กล้องวงจรปิด CCTV กับสายไฟเบอร์ออฟติค (Fiber Optic)

กล้องวงจรปิด CCTV กับสายไฟเบอร์ออฟติค

สายไฟเบอร์ออฟติค (Fiber optic) ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับงานโทรคมนาคมและการส่งสัญญาณก่อนนำมาใช้เพื่อส่งสัญญาณภาพ มันถูกคิดค้นมาใช้ในทศวรรษ 1920-1930 จนกระทั่งทศวรรษ 1950 เมื่อแคปะนี ได้ใช้ไฟเบอร์กระจกที่เรียกว่า Clad หรือ Glass-coated คำว่าไฟเบอร์ออฟติคจึงเกิดขึ้น ในการนำมาใช้งานจริงนั้นเกิดขึ้นเมื่อ เคซี เคา และ ยีเอฮอคแคม นักวิจัยจากห้องทดสอบมาตรฐานโทรคมนาคมของประเทศอังกฤษ ได้นำมาใช้ด้วยวิธีการเดียวกับเวฟไกด์ของสายอากาศ มีอัตราลดทอนสัญญาณ 0.001% ต่อกิโลเมตร หรือ 1000dB ต่อกิโลเมตร จนปี พ.ศ.2413 แคปรอน และมูเรอร์ ได้ผลิตไฟเบอร์ออปติค ที่ให้การลดทอนสัญญาณน้อยกว่า 20dB ต่อกิโลเมตร ทำให้สามารถส่งสัญญาณในระยะไกลและมีแบนด์วิดธ์กว้าง โดยส่งไปในรูปพลังงานแสง

กล้องวงจรปิดที่ใช้งานกับไฟเบอร์ออฟติคทำงานด้วยการหักเห (หรือสะท้อน) ของแสง คล้ายกับเมื่อแสงเดินทางจากอากาศไปยังน้ำที่เดการหักเห ในทางกลับกัน หากมองจากน้ำผ่านขึ้นมายังอากาศ เหมือนปลาที่จ้องฮุบแมงปอที่บินเหนือน้ำ ปลาจะเห็นแมลงปออยู่ในระดับต่ำกว่าปกติเมื่อมองขึ้นไปด้านบน แต่หากมุมของการมองไกลออกไปสายตาจะไม่สามารถมองทะลุออกไปในอากาศได้ แต่จะตกกลับลงมาที่ผืนน้ำ เช่นเดียวกันกับโครงสร้างของไฟเบอร์ออฟติค ที่มีชั้นในเป็นแกน (Core) ชั้นนอกเป็นตัวหุ้ม (Cladding) หากแสงมีมุมตกเป็นมุมแคบ แสงจะสูญหายเพราะหักเหออกไปในไฟเบอร์ตัวหุ้ม แต่หากมุมกว้างขึ้นแสงสะท้อนจะเคลื่อนที่ไปตามแกนในของสาย การจะให้ผลของแสงออกไปในปริมาณและรูปแบบใดขึ้นอยู่กับชนิดไฟเบอร์

ใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปที่นิยมใช้กันมี 3 ชนิด

1.ชนิดสเต็ปอินเด็กซ์

2.ชนิดมัลติโหมดหรือเกรดอินเด็กซ์

3.ชนิดซิงเกิลโหมด

การทำงานของระบบภาพที่ส่งผ่านไฟเบอร์ออฟติค เริ่มจากระบบง่ายสุด ที่ภาพจากกล้องวงจรปิดส่งเข้าเครื่องส่งเข้าเครื่องส่งที่มีบล็อกไดอะแกรม (วงจรแผนผัง) ก่อนขับกระแสให้กับหลอดไดโอดเปล่งแสง (แอลอีดี) ส่งออกคอนเน็กเตอร์ (ที่มีค่าการสูญเสียน้อยๆ) ไปยังสายไฟเบอร์ออฟติค หรือสรุปได้ว่าเครื่องส่งทำหน้าที่แปลงสัญญาณภาพเป็นแสง เพื่อส่งไปตามสายไฟเบอร์ออฟติคแตกต่างจากกล้องวงจรปิดไร้สาย

ส่วนระบบของเครื่องรับเป็นไปตาม เครื่องรับรับสัญญาณจากสายไฟเบอร์ไปเข้าพิณไดโอดแปลงจากแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ก่อนขยายสัญญาณให้มีความแรงเพียงพอต่อการต่อเข้ามอนิเตอร์

อุปกรณ์สำคัญของระบบเบื้องต้นนี้คือหลอดไดโอดเปล่งแสง (Light emitting diode หรือ LED) เพราะเป็นอุปกร์แปลงกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานแสง การเคลื่อนที่ของกระแสผ่านฟังชั่นของแอลอีดีทำให้มีการปล่อยพลังงานโฟตอนออกมาเป็นแสง แสงดังกล่าวต้องส่งผ่านเลนส์ ให้กระจายออกมาเป็นมุมรูปกรวย เพื่อบีบลำแสงก่อนส่งเข้าสายไฟเบอร์ออฟติค

แม้การใช้สายไฟเบอร์ออฟติคจะมีราคาแพงต่อการลงทุนในระยะแรก แต่ในระยะยาวถือว่าคุ้มค่าเพราะคุณภาพของสัญญาณดีกว่าสาย UTP หรือโคแอ็กเชียล ทั้งยังทำงานกับความถี่สูงได้ดีกว่า

สายไฟเบอร์ออฟติค (Fiber optic) ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับงานกล้องวงจรปิดเพื่อส่งสัญญาณภาพ ถูกคิดค้นมาใช้ในทศวรรษที่ 1920-1930  โดยเคซี เคา และ ยีเอ ฮอคแคม

สายสัญญาณภาพกล้องวงจรปิด CCTV

สายสัญญาณภาพกล้องวงจรปิด CCTV

สายนำสัญญาณ (Coaxial cable) เมื่อสัญญาณภาพมีทั้งเปลี่ยนแปลงช้า (ความถี่ต่ำ) และเปลี่ยนแปลงแปลงเร็ว (ความถี่สูง) สายนำสัญญาณจึงแยกออกเป็นชนิดต่างๆ หลายชนิด บางชนิดทำงานกับความถี่ต่ำ (20Hz จนถึงระดับ 1,000 Hz) สายแบบนี้มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับสายโทรศัพท์ ขณะที่สายชนิดพิเศษสามารถทำงานได้กับความถี่ตั้งแต่ 20Hz ถึง 6 MHz โดยปราศจากการลดทอน

       ปกติสายนำสัญญาณระดับพื้นฐาน มีอยู่ 4 แบบด้วยกันคือ

       1.สายโคแอ็กเชียล 75 โอห์ม ใช้กับงานภายนอก

       2.สายโคแอ็กเชียล 75 โอห์ม ใช้กับงานภายใน

       3.สายทวินแอ็กเชียล 124 โอห์ม ใช้กับงานภายนอก

       4.สายทวินแอ็กเชียล 1245 โอห์ม ใช้กับงานภายใน

       สายโคแอ็กเชียลเป็นสัญญาณมีตัวนำอยู่ในสุด หุ้มด้วยโฟมเป็นฉนวนเพื่อรักษาค่าความต้านทานต่อสัญญาณ (อิมพีแดนซ์) ให้คงที่ตลอดเส้น หุ้มด้วยโพลีโพรไพลีนก่อนหุ้มทับอีกชั้นด้วยลวดถักเพื่อกันสัญญาณรบกวน (Shield) หุ้มกันกระแทกชั้นสุดท้ายด้วยวัสดุอ่อนตัว บางคนที่เป็นช่างโทรทัศน์อาจรู้จักสายสัญญาณวิทยุที่เรียกว่า RG6 แต่สำหรับระบบระบบภาพใช้สาย RG59/U เป็นสายสำหรับงานทั่วไป ใช้ในระยะทางไม่ไกลนัก มีอิมพีแดนซ์ 75 โอห์ม (RG59/U หมายถึงมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.25 นิ้ว) เข้าสายด้วยคอนเน็กเตอร์แบบ BNC นิยมใช้กับงานในระยะ 100 ฟุต (ระยะยาวสุด 750 ฟุต หรือ 230 เมตร) แต่หากมีวงจรขยายปรีแอมป์ระยะทางจะเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 4 เท่า

ตารางแสดงขีดความสามารถของสายโคแอ็กเชียล ต่อระยะทาง ทั้งที่ไม่มีวงจรขยายปรีแอมป์และมีวงจรขยายช่วย ตางรางนี้เป็นตัวช่วยในการออกแบบระบบภาพวงจรปิดให้ถูกต้อง

COAXIAL TYPE	MAXIMUM RECOMMENDED CABLE LENGTH				CONDUCTOR	NOMINAL DC RESISTANCE (ohms/1000ft)
	CABLE ONLY		CABLE WITH AMPLIFTER
	FEETS	METER	FEETS	METER
RG59/U	750	230	3,400	1,035	22 SOLID COPPER	10.5
RG59 MINI	200	61	800	250	20 SOLID COPPER	41.0
RG6/U	1,500	455	4,800	1,465	18 SOLID COPPER	6.5
RG11/U	1,800	550	6,500	1,980	14 SOLID COPPER	1.24

      

ตารางแสดงการลดทอนของสายโคแอ็กเชียล เทียบระยะทาง

CABLE TYPE	ATTENUATION (dB) @ 5-10 MHZ
	100 ft	200 ft	300 ft	400 ft	500 ft	1000 ft	1500 ft	2000 ft
RG59/U	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	10.0	15.0	20.0
RG59 MINI	1.3	2.6	3.9	5.2	6.5	13.0	19.5	26.0
RG6/U	0.8	1.6	2.4	3.2	4.0	8.0	12.0	16.0
RG11/U	0.51	1.02	1.53	2.04	2.55	5.1	7.66	10.2
2422/ULI384*	3.96	7.9	11.9	18.8	19.8	39.6	59.4	79.2
2546*	1.82	3.6	5.5	7.3	9.1	18.2	27.3	36.4
RG179B/U	2.0	4.0	6.0	8.0	10.0	20.0	30.0	40.0
SIAMESE : RG59 (2) #22AWG	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	10.0	15.0	20.0

*MOGAMI

NOTE : IMPEDANCE FOR ALL CABLES = 75 ohms

dB LOSS	1	2	3	4.5	6	8	10.5	14	20
%  SIGNAL REMAINING	90	80	70	60	50	40	30	20	10

       สาย RG11/U มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.5 นิ้ว อิมพีแดนซ์ 75 โอห์มเข้าสายด้วยคอนเน็กเตอร์แบบ UHF ใช้กับการเดินสายในระยะไกลเป็นพันฟุต (ระยะยาวสุด 1,800 ฟุต หรือ 550 เมตร )

       ตัวอักษร U ที่เติมหลังชนิดของสาย เป็นการระบุว่าสายเส้นนั้นเป็นอันบาลานซ์ (Unbalanced) เพราะสายแบบบาลานซ์คือสายทวินแอ็กเชียล ที่มีอิมพีแดนซ์ 124 โอห์ม ซึ่งเป็นสายที่ใช้เพื่อแก้ปัญหาการฮัม ซึ่งเกิดเป็นริ้วดำในสัญญาณภาพ การใช้สายแบบนี้ต้องใช้หม้อแปลงอิมพีแดนซ์ของกล้องเป็น 124 โอห์มก่อน และปลายทางนั้นก็ต้องใช้หม้อแปลง แปลงอิมพีแดนซ์ลงให้เหลือเท่าเดิม

       สายตีเกลียวไม่มีชิลด์ (Unshieled twisted pair : UTP) เป็นเทคโนโลยีการส่งภาพและเสียงไปตาม 2 เส้น ที่เหมือนกับสายโทรศัพท์ อินเตอร์คอม หรืออื่นๆ เป็นระบบเก่าที่มีราคาไม่แพง วิธีการของ UTP คือวิธีการของเครื่องส่ง-รับ ด้วยความถี่สูง ระบบ UTP ที่ใช้กันมีหลายแบบ เช่น CAT-3 หรือ CAT-5e ที่ใช้เมื่อต้องส่งในระยะไกล ซึ่งมีทั้งแพสซีฟ (Passive ไม่มีภาคจ่ายไฟในตัว) และแอ็กตีฟ (Active มีภาคจ่ายไฟ 12VDC ในตัว สำหรับการส่งระยะไกล) รูปแบบเบื้องต้นของระบบส่งภาพ UTP

       UTP ระบบแพสซีฟใช้เครื่องส่งและรับขนาดเล็ก สำหรับส่งภาพในระยะ 100-3,000 ฟุต ในขณะ UTP ระบบแอ็กตีฟสามารถส่งสัญญาณภาพได้ในระยะทาง 8,000 ฟุต สำหรับภาพขาวดำ และ 5,000 ฟุต สำหรับภาพสี คุณภาพของสัญญาณที่ได้ใกล้เคียงกับการใช้สายโคแอ็กเชียล

สายสัญญาณภาพสำหรับใช้กับกล้องวงจรปิด มีอยู่ด้วยกันหลายชนิด เช่น สายโคแอ็กเชียล และทวินแอ็กเชียล RG6, RG59/U, BNC,RG11 และสายตีเกลียวไม่มีซิลด์ UTP