CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
Шрифт:
Передача сигналов по стекловолокну имеет ряд преимуществ перед существующими «металлическими» средствами передачи. Это:
— Очень широкая полоса пропускания.
— Очень низкое ослабление сигнала, порядка 1.5 дБ/км по сравнению с 30 дБ/км для коаксиального кабеля RG-59 (для сигнала 10 МГц).
— Волокно (являющееся диэлектриком) создает электрическую (гальваническую) изоляцию между передающим и принимающим концом линии, поэтому невозможно возникновение «земляных петель».
— Свет как носитель сигнала полностью остается внутри оптоволоконного кабеля, поэтому не вызывает помех в соседних кабелях или других оптоволоконных
— Стекловолокно не чувствительно к внешним сигналам и электромагнитным помехам (ЭМП), поэтому совершенно не важно, рядом с каким блоком питания будет проходить кабель — 110 В, 240 В, 10 000 В переменного тока или совсем близко от мегаваттного передатчика. Даже если молния ударит в одном сантиметре от кабеля — никаких наводок не будет.
— Оптоволоконный кабель миниатюрен и легок.
— Невозможно сделать ответвление оптоволоконного кабеля, не повредив при этом качества сигнала, что немедленно обнаруживается на принимающем конце линии. Это особенно важно для систем безопасности.
— Цена оптоволоконного кабеля падает с каждым днем. Обычный оптоволоконный кабель стоит от $1 до $5 метр в зависимости от типа.
У оптоволоконного кабеля есть определенные недостатки, но и они со временем будут исправлены:
— Концевая заделка оптоволоконного кабеля требует специальных инструментов и большей точности и мастерства, чем в случае других средств передачи.
— Возникают трудности с переключением и маршрутизацией сигналов.
Оптоволоконный кабель имеет больше преимуществ, чем какой-либо другой.
Многие годы оптоволоконный кабель использовался в телекоммуникациях и теперь становится все более популярен в видеонаблюдении и системах безопасности.
По мере усовершенствования технологии концевой заделки и сращивания кабеля, а также его удешевления, все больше систем видеонаблюдения и безопасности будут использовать волоконную оптику.
Концепция
Концепция волоконной оптики опирается на фундаментальные законы отражения и преломления света.
Может показаться невероятным, что стекловолокно может удерживать световые лучи внутри световода, не давая им «пройти сквозь стены», при передаче сигнала на многие километры. Чтобы понять этот эффект, придется освежить в памяти физические принципы полного отражения.
В начале XVII века физик Виллеброрд Снелиус заложил основы теории преломления и отражения света.
Когда свет попадает в более плотную среду, его скорость уменьшается и изменяется направление распространения, что объясняется волновой природой света при распространении в среде (см. раздел по оптике). Проявлением этой природы является сильное отклонение луча при попадании в другую среду.
Все мы видели «сломанную» соломинку в стакане воды. Это и есть преломление.
Показатель преломления обычного стекла равен примерно 1.5. Чем выше показатель преломления, тем меньше скорость света в среде и тем больше угол преломления при пересечении лучом поверхности раздела.
Почему так прекрасен алмаз? Игра цветов объясняется тем, что алмаз имеет высокий показатель преломления (2.42), а луч белого света (естественного) состоит из всех цветов (длин волн).
Волоконная оптика опирается на особый эффект — преломление при максимальном угле падения, когда имеет место полное отражение. Это явление
На рис. 10.35 продемонстрирован эффект полного отражения при наблюдении из-под поверхности воды. Начиная с некоторого определенного угла (и при меньших углах) наблюдатель не сможет видеть объекты, находящиеся над поверхностью воды. Этот угол называется углом полного отражения. При этом угле (и меньших) наблюдатель будет видеть только объекты, находящиеся под водой: будет казаться, что смотришь в зеркало (если предполагать, что поверхность воды абсолютно неподвижна).
Рис. 10.35. Эффект полного отражения
Рис. 10.36. Полное отражение лазерного луча в оптоволоконном канале
Рис. 10.37. Волоконная оптика основывается на эффекте полного отражения
Используя закон Снелиуса мы можем рассчитать угол полного отражения для показателя преломления воды (1.33):
sin ФT = 1.00/1.33= 0.752 => ФT = 48.6° (51)
Концепция передачи сигнала по оптоволоконному кабелю опирается на те же принципы.
Внутренняя жила (нить) оптоволоконного кабеля имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка. Поэтому луч света, проходя по внутренней жиле, не может выйти за ее пределы — из-за эффекта полного отражения.
На передающем конце кабеля находится светодиод или лазерный диод, излучение которых модулировано передаваемым сигналом.
В случае видеонаблюдения — это видеосигнал, но и в случае цифрового сигнала (например, при управлении поворотным устройством и трансфокатором или передаче данных) логика остается той же.
Итак, при передаче инфракрасный диод модулирован по яркости и пульсирует в соответствии с вариациями сигнала. На принимающем конце линии обычно находится фотодетектор, получающий оптический сигнал и преобразующий его в электрический.
Оптоволоконный кабель считается дорогим, многих пугают трудности при его заделке. Но в настоящее время многое изменилось — технология существенно продвинулась вперед. Оптическая технология всегда славилась своими потенциальными возможностями, но основные продвижения происходят только тогда, когда дешевые базовые устройства — полупроводниковые светодиоды, лазеры и оптоволоконные кабели — запускаются в массовое производство. Сегодня мы являемся свидетелями процесса перехода от наземных медных средств передачи информации к оптоволоконным.