Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Оптика под прицелом

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Оптика под прицелом

Команда экспертов Tavcom Training подвергла оптоволоконные системы пристальному рассмотрению. Инсталляторам и конечным пользователям есть о чем подумать: оказывается, волокно теперь стало гораздо проще в использовании, особенно в условиях большой протяженности линий

Оптические волокна и волоконная оптика

Оптоволоконные системы для многих из нас долго были "черными ящиками", однако теперь их перспективы раскрашены во все цвета радуги. В самом деле, за последние годы с ними стало куда проще разобраться и приступить к работе. А если вы не считаете себя в силах установить систему оптоволоконной связи и подключить кабели, достаточно связаться с компанией-инсталлятором и вам останется лишь освоиться с новым оборудованием.

Ничего сложного: оптоволоконная система состоит из передатчика (трансмиттера), который преобразует электрический сигнал на входе в свет, оптоволоконного кабеля (пучка световодов - тонких стеклянных цилиндров) и приемника (ресивера), который преобразует свет обратно в электрический сигнал.

Идея этого способа связи витает в воздухе с 1870-х, когда английский ученый Джон Тиндалл показал, что изогнутый поток воды может проводить свет, который обычно распространяется строго прямолинейно. Позже открыли, что изогнутые тонкие стеклянные стержни не только могут проводить свет, но точно так же с помощью пучка стеклянных прутьев (или оптических волокон, как их позже назвали) могут быть переданы целые изображения (подобное приспособление до сих пор используется в эндоскопах). Из этих более чем скромных начинаний и развились все нынешние оптоволоконные системы.

Как работает

Рефракционное искривление света наблюдается, когда свет проходит между поверхностями разной плотности: воздух и стекло, например. Тот же эффект применяется и в оптоволоконной передаче. Свет, попадающий внутрь стеклянного цилиндра - световода, благодаря своей способности к отражению остается внутри. Впрочем, только до определенного момента: там, где изгиб становится слишком крутым, свет рассеивается и связь теряется. Однако, если создать второй слой стекла вокруг первого, свет начнет огибать углы благодаря разным плотностям двух слоев стекла. Концентрические стержни, из которых состоит современное оптическое волокно, очень малы: около 125 микрон (миллионных частей метра) в общем диаметре.

Оптическое волокно делается из очень чистого стекла одним из трех способов: концентрические тигли, стержень и труба и, наконец, модифицированное химическое осаждение. Возможно, самый важный фактор для каждого из трех методов - беспримесность: чем выше чистота стекла, тем лучше будет связь. Загрязнения приводят к изменениям в коэффициенте отражения или в плотности и консистенции волокна.

В основном используется волокно трех размеров. Они нормируются по диаметру сердцевины и внешней оболочке. Размеры: 50/125, 62,5/125 и 8 или 10/125. Существует два основных типа: широкая трубка и тонкий буферизованный (защищенный) кабель. Традиционно они рассматривались как предназначенные для использования под открытым небом и в помещении соответственно. Современные методы производства сделали возможным использовать тонкий буферизованный кабель как в том, так и в другом случае, выпуская его в разных модификациях.

Типы передачи

Современные системы используют два способа передачи: многомодовый (multi-mode) и одномодовый (single-mode) - называемые так потому, что при их применении используют либо множественные пути, либо один путь через оптическое волокно. Многомодовый использует два более крупных размера волокна (50/125 и 62,5/125), в то время как одномодовый способ использует меньшие размеры (8/125 и 10/125).

Из-за пути, по которому свет передается через волокно и используемых длин волн, в многомодовой системе потери выше, чем в одномодовой. Это значит, что и дальность передачи будет различаться: до 10 км для многомодовой системы против 40 км для одномодовой.

Провайдеры средств связи, такие как BT или NTL, чаще всего используют одномодовое оборудование как для длинной, так и для короткой прокладки, чтобы минимизировать потери. Мы склонны считать многомодовые системы более удобными для систем CCTV, так как требования к энергоемкости оборудования в этой области обычно выше. Однако там, где установлено видеонаблюдение за автострадами, правительственным агентством шоссейных дорог (Highway Agency, UK), из-за большой протяженности линий специфицируются в основном одномодовые системы связи.

Передатчик

Это оборудование, которое преобразует электрические сигналы в свет, который должен будет проходить через оптическое волокно. Существует множество типов трансмиттеров, которые используют разные технологии передачи сигнала по волокну. Это может быть амплитудная модуляция (повышение и понижение яркости), частотная модуляция (очень слабые изменения цвета) или импульсная модуляция (очень быстрые включения и выключения несущей волны в оптическом сигнале). Существуют специфические преимущества, связанные с использованием всех этих технологий, такие как невысокая стоимость, возможность многомодовой связи и почти неограниченная возможность промежуточной подпитки сигнала.

Вкратце рабочая часть передатчика представляет собой либо светоизлучающий диод (СИД), либо лазер. Светодиод используется для многомодовой передачи посредством толстых волокон, которые имеют большой угол ввода, лазер же - для одномодовой связи через волокна малых диаметров. Угол ввода - это конический угол, означающий максимально возможное отклонение луча, при котором возможна связь.

Больший угол ввода многомодового волокна означает, что может быть использован экономически выгодный СИД-источник, который в свою очередь снижает стоимость соединений, и так далее по цепочке. Угол ввода одномодового волокна гораздо меньше, и, следовательно, требуется более точный источник направленного света - лазер. Лазер создает параллельный луч когерентного света, который гораздо легче направить внутрь волокна. Зато выше стоимость источника света, соединителей, а главное - волокна. Так что пока цена - это главная причина использования многомодового волокна в системах CCTV. Расстояния между городским центром и аппаратурой, установленной в промышленной зоне, редко составляют больше 4 км, так что нетрудно обнаружить экономическую выгоду многомодового оборудования. На расстояниях до 10 км все еще выгодно использовать многомодовые системы, обладающие большей чувствительностью. Одномодовое волокно преимущественно используется там, где требуется более высокое качество на больших дистанциях, однако для CCTV это не частый случай.

Производители указывают выходную мощность трансмиттера и чувствительность ресивера, которые в результате простого вычитания дают оптический запас (в Дб) - максимальную допустимую для системы потерю.

Приемник

Приемное устройство - это простое фотодиодное приспособление, которое преобразует свет прямо в управляемый электрический сигнал.

Основная указываемая производителем характеристика приемника (ресивера) - это чувствительность, которая выражается в Дбм (относительно 0 Дб, то есть 1 мВ, рассеянный сопротивлением 600 Ом). Ресивер преобразует модулированный световой сигнал обратно в электрический сигнал, формат которого соответствует входному сигналу передатчика.

При условии предварительной оцифровки и последующей обработки можно применять средства CCTV для передачи аудио, видео, команд открывания и закрывания дверных контактов. Используя разнообразные длины световых волн, можно посылать самые разные сигналы, такие как телефонные звонки, в обоих направлениях по единственному волокну. Теперь провайдеры средств связи могут при необходимости принять по одной линии до 25 млн телефонных звонков одновременно со скоростью более чем 1,6 Тб в секунду.

Тесты

Тестировалось оборудование четырех производителей: Fiber Options (GE Interlogix), Ernitec, IFS (International Fiber Systems), AFI (American Fibertek Incorporated). Образцы представляют собой одноканальные многомодовые устройства, доступные в свободной продаже. Все представленное оборудование использует многомодовое волокно и оптоволоконные соединения стандарта ST байонетного типа.

Из-за того, что качество большей части распространенного оптоволоконного оборудования весьма высоко, было решено не пытаться тестировать показатели, на которые мы обычно обращаем внимание, такие как разрешение изображения или отношение "сигнал/шум", поскольку едва ли возможно было извлечь из этого пользу. Качество каждого из этих продуктов заметно выше, чем-то, которого мы можем достичь с обычными системами связи, что обусловлено естественными ограничениями разрешения наших видеорекордеров и мониторов наблюдения.

Тип одноканальной системы, о котором идет речь, в большой степени представляет устройство "plug and play", так что ни один из образцов тестируемого оборудования не требует установки каких-либо приложений для видеотрансляции. Видеосигнал оживает на мониторе сразу, как только входы и выходы соединены и устройство включено.

В качестве тестового сигнала для всего оборудования мы использовали многопакетный сигнал. На мониторе он отображается как серии из вертикальных линий, расположенных слева с широкими промежутками и сближающихся по мере уменьшения дистанции от правого края экрана. Линии, сгруппированные вместе, означают сигнал более высокой частоты. Многопакетный сигнал содержал восемь разных частот, от самой низкой - 0,8 МГц и до самой высокой - 4,8 МГц.

Одна из проблем, с которыми часто приходится сталкиваться в подобных случаях, - плохая реакция системы на перегрузку. Она часто проявляется в виде "снега" на мониторе и вызывается авторезонансом контура, сбивающим сигнал синхронизации. Имея такой опыт, мы решили подвергнуть все четыре системы перегрузке при размахе сигнала (максимальный выходной импульс генератора сигнала) до 1,56 В. В то же время входной сигнал был уменьшен, чтобы определить наличие схемы автоусиления для компенсации низкого уровня входного видеосигнала.

Итоги

Оптоволоконные системы в наше время чрезвычайно просты в использовании. Действительно, во всех отношениях, за исключением процесса подключения, они почти так же просты, как коаксильный кабель. Много выгод предоставляют кабели малого диаметра, в числе их преимуществ - отсутствие интерференции, многоканальность в пределах одинарного волокна и т.д. Все эти преимущества означают, что можно говорить о применении оптоволоконных кабелей в цепях, где длина кабеля превышает 500 м, или в условиях, где сильные электрические поля создают "шум".

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2004
Посещений: 6901

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций