IMPIANTI TVCC. correlata alla qualità delle immagini

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1 IMPIANTI TVCC antifurtotvcc dicembre 2009 Videosorveglianza Occhio alla sistemazione del cavo coassiale Fabio Garzia Docente di Sistemi di Sicurezza Anticrimine, Ingegneria della Sicurezza Sapienza Università di Roma Le modalità di installazione e di connessione di questo elemento con le apparecchiature che compongono un sistema di controllo e di vigilanza di un impianto di videosorveglianza è strettamente correlata alla qualità delle immagini che esso è in grado di offrire. La qualità delle immagini è L efficacia ovviamente legata alla risoluzione delle telecamere di ripresa, alla risoluzione dei monitor di visualizzazione e alla capacità di trasmettere inalterato il segnale video da parte di tutti gli elementi e dispositivi che si trovano tra le telecamere e i monitor. Il segnale video dipende direttamente dal tipo di sistema televisivo utilizzato che, in Europa, corrisponde al sistema CCIR/PAL il quale permette la trasmissione di 25 quadri (50 semiquadri) al secondo composti da 625 linee orizzontali. Tale segnale occupa una banda di 5,5 MHz (5,5 milioni di Hertz) e deve quindi essere trasmesso utilizzando un cavo, a bassa perdita e ad elevato potere di schermaggio dei disturbi esterni, denominato cavo coassiale per la sua particolare struttura. Il cavo coassiale viene utilizzato, nei piccoli impianti, per la connessione diretta tra le telecamere e i monitor oppure, negli impianti caratterizzati da dimensioni maggiori, per la connessione tra le telecamere e la centrale video. Esso viene inoltre utilizzato per le connessioni all interno della centrale video (videoregistratori, multiplexer, quadsplit, ecc.) e per le connessioni di uscita dalla centrale verso i monitor. Il segnale video presenta un ampiezza standard di 1 VPP e contiene al suo interno tutti i segnali di sincronismo necessari alla fedele ricostruzione delle immagini riprese dalle telecamere. Per tale motivo è evidente che un cavo di scarsa qualità o installato in maniera scorretta o ancora una connessione eseguita male, compromette inevitabilmente la qualità del segnale video stesso e la relativa qualità delle immagini visualizzate. Il segnale video si compone di un segnale, detto di luminanza, relativo alla sola informazione del bianco e nero (B/N) che si estende su tutta la banda dei 5,5 MHz e di un segnale, detto di crominanza, relativo alla sola informazione del colore, che si colloca nella parte alta dell interno segnale, tipicamente intorno ai 4,43 MHz. 74

2 antifurtotvcc dicembre 2009 IMPIANTI TVCC Composizione di un cavo coassiale Nel presente articolo ci occuperemo, dunque, del cavo coassiale e delle relative modalità di installazione e di connessione con le apparecchiature che compongono un impianto di videosorveglianza TV. Tale cavo è composto da un conduttore centrale, circondato da un isolante opportuno intorno al quale è presente una guaina metallica, rivestita a sua volta da un isolante esterno. Il segnale video viaggia nel conduttore interno mentre il conduttore esterno viene utilizzato per connettere il potenziale comune dei dispositivi di partenza e di arrivo, funzionando da schermo rispetto ai disturbi esterni che vengono portati a terra. Quando si utilizza un cavo coassiale la trasmissione si dice sbilanciata in quanto il circuito elettrico tra il trasmettitore e il ricevitore viene chiuso dal conduttore interno e dallo schermo esterno. La qualità della protezione dipende dallo schermaggio del cavo che può variare dal 90 al 99%, non potendo praticamente mai raggiungere il 100% nemmeno nei cavi di elevata qualità. La penetrazione delle interferenze all interno del cavo dipende dalla loro frequenza. Infatti le frequenze al di sopra dei 50 khz vengono soppresse grazie all effetto pelle mentre le frequenze inferiori possono indurre effetti che dipendono dall intensità del loro campo magnetico. Il fattore di disturbo più comune e diffuso è rappresentato dalla frequenza di rete a 50 Hz che si manifesta soprattutto quando un cavo coassiale e un cavo di rete viaggiano paralleli per distanze considerevoli. L entità della corrente di disturbo indotta nel cavo coassiale dipende dalla corrente che scorre nella linea elettrica, dalla distanza relativa tra i due cavi e dalla lunghezza di percorrenza in parallelo. Un limite pratico da rispettare è di almeno 30 centimetri da qualunque cavo elettrico. L effetto dei disturbi indotti dalla frequenza di rete consiste in una serie di barre orizzontali sottili che scorrono lentamente verso l alto o verso il basso in sovrapposizione alle immagini e la cui velocità di spostamento dipende dalla differenza di frequenza tra il campo video e la rete e che si aggira intorno ad 1 Hz. Tali barre possono anche essere fisse. Se si è in presenza di tale disturbo è possibile immediatamente risalire alla causa ed è necessario controllare accuratamente l intero percorso del cavo coassiale, al fine di individuare eventuali affiancamenti con cavi elettrici e provvedere ad un adeguato di stanziamento tra i due cavi. Oltre ai cavi di alimentazione, possono essere presenti altre fonti di disturbo quali dispositivi, apparecchi e macchinari vari che possono indurre effetti differenti sulle immagini e che dipendono dalle sorgenti che li producono. In generale vale la regola che maggiore è la frequenza del disturbo e più sottile appare la relativa figura di disturbo sovrapposta all immagine. Per evitare tali inconvenienti è necessario allontanare, quanto possibile, il cavo da tali fonti e assicurarsi della corretta connessione della calza metallica esterna del cavo allo chassis esterno delle telecamere, dei monitor e di eventuali altri dispositivi. I cavi coassiali, come tutti i cavi, sono caratterizzati da una impedenza caratteristica che manifesta i suoi effetti all aumentare della frequenza e quindi anche sui segnali video che contengono al loro interno frequenze elevate. Ogni cavo è caratterizzato 75

3 IMPIANTI TVCC antifurtotvcc dicembre 2009 Tabella 1 - Vari tipi di cavo coassiale utilizzati negli impianti di videosorveglianza TV da una impedenza caratteristica e cioè da una resistenza, una capacità e una induttanza per unità di lunghezza e per tale motivo tale impedenza non può essere misurata utilizzando un normale multimetro elettronico. Al fine di assicurare la corretta trasmissione del segnale video è assolutamente necessario che l impedenza d uscita della telecamera, l impedenza del cavo coassiale e l impedenza d ingresso del monitor presentino lo stesso valore, ottenendo il massimo trasferimento del segnale stesso. Se ciò non accade, dal momento che il segnale si estende in una discreta banda, possono verificarsi delle riflessioni di segnale verso la sorgente che diventano particolarmente evidenti alle alte frequenze, alterando inevitabilmente la qualità del segnale video. Se il cavo viene cortocircuitato o lasciato aperto, la riflessione del segnale verso la sorgente che lo genera è totale. L impedenza di riferimento utilizzata negli impianti di videosorveglianza TV è di 75 Ohm ed è quindi sempre necessario terminare l ultimo elemento di una catena video con tale impedenza, utilizzando, al limite un opportuno tappo di terminazione. In ogni modo tale impedenza aumenta con la frequenza e per tale motivo le componenti del segnale a frequenza più elevata risentono maggiormente l effetto dell attenuazione: poiché il segnale di crominanza relativo al colore si colloca alle alte frequenze esso subisce un attenuazione maggiore rispetto al segnale di luminanza con il risultato che un segnale a colori trasmesso per una lunga distanza con una cavo di scarsa qualità perde la componente cromatica risultando visibile solo in B/N. Per tale motivo, quando si vogliono raggiungere delle distanze relativamente elevate, si utilizzano opportuni amplificatori/equalizzatori di cavo. Esistono vari modelli di cavo coassiale il cui costo cresce con la qualità del cavo stesso (Tabella 1). Il modello di cavo coassiale più utilizzato è quello siglato RG-59B/U che è in grado di trasferire un segnale B/N fino a 300 metri e uno a colori fino a 200 metri senza eccessive attenuazioni. Un altro modello più sottile e costoso è rappresentato dal RG-11B/U che può trasferire un segnale B/N sino a 600 metri ed uno a colori sino a 400 metri. Esistono anche modelli di cavo caratterizzati da uno spessore ridotto adatti per essere utilizzati nei cablaggi intensivi, come avviene nelle matrici video. Molto importante è inoltre l uniformità del cavo lungo la sua estensione che dipende dalla precisione con cui è stato costruito il conduttore interno, l isolante e il conduttore esterno. L impedenza caratteristica varia anche se il cavo segue un percorso dove sono presenti curve strette o anelli, provocando inevitabili attenuazioni alle alte fre- Tipo di cavo coassiale Impedenza (Ω) Diametro complessivo (mm) Attenuazione tipica a 10 MHz (db/100 m) RG-11B/U ,3 RG-59B/U 75 6,15 3,3 RG-6B/U ,2 RG-179B/U 75 2,5 17,4 76

4 antifurtotvcc dicembre 2009 IMPIANTI TVCC quenze e riflessioni con conseguenti perdite di dettagli e sdoppiamenti di immagine. Per tale motivo debbono essere evitati curve il cui raggio sia più piccolo di 5 volte il diametro del cavo: per un cavo RG-59B/U le curve dovrebbero essere maggiori di 6 cm mentre per un RG-11B/U maggiori di 10 cm. Il materiale consigliato per il cavo è ovviamente il rame, anche se l argento e l oro mostrano caratteristiche migliori ma anche un costo notevolmente superiore. I cavi rame-acciaio sono consigliati per la trasmissione dei segnali in alta frequenza laddove l effetto pelle si manifesta in maniera significativa provocando lo spostamento del flusso di corrente verso la superficie del conduttore interno e provocando un aumento apparente della resistenza del cavo. Per la trasmissione di un segnale video composto da frequenze non eccessivamente elevate è sufficiente utilizzare il rame. Il cavo coassiale viene caratterizzato mediante l attenuazione, per unità di lunghezza, che esso ha sul segnale che transita al suo interno. L attenuazione si misura utilizzando il decibel o db, che rappresenta una unità di misura che sta ad indicare di quale fattore l ampiezza del segnale risulta attenuata, se il valore è negativo, o amplificata, se il valore è positivo. Maggiore è la qualità del cavo e minore è la sua attenuazione per unità di lunghezza: tipicamente per ogni tipo di cavo viene fornita la sua attenuazione, in db, per lunghezze di 100 metri, dalla quale è possibile risalire all attenuazione per ogni metro dividendo l atte- Vari tipi di cavo coassiale 77

5 IMPIANTI TVCC antifurtotvcc dicembre 2009 nuazione complessiva per 100. Se si connettono più cavi in serie e si vuole calcolare l attenuazione complessiva, è semplicemente necessario sommare l attenuazione, espressa in db, dei singoli cavi. Per quantificare il livello di un segnale video di 1 VPP dopo che esso è transitato all interno di una tratta di cavo coassiale la cui attenuazione in db è nota, basta convertire tale valore espresso in db in un fattore di attenuazione, utilizzando la tabella 2, il quale, moltiplicato per l ampiezza del segnale in ingresso (1 V in questo caso), ci fornirà l ampiezza cercata del segnale. Se tale ampiezza è al di sotto dell ampiezza minima accettata, per esempio, dal monitor, si può essere certi che il segnale video risulterà essere disturbato o addirittura non visualizzabile. Per ovviare ciò è necessario ridurre l attenuazione utilizzando un cavo di qualità superiore o ricorrere all utilizzo di un amplificatore di linea per riportare il segnale video al valore originale. Si è parlato, sinora, delle caratteristiche del cavo coassiale, delle accortezze da adottare nella sua installazione e delle influenze che tali fattori esercitano sul segnale video che scorre all interno del cavo stesso. E necessario, a questo punto, trattare le modalità di connessione del cavo coassiale, in quanto, se non si utilizzano le accortezze opportune, si rischia di produrre una elevato degradamento del segnale video e quindi della qualità delle immagini, pur utilizzando un cavo di elevata qualità. I cavo coassiali vengono connessi alle estremità utilizzando, nella maggior parte dei casi, i cosiddetti connettori BNC, acronimo Tabella 2 Corrispondenza tra decibel (db) e fattore di amplificazione e di attenuazione db 0 0,1 0,2 Componenti fondamentali di uno spinotto BNC che deriva dal nome dei progettisti che lo hanno ideato e cioè Bayonet, Neil, Concelman. I connettori BNC sono disponibili nei modelli a bloccaggio, a saldatura e a vite. Essi sono composti da uno spinotto interno per la connessione del conduttore interno e da una ghiera esterna a bloccaggio per assicurare il fissaggio del connettore e la connessione elettrica del conduttore esterno. I connettori a bloccaggio (detti a crimpaggio, utilizzando una denominazione che deriva dell analogo termine anglosassone) sono quelli più affidabili e per il loro fissaggio sulle estremità dei cavi è necessario ricorrere ad apposite pinze che provvedono a stringere il collare metallico intorno alla calza, garantendo la necessaria continuità elettrica. E molto importante ricordare che la maggior parte dei problemi che si manifestano negli impianti TVCC dipendono da una cattiva installazione dei connettori BNC. Per 0, Fattore di amplificazione (+db) Fattore di attenuazione (-db) 1 1,012 1,023 1,035 1,122 1,259 1,414 3, ,988 0,977 0,966 0,891 0,794 0,707 0,316 78

6 antifurtotvcc dicembre 2009 IMPIANTI TVCC Vista interna di uno spinotto BNC tale motivo è molto importante, da parte dell installatore, curare attentamente le connessioni eseguite tramite essi. Esistono molti tipi di connettori BNC, da quelli femmina a quelli ad angolo retto fino ai vari adattatori e ai connettori volanti L inserimento di un connettore provoca inevitabilmente una perdita di segnale che si aggira intorno al mezzo decibel nel caso in cui si utilizzi un componente di buona qualità. L utilizzo di connettori argentati o dorati aiuta nella riduzione della resistenza parassita e nella prevenzione delle ossidazioni, inevitabili soprattutto nelle atmosfere ricche di umidità, in prossimità di corsi d acqua o del mare, e di particelle ossidanti, come negli ambienti industriali. Il montaggio di connettori a bloccaggio è sempre sconsigliato ma, se non si dispone dell attrezzatura adeguata, si può ricorrere all utilizzo di connettori a saldatura, la quale deve essere eseguita con cura per evitare la fusione e il danneggiamento dell isolamento del cavo. La preparazione del cavo da connettere al BNC deve essere eseguita utilizzando gli opportuni spellacavi e gli opportuni strumenti da fissaggio. Si consiglia di eseguire una spellatura del cavo tale che il conduttore più interno risulti essere lungo almeno 6 mm e la guaina isolante esterna lasci sco- Adattatori BNC Adattatore BNC a 90 Connettore BNC a T 79

7 IMPIANTI TVCC antifurtotvcc dicembre 2009 Terminatori BNC perto l interno di almeno 10 mm, di cui 7 mm rappresentano la lunghezza della calza metallica e i restanti 3 mm servono a garantire il corretto isolamento tra il conduttore interno e la calza metallica esterna. E molto importante assicurarsi che il BNC che si desidera utilizzare sia idoneo per il cavo che si deve connettere: diversamente la disomogeneità di spessore tra cavo e BNC può creare cattivi contatti con conseguente attenuazione del segnale video. Se si deve ricorrere ai connettori a saldatura, è necessario prestare particolare attenzione alla temperatura del saldatore e alla qualità della saldatura eseguita, la quale può creare non solo cattivi contatti ma può anche danneggiare l isolamento del cavo, alterandone l impedenza. E sempre consigliato utilizzare connettori argentati o dorati, anche se di costo leggermente superiore rispetto ai connettori standard, in quanto presentano una maggiore resistenza alla corrosione. E inoltre consigliato l utilizzo di un opportuno cappuccio in gomma, detto guidacavo, per evitare che lo sforzo esercitato sul cavo ad ogni inserzione ed estrazione del connettore porti ad un progressivo danneggiamento della connessione interna. Se il cavo viene utilizzato per connettere Cavo coassiale spellato 80

8 antifurtotvcc dicembre 2009 IMPIANTI TVCC una telecamera posizionata su di un brandeggio, che è quindi soggetta a continui movimenti di rotazione, è necessario assicurarsi che esso sia caratterizzato da una elevata resistenza e da una sezione ridotta, in maniera tale da poter sopportare gli stress indotti dai movimenti continui. Per quanto riguarda l installazione del cavo, è sempre consigliata una ispezione cautelativa del percorso lungo il quale esso dovrebbe essere installato al fine di identificare eventuali criticità quali vicinanza con conduttori elettrici e angoli molto stretti. Se si deve ricorrere a giunzioni o ad amplificatori di linea, è necessario posizionarli in punti accessibili per facilitarne la manutenzione. È inoltre consigliato lasciare una certa quantità di cavo in eccesso in prossimità dei giunti per agevolare le operazioni di connessione. Il cavo dovrebbe passare all interno di una tubazione di protezione resistente agli ultravioletti, qualora si trovasse all esterno, o metallica, qualora si trovasse a passare in ambienti caratterizzati da un elevato livello di disturbi elettromagnetici. Quando il cavo viene interrato è sempre importante utilizzare una tubazione di protezione di resistenza elevata, in quanto un eventuale carico eccessivo sul cavo provocherebbe una alterazione dell impedenza interna con conseguente degradamento del segnale video o addirittura interruzione integrale. In tal caso il costo della ricerca del guasto e la riparazione dello stesso risulterebbe essere notevolmente superiore rispetto al maggiore costo iniziale sostenuto per una tubazione di buona qualità. Al fine di evitare il danneggiamento di un cavo interrato, si consiglia di porre al di sotto e al di sopra di esso uno strato di sabbia di almeno 5 cm al fine di proteggerlo da eventuali danneggiamenti dovuti a carichi eccessivi sul terreno sovrastante. La profondità della traccia dovrebbe variare da 30 centimetri in presenza di terreno roccioso fino ad 1 metro in presenza di terreno sabbioso. Quando si deve inserire un cavo coassiale in una tubazione è necessario evitare trazioni eccessive, ricorrendo, eventualmente, a polvere di borotalco per facilitare lo scorrimento. La connessione deve essere eseguita lasciando una piccola quantità di cavo piuttosto che essere caratterizzata da una eccessiva precisione e tensione poiché in tal caso essa non sarebbe in grado di assorbire eventuali vibrazioni o scossoni, esponendo il cavo a possibili rischi di distaccamento dal connettore. In alcuni casi, se la resistenza di terra dal lato della telecamera è più elevata della resistenza di terra dal lato del monitor o viceversa, si viene a creare il cosiddetto anello di terra, che provoca un effetto di distorsione sulle immagini a prescindere dalla bontà della connessione e dell installazione dal cavo coassiale. In tal caso è raccomandato l utilizzo di opportuni dispositivi, detti correttori di anello di terra, che provvedono a compensare i relativi disturbi indotti sul segnale video. Quanto visto sinora dimostra quanto sia importante e delicata l operazione di installazione di un cavo coassiale la quale risulta essere una fase di estrema importanza e determinante per la qualità e la buona riuscita di un impianto di videosorveglianza. Per tale motivo tale installazione deve essere eseguita con grande competenza, accuratezza e attenzione. Pinza per la spellatura e il fissaggio del cavo 81

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