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  • 1.電話系統

電話系統

電話機的種類繁多,常見約有:有線、有線主機、無線副機以及無線電話、行動電話等。如依撥號方式則有轉盤式與按鍵式電話(右圖)。    

 


轉盤式電話的脈衝傳送


按鍵式電話的脈衝傳送 

一、撥號的傳送原理 
一般而言,傳統的轉盤式電話,撥號時所撥數字愈大,送出的脈波電流愈多,故轉回的時間長,這種傳送方式稱為脈衝式傳送(左圖)。 
目前的電話大多為按鍵式電話,當每一個數字鍵被按下時,會發出不同頻率的聲音,此聲音是由兩個頻率不同的訊號組合而成(左圖)。電信公司的交換機便以此合成訊號的頻率來辨別號碼,選擇並接通通話的對象,這種傳送方式稱為複頻式傳送。
二 、發話與收話的原理 
(一)發話器的工作原理:
發話器的功能是將聲波變成電流,作用像麥克風。發話器的構造(右圖)中,以薄鐵片做成的振動板與固定板 間充滿了碳粒 子 。當我們說話時,聲波振動振動板,振動板與固定板問的碳粒子因為受到擠壓,間隙縮小,接觸面積增大而使電阻變小,電流增強;反之,則電流減弱。隨著我們說話聲音的大小,發話器便送出強弱不同的電流到通話對象
的收話器。

(二)收話器的工作原理: 
收話器的功能是將電流變成聲波,作用類似喇叭或耳機。收話器(左圖)中,也有一振動板,平常被永久磁鐵吸住。當電流通過線圈時 ,電磁鐵產生磁場,將振動板斥離,此斥力的強弱隨電流的大小而變化。因此,由對方發話器傳來的電流,在收話器裡由電磁鐵轉變為不同的斥力,控制振動板的振動程度,而振動板則振動空氣,使聲音還原。
三 、電話的傳送
電話依通話距離的遠近以不同的方式傳送,短距離以成對的銅線電纜傳遞,而長距離則以光纖電纜傳送,電纜無法架設的地方以微波無線電的方式傳送。而電話與電話的連接則須靠交換機來完成,因此有電話的地方一定要有交換機(局)。
從前電話是用戶搖鈴後,由接線生在交換機上完成交換,目前已採用數位交換機。當它收到信號時,能自動找到正確的電話號碼,而將兩方的搭線器接在一起。

打電話的方法,視市內、長途或國際而不同,分述如下:

(一)市內電話:
市內通話只須撥對方的電話號碼即可,例如:2918-9393,前四個數字2918為交換局號碼,9393則為用戶號碼。

(二)長途電話:
欲撥長途電話時,須先撥長途冠碼「0」及對方區域號碼。以花蓮為例,先撥「038」,再撥電話號碼。 

(三)國際電話:
國際電話可直撥,但須兩國有健全的電信交換網,即由兩國的電信公司藉海底光纖電纜或通信衛星傳送,再連接國內交換網完成通話。 
國際電話的撥碼順序為:撥話地的國際冠碼-> 目標國國碼 -> 目標地區域號碼 -> 用戶電話號碼。例如:由臺灣撥號至日本東京,臺灣的國際冠碼是002,日本國碼81,東京區域號碼為3,其撥碼方式為002-81-3-35324118。 

 

  • 2.怎樣選購稱心的電話?

1.首先,您要選用與當地交換機制式相應的話機  

  1)如果當地是程式控制電話局,用戶應選用雙音頻式按鍵電話機,便於用戶使用程式控制電話的新功能。

  2)如果當地電話局是機電制交換機,用戶可選用撥號盤式電話機或是脈衝式按鍵電話機。

  3)如果當地有程式控制電話局,也有機電制交換機,用戶可以選用兼有雙音頻和脈衝式雙重撥號功能的電話機。(這種話機上有一個“P/T”開關,撥到“P”端,適用於機電制電話局,撥到“T”端,可使用雙音頻撥號方式。)

  注:您的電話必須有郵電部門的“入網證”。    

2.其次,對於多功能電話機,應根據自己的實際情況和需要來選擇功能   

  1)免提揚聲功能:適合希望不拿聽筒就能通話的需要(按免提鍵SPEAKER),也可多人共同接聽電話。

  2)液晶顯示功能:適合經常使用長途直撥電話的用戶,因為長途電話一次撥號的位數較多,容易撥錯,有液晶顯示則可避免撥錯號碼,對掌握通話時間也有好處。 

  3)錄音應答功能:適用於工作繁忙,經常外出工作的用戶使用。   

  4)電話號碼碼儲功能:能節省撥號和查號的時間。   

  5)保密功能(PRIVACY)   

  6)自動重撥功能(REDIAL)   

  7)外觀品質的檢查:塑膠外殼應光潔、無裂縫;放在桌面上平穩;搖動話機時不應有零件鬆動發出的聲音,電話的叉簧和按鍵靈話、彈起自如。話機的線繩插口不應鬆動,線繩不應有塑膠老化變硬的現象。


3.然後,您應對電話機的品質進行檢查 1)聲音檢查:按通線路後,檢查振鈴聲、電話聲和受話聲是否清晰,不應有尖銳的嘯聲和雜音。 

  2)功能檢查:應對電話機的主要功能進行逐項檢查。例如檢查揚聲器發出的音調是否有明顯的失真情況等。

4.最後,選擇話機的外形和顏色應考慮與使用環境協調。 

  • 3.什麼是程式控制電話
程式控制電話是指接入程式控制電話交換機的電話,程式控制電話交換機是利用電子電腦來控制的交換機,它以預先編好的程式來控制交換機的接續動作。此程式控制電話與一般機電式交換機的電話相比,具有接續速度快、業務功能多、交換高、聲音清晰、品質可靠等優點。
  • 4.程式控制電話有哪幾種特殊信號音
1.特種撥號音:是一種“嘟、嘟……、嘟、嘟……”的一短一長的聲音(響40毫秒,停40毫秒),頻率是450赫。當您的電話登記了某種新業務功能後,您拿起聽筒聽到的撥號音就是這種特殊撥號音。它用以提醒您,但並不妨礙打電話。 

2.擁塞音:是一種“嘟、嘟”的短音(響0.7秒,間隔0.7秒),頻率是450赫。它有點像忙音,但比忙音長,表示程式控制交換機因某種原因機線擁塞不通。  

3.空號音:是一種“嘟、嘟、嘟、嘟……”的三短一長的聲音(短音持續0.1秒,長音持續0.4秒),頻率450赫,表示您撥叫的電話號碼是尚未使用的空號。 

4.催掛音:是一種頻率為950赫的連續音,採用五級響度,聲音由小逐漸變大。當您用完電話沒把聽筒擱回話機或聽筒沒有擱好時,話機發出催掛音,提醒您把聽筒擱好。 

5.忙音:是一種“嘟、嘟、嘟、嘟”的短促音(響0.35秒,斷0.35秒),表示局內機線被佔用,或您撥叫的電話正在使用。  

  • 5.使用程式控制電話的注意事項
1.必須在規定時限內撥出對方電話號碼的第一位數,時限為20秒,如果超時將聽到忙音。  

2.聽到回鈴音或忙音的時間長短與對方的電話交換機制式有關。如果對方的電話不是程式控制電話局的電話,由於需要進行信號轉換,聽到回鈴音或忙音的時間要稍長些。  

3.對方振鈴超過一定時間將改送忙音。本地電話(含市話)和國內長途直撥電話為60秒,國際直撥電話為120秒。 

4.錯撥尚未使用的號碼將聽到空號音。 

  • 6.什麼是「門禁自動化」?
對於必需管制非特定人員限制進出某通道,這就是「門禁」的概念。例如女生宿舍必需住在這裡的人員方可進入此宿舍大門、社區地下室停車場入口必須是本社區住戶 … 等等管制,都是生活當中常見的區域管制措施。其他諸如:電梯、辦公室的大門、工廠的研發室或倉庫、甚至無塵室的入口氣沖室﹝ Air Shower ﹞,捷運入口、機場特定出入口 … 等等。這些區域都是基於安全性、機密性或是消費性等因素必需限制非允許分子進入。           

如果,這些進出人員頻繁的通道 使用傳統機械式鑰匙開關門,不但費時,使用者必感到不便與厭煩,而且門鎖因常常開關而容易故障。 這些都是非常不經濟的。所以運用電子科技的迅速性、正確性、紀錄性等的特質來符合這些門禁的管制,這就是龐大的「門禁自動化」市場由來!門禁系統與監視系統、防盜系統、消防系統號稱為安全自動化的四大產業。           

  • 7.門禁自動化有哪些優點?
• 方便性 :  
無論是「感應」、「輸入密碼」、「刷卡」數位系統或是按指紋等的生理特徵辨識系統,再多道的門禁管制場所,只要使用一張卡或是自己的指紋就可以進出,無須帶一大串鑰匙。尤其附其他功能的門禁系統(例如:薪資考勤,開門兼打卡)、或是可以坐捷運、公車、停車、開門的「一卡通」 … 等,這些都是門禁系統的方便性。   
• 迅速性 :  
自動化另一個的特徵就是「迅速」。你能想像一家三、四千人的工廠,員工在各生產線、辦公室、倉庫、實驗室 … 管制區域進進出出的頻繁度嗎?所以在流量龐大、進出頻繁的人員管制通道中,必須在非常短的時間內( 0.1 秒?)讓有資格的人員進入。還有,決定哪些人可以進入哪些門;哪些人不可以進入哪些門?哪些門的哪些時間不進入? … 等。
• 安全性 :   
這裡強調的「安全」不是指電鎖的防盜強度為何,而是當卡片遺失時,為避免被盜用侵入,直接在系統刪除此卡片,使之失效(例如集合式的學生套房,更新房客時不必再更新房鎖)。當然,要強化門禁的安全性是有非常多的防盜系統可以搭配的。
  • 8.種類眾多的門禁系統,其優、缺點為何?
辨識系統就是判別使用者的身分,在限制條件下只允許特定人員進出。大略區分為「數位」與「生物」二大類:
• 數位:有「感應卡」、 「密碼」、「刷卡」等。 
• 感應卡:目前台灣運用最廣的就是 RFID 非接觸性的感應讀卡機,也是目前使用最方便、功能最多的門禁系統。其優點是價格大眾化、感應卡除了有卡片造型外,也有鑰匙圈、手錶、項鍊、手環 … 等精巧的日常用品造型。 位數的密碼儲存在晶片當中,所以沒有誤判的情況。其缺點大概是要隨身攜帶卡片吧! 
• 密碼:直接輸入密碼就不用 隨身攜帶卡片了吧!真是方便(但是要記住密碼哦!!) 
• 刷卡:因為磁卡接觸讀頭,二者都容易毀損,目前幾乎已退出門禁市場。
• 生物:就是利用人體的生理特徵來判定,所以有「誤判率」的情形,當然近年來廠商的研發改良,誤判率都已降至可以接受的程度,大部分的廠牌也都通過國際規範的認證。至於生物辨識方面使用最廣的莫於「指紋機」,價格也逐漸大眾化。其次有「臉型辨識」、「聲紋辨識」、「視網模辨識」、「掌靜脈」 … 等,不過這些非常昂貴的系統只運用在高機密性高安全條件的區域。 
至於車道的「車牌辨識」也是以上的運用原理,把類比的特徵轉換成數位碼。 
  • 9.什麼是「 RFID 感應式」門禁系統?
 RFID 的中文名稱為「無線辨識系統( Radio Frequency Identification )」,是一種非接觸式自動識別系統,由於他是利用無線電波來傳送識別資料,一組射頻識別系統由標籤(卡片)與讀卡機組成。卡片上裝有電路,不需要電池。由於讀卡機從一段距離外間歇發射能量給卡片時,卡片上的電路即可通電,與讀卡機交換訊息。卡片基本上是在一塊矽晶片上加裝簡單的天線,然後以玻璃或塑膠組件封裝而成,所以進行識別工作時不需人工介入,可以在水中、油漬、高塵量的惡劣環境中運用。短距離 RFID 可運用在工廠自動化、貨品銷售,長距離 RFID 可用在收費系統或車輛身分識別。目前最為人熟知的 RFID 應用,就是寵物注射晶片,而許多知名飯店的門禁系統及保全系統亦已應用 RFID 的技術。   
  • 10.何謂CCD
何謂監視攝影機:   
 
監視攝影機顧名思義就是監視用的攝影機,它不是V8,也不是照相機,更不是 PC CAMERA 不過它的外號卻有一大堆,例如:針孔攝影機、電眼、監視器、攝影機、CCD、CCTV、卡麥拉等,還有人講不出來,乾脆就說銀行都有裝,照人的那個,大家也就明白了,因為銀行裝監視攝影機已有20餘年的歷史了。 
監視攝影機之構造大致由:鏡頭 (LENS)、攝像元件 (Pick up element : CCD) 、影像處理 ( CHIP SETS )、電源電路等組成。這四大部分個個關係到攝影機的品質(顏色、照度、解析度等),電源電路更關係到攝影機的壽命,前三項鏡頭、攝像元件或影像處理電路,如有問題也許會造成畫質變差影像模糊,但還有影像。一旦電源電路掛掉,則什麼都沒有了,黑漆漆一片。這個電源電路看似簡單,但是就是有人忽略了它,造成了產品較高的故障率。也許就那麼小小的一顆二極體或限流電阻或穩壓IC等燒毀,維修並不會很困難,所以我們要要求客人使用DC12V穩壓變壓器(Regulated Power Adaptor)。
     
監視攝影機最重要的組成零件,就是「攝像元件」(Pick up element),我們也常稱其為 SENSOR, 因為它決定了攝影機體積的大小,也決定了整之攝影機百分之80的影像品質。其依製程方式不同可分為以下三類:
1.TUBE 早期之攝像元件,類似真空管體積龐大,耗電,易發熱為其缺點,目前多以淘汰。 
2.CCD (Charge Coupled Device電荷耦合元件) IC之型態,體積小(約 1公分x 1公分),省電、照度、解析度、耐用度等各方面皆有不錯之表現。20年前誕生至今已完全取代TUBE(百分支99的V8及數位相機皆由其構成),亦為現今監視攝影機之主流元件,一般有1”、1/2”、1/3”、1/4”甚至1/5”尺寸大小的Sensor。  
CCD SENSOR 依廠牌一般有 : B/W : SAMSUNG, SHARP, LG  COLOR : SONY, PANASONIC, SHARP, TOSHIBA, SAMSUNG
3.CMOS (金屬氧化物半導體) IC之型態,體積同CCD一般但其小小的體積之內卻包括幾乎所有的電子電路,只需加上鏡頭和幾個電阻電容及構成1台攝影機,整體體積比CCD更小也更省電,不過其技術至今並不成熟,低照度、解析度等各方面效果皆不如CCD,品質差很多。其大部分皆用於掃描器或對於影像品質不很要求的拋棄式攝影機,或電子玩具產品、PC CAMERA等。 
監視攝影機次要的組成零件,就是「影像處理」 ( CHIP SETS ) , 通常與SENSOR同一廠牌, 有些廠牌 SENSOR 可與他種廠牌搭配 , 通常為2~3顆晶片組成, 目前趨勢已有出整合成單一CHIP 但效果不好。
電源電路 為重要的產品線路, 設計的好則相對提高產品壽命,目前有做公司有做逆壓保及過載保護線路與此中。
 
  • 11.何謂CCD與CMOS,有何不同與優缺點?
CMOS和CCD一樣同為在數位相機中可記錄光線變化的半導體 ,外觀上幾乎無分軒輊。但,CMOS的製造技術和CCD 不同,反而比較接近一般電腦晶片。CMOS 的材質主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶 – 電) 和 P(帶 + 電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。然而,CMOS因為在畫素的旁邊就放置了訊號放大器,導致其缺點容易出現雜點 ,特別是處理快速變化的影像時,由於電流變化過於頻繁而會產生過熱的現象,更使得雜訊難以抑制。 

CMOS 對抗CCD的優勢在於成本低,耗電需求少, 便於製造, 可以與影像處理電路同處於一個晶片上。但由於上述的缺點,CMOS 只能在經濟型的數位相機市場中生存。 然而,新一代 Fill factor CMOS 成為解決這個難題的救星,Fill factor CMOS 屬於新世代 CMOS感測器中最先進的製程技術,提高 Fill Factor(單一畫素中可吸收光的面積對整個畫素的比例),有效做到提升敏感度、放大CMOS面積(全片幅)和降低雜訊的影響。從早期 Canon D30選擇以CMOS當感光元件 開始,到目前高階旗艦級全片幅數位機身包括:Canon 1DsMarkII、Kodak DCS Pro/c 全面採用 Fill factor CMOS 技術,已經蔚為業界主流。 
  • 12.紅外線攝影機如何運作?

紅外線熱能偵測 

紅外線攝影機為非接觸式裝置,可偵測紅外線能量(熱能),將之轉換為電子信號,電子信號再經過處理後,在影像顯示器上形成熱成像,並計算溫度。紅外線攝影機可精準測量感應到的熱能,或將之精準量化,讓使用者不僅可以監控熱效能,還可以辨識、評估熱能相關問題的相對嚴重程度。   

紅外線創新技術 

近來的紅外線創新技術提供了更符合成本效益的熱能分析解決方案,其中尤以整合內建視覺影像、自動化功能、紅外線軟體研發的偵測技術最為關鍵。   

  • 13.監控系統的避雷
炎熱夏日,晴空中響起一聲雷,這是台灣典型氣候夏日雷陣雨,對酷暑來說可以趕走熱氣,對安全防盜監控系統來說,卻是即將面臨的考驗。    

以安全防盜監控系統來說,雷擊的種類可以分為外部與內部,外部雷擊,是由避雷針引雷進入大地時,所造成的直接損害,內部因素是因為雷擊所產生的突波及感應雷的衝擊(感應雷,又稱為「二次雷」),發生雷擊時會在周圍產生很大的瞬間電磁場,這種電磁場會在低壓電纜線路及影像,訊號線路上,分別產生100KV及50KV的電壓。  
感應雷對設備的損害沒有直擊雷大,卻比直擊雷發生機率高,許多監控設備在一聲轟隆巨響後,絕大部分監控設備會失去影像,就是感應雷所造成的 。   

  • 14.何謂網路監控攝影機 (IP Camera)
"IP"是"Internet Protocol"的縮寫,為目前於電腦網路及Internet上最通用的一種通訊協定。IP Camera及Speed Dome 為一種可產生數位化視訊流,並將視訊流透過有線或無線網路進行傳輸的攝影機,因此不管在多遠或任何地方,只要有網路,都可以進行遠端監控及錄影。對安全系統整合而言,鋪設同軸電纜線的工程為安裝傳統類比攝影機時最主要的成本。換句話說,若大部分的設備均已佈有網路線時,使用IP camera 及 speed Dome將可節省大量安裝佈線的成本。此外,IP camera並可讓使用者從遙遠的異地遠端觀看現場的即時畫面。  
  IP cameras 主要可應用在專業的安全系統中,可輕易的整合進大型且複雜的系統,但是同時又可以在一個較單純的監控環境中當作一個獨立的系統來使用。IP cameras可用來監控一些較敏感、需要高度警戒的區域,像是大樓、賭場、工廠現場、銀行及商店等等,這些地點都可以在附近由中央控管室來監看,或是由遠端警察局或保全中心等不同地點來監看。IP cameras 也可應用在取代一些類比攝影機,特別是為了公共安全而設的地方如地下道、街頭巷尾。IP cameras 也可用來管制門禁安全,不管是人或是車輛在經過時均可被記錄下形貌及時間,因此極容易追溯搜尋。這些影像資料都可以透過網路儲存在遠端的伺服器上。
  IP cameras連接到現有的IP網路上,並可透過網路提供各地即時且高畫質的影像。對於一些敏感區域像是電腦機房、櫃檯或其他遠端場所,都可透過區域網路或網際網路,用最經濟最簡單的方式來密切監看。IP cameras 不但可強化連鎖店面的監控,確保一切安然無恙,並且也對辦公室安全提供高度的防護,像是接待處、會議室等,都可監視內部的一舉一動,例如當有問題發生時,可搜查有哪些人曾進入電腦機房,以做出適當的處理。IP cameras 對製造業廠商也是一個相當好用的工具,主管可安坐在辦公室或家裡,就可以監控工廠的自動化生產設備、其他機器及生產線等等。  
  • 15.監控App有哪些應用問題?

網路頻寬不夠穩定

很多人以為智慧手機是走3.5G(3G)的架構,應該只有覆蓋率的問題,但事實不然!因為手機移動監控雖是運用3G平台,卻是傳輸TCP/IP的網 路通訊協定,以取得影像與控制訊號,所以就跟網路監控系統一樣,智慧手機監控也必須考慮影像在網路環境的流量穩定性。當然,3G基地台的覆蓋率,還是手機能否傳輸監控訊號的根本關鍵,就算仔細控制了頻寬流量,但在沒有3G訊號的地方,影像終究收不到。 

與傳統系統仍有明顯價差 

雖然透過智慧手機進行移動監控非常方便,但目前使用者普遍認為電信營運業者的收費仍偏高,還有就是當許多智慧手機同時連結雲端的即時影像資料流時,這對系統可能會是一大負載,設備器材也都要花上一筆經費去改造或更新,還要適應移動監控的需求,因此,與傳統監控相較,在成本價格上就有一段差距,並非人人都負擔得起。再加上目前智慧手機在亞洲地區仍是高消費品,若採用「一機一授權」的軟體收費方式,那就更讓使用者吃不消了,這是智慧手機監控面臨的問題之一。 

作業系統支援要面面俱到? 

再來就是手機端的支援問題,如前所述,手機監控的App有三大系統,而監控設備供應商若想滿足最多的使用者需求、取得最大商機,三種作業平台的應用程式可能都得開發,能否投入這麼多的開發成本,這也是一個大問題。

專業觀念認知不足

大眾對於智慧手機監控的了解與認知不足,是智慧手機監控目前面臨的最大問題。目前很多人還是只把App定位為一種隨興使用的遊戲或應用程式,並不是真的去了解監控App到底達到哪些意義、又可以對遠端的監控系統執行那些功能。例如一般人可能以為,在智慧手機觸控面板上快速滑動,便可以達到遠端監控的攝影機PTZ操作,但若以專業的安全監控角度進行實際連結測試,便會發現監控軟體與設備本身的控制協定都要支援,才能順利進行遠端PTZ操作。 
同時,快速滑動手機面板並無法帶動雲台或鏡頭快速動作,相反的反而容易造成當機。 
由於一般大眾對這些專業觀念多半還處於懵懂階段,導致出現很多模糊空間有待澄清,成為推廣手機監控的一大障礙。

手機儲存量、傳輸效能問題接踵而至

既然使用智慧手機監控方式,就會有在手機上儲存事件或即時影像片段的需求,也會開始考量畫面顯示格式、比例、解析度、畫面傳輸流量等,然而這些細節在監控App上,是否都能夠調整呢?據了解,目前多數供應商的軟體仍未支援手機端錄影。

由此看來,智慧手機監控應該還有不少需要進步的空間,但相信在越來越受到關注的趨勢下,供應商想必會更努力投入解決這些問題。

  • 16.高解析儲存量有多大?

一般碼率在6~20Mb之間,壓縮效率、壓縮方式不同,所獲得的最終檔大小約為:3-10GB/小時,因此便產生了對於儲存大容量的要求。當然一般意義上的影像,壓縮模式不同,佔用的儲存空間非常小,這裏主要討論一下高解析影像的儲存容量。 

高解析影像的一種應用是提供這些高解析網路影像資源下載的高解析網站,規模比較小的站點片庫中也會有成百上千部電影,這一類的網站在互聯網上多如牛毛,而每個站點儲存系統的淨容量要求至少在幾十T,加上某些站點要建立多個檔映射和下載種子以提高綜合流量,容量就不僅僅是幾十個T了。

另一種應用是高解析影像監控,雖然出於經濟性考慮,此種應用中高解析監控影像壓縮率會比較高。目前720P高解析影像攝像資料每小時影像錄影可壓縮到3GB左右容量,但由於採集的是高解析影像,而一般的監控系統攝像路數都是幾百乃至上千路,所以這種應用將需要更多的儲存設備和更大的儲存容量。以此為例,按一個月保存時間要求計算,可以得到這樣一個資料:3GB/小時×24小時×30天×1路=2.16T 

每儲存一路影像需要2T以上的淨容量,那麼計算一個擁有500路高解析影像攝像,需要保存30天的監控系統所需的最少儲存容量是1PB。 

  • 17.防盜系統 原理作用 主要用途
防盜系統,主要利用現有的電話網絡或者無線手機GSM網絡,通過無線或則有線的方式,連通主人電話,或則手機,實現遠程防盜功能的電子産品。目前市面上流行的防盜系統産品主要有一個接受信號的防盜主機和一系列警情探測頭組成。如紅外探測器。門磁,煙霧探測器,紅外柵欄等。防盜系統根據使用用途可分爲汽車防盜報警器,摩托車、電動車防盜報警器,家庭防盜監控報警器,辦公用防盜報警器等。一般的汽車防盜系統裏有一個集成芯片,裏面有一些開關門,當外加一個觸發電壓的時候,開關門就打開輸出一個正電壓到驅動電路,推斷執行機構和報警電路。無線電遙控器是防盜系統的重要組成部件,是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。這些信號被遠方的接收設備接收後,可以指令或驅動其它各種相應的機械或者電子設備,去完成各種操作,如閉合電路、移動手柄、開動電機,之後再由這些機械進行需要的操作。而且隨著科技的不斷發展和進步,防盜系統現在推出了最強的功能也是最多客戶要求的功能是“通過按下遙控器的上鎖鍵汽車防盜系統將自動進入防盜警戒狀態,如果車門被非法打開、點火、震動或者尾箱被非法打開時,汽車防盜器的防盜報警系統將會自動發送報警短信或撥打電話到預設號碼,確保汽車的安全。”    
  • 18.指紋識別的原理和方法
一、概述   
  
指紋識別技術主要涉及四個功能︰讀取指紋圖象、提取特徵、保存數據和比對。 在一開始,透過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖象,取到指紋圖象之后,要對原始圖象進行初步的處理,使之更清晰。 接下來,指紋辨識軟體建立指紋的數字表示--特徵數據,一種單方向的轉換,可以從指紋轉換成特徵數據但不能從特徵數據轉換成為指紋,而兩枚不同的指紋不會產生相同的特徵數據。軟體從指紋上找到被稱為節點minutiae) 的數據點,也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置,這些點同時具有七種以上的唯一性特徵。因為通常手指上平均具有70個節點,所以這種方法會產生大約490個數據。有的算法把節點和方向訊息組合產生了更多的數據,這些方向訊息表明了各個節點之間的關係,也有的算法還處理整幅指紋圖像。總之,這些數據,通常稱為模板,保存為1 K 大小的記錄。無論它們是怎樣組成的,至今仍然沒有一種模板的標準,也沒有一種公佈的抽象算法,而是各個廠商自行其是。最後,透過計算機模糊比較的方法,把兩個指紋的模板進行比較,計算出它們的相似程度,最終得到兩個指紋的匹配結果。  
二、取得指紋圖象  
1.取象設備原理取像設備分成兩類︰光學、矽晶體傳感器和其他。 

光學取像設備有最悠久的歷史,可以追溯到20世紀70年代。依據的是光的全反射原理(FTIR) 。光線照到壓有指紋的玻璃表面,反射光線由CCD 去獲得,反射光的數量倚賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂。光線經玻璃設到谷后反射到CCD, 而設到脊后則不反射到CCD ( 確切的是脊上的液體反光的)。  
由於最近光學設備的革新,極大地降低了設備的體積。最近90年代中期,傳感器可以裝在6x 3x 6 英寸的盒子裡,在不久的將來更小的設備是3x 1x 1 英寸。這些進展取決于多種光學技術的發展而不是FTIR 的發展。例如︰纖維光被用來捕捉指紋圖象。纖維光束垂直射到指紋的表面,他照亮指紋並探測反射光。
另一個方案是把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上,當手指壓在此表面上時,由於脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面,這些變化透過三棱鏡光的反射而反映出來。  
應用晶體傳感器是最近在市場上才出現的,儘管它在傳奇文學作品中已經出現近20年。這些含有微型晶體的平面透過多種技術來繪製指紋圖象。電容傳感器透過電子度量被設計來捕捉指紋。電容設備能結合大約100,000 導體金屬陣列的傳感器,其外面是絕緣的表面,當用戶的手指放在上面時,皮膚組成了電容陣列的另一面。電容器的電容值由於金屬間的距離而變化,這裡指的是脊( 近的)和谷( 遠的)之間的距離。壓感式表面的頂層是具有彈性的壓感介質材料,他們依照指紋的外表地形( 凹凸)轉化為相應的電子信號。溫度感應傳感器被設計為感應壓在設備上的脊和遠離設備的谷溫度的不同。 
超音波掃描被認為是指紋取像技術中非常好的一類。很象光學掃描的鐳射,超音波掃描指紋的表面。緊接著,接收設備獲取了其反射信號,測量他的範圍,得到脊的深度。不象光學掃描,累積在皮膚上的臟物和油脂對跨音速獲得的圖象影響不大,所以這樣的圖象是實際脊地形( 凹凸)的真實反映。
由於巨大的指紋辨別市場,如果想指紋識別在商業上的巨大成功,三個原素中的兩個原素是非常重要的,它們是低價格和緊湊的體積( 另外一個是上面談到的識別率)。90年代初到后期,取像設備的價格已經劇烈的下降,製造商最近又承諾,在最近幾年后,又要進行大幅度降價。至於體積,上面已經提到光學傳感器的體積從6x 3x 3 英寸降到3x 1x 1 英寸。應用晶體的傳感器的體積差不多是這樣或者更小。在晶片上,積體電路的技術越來越高( 如︰數字化電路把指紋信號轉化為數字信號強度),系統體積將越來越小,晶體傳感器的體積接近與手指大小所需要的體積,其長寬大約是1x 1 英寸高不到1英寸。在晶體傳感器之前,一些沒有用到的機能是局部調整、軟體控制、自動獲取控制(AGC) 技術。對于大多數光學設備,只能透過人工調整來改變圖象的質量。
然而,晶體傳感器提供自動調節象素,行以及局部範圍的敏感程度,從而提升圖象的質量。AGC 在不同的環境下結合回饋的訊息產生高品質的圖象。例如,一個不清晰( 對比度差)的圖象,如乾燥的指紋,能夠被感覺並增強靈敏度,在捕捉的瞬間產生清晰的圖象( 對比度好); 由於提供了局部調整的能力,圖象不清晰( 對比度差)的區域也能夠被檢測到( 如︰手指壓得較輕的地方)並在捕捉的瞬間為這些象素提升靈敏度。
光學掃描也有自己的優勢。其中之一在較大的模型可以做較大指紋取像區域。而製造較大的應用晶體傳感器的指紋取像區域是非常昂貴的,所以應用晶體傳感器的指紋取像區域小于1平方英寸,而光學掃描的指紋取像區域等于或大于1平方英寸。然而這個對于較小的光學掃描設備並不是優勢。較小的光學掃描也是較小指紋取像區域,這是因為較大的指紋取像區域需要較長的焦點長度,所以要有較大包裝,否則如果較大的取像區域使用較小的包裝,則光學掃描設備會受到圖象邊緣線形扭曲的影響。
晶體傳感器技術最重要的弱點在于,它們容易受到靜電的影響,這使得晶體傳感器有時會取不到圖象,甚至會被損壞,另外,它們並不象玻璃一樣耐磨損,從而影響了使用壽命。 總之,各種技術都具有它們各自的優勢,也有各自的缺點。我們在下面給出三種主要技術的比較。
 
比較項目
光學全反射技術
矽晶體電容傳感技術
超音波掃描
體積
耐用性
非常耐用
容易損壞
一般
成像能力
乾手指差,但汗多的和稍臟的手指成像模糊
乾手指好,但汗多的和稍臟的手指不能成像
非常好
耗電
較多
較少
較多
成本
很高
 
2. 圖象增強剛獲得的圖象有很多噪音。

這主要由於平時的工作和環境引起的,比如,手指被弄髒,手指有刀傷、疤、痕、乾燥、濕潤或撕破等。圖象增強是減弱噪音,增強脊和谷的對比度。想得到比較乾淨清晰的圖象並不是容易的事情。為這個目標而為處理指紋圖象所涉及的操作是設計一個適合、匹配的濾鏡和恰當的閥值。指紋還有一些其他的有用的訊息。比如︰類似于脊的多餘的部分即使一些特別的脊不連續,但仍可認為是脊的一部分,從而決定他的走向。我們可以利用這些多餘的訊息。
有很多圖象增強的方法。大多數是透過過濾圖象與脊局部方向相匹配。圖象首先分成幾個小區域( 窗口),並在每個區域上計算出脊的局部方向來決定方向圖。可以由空間域處理,或經過快速2維傅立葉變換后的頻域處理來得到每個小窗口上的局部方向。 設計合適的,相匹配的濾鏡,使之實用于圖象上所有的象素( 空間場是其中的一個)。依據每個象素處脊的局部走向,濾鏡應增強在同一方向脊的走向,並且在同一位置,減弱任何不同于脊的方向。后者含有橫跨脊的噪音,所以其垂直于脊的局部方向上的那些不正確的橋會被濾鏡過濾掉。所以,合適的、匹配的濾鏡可以恰到好處地確定脊局部走向的自身的方向,它應該增強或匹配脊而不是噪音。圖象增強,噪音減弱后,我們準備開始選取一些脊。雖然,在原始灰階圖象中,其強度是不同的而按一定的梯度分佈,但它們真實的訊息被簡單化為二元︰脊及其相對的背景。二元操作使一個灰階圖象變成二元圖象,圖象在強度層次上從原始的256色(8-bits)降為2色(1-bits)。圖象二元化后,隨后的處理就會比較容易。 二元化的困難在于,並不是所有的指紋圖象有相同的閥值,所以一般不採取從單純的強度入手,而且單一的圖象的對照物是變化的,比如,手在中心地帶按的比較緊。因此一個叫“局部自適應的閥值(locally adaptive thresholding)”的方法被用來決定局部圖象強度的閥值。
在節點提取之前的最后一道工序是“细化(thinning)”。細化是將脊的寬度降為單個象素的寬度。一個好的細化方法是保持原有脊的連續性,降低由於人為原素所造成的影響。人為原素主要是毛刺,帶有非常短的分支而被誤認為是分叉。認識到合法的和不合法的節點后,在特徵提取階段排除這些節點。
三、指紋識別技術的基本原理
指紋其實是比較複雜的。與人工處理不同,許多生物識別技術公司並不直接存儲指紋的圖象。多年來在各個公司及其研究機構產生了許多數字化的算法(美國有關法律認為,指紋圖象屬于個人隱私,因此不能直接存儲指紋圖象)。但指紋識別算法最終都歸結為在指紋圖象上找到並比對指紋的特徵。 指紋的特徵 我們定義了指紋的兩類特徵來進行指紋的驗証︰總體特徵和局部特徵。總體特徵是指那些用人眼直接就可以觀察到的特徵,包括︰

基本紋路圖案
環型(loop), 弓型(arch), 螺旋型(whorl)。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠遠不夠的,這只是一個粗略的分類,但透過分類使得在大數據庫中搜尋指紋更為方便。 

模式區(Pattern Area)
模式區是指指紋上包括了總體特徵的區域,即從模式區就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區的數據。 Aetex 的指紋識別算法使用了所取得的完整指紋而不僅僅是模式區進行分析和識別。

核心點(Core Point)
核心點位于指紋紋路的漸進中心,它用于讀取指紋和比對指紋時的參考點。

三角點(Delta)
三角點位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉處,或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數和跟蹤的開始之處。

式樣線( Type Lines)
式樣線是在指包圍模式區的紋路線開始平行的地方所出現的交叉紋路,式樣線通常很短就中斷了,但它的外側線開始連續延伸。

紋數( Ridge Count)
指模式區內指紋紋路的數量。在計算指紋的紋數時,一般先在連接核心點和三角點,這條連線與指紋紋路相交的數量即可認為是指紋的紋數。 局部特徵 局部特徵是指指紋上的節點。兩枚指紋經常會具有相同的總體特徵,但它們的局部特徵──節點,卻不可能完全相同。

節點(Minutia Points)
指紋紋路並不是連續的,平滑筆直的,而是經常出現中斷、分叉或打折。這些斷點、分叉點和轉折點就稱為“節點”。就是這些節點提供了指紋唯一性的確認訊息。
指紋上的節點有四種不同特性︰
1. 分類 節點有以下幾種類型,最典型的是終結點和分叉點。
A. 終結點(Ending) -- 一條紋路在此終結。 
B. 分叉點(Bifurcation) -- 一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。 
C. 分歧點(Ridge Divergence) -- 兩條平行的紋路在此分開。 
D. 孤立點(Dot or Island) -- 一條特別短的紋路,以至於成為一點。
E. 環點(Enclosure) -- 一條紋路分開成為兩條之后,立即有合併成為一條,這樣形成的一個小環稱為環點。
F. 短紋(Short Ridge) -- 一端較短但不至於成為一點的紋路。
2. 方向(Orientation) -- 節點可以朝著一定的方向。
3. 曲率(Curvature) -- 描述紋路方向改變的速度。
4. 位置(Position) -- 節點的位置透過(x,y)坐標來描述,可以是絕對的,也可以是相對于三角點或特徵點的。
四. 系統問題(system issues)
有效的指紋辨識系統不僅僅倚賴于辨識算法,還有其他的一些重要原素,這裡稱之為“系統問題”。包括註冊和辨識過程,速度和工作學、用戶訊息的回饋、排斥欺騙和安全考慮。
為了得到較好的識別率,重要的是在註冊時盡量獲得最好的指紋圖象,這是因為註冊一般只進行一次,而以後的辨識是經常的。一個較好的指紋識別系統應要求用戶的指紋在登記指紋時多次獲取指紋,然後,把最好的指紋或每次獲得的指紋的綜合的結果作為註冊的指紋。
又一個方法可以作為指紋系統設計時的考慮,即我們可以多次取像直到得到一個確定的匹配,但這個過程在降低了拒判率的同時,提升了誤判率。辨識不僅僅只用一個手指的指紋,可以用兩個或更多的手指的指紋,這樣可以增強識別率,當然這樣一來會浪費用戶的許多時間。 系統的工作學是很重要的。例如︰在個人識別系統中,人們願意等待時間的極限,這個極限時間根據特定的應用而不同,倚賴于在處理的過程中人們正在做什麼。例如︰刷卡或輸入ID號的過程,從0.5-1.5秒被認為是可接受的時間;另外,拒判而重複次數不應超過3次。 
驗証和辨識的過程、取像設備的設計拒判率和誤判率關係的設定,為了儘可能的獲得高品質的指紋圖象而提示用戶手指該怎樣放置,正確的回饋訊息是非常有用的。如“手指放得太高”,“手指按得不夠重”等。 在指紋識別系統中,反欺騙的措施用來阻止人造指紋、死指紋和殘留指紋。殘留指紋是由於皮膚油或其他原因殘留在傳感器上。傳感器應建立反欺對策,使得有能力識別真實的皮膚溫度、阻力或電容。 既然指紋識別系統是為安全而考慮的,例如,節點模板數據庫必須是安全的,以防止一個冒名頂替的人將自己的指紋存進數據庫而成為合法的用戶。指紋匹配的結果是“YES”或“NO”,以此獲得訪問權。如果有人簡單地繞過指紋匹配而能去直接發送一個“YES”,那么系統就是不安全的。這個問題的解決是確保主機接收的識別結果是來自真正的合法用戶,如透過數字信號發送給主機。
總之,在一個完整的指紋識別應用系統中有許多問題值得考慮,解決好這些問題有助于成功地建立有效的系統,相反,則有可能會使得高明的技術被束之高閣,甚至導致應用系統最後的失敗。

  • 19.什麼是專車專用防盜升級系統???

專車專用防盜升級系統,主要從電路功能跟原車兼容,採用汽車廠品質標準,安裝安全快捷三個因素徹底解決了傳統防盜系統的品質和安裝缺陷,是跟汽車廠接軌的產品,是汽車防盜系統史上的一次大變革,是汽車防盜系統新生代的代表。

中控、防盜主機一體化,改善產品兼容性能 
遙控、車匙一體化,提高車輛檔次 
原車插頭對接安裝,不破壞原車電路 
安裝方式出廠定制,安裝簡易快捷 

該系統結合了原車汽車電路結構、微電腦程序而專門開發的高安全性、高可靠性、使用簡便的高科技配套汽車防盜系統。 
該系統綜合了原車汽車的配套產品的開發經驗,採用微電腦數字化控制技術,使系統本身俱有了故障保護功能,極大的提高了本產品系統可靠性、使用壽命。全面的保護了配套汽車的車身電路。 
該系統採用了與傳統防盜器完全不同的微電腦數字化控制運行方式以及汽車CAN網絡通信技術,是本系統與原車完全相同的CAN網絡命令格式,從根本上消除了防盜系統與汽車電路的控制衝突。 
該系統兼容使用原車遙控器直接控制車門上鎖、開鎖;啟動、解除防盜功能,其遙控器編碼由原廠設定,並採用跳碼防掃描跟踪技術保證無重複和復制。 
該系統具有車門未關提示,遙控自動關車窗、天窗,行車時速15KM每小時自動上鎖功能,振動報警功能,非法開啟報警功能,非法點火報警功能,急剎車開鎖等人性化安全等功能。  

功能:  
1.遙控設置警戒:
按遙控器上鎖,6秒後進入防盜警戒狀態。
2.自動設置警戒:
拔下車鑰匙下車。未按遙控上鎖,30秒後自動進入防盜警戒狀態。 
3.自動鎖車門:
拔下車鑰匙下車,未按遙控上鎖,30秒後車門自動上鎖。 [可選擇,出廠時禁止] 
4.遙控解除警戒:
按遙控開鎖鍵。車門鎖打開,警戒解除,可正常開門點火。 
5.緊急解除警戒:
遙控器失效,用原車鑰匙插入點火開關。 8秒內完成5次OFF---ACC轉換動作,即可解除警戒和防盜。 
6.洗車/修車、防擾:
連續按遙控開鎖鍵4次,進入檢修/洗車狀態(喇叭快鳴4次提示)LED指示燈常亮。此後不自動上鎖,禁止報警,開門不閃燈,按遙控上鎖鍵退出檢修/洗車狀態。 [保護電瓶,防止擾民] 
7.緊急剎車開鎖:
汽車行駛,遇緊急情況,緊急剎車(即:在1秒內減速25km/h以上),系統將控制車中控鎖自動彈開車鎖門,方便上下車救援。   
8.非法開門報警:
在警戒狀態下,車門或背艙門被打開,喇叭鳴響報警並伴隨閃燈報警。 [同時檢測背艙玻璃門] 
9.非法點火報警:
在警戒狀態下,點火著車,報警喇叭鳴響並伴隨閃燈報警。 [無法著車,防盜]  
10.車體振動報警:
警戒狀態下,車體受到碰觸報警震動,系統報警。 [輕微震動只閃燈] 
11.儲電報警喇叭:
採用儲電式報警喇叭,喇叭線被剪斷時即刻鳴響報警。 [防止箭線] 
12.行車自動上鎖:
車速超過15km/h後,系統會將車門自動上鎖,防止乘客(小孩)在行車中誤開車門產生危險。以及在等紅燈時防止歹徒伺機開車門搶劫。 
13.熄火自動開鎖:
熄火後車門會自動開鎖,方便上下
14. .開車門提示:
路邊停車開車門時有閃燈提示,未關嚴車門遙控上鎖時有聲響提示。 
15 .振動報警靜音防盜:
連續按開鎖-上鎖-開鎖鍵進入振動靜音防盜(喇叭快響3次提示)車輛振動時喇叭不響,只閃燈,按開鎖鍵退出靜音防盜狀態。 [防止擾民] 
16 .遙控關車窗:
連續按三次上鎖鍵(每次間隔不超過1秒),喇叭BIBI快響兩次,系統關好車窗(含天窗),按開鎖鍵停止
17.一鍵開窗:
車主上車前,只需按遙控開鎖鍵一次,系統將開啟所有車窗,天窗。 (可選功能,出廠時禁止)
18.一鍵關窗:
車主下車關門,只需按遙控上鎖鍵一次,系統將關閉所有車窗,天窗。 (可選功能,出廠時禁止)
19.自動關車窗:
拔下鑰匙下車,30秒後自動關閉車窗、天窗。 (可選功能,出廠時禁止)  
  • 20.什麼是光纖 ?原理為何 ?怎麼構成的呢?
「光纖」就是能輸送光線的纖維。其實它與能輸送自來水的水管以及能輸送瓦斯的瓦斯管一樣,只是管子的粗細小了許多,管徑的大小大約只有萬分之一公尺,只比頭髮稍粗。「光纖」的主要功用就是傳輸「光波」,因為「光波」在空氣中傳送都是沿直線進行,很容易被障礙物阻擋,所以需要「光纖」來幫忙輪送。其實它的作用,與水管輸送自來水和瓦斯管輪送瓦斯的功能並無不同,只是「光纖」是根據「全反射」的原理來傳輸「光波」,而在「全反射」的狀況下,整條「光纖」就像一條周圍都是鏡子的管線,一旦光線進入這條管子,它再也跑不出來,只有乖乖地從進口的這一端乖乖地跑到出口的那一端,就完成了「光波」的傳輸。
  
其實,一旦「光波」進入「光纖」,或多或少的還是會從「光纖」內部漏出來,跑出來量的多少,跟「光纖」的品質有很大的關係。玻璃做的光纖,品質較好,價格較貴,漏出的光量較少;塑膠做的光纖,價格較低廉,但相對地漏光量也較大,這也是一分錢一分貨的道理。可是無論漏光量的大小,聰明的科學家與工程師們,都有因應的辦法:把「玻璃光纖」使用在需要傳真度較高的訊號傳輸,例如有線電視、光纖網路等應用上,而故意把漏光量大的塑膠光纖,應用到照明的用途上,像是把「塑膠光纖」環繞游泳池的周邊,不但達到省電照明的功效(比四周設置電燈要便宜),而且還有藝術的效果。這種化腐朽為神奇、把缺點變成優點的作法,其實就是能深切體會到「尺有所量,寸有所短」這個道理。其它還有許許多多的應用,我們在後面再一一的來介紹。
 
在日常生活中,我們時常聽到「光纖通訊(Optical Fiber Communications)」,但什麼是「光纖通訊」呢?它又是如何傳遞光的訊號呢?為了解這個問題,我們先從「光傳輸」的歷史講起。

以光作為通訊的觀念可以追溯回較古的時代,當時是用火光來傳遞訊號作為警戒用途。後來則是在海上航行的船隻利用燈號來作為通訊用途。至於第一項屬於「光通訊」的專利則是在西元1880年由貝爾(Alexander Graham Bell)發明的「光話機」(Photophone)所獲得。貝爾將太陽聚成一道極為狹窄的光束,照射在很薄的鏡子上,當人們發出聲音的「聲波」讓這面薄鏡產生振動時,「反射光」「強度」的變化使得感應的偵測器產生變動,改變「電阻」值。而接收端則利用變化的「電阻」值產生電流,還原成原來的「聲波」。當貝爾測試「光話機」成功時,他寫下了「我聽到光線的笑聲、咳嗽聲和歌唱聲」。      

他的這項發明僅能傳播約200公尺,因為藉由空氣傳遞的光束,遇到的情況都不盡相同,例如霧、雨或雪都能阻擋光線,甚至在乾燥而新鮮的空氣中,光線強度仍會隨距離迅速減弱。當時貝爾雖曾預測這項發明「在科學世界裏,將遠比電話、留聲機和麥克風更有趣」,但由於光線在空氣中的衰減速度很快,使得「光通訊」並非很實用。因此,有人也想到了利用物質傳導光。所以在西元1870年時,約翰道耳(John Tyndall)作了一個實驗,讓「光波」在由桶底流出的水柱中傳播,因為光為「電磁波」的一種,所以我們稱水柱那樣可以傳導光波的物質為「波導(waveguide)」。介質「波導」的理論則始於西元1910年,由Hondros及Debye首先提出。

近代的「光纖通訊」始於1960年代,而使得「光纖」成為現在及未來通訊的主力乃是基於兩個事件的激發:首先是西元1960年美國物理學家梅門(Theodore Harold Maiman)成功地使紅寶石振盪產生「雷射光」。第二則為西元1966年,科學家高錕(Charles Kao)及George A. Hockham,他們預測所製作的「光纖」,能夠讓「光波」在其中傳輸一公里,仍有原來1﹪的光能量,那麼「光纖」就能夠像電纜一般,來作為傳輸工具。因為在當時,即使是最好的「光纖」,「光波」在其中傳輸20公尺就已使光能量降低至原來能量的1﹪。 

到了西元1970年,由貝爾實驗室製作成功,可於常溫下連續振盪之半導體雷射(Semi-Conductor-Laser)及康寧玻璃工廠(Corning Glass Work)製造出每公里衰滅小於20分貝的低損失石英質(Silica)光纖後,「光纖」技術一日千里。今日,由於光電科技的發展,每公里衰滅低於1分貝,傳輸頻寬(「頻率寬度」)高於800MHZ的光電纜已可大量生產,再配合「高階數位多工」(High Order Digital Multiplex)技術的發展以及高性能「光電元件」(Opto-Electronic Device)的開發,每秒傳播速度高達九千萬「位元(Binary Digit,簡稱bit)」,甚至每到每秒四億「位元」之高速大容量光通訊系統,目前已達實用化的階段。    

「光纖傳輸」的優點包括了:1.低損失與寬頻帶;2.尺寸小及彎曲半徑小;3.不導電、不輻射、不感應;4.重量輕等等。低損失與寬頻帶所提供的大傳輸量使得飄(Gone With The Wind)整個電影只要1秒鐘即可傳送至家裏的電視;甚至一條「光纖」中一次可容納2萬4仟門電話同時通話傳送。貝爾實驗所發展的光導系統,可結合聲音、類比數據、數位數據、影像電話及各種視訊的服務,因此,這對資訊的傳輸產生了相當大的革命,這種傳輸方式將會是未來有線電視臺(第四臺)傳播視訊的主流。

尺寸小及彎曲半徑小,質量輕的特點,使得「光纖」和「光纖」在空間的利用上獲得很多便利,例如它可用於飛行器材、飛行工具、船上以及城市擁擠的地下導管等等。又因「光纖」屬於「電介質波導」(電的不良導體),所以「光纖」不導電,不輻射及不感應之特性,可以避免諸如利用金屬作為傳輸介質所引起的輻射干擾,地迴路以及感應相關之麻煩問題上。  

另外,因為「光纖」的運用彈性很大,使得工程師們得以選擇「光纖」作任何傳輸能量的使用。爾後,隨著系統擴增,只須改變終端的電子設備,就可以使「光纖」作高傳輸能量的使用。這是說「光纖」的訊號傳輸損失量為一定值,它的傳輸量能適應系統的需求做各種幅度的增長;而金屬的損失量卻是隨傳輸量的增加而加大,故傳輸量改變,整個系統也要改變,不如光纖的運用有彈性。 

光在傳播之時,若經兩個不同「介質」的介面,由於介質傳遞光的速度不同,就會產生「折射」,例如插入水中的筷子好像折斷一般。當光從傳遞速度慢的介質到傳遞速度快的介質時,會有一部分「折射」,一部分「反射」,到了某一角度時會沒有「折射」,此時稱之為「全反射」。舉個例子來說,在大樓前的噴水池,為了夜晚時有美觀的效果,經常會在水池中放置五顏六色的燈光,但您可曾注意到從水中射出來的光只集中在燈中間部分,而在水及燈的周圍卻有光暈,這些光暈就是因為「全反射」,將手電筒放在注滿水之水桶中(水桶越大越好)往上照,此時大部分的光都會照出來,然後我們慢慢地將手電筒傾斜下來,就可看到「反射」的光越來越多,「折射」的光越來越少,一直輕斜至某一個角度時,可以看見水桶底下都是光,而上面卻沒有光透出來,這就是「全反射」現象。 

光在水中傳遞的速度要比在空氣中傳遞的速度慢,故光從水中傳遞至空氣中時,便會有「全反射」現象。在這裏我們要介紹一個光纖上常用的專有名詞--「折射率(Refractive Index)」,即光在真空中(如太空)傳遞的速度與光在介質中傳遞速度的比值稱之為該介質的「折射率」。換言之,光從「折射率」大的介質到「折射率」小的介質,會產生「全反射」現象。玻璃的「折射率」比空氣的「折射率」大,因此光從玻璃到空氣也會有「全反射」的現象。「光纖」便是以玻璃纖維做為介質來傳遞光,使光利用「全反射」原理在玻璃和空氣介面作「全反射」,如此一來光就不會外洩。又光在「光纖」中可隨著玻璃纖維的方向而改變,就有如電纜上的電一樣。 

當我們用無線電傳送資訊時,必須先化成一系列的電訊號,由發射站轉換成為「無線電訊號(Radio Signal)」,而接收站接到這些訊號後,再將其轉換成電訊號,之後再解碼轉換成我們需要的資訊。同理,光也可以藉著閃爍光源,如訊號閃光燈的開或關而產生一系列的圖形,我們稱之為「光訊號」。因為前面說過光比電有更大的傳輸資訊能力,也就是說光可以斷成為更短的脈衝,因此在相同的時間裏可形成更高密度且資訊豐富的圖形。在這種速率下,藉著合併圖形單元成為一個個的「堆積(Stack)」,就可在同一條纖維中,同時傳送很多不同的資訊。就如同汽車從交流道進入高速公路一樣,不會撞到其它汽車。這也就是為何「光纖」能同時容納很多資訊在其中傳輸的原因。 

光纖的結構為圓形且細如髮絲之玻璃纖維,主要分為兩部分,裏層稱「核心(Core)」,通常以玻璃做成;外層稱為「纖殼(Clad)」。因為「光纖」是屬於介質波導之一種,故只要條件許可,也可使用特殊的塑膠材料或液體材料。由於「光纖」的「核心」的直徑只有數個「微米」(百萬分之一米)至數十「微米」,而「纖殼」的直徑也僅在一百至兩百「微米」之間,其本身相當微弱。因此,在一般應用中,會於外層再鍍上一層塑膠,並再加一層尼龍,以免受到外界化學物質的侵蝕。若將幾條如上述一般之光纖維起來,就可形成所謂的「光纖電纜」了,或簡稱為「光纜」。 

「光纖」依其「折射率」分布之不同,可分為兩種:一種是「級(階)射率光纖(Step Index Fiber)」;另一種為「斜(緩)射率光纖(Graded Index Fiber)」。又可依「傳播模態」的不同,分為兩「單模態光纖(Single-Mode Fiber)」及「多模態光纖(Multi-Mode Fiber)」。在此要強調一點,除「單模態光纖」之外,其它如「級射率」或「斜射率」光纖則都屬於「多模態光纖」。「級射率光纖」因其「核心」與「纖殼」之「折射率」變化劇烈,因此「核心」射向外殼之光束會在介面產生「全反射」;光則不停的依「全反射」之形式傳播,沿中心軸前進的光線和反射前進的光線到達終點的時間有差異。「單模態光纖」之「核心」其直徑非常細,因此只有平行中心軸的光線進入「核心」,故光線到達終點的時間一致。「斜射率光纖」,因其「核心」「折射率」之變化是緩和且連續,又因光在介質中之速度和「折射率」成反比,故原先偏離中心軸的光線,經過連續曲折後,依序會再回中心軸,最後到達終點的時間大約一致。 

「光纖」除應用在大量資訊傳輸之外,一般最常用的則是影像傳送,例如工程師可在安全距離檢查核能電廠的輻射區,「光纖」在醫學上的應用也很多,例如內視鏡,它是一根柔軟可彎曲且內含數條「光纖」的管子。當它滑入病人的嘴、鼻、消化道及其它心臟等由體外看不到的地方時,醫生便能由內視鏡看到內部變化,而減少進行冒險性手術的需要
基本結構包含內層的纖心〈折射率ncore,半徑a、直徑2a ,的圓對稱〉、及外層的纖衣〈折射率ncl,直徑d〉。因為,纖心較纖衣具有較高的折射率,使得內部的光波因滿足全反射而能做長距離的傳輸。纖衣直徑範圍大約從單模的4-8µm到多模的50-100µm,甚至在能量傳輸的應用上光纖的纖心直徑還達200-1000µm〈見section 0.5討論到應用的部分〉。Communications-grade 光纖的纖衣直徑範圍在125-140µm,和一些單模光纖80µm。高級的communications光纖,其纖衣以及纖心是由silica玻璃組成的。當然較低品質的光纖,就是由玻璃的纖心加上塑膠的纖衣,在壞一點的還有全由塑膠組成的光纖。後者具有較高的attenuation 係數,但只能被運用在短程的光纖應用。
光纖的速度介紹: 骨幹常用的光纖規格STM16及642的傳輸速率,為銅線E1及E5的速率,分別為5~1000及20~4000倍。
銅線與光纖傳輸速率比較
TDMSDH/SONET
傳輸規格傳輸速度傳輸規格傳輸速度
E12.048MbpsOC-1/STM052Mbps
E28.448MbpsOC-3/STM1155Mbps
E334.368MbpsOC-12/STM4622Mbps
E4139.268MbpsOC-48/STM162.5Gbps
E5565.148MbpsOC-192/STM6410Gbps
以家庭頻寬需求來看,至2005年以前,XDSL及Cable還算可滿足需求,但至2010年,家庭頻寬需求達100Mbps以上,則光纖到家FTTH將可達到。但以企業需求來看,光纖到辦公室FTTO則目前已經有此需求,並也已實行。但依據ITU預估,至2004年,接取網路中的XDSL及Cable,佔有率可達七成,光纖則不到1%。因此至2010年以前,光纖應用還將會已骨幹網路為主,接取網路須在2001年以後。 
寬頻服務對頻寬的需求
  2000年2005年2010年
家庭容量64K~1.5Mbps1.5~10Mbps100Mbps
應用Internet接入、視訊電話高速Internet接入、遠距醫療及教學、隨選視訊(VOD)多頻道隨選視訊、家庭辦公
企業容量10~150Mbps150~600Mbps600M~100Gbps
應用LAN連接、視訊會議LAN連接、高速LAN辦公LAN連接、高速LAN辦公  
  • 21.光纖通訊的歷史
近代的「光纖通訊」的發展始於1960年代,而使得「光纖」成為現在及未來通訊的主力乃是基於兩個事件的激發:首先是西元1960年美國物理學家梅門(Theodore Harold Maiman)成功地使紅寶石振盪產生「雷射光」。第二則為西元1966年,科學家高錕(Charles Kao)及George A. Hockham,他們預測所製作的「光纖」,能夠讓「光波」在其中傳輸一公里,仍有原來1﹪的光能量,那麼光纖就能夠像電纜一般,來作為傳輸工具。因為在當時,即使是最好的光纖,光波在其中傳輸20公尺就已使光能量降低至原來能量的1﹪。
到了西元1970年,貝爾實驗室成功製造出可於常溫下連續振盪之半導體雷射(Semi-Conductor-Laser),及康寧玻璃工廠(Corning Glass Work)製造出每公里衰滅小於20分貝的低損失石英質(Silica)光纖後,「光纖」技術一日千里。   
今日,由於光電科技的發展,每公里衰滅低於1分貝,傳輸頻寬高於800MHZ的光電纜已可大量生產,再配合「高階數位多工」(High Order Digital Multiplex)技術的發展以及高性能「光電元件」(Opto-Electronic Device)的開發,每秒傳播速度高達九千萬「位元(bit)」,甚至到每秒四億「位元」之高速大容量光通訊系統,目前已達實用化的階段。 
  • 22.光纖通訊的優點
光纖通訊的優點: 
(一)長距離通信,減低成本:  
1.譬如1.3微米波長之光纖用於傳輸時,每公里約有0.4~0.5dB的損失;
而1.5微米之光纖每公里約有0.2~0.25dB之低傳輸損失。   
2.和傳統的銅線電纜傳輸系統比較,光纖通信使傳輸的中繼距離增長至 
數十公里,並可大幅度地減少中繼器之數目,降低通信系統的成本。  
3. 舉例來說:若從台北至基隆,距離不過二十多公里;若採用光纖連接,
則基隆地區就不須設大型機房。由於光纖傳輸損失低,增長中繼區間
的傳輸,減少系統成本及複雜性,更適用於長途傳輸。  
(二)光纖質細、輕並富可繞性,容易集結成束,故光纖集結成光纜埋設時,
可節省管道空間。有效提高管道使用率,配置空間的經濟性高,適用於
飛行器,衛星及船艦。  
(三)光纖具有極大的通信頻寬,頻寬可達1~2GHz以上。一般普通同軸電
纜的頻寬約330MHz~550MHz,相較之下,光纖有著極高之載訊容量。 
(四)光纖材料一般皆為石英玻璃,其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長之特 性,加上光纖有極佳的柔軟性及應變性,良好的保護外被及抗張物質,   
使光纖傳輸可節省經營成本。   
(五)由於光纖介質作成如石英玻璃,即為良好絕緣體,不會受到電磁波等之
干擾,適用於容易受雷擊或高電場區,可大大提高通信的傳真度。
(六)保密性高 光信號不會從光纖中幅射出去,適用於軍事,銀行連線及電
腦網路。  
  • 23.光纖通訊系統的類別
整體光纖通訊產業包括的範圍相當廣,從局端設備、傳輸設備、傳輸設備中的零組件、及用戶端的網路設備…等都有光纖通訊的專有產品,雖然產品相當繁雜,不過以目前已可商業化量產的產品來分類,其零組件大致可粗分為三大類:光纖及用光纖做成的光纜、光主動元件、及光被動元件等。
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