放大、分割等等处理，有机的将表现层与控制层加以连接。音视频分配器、音视频放大器、视频分割器、音视频切换器等等设备都属于这一层。
4. 传输层
传输层相当于安防监控系统的血脉。在小型安防监控系统中，我们最常见的传输层设备是视频线、音频线，对于中远程监控系统而言，我们常使用的是射频线、微波，对于远程监控而言，我们通常使用Internet这一廉价载体。值得一提的是，新出现的传输层介质——网线/光纤。大多数人在数字安防监控上存在一个误区，他们认为控制层使用的数字控制的安防监控系统就是数字安防监控系统了，其实不然。纯数字安防监控系统的传输介质一定是网线或光纤。信号从采集层出来时，就已经调制成数字信号了，数字信号在目前已趋成熟的网络上跑，理论上是无衰减的，这就保证远程监控图像的无损失显示，这是模拟传输无法比拟的。当然，高性能的回报也需要高成本的投入，这是纯数字安防监控系统无法普及最重要的原因之一。
5. 执行层
执行层是我们控制指令的命令对象，在某些时候，它和我们后面所说的支撑诚、采集层不太好截然分开，我们认为受控对象即为执行层设备。比如：云台、镜头、解码器、球等等。
6. 支撑层
顾名思义，支撑层是用于后端设备的支撑，保护和支撑采集层、执行层设备。它包括支架、防护罩等等辅助设备。
7. 采集层
采集层是整个安防监控系统品质好坏的关键因素，也是系统成本开销最大的地方。它包括镜头、摄像机、报警传感器等等。