Проект строительства внутризоновой ВОЛП на участке п.Маслянино – г.Черепаново

      6.8    Монтаж оптических кабелей 

       Монтаж  оптических кабелей — наиболее ответственная  операция,  предопределяющая  качество  и дальность  связи  по  ВОЛС. Соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий. Монтаж подразделяется на постоянный (стационарный) и временный  (разъемный).  Постоянный  монтаж  выполняется  на стационарных   кабельных   линиях,   прокладываемых   на   длительное время, а временный — на мобильных линиях, где приходится неоднократно  соединять и разъединять строительные длины кабелей. Соединители оптических волокон, как правило, представляют собой арматуру, предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон,  а также для  механической защиты сростка. Основными требованиями к ним являются: простота конструкции, малые переходные потери, устойчивость к внешним механическим и климатическим   воздействиям,   надежность.     Дополнительно к  разъемным  соединителям предъявляется  требование неизменности параметров при повторной стыковке. 

       Потери  в соединительных устройствах в  основном возникают из-за несовмещенности и несоосности торцов волокон. Поэтому допуски на внешние диаметры волокон должны быть жесткими. Необходимо также, чтобы технология процесса сращивания была по возможности простой, не требующей сложных инструментов и оборудования. Торцы соединяемых волокон должны быть оптически плоскими.

       Важным  требованием является обеспечение  высокой стабильности оптического контакта, т. е. сохранение его параметров во времени независимо от температуры, влажности и многократности соединения и разъединения сростка. Необходима надежная гидроизоляция оптических волокон от влаги и агрессивных компонентов окружающей среды (земли, воды, атмосферы).

       В этой главе рассматриваются методы соединения оптических подокон и монтаж строительных длин ОК в целом. Оптические соединения в общем случае включают в себя: основу — участки соединяемых волокон, специально подготовленных к соединению;

арматуру, предназначенную для юстировки, фиксации, требуемого взаимного положения соединяемых частей и механической защиты оптического контакта.

       Общие технические требования, которым  должны отвечать оптические соединители  заключаются в следующем:

• внесение минимального затухания в сочетании с получением высокого затухания обратного рассеяния;
• обеспечение долговременной стабильности и воспроизводимости параметров;
• минимальные габариты и масса при высокой механической прочности;
• простота установки на кабель;
• простота процесса подключения и отключения;
• устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям;
• высокая надежность.

       Оптические  соединители классифицируются по выбранному принципу оптического контакта; по конструкции и технологии осуществления такого контакта.

       Кроме того, они делятся также по назначению, а именно, для соединений одиночных волокон и групп волокон. При соединении волокон с одинаковыми номинальными размерами сердцевины и одинаковым распределением показателя преломления по радиусу волокна наилучшую эффективность обеспечивает торцевое сочленение волокон. Дополнительные потери, вносимые соединением оптических волокон в тракт передачи кабеля, определяются двумя группами параметров: внешними и

внутренними. Внешними (по отношению к волокну) называются параметры, связанные с особенностями метода соединения, в том числе с подготовкой концов волокон, и включающие в себя поперечное смещение сердцевины, разнесение торцов, наклон осей, угол наклона торца волокна, френелевские отражения. Внутренние (по отношению к волокну) параметры, связанные со свойствами самого волокна и обусловлены, например, вариациями диаметра сердце вины, числовой апертуры, профиля показателя преломления и др.

       Стационарный  монтаж выполняется с помощью  неразъемных; соединителей, а временный монтаж многократного использования — с помощью разъемных соединителей. Рассмотрим эти методы.

      В последнее время для стационарного  монтажа оптических кабелей прочно утвердился метод сварки электрической  дугой, а для разъемного монтажа  многократного использования – метод разъемных соединителей. Эти методы соединения ОВ являются наиболее надежными, стабильными и обеспечивают наименьшую величину потерь. 

    Электродуговая  сварка производится с помощью электрической  дуги  или лазера путем нагревания концов сращиваемых оптических волокон. За счет высокой температуры (1600° С), создаваемой дуговым разрядом, концы волокон плавятся и при прижатии друг к другу прочно соединяются. Процесс сращивания ОВ приведен на рисунке 6.13 и состоит из следующих операций :

• юстировка соосности расположения торцов ОВ, размещаемых на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга ;
• предварительного оплавления торцов ОВ электрической дугой ;
• плотного прижатия друг к другу торцов ОВ, находящихся в непрерывном дуговом разряде;
• окончательного этапа сращивания – естественного охлаждения.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                 Рисунок 6.13 -  Процесс сварки :

а –  юстировка волокон (1 – волокна; 2 – электроды); б – исходное положение;          в – оплавление концов; г –  сварка

         На данной трассе сварные соединения будем производить с помощью автоматического аппарата для сварки оптических волокон SUMITOMO TYPE-36 (Рисунок 6.14). Основные технические характеристики представлены в таблице 6.3. Аппарат имеет автономное питание, прекрасную эргономику, обладает удобством и простотой в эксплуатации.

      Рисунок 6.14 – Внешний вид сварочного аппарата SUMITOMO TYPE-36 

    Основные  характеристики:

• Автоматическая юстировка по трем направлениям при сведении жил свариваемых волокон
• Средние потери при сварке волокон: многомодовых - 0,01 дБ; одномодовых - 0,02 дБ
• Оценка потерь по относительному смещению жил волокон
• Автоматический контроль мощности дугового разряда, совмещенный с коррекцией бокового сдвига волокон из-за поверхностного натяжения в процессе сварки
• Запись до 32000 результатов сварок и режимов процесса на электронную карту памяти

 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 6.3 - Основные технические характеристики сварочного

аппарата SUMITOMO TYPE-36

Типы  свариваемых волокон	Кварцевые оптические волокна: SM, MM, DS, TrueWave, LEAF, специальные волокна
Средние потери на сварном соединении	0,02 дБ для  SM, 0,01 дБ для MM, 0,05 дБ для DS
Функция внесения потерь в месте сварки	Преднамеренное  внесение потерь в диапазоне от 0,5 до 20 дБ с шагом 0,5 дБ  для создания затухания в линии
Быстродействие: Время сварки Время термоусадки	16 сек 90 сек
Сохранение  параметров и результатов сварки	До 30000 результатов  сварки могут быть записаны во внутреннюю память. 32000 результатов сварки могут  быть записаны на карте памяти PCMCIA 2 Мб
Коэффициент отражения от сварного соединения	Не более -60 дБ
Длина зачищаемых волокон	От 8 до 16 мм при 250 мкм покрытии, 16 мм при 0,9 мм покрытии
Программы сварки	По 7 стандартных  программы сварки для пяти типов  волокон (SM, MM, DS, TrueWave, LEAF)
Метод просмотра места сварки	Телекамера  и 5.6 дюймовый цветной ЖК дисплей  с 280 кратным увеличением
Направление просмотра места сварки	В двух направлениях одновременно
Проверка  механической прочности места сварки	Растягивающее усилие 200 г, дополнительный тест 453 г
Встроенный  нагреватель	Для 4 типов термоусаживаемых трубок длиной 32, 40 мм или 60 мм
Электропитание	От сети переменного (100-240 В) или постоянного (11,5-15 В) тока, а также от внешней аккумуляторной батареи  (12 В)
Размеры	190х190х175 мм
Вес	6.9

      Дополнительные  принадлежности, входящие в комплект: набор инструментов для технического обслуживания сварочного аппарата и  подготовки волокна к сварке, скалыватель  FCP-22.

    Подготовку  оптического кабеля к сварке начинают со снятия наружных оболочек с помощью специального инструмента, которым делают поперечный, продольный и при необходимости спиральный надрезы. С этой целью укладывают кабель необходимой длины в канавку ролика и обеспечивают врезание ножа в оболочку кабеля на определенную глубину. Потом, вращая устройство вокруг оси кабеля, производят поперечный надрез оболочки. Затем инструментом снимают защитные оболочки: сначала удаляют модульную трубку, снимают полиамидное покрытие, а затем с помощью тонких полимерных нитей (лески), охватывающих волокно, – слой, непосредственно примыкающий к волокну. Скол волокна  будем производить скалывателем FCP-22, входящим в комплект вместе с аппаратом.

       Что касается неразъемных соединителей то по конструкции они бывают симметричными  и несимметричными. Упрощенные схемы представлены на рис 6.15.

       Рис.6.15 – Конструкции соединителей:  

         а) несимметричная;

         б) симметричная;

         в) наконечник и центратор розетки  симметричного соединителя 

       При несимметричной конструкции для организации соединения требуются два элемента: соединитель гнездовой и соединитель штекерный, рис.6.12.а. Оптическое волокно в капиллярной трубке коннектора-штекера не доходит до торца капилляра, а остается в глубине. Напротив, волокно в гнездовом соединителе выступает наружу. При организации соединения физический контакт волокон происходит внутри наконечника-капилляра, который обеспечивает соосность волокон. Открытое волокно и капиллярная полость у этих соединителей являются основными недостатками, снижающими надежность несимметричной конструкции. Особенно недостатки сказываются при большом количестве переподключений. Поэтому этот тип конструкции получил меньшее распространение.

       При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка (coupling), рис.6.12.б. Главным элементом соединителя является наконечник (ferrule). Внешний диаметр его равен 2,5 мм. Наиболее жесткие требования предъявляются к параметрам отверстия (капилляра) наконечника. Оно должно быть достаточно большим, чтобы волокно могло зайти в него, и при этом достаточно малым, чтобы люфт волокна был незначительным. Диаметр отверстия в соответствии с нормативными документами TIA/EIA-568-A и ISO/IEC-11801 равен 126+1/-1 мкм для одномодового волокна и 127+2/-0 мкм для многомодового волокна. Наконечник, как самый прецизионный элемент соединителя, должен обладать такой прочностью, жесткостью и температурными характеристиками, которые дают возможность защитить оптическое волокно от повреждения при стыковке разъема, одновременно обеспечивая возможность небольшой деформации в месте стыка оптических волокон, необходимой для снижения потерь на отражении. Он изготавливается либо из керамики на основе Z₂O₂  или Al₂O₃, либо из нержавеющей стали. Торец наконечника выполняется сферическим с радиусом порядка 15-25мм.

      Переходная  соединительная розетка снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде трубки с продольным разрезом – должен быть контакт между наконечником и центрирующим элементом розетки, рис.6.12.в. центрирующий элемент плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность.

       Для подключения волоконно-оптического  кабеля к аппаратуре и контрольно-измерительным  приборам будем использовать разъем типа FC, который предназначен для одномодовых и многомодовых волокон. Для одномодовых волокон торец керамического наконечника имеет стандарт PC или APC. В зависимости от модификации корпус коннектора изготавливается из различных материалов: металл, полимеры. В этом соединителе применяются корпуса с резьбой, обеспечивающие надежное соединение даже при наличии вибраций, но неудобные при быстрой расстыковке. Необходимо несколько раз повернуть резьбовую головку, прежде чем соединитель разомкнется или восстановится. В соединителях использовались также головки с проворачиваемыми фиксаторами. Данные соединители с малым углом поворота фиксатора обеспечивают попадание наконечника в одно и то же положение внутри адаптера. Наконечник не вращается ни относительно корпуса, ни относительно адаптера, что минимизирует любые изменения характеристик соединителя, связанные с проявлением концентричности или эллиптичности как наконечника, так и волокна.

       Типичные  вносимые дополнительные потери сигнала  для одномодового волокна - 0,2-0,3 дБ; для многомодового - 0,4 дБ. Максимально  допустимые потери до 0,5 дБ для одномодового волокна и 0,6 дБ для многомодового волокна.

       Процесс монтажа оптического кабеля в  целом состоит из следующих операций:

1. с обоих концов сращиваемого кабеля создают запас в несколько метров, сматываемых в виде бухты диаметром не менее 60 см;
2. концы сращиваемых кабелей располагают внахлест в пролете между двумя консолями;
3. надвигают полиэтиленовые конуса, цилиндры, термоусаживаемые трубки и разделывают концы кабелей; с концов кабеля снимают защитную оболочку длиной порядка 0,8 м;
4. упрочняющие силовые элементы соединяют и прочно обжимают с помощью металлической трубки;
5. оптические волокна выкладывают с запасом;
6. если кабель модульного типа и волокна располагаются в пластмассовых трубках, то эти трубки снимают с помощью приспособления;
7. удаляют защитные покрытия волокон и подготавливают торцы волокна к сварке;
8. с помощью сварочного аппарата осуществляют юстировку, обжим и сварку оптических волокон;
9. сростки волокон изолируют с помощью термоусаживаемых гильз с герметизирующим заполнителем;
10. волокна крепят к соединительной муфте общей вязкой и с помощью термоусаживаемой муфты восстанавливается наружная полиэтиленовая оболочка кабеля; при температурном воздействии концы муфты сжимаются, прочно обжимая оболочку кабеля;
11. готовую муфту выкладывают и закрепляют на консолях.