Типы кабелей для систем видеонаблюдения и контроля
Стеклянное волокно — самый важный компонент передающей системы — представляет собой нить из особо чистого стекла толщиной с человеческий волос. Волокно это исключительно эффективно проводит излучение видимого и «ближнего» ПК-диапазона. В большинстве оптоволоконных систем используются ПК-волны стандартной длины — 850, 1300 либо 1550 нм.
В системах безопасности, где требуется передача сигнала на относительно небольшие (порядка нескольких километров) расстояния, используются более дешёвые и доступные 850-нанометровые передатчики и приёмники. Излучение свето- и лазерных диодов длиной волны 1300 и 1550 нм лучше передаётся по оптоволоконным кабелям, и потому эти длины волн используются для передачи на более существенные расстояния — порядка сотен километров. В системах безопасности используется два типа волокон — со ступенчатым (реже) и с градиентным показателем преломления. Эти типы волокон отличаются распределением показателя преломления по сечению. Свойства самих волокон весьма различны, и применяются они в разных условиях.
Многомодовое стекловолокно со ступенчатым показателем преломления
Волокно состоит из сердцевины с показателем преломления п 2 и внешнего покрытия, имеющего п 1,4 Лучи света, попадающие в сердцевину, претерпевают множественные отражения от её границ и выходят с противоположного конца кабеля. Поскольку данное волокно способно передавать световые лучи различных длин волн, оно называется «многомодовым». Диаметры таких волокон обычно составляют 50, 100 либо 200 мкм. Сердцевина такого волокна окружена оболочкой, имеющей существенно более низкий показатель преломления — чтобы свет мог проходить по сердцевине, многократно отражаясь от её границ. Сложная траектория лучей в оптоволокне приводит к большей временной задержке волн, входящих в сердцевину под большими углами. Разброс времени задержки является фактором, ограничивающим пропускную способность оптоволоконных линий — однако большинство кабелей способны обеспечить высокое качество передачи сигнала с шириной спектра 20 мегагерц на расстояние до километра. Для большинства приложений видеонаблюдения этого более чем достаточно.
Многомодовое оптоволокно с градиентным показателем преломления
Многомодовое волокно с градиентным показателем преломления наиболее часто применяется в инсталляциях систем видеонаблюдения и контроля. Низкая степень затухания сигнала — менее чем 3 дБ/км (т.е. потеря на 50) при длине волны 850 нм делает этот тип волокон применимым как на коротких, так и на длинных дистанциях передачи. Большинство волокон производится с диаметром сердцевины в 50 мкм, а наружный диаметр волокна (без учета защитного рукава) составляет 125 мкм. Такое волокно обозначается как 50/12 Типичная полоса пропускания описываемого кабеля составляет 1 ГГц; он является самым дешёвым из всех разновидностей оптоволоконных кабелей. Для передачи сигнала на относительно большие расстояния, чем это могут обеспечить светодиодные передатчики, используются конвертеры на лазерных диодах. Показатель преломления в градиентном оптоволокне максимален по центру сечения и плавно убывает к её краям. Таким образом, световые лучи, перемещаясь к периферии, все интенсивнее отклоняются к оси световода. Это позволяет выровнять скорость прохождения лучей по центру сечения и на периферии. Выравнивается при этом и скорость прохождения волн различной длины — а уменьшение разброса времени задержки позволяет существенно повысить пропускную способность кабеля. По своим возможностям оптоволоконные кабели с градиентным показателем преломления существенно опережают кабели со ступенчатым показателем.
На трубку наносится слой прочного материала — обычно кевлара. Всё это заключается во внешнюю оболочку — как правило, из ПВХ. Такая конструкция кабеля предназначена к применению внутри помещений и там, где есть возможность уложить кабели в сухой канал. Первичная защита оптоволокна может осуществляться двумя способами — плотным буфером либо свободной трубкой. Плотный буфер реализуется тесным прилеганием к наружной поверхности волокна слоя изоляционного материала — например, ПВХ или полиуретана. У волокон с относительно высокими потерями сигнала волокна со ступенчатым показателем преломления) дополнительные потери от деформации волокна, вызванной таким обжатием, относительно невелики. Плотный буфер позволяет изгибать волокна по сравнительно меньшим радиусам и обеспечивает большую устойчивость кабеля к механическим воздействиям. Кабели такого типа предпочтительны там, где необходимо вести прокладку линий на небольшие расстояния с малыми радиусами изгиба, а также там, где кабели могут оказаться под ковровыми покрытиями. Способ свободной трубки заключается в отделении волокна от остальной части кабеля, чтобы позволить ему свободно перемещаться во внутренней полости, диаметр которой в несколько раз превышает диаметр волокна. При этом не происходит микродеформаций, как при обжатии плотным буфером. Такая конструкция применяется для передачи сигнала на длинные дистанции, поскольку кабель, выполненный по принципу свободной трубки, легче монтируется в кабельных системах большой протяжённости. Чтобы предохранить волокно от попадания внутрь трубки влаги и последующего повреждения под действием низких температур, для заполнения внутренней полости могут применяться специальные гели.
Многомодовые волокна с градиентным показателем преломления поставляются в ряде стандартных параметров — 50/125, 62,5/125 и 100/14 Каждый из типоразмеров кабелей имеет свои преимущества, и все три типа стандартизованы Ассоциацией электронной промышленности. Наиболее распространённое и самое дешёвое из стандартных волокон — 50/125; этот тип активно используется в отрасли видеонаблюдения . Это волокно обладает минимальной цифровой апертурой среди всех многомодовых волокон, что позволяет добиться максимальной пропускной способности. То, что волокна 50/125 применяются уже много лет, выработало у инстялляторов лояльность к этим кабелям. Для таких кабелей выпускается и достаточно большой ассортимент разъёмов.
Волокна форматов 50/125 и 62,5/125 изначально разрабатывались для применения в телефонных сетях, однако сегодня они широко применяются и для передачи видеосигнала. Формат 85/125 специально создан для локальных компьютерных сетей, где расстояния передачи незначительны. 85-микронные волокна легче соединить друг с другом, и при их использовании не так высоки требования к светодиодам передатчиков.
Многомодовое волокно формата 100/140 было специально разработано на замену коаксиальному кабелю для межблочной передачи данных в компьютерных системах. Тем не менее, оно прекрасно подходит и для передачи данных на небольшие расстояния в системах видеонаблюдения . Этот тип волокна наиболее устойчив к отклонениям геометрии световодов и потерям в соединительных элементах. Это особенно важно в условиях промышленного окружения, когда может потребоваться многократное подключение и отключение кабелей. Единственный серьезный минус 140-микронного оптоволокна остоит в том, что оно не является стандартным — поэтому ассортимент разъёмов для его подключения невелик, а стоимость их выше, чем у разъёмов, предназначенных для 125-микронного кабеля.
