摄像机故障分析-北京富美讯电子技术有限公司首页.pdf

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1、1/7 监控用摄像机故障简易判断 虽不全是原作，但也花了不少心思，有多年工作中遭遇问题的累积解决方法。也有很多不错的网上及工作中来自其它单位的技术人员的一些优秀解决故障方法。希望公布出来对安防从业人员有用。（还在测试，图片暂时不发，日后补上）现在的监视用摄像机其实故障并不会是很高,只要不浸水,重摔,使用环境过于恶劣(如潮湿,高温,虫害等),正常情况下使用,用 3 年左右,不是问题.假若有出现问题的话一般可参考以下几点来判断及解决问题.无图像 状况 可能故障原因 解决方法 线路故障 断线或短路 查线或更换线路 无电源 变压器故障或摄像机内保险丝烧毁 更换变压器或保险丝 单一画面黑屏 BNC 头未

2、接入主机,硬盘录像机或矩阵该路处理芯片故障 查BNC头接入情况,检查压缩芯片及矩阵 镜头故障 镜头被锁死 打开镜头或更换镜头 摄像机內部故障 电源输入端二极体或限流电阻或稳压 IC 烧毁 更换 摄像机內部故障 图像输出端前 75 欧姆电阻烧毁 更换 图像模糊无法对焦 状况 可能故障原因 解决方法 设置问题 后焦未调好,菜单中关闭某些功能 调摄像机后焦打开摄像机菜单查询相应功能选项 镜头故障 受潮或灰尘过多 擦拭或更换 监视器故障 显像管老化或电路故障 维修或更换 图像有黑图(或其它横波杂纹)由下往上漂 状况 可能故障原因 解决方法 变压器不良 电源不稳杂讯过大 更换变压器 线路不良 接头太多或

3、线路接触不良 更换线路 若干条间距相由于视频传输线的特性阻抗不是 75，因而导致阻抗失配造成的。或由视频电缆的特性阻抗和分布参数都不符合要求综合引起的。一般靠“始端串接电阻”或“终端并接电阻”的方法去解决 2/7 等的竖条干扰 出现木纹状的干扰 视频传输线的质量不好，特别是屏蔽性能差,线电阻过大、因而造成信号产生较大衰减。或是由于供电系统的电源不“洁净”而引起的。换视频线或是增加套管。电源问题只要对整个系统采用净化电源或在线UPS 供电就基本上可以得到解决。在监视器的画面上出现一条黑杠或白杠 最常见的故障现象是 50 周的工频干扰这种现象多半是由系统产生了地环路而引入了 50 周的工频干扰（交

4、流电的干扰）所造成的地环路的存在可能是由于信号传输线的公共端在两头都接地而造成重复接地；也可能是信号线的公共端与 220V 电源的零线短路；或系统中的某一设备的公共端与 220V交流电源有短路现象；还有可能是信号线受到由交流电源产生的强磁场干扰（如双方靠得太近）而产生的。解决办法是把变压器接成纵向扼流圈（也称中和变压器）的形式,或采用在传输线上接入“纵向扼流圈”的办法，能较好地消除这类干扰 线路过长 线路过长或信号衰减 由于图像信号的高频端损失过大，以致 3MHz 以上频率的信号基本丢失造成的。这种情况或因传输距离过远，而中间又无放大补偿装置；或因视频传输电缆分布电容过大；或因传输环节中在传输

5、线的芯线与屏蔽线间出现了集中分布的等效电容造成的。应加装信号放大器 图像画面太暗无法调亮 状况 可能故障原因 解决方法 监视器故障 显像管老化 更换监视器 摄像机输出色彩变色 状况 可能故障原因 解决方法 摄像机输出图像拖尾且模糊不清 图像发生拖尾现象是的转移功能出了问题,势阱中光-电转换产生的电荷不能被及时转移泄漏掉;而图像模糊不清是由于势阱中的电荷达到饱和状态并溢出进入相邻的像素单元及垂直移位寄存器等处所致。摄像机的传感器单元其势阱下部都设置了由P-N 结组成的泄漏沟道。就 Z-ONE-A 讲,当 R、G、B 3 路信号均不正常时,首先应当检查驱动电路送往传感器单元的 4 组电压是否达到标

6、称值,若 4 组电压正常,接下来就要查各路输出脉冲的幅度及波形。检查后实际情况是:驱动单元输出的V2、V4 几乎没有,即 IC101 的第 2、19 脚脉冲波形幅度太小。而 IC101 第 10、11 脚V2、V4 的输入脉冲波形幅度正常。测得IC101 第 1 脚工作电位只有2V,正常值应为3/7 8.8V。Q102 是 IC101 的供电电压调整管,它的基极由于 R102 的阻值变大而电位变高,造成 IC101 工作电压太高,使之不能正常工作。造成 IC101 的输出脉冲 V2、V4 波形幅度不正常。更换 R102 后,故障现象消失。输出图像有彩色勾边 先用示波器对预放大板进行检查,观察比

7、较输入的 R、G、B 3 路波形是否正常一致。若二路波形正常,仅一路波形异常有杂波,就可以判定摄像机电源提供给CCD单元所需的工作电压是正常的,也可以判定提供行、场脉冲信号的 SG板和驱动单元没有问题,问题出在 CCD组件内部。就可以根据具体情况直接去检查波形异常的那一路电路。如果输出图像有蓝色勾边就直接去检查蓝路 CCD 单元传感器 IC1 各脚的直流工作电位。检查后实际情况是:IC1 的第 1 脚直流工作电位明显小于正常值（）。检查发现R17 被附近电解电容的漏液腐蚀,造成阻值变大。使复位脉冲 R 不能正常送到 IC1 的 1脚,造成势阱中光-电转换产生的电荷不能及时被转移泄漏掉,引起输出

8、图像有蓝色勾边故障。更换 R17 后,IC1 的第 1 脚直流工作电位恢复到正常值,故障现象消失。色调失真 主要原因是由传输线引起的信号高频段相移过大而造成的 应加相位补偿器 图像偏红 摄像机没调白平衡，或者是摄像机的 dsp模块出错 调白平衡,如果光源色温高，蓝光成份就较多，从而造成图像偏蓝，如果光源色温低，红光成份就较多，造成图像偏红。这时候，就需要调整白平衡，通过色温滤色片，达到控制光源的色温 摄像机输出色彩偏黄 摄像机输出图像色彩偏,首先要鉴别是视频预放大电路有问题?还是视频信号处理电路有问题?还是 CCD 组件有问题?专业级摄像机都可以通过打开测试开关来进行区分鉴别。打开测试开头,若

9、摄像机输出测试信号正常,说明视频信号处理电路没有问题。问题可能出在视频预放大电路和视频处理板之前的 CCD 组件内。通过检查视频预放大电路上的 TP 测试点,可以区分问题是否出在视频预放大电路上。若判定问题出在 CCD组件内部。根据电视混色原理,图像色彩偏黄,这一现象这是缺少蓝路信号所致。接下来,你就可以采用逐步排除法,从 CCD 单元的输出往前查。检查后实际情况是:CDS 单元的 Q8 的、直流电位分别为、1.3V、，、端电位正常值应为、7.3V。测 103 的 1 脚与 Q8 的 e 端间的电阻 R23变质增大。更换电阻 R23 后,故障消失,问题得到解决。在实际维修工作中,如果 1 台摄

10、像机故障确定发生在 CCD 组件,应当先检查 CCD 单元的各路电压、驱动脉冲是否正常,若 R、G、B 3路信号中只是某 1 路信号不正常,那就重点检4/7 查该路 CCD 单元及信号通道。电荷耦合器件 CCD 原理与应用(维护维修的重点原理解释)光电转换功能；电荷存储功能；电荷转移功能。用半导体硅材料制成的 MOS 光敏器及后来的 HAD（空穴积累光敏二极管）传感器，由光子激发产生的电荷与入射光强度成正比，即能将“光”转换为“电”；在其上淀积一个金属电极，如果在电极上加一正电压就形成一个“电位阱”，这个所谓的“阱”，能吸引束缚住该区域的自由电子，像一个“包”，这就有了电荷存储功能；所加电压增

11、高，能使“阱”相应变深，相邻“阱”的电子就会被吸引过来，如同水往低处流，从前一个包流入后一个包。如果去掉前一个电极上的电压，而把后者电压降低到原来值，电荷就被收集在这个电极下面，这就完成了电荷从一个极到另一个极的移动，实现了电荷转移。如果对所有的电极连续重复上述步骤，就能利用一连串的脉冲把电荷作为独立的小包沿着衬底的整个长度进行转移，如同串行移位寄存器，但它不是数字电路的移位寄存器，而是一个模拟的移位寄存器。这一串脉冲叫做“转移时钟”脉冲，相当于“移位”脉冲，它在构成上比数字电路移位脉冲要复杂得多。根据实现 CCD 电荷转移的需要，有垂直移位寄存器和水平输出寄存器，因此为了读出 CCD 的图像

12、信息，就有垂直转移时钟驱动脉冲和水平转移（输出）时钟驱动脉冲的分别，它们的构成（相数、电平和电压、时间波形）是完全不同的。详细的情况见后面 CCD 摄像机实例中的介绍。CCD 三十年来的发展，品质日益完善。随着新材料、新技术、新工艺的不断进步，芯片尺寸由大到小，像素由少到多，而灵敏度却更高，图像质量更好。目前，在电视监控系统中用的 CCD 摄像机，芯片尺寸 1/3、1/4是主流，像素数基本为二十九万像素和四十四万像素两档。光敏器结构有 MOS（金属氧化物二极管）传感器和新型的 HAD（空穴积累光敏二极管）传感器。在电荷转移方式上，有 FT（帧转移）、IT（行间转移）、FIT（帧行间转移）三种。

13、这三种转移方式的 CCD 器件各自都有它们的应用 X 围。图 1，图 2，图 3 表示了三种 CCD 的转移结构原理图。使用新型 HAD（空穴积累光敏二极管），以 IT（行间转移）方式转移的 CCD，减少了暗电流形成的固定图形杂波，容易增加像素数而提高水平分辨率，有更高的灵敏度和更好的色度，而且和 FIT 一样可实现电子快门功能。片小而价格低，又容易获得良好的摄像特性，现在大量生产的几乎都是这种新型的 HAD IT CCD。摘要:专业摄像管摄像机正被 CCD 摄像机所取代,CCD 摄像机的维修工作是一门新技术。本文就此进行探讨。关键词:CCD 摄像机 引言 1970年美国贝尔实验室研制出了第1

14、块CCD固体摄像器件,1983年美国RGA公司推出了 3 板式 CCD 彩色摄像机,90 年代初专业级 CCD 彩色摄像机开始进入我国电视领域。随着电子技术的发展,CCD 摄像机性能不断提高,专业摄像管摄像机正被 CCD 摄像机所取代。目前,我国各级电视台常见的 CCD 摄像机机型有:松下公司的 AQ-11D、AQ-20D、F-700、AJ-D700,索尼公司的 DXC-537、DXC-637、DSR-300、DNW-7P,日立公司的 Z-ONE 系列、SK-F2、SK-F3、SK-F300、池上公司的 HL-43、HL-55 等,品种已有数十个。CCD 摄像机也会出问题,最棘手的是 CCD

15、组件出故障。CCD 组件是摄像机上最重要、最昂贵的部件。1993 年以前,日本摄像机生产厂家均要求将出故障的 CCD 组件寄送日本工厂修理。这就产生了两个问题,1 是维修费用高(约需人民币 3 万元),2 是维修周期长(需要 4个月)。能不能自己动5/7 手解决修理问题,那就要知晓 CCD 的基本工作原理。基本工作原理 是电荷耦合器件(）的缩写。它具有进行光-电转换、信息存贮、扫描读取 3 大功能。的光-电转换功能 如图1所示,在P型单晶硅的衬底上做一层绝缘氧化膜,通过活化置换技术,再在氧化膜表面做出许多排列整齐的可透光的电极,当光线通过时,氧化膜与 P 型单晶硅之间产生电荷,其电荷的数量与光

16、照强度及照射时间成正比,这就是的光电转换功能。的电荷存贮功能 如图 2 所示,若在电极加上一个适当的正电压,则在电极和衬底之间产生一个电场,这个电场在 P 型硅中将载流子带正电的空穴排斥到衬底电极一边,在电极下硅衬底表面形成一个没有可动空穴的带负电的区域,这个区域称作电荷耗尽区,这就是能够吸引电子的势阱,电极上所加的电压越高,势阱越深,电荷留在阱内量越多,只要电压存在,电子就能储存在势阱里,当景物的光照射到时,具有光敏特性的 P 型硅在光量子的激发下产生电子-空穴对,空穴移向衬底而消失,电子进入势阱并存储在那里,由于绝缘氧化物层使得电子不能穿过而到达电极,因此存贮在势阱里的电子形成了电荷包,其

17、电荷量的多少与光照强度成正比,于是所有电极下的电荷包就组成了与景物相对应的电荷像。的电荷转移功能 势阱的深浅由电极上所加电压的大小决定。电荷在势阱内可以流动,它总是从相邻浅阱里流进深阱中,如图 3 所示,这种电荷流动称为电荷转移。若有规律改变电极电压,则势阱的深度就会随之变化,势阱内电荷就可以按人为确定的方向转移,直到最终由输出端输出。这就是CCD 的电荷转移原理。电荷转移又分单相驱动、双相驱动、三相驱动及四相驱动等多种方式,除了电极构造及所加电压波形不同以外,其转移原理是一样的。四相驱动方式的驱动电路比较复杂,但相邻势阱的深度差较大,电荷的存贮量也大,容易实现隔行扫描,在专业级摄像机中应用较

18、为广泛。四相驱动方式即将绝缘层上的电极按列的方式每四个分为一组,形成一个象素单元,每组电极分别加上不同的偏置电压,则在电极下绝缘膜与P型硅之间就产生不同深度的势阱,如果有规律地改变电极上的电压值,使势阱产生变化,就可以使电子定向移动,这也就是 CCD 的扫描读出原理。CCD 根据转移电极结构及转移方式的不同又分成帧转移(FT)方式;行间转移(IT)方式;帧行间转移 (FIT)方式。有关实际电路 为了便于探讨问题,我们以市场拥有量较大的日立电子公司产品,Z-ONE-A 摄像机为例,该摄像机的框图如图 4 所示:我们所讨论的组件,它分 2 个单元。传感器(电荷耦合器件)单元和传感器驱动单元。传感器

19、单元(电路图略)来自于传感器驱动单元的场驱动脉冲、行驱动脉冲 H1H2、复位脉冲 R 加到传感器 IC1 上。取样脉冲 DS1、DS2 供给 CDS 和复位电路。视频信号从 CCD 的脚输出,经 CDS 和复位电路送往预放大电路。Q3构成的 CDS 和 复位电路能消除产生的随机噪声并能改善水平分辩率。传感器驱动单元 该单元向单元提供所需要的脉冲和电压。场驱动脉冲发生器 IC301 产生场驱动脉冲、脉冲;行驱动脉冲发生器 IC302 产生行驱动脉冲 H1H2、取样脉冲、复位脉冲 R。6/7 3 举例分析说明 根据的基本工作原理,下面再举些组件故障实例做进一步的讨论。故障现象 1:摄像机输出图像拖

20、尾且模糊不清。分析:图像发生拖尾现象是的转移功能出了问题,势阱中光-电转换产生的电荷不能被及时转移泄漏掉;而图像模糊不清是由于势阱中的电荷达到饱和状态并溢出进入相邻的像素单元及垂直移位寄存器等处所致。摄像机的传感器单元其势阱下部都设置了由 P-N 结组成的泄漏沟道。就 Z-ONE-A 讲,当 R、G、B 3 路信号均不正常时,首先应当检查驱动电路送往传感器单元的 4 组电压是否达到标称值,若 4 组电压正常,接下来就要查各路输出脉冲的幅度及波形。检查后实际情况是:驱动单元输出的 V2、V4 几乎没有,即 IC101 的第 2、19 脚脉冲波形幅度太小。而 IC101 第 10、11 脚 V2、

21、V4 的输入脉冲波形幅度正常。测得 IC101第 1 脚工作电位只有2V,正常值应为8.8V。Q102 是 IC101 的供电电压调整管,它的基极由于 R102 的阻值变大而电位变高,造成 IC101 工作电压太高,使之不能正常工作。造成 IC101 的输出脉冲 V2、V4 波形幅度不正常。更换 R102 后,故障现象消失。故障现象 2:输出图像有彩色勾边。分析:可先用示波器对预放大板进行检查,观察比较输入的 R、G、B 3 路波形是否正常一致。若二路波形正常,仅一路波形异常有杂波,就可以判定摄像机电源提供给 CCD单元所需的工作电压是正常的,也可以判定提供行、场脉冲信号的 SG板和驱动单元没

22、有问题,问题出在 CCD 组件内部。就可以根据具体情况直接去检查波形异常的那一路电路。如果输出图像有蓝色勾边就直接去检查蓝路 CCD 单元传感器 IC1 各脚的直流工作电位。检查方法同上例相似。检查后实际情况是:IC1 的第 1 脚直流工作电位明显小于正常值（）。检查发现 R17 被附近电解电容的漏液腐蚀,造成阻值变大。使复位脉冲 R 不能正常送到 IC1 的 1 脚,造成势阱中光-电转换产生的电荷不能及时被转移泄漏掉,引起输出图像有蓝色勾边故障。更换 R17 后,IC1 的第 1 脚直流工作电位恢复到正常值,故障现象消失。故障现象 3:摄像机输出色彩偏黄 分析:摄像机输出图像色彩偏,首先要鉴

23、别是视频预放大电路有问题?还是视频信号处理电路有问题?还是 CCD 组件有问题?专业级摄像机都可以通过打开测试开关来进行区分鉴别。打开测试开头,若摄像机输出测试信号正常,说明视频信号处理电路没有问题。问题可能出在视频预放大电路和视频处理板之前的 CCD 组件内。通过检查视频预放大电路上的 TP测试点,可以区分问题是否出在视频预放大电路上。若判定问题出在 CCD 组件内部。根据电视混色原理,图像色彩偏黄,这一现象这是缺少蓝路信号所致。接下来,你就可以采用逐步排除法,从 CCD 单元的输出往前查。检查后实际情况是:CDS 单元的 Q8 的、直流电位分别为、1.3V、，、端电位正常值应为、7.3V。

24、测 103 的 1 脚与 Q8 的 e 端间的电阻 R23 变质增大。更换电阻 R23 后,故障消失,问题得到解决。在实际维修工作中,如果 1 台摄像机故障确定发生在 CCD 组件,应当先检查 CCD 单元的各路电压、驱动脉冲是否正常,若 R、G、B 3 路信号中只是某 1 路信号不正常,那就重点检查该路 CCD 单元及信号通道。4 结束语 摄像机发生问题一般来说多见于电路上,CCD 作为固态器件理论上讲是不会坏的。若是你遇到 CCD 摄像机出现图像不重合现象,可能是该机器受到过较为强烈的冲击,使光电传感器与棱镜发生了位移。这种机械故障只有送生产厂家去修复。维修是一项较为复杂的工作,从事这项工作的人不但需要有动手能力,还要掌握多方面7/7 的理论知识。当我们能运用理论知识去指导实际工作时,就可以使你的维修工作上一个新台阶,同时可以使我们在工作中少走弯路,提高工作效率。