54Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Оборудование для монтажа ВОЛС


С. Песков, гл. конструктор ЗАО "В-Люкс",
В. Таценко, гл. инженер ЗАО "В-Люкс",
А. Шишов, ген. директор ЗАО "В-Люкс"
Теле-Спутник - 7(81) Июль 2002 г.


Эта публикация является завершающей в серии статей, посвященных волоконно-оптическим линиям связи, и освещает некоторые проблемы строительства и монтажа. Она рассчитана в основном на специалистов, желающих расширить сферу своей деятельности и на оптические сети.

Собственно оптическая часть волоконно-оптических систем передачи информации включает два основных элемента: кабельную магистраль и кроссовое (пассивное распределительное) оборудование. Электронная часть системы — каналообразующая аппаратура функционально самостоятельна и на конструктивное выполнение магистрали практически не влияет.

Строительство кабельной магистрали включает в себя прокладку кабеля и монтаж распределительного оборудования: оптических кроссов, распределительных шкафов и т.п.

В зависимости от условий кабель может прокладываться непосредственно в грунте, кабельной канализации или подвешиваться в воздухе на специальных опорах или на опорах линий электропередач. Поскольку строительные длины кабеля ограничены обычно 2-3, максимум 6 км, то для прокладки более протяженных магистралей отрезки кабеля необходимо сращивать. Соединение волокон оптических кабелей может производиться с помощью механических или сварных соединений, как правило, механические неразъемные соединения образуются с помощью устройств с V-образной канавкой, в которой световоды размещаются в торец друг другу и закрепляются. Для выравнивания разницы показателей преломления световодов и воздуха в зазоре между ними этот зазор заполняют иммерсионной жидкостью. Ее показатель преломления имеет среднее значение между показателем преломления воздуха и световодов. Современные механические соединения обеспечивают почти такие же низкие значения потерь, как и сварные (порядка 0,15 дБ). К примеру, фирма Corning разработала простые по конструкции и удобные в обслуживании соединители Cam Splice. Их отличительной чертой является кулачковый механизм, фиксирующий соединяемые световоды без клея. Эти соединители могут использоваться с многомодовыми и одномодовыми световодами диаметром 250 и 900 мкм. Для подготовки световодов к соединению с помощью этого устройства требуется лишь устройство для зачистки покрытия и скалыватель, но механические соединители не применяются при строительстве магистральных линий. Там применяется исключительно сварка оптических волокон.

С развитием оптических линий связи аппараты для сварки оптических волокон интенсивно совершенствуются. В настоящее время на рынке представлено более десяти моделей высокоточных сварочных аппаратов, которые позволяют достичь предельно низких потерь при соединении одномодовых волокон. Такие аппараты применяются при строительстве магистральных, а также внутризоновых линий связи. Каждая из крупнейших производящих фирм в среднем раз в три года выпускает новую модель высокоточного сварочного аппарата.

После 1996 г. были выпущены: S175 японской фирмы Fitel (Furukawa), FSU 975 шведской фирмы Ericsson и Type-36 японской фирмы Sumitomo, так и более ранние разработки: S174 фирмы Fitel (Furukawa), А60 и Х77 фирмы RXS (Siemens) и FSM-30S фирмы Fujikura.

Все эти аппараты позволяют быстро и качественно при минимальном участии оператора сваривать волокна в полевых условиях. Величина потерь и прочность создаваемого с их помощью сварного соединения примерно одинакова для всех этих аппаратов, и они различаются в первую очередь способом юстировки волокон и оценки потерь в сростках.

В аппаратах фирмы RXS (Siemens) А60 и Х77 юстировка осуществляется по максимуму мощности излучения, передаваемой через место соединения волокон (LID-система). В FSU 975 фирмы Ericsson — по изображению жил волокон, светящихся в дуге электрического разряда. В аппаратах фирмы Fitel (Furukawa) S174 и фирмы Fujikura FSM-30S юстировка и оценка потерь основана на выравнивании профилей показателей преломления (PAS-система)

Преимущества PAS-системы (по сравнению с LID-системой) состоят в основном в том, что исключаются проблемы, связанные с вводом и выводом излучения через оболочки волокон, уменьшаются (примерно в два раза) требования к величине допустимого угла скола волокон. При сварке одномодовых волокон возникает также проблема, обусловленная тем, что силы поверхностного натяжения стремятся совместить оси оболочек и, следовательно, развести (при наличии в волокнах эксцентриситета) оси жил волокон. В PAS-системе волокна освещаются с боку параллельным пучком света так, что кварцевые оболочка и жила волокна фокусируют свет, действуя как цилиндрические линзы. При этом формируется изображение, на котором видны границы оболочки и световедущей жилы волокна, что позволяет определить эксцентриситет в каждом из соединяемых волокон. Компьютер рассчитывает расстояние, на которое надо предварительно развести оси жил волокон так, чтобы силы поверхностного натяжения совместили их при сварке. Функция коррекции эксцентриситета волокон имеется во всех новых моделях высокоточных аппаратов.

Рис. 1. Наиболее распространенные модели сварочных аппаратов

На рис. 1 представлены наиболее распространенные модели сварочных аппаратов.

Все модели аппаратов, представленные на рис.1, позволяют сваривать как в автоматическом, так и в ручном режимах все типы волокон: многомодовые (GI), одномодовые телекоммуникационные волокна (SM) и специальные одномодовые волокна (DS, GS, ED и DCF). В FSM 40S и S175, кроме того, имеется режим с автоматическим определением типа волокна и соответствующей оптимизацией процесса сварки. Этот режим особенно полезен при невысоком качестве свариваемого волокна или когда неизвестен тип волокна. Средние потери в сростках зависят от типа волокна: 0.01 дБ для GI, 0.02 дБ для SM (0.03 дБ в FSU 975) и 0.03-0.05 дБ для специальных волокон. Обратные потери для всех волокон больше 60 дБ.

Во всех аппаратах (за исключением S175) потери оцениваются только по смещению осей жил в сростке волокон. При этом предполагается, что оси жил параллельны и не изогнуты на концах в месте их соединения, а диаметры модовых пятен волокон равны друг другу. Расчеты показывают, что при сваривании волокон высокого качества вклад от этих дополнительных факторов мал. Их учет становится существенным при сваривании волокон невысокого качества, а также при изготовлении аттенюаторов, где потери создаются за счет предварительного разведения осей волокон.

Рассмотрим кратко основные модели аппаратов для сварки оптических волокон, представленные на российском рынке.

Аппараты фирмы Fujikura

Рис. 2. Сварочный аппарат FSM-30S

Автоматический сварочный аппарат FSM-30S предназначен для быстрого и качественного соединения оптических волокон. FSM-30S удобен при монтаже магистральных линий связи и оптических сетей кабельного телевидения — там, где требуются сверхнизкие потери. FSM-30S создан в 1995 г. на основе предыдущей модели сварочного аппарата FSM-20CS, который прекрасно зарекомендовал себя при многолетней эксплуатации в российских условиях. FSM-30S имеет русифицированное меню экранных команд и поставляется с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации на русском языке.

Рис. 3. Сварочный аппарат FSM-40S

Полностью автоматический сварочный аппарат FSM-40S сочетает в себе надежность предыдущей модели FSM-30S с последними достижениями в области высоких технологий. FSM-40S обладает рекордными быстродействием, компактностью и точностью оценки потерь в сварном соединении. Программное обеспечение позволяет проводить сварку всех применяемых в ВОЛС на сегодняшний день типов волокон. Автономное питание дает возможность работы в диапазоне от -10° до +50° С, а усиленная защита от ветра гарантирует получение сверхнизких потерь в полевых условиях. FSM-40S имеет русифицированное меню экранных команд и поставляется с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации на русском языке.

Основные технические характеристики аппарата FSM-40 приведены в табл. 1.

Таблица 1

Типы свариваемых волокон
Кварцевые оптические волокна: одномодовые (SM), многомодовые (MM), со смещенной областью дисперсии (DS), со смещенной ненулевой дисперсией (NZDS), со сдвигом отсечки (CS), легированные эрбием (ED) и др.
Реальные средние потери на сварном соединении

0,02 дБ для SM, 0,01 дБ для ММ, 0,04 дБ для DS
Типичное время сварки
15 с
Коэффициент отражения от сварного соединения
не более -60 дБ
Программы сварки
40 настраиваемых пользователем программ сварки и 60 установленных заводских режимов сварки
Функция внесения потерь в месте сварки
Преднамеренное внесение потерь в пределах от 0,1 до 15 дБ с шагом 0,1 дБ для создания затухания в линии
Сохранение параметров и результатов сварки
Внутренняя память позволяет сохранять до 2000 результатов и параметров сварки
Оценка потерь сварки
Производится по смещению жил и несовпадению диаметров модовых пятен свариваемых волокон. Для увеличения точности оценки потерь учитывается также угловое смещение жил
Просмотр места сварки
Оси Х и Y одновременно или раздельно с помощью двух телекамер на 5-дюймовом цветном ЖК дисплее (отсутствует подъемное зеркало)
Увеличение места сварки
В 264 или 132 раза
Автоматическая подстройка мощности дуги, компенсирующая изменения давления, температуры и влажности
По давлению соответствует изменению высоты от 0 до 3500 м над уровнем моря; по относительной влажности от 0 до 95% и температуре от -10° С до +50° С
Проверка механической прочности места сварки
Растягивающее усилие 200 г и дополнительный тест 440 г
Термоусадка
Встроенный нагреватель с 30 режимами нагрева
Количество сварок при питании от аккумуляторной батареи
Около 40 сварок с термоусадкой от полностью заряженной батареи BTR-05
Электропитание
От сети переменного (от 100 до 240 В) или постоянного (от 10,5 до 14 В) тока, а также от съемной аккумуляторной батареи 12 В
Защита от ветра
Максимально допустимая скорость ветра 15 м/с
Размеры
172 х 186 х 180 мм (ширина, длина, высота)
Вес
4,4 кг (4,9 кг с ADC-07, 5,2 кг c BTR-05)

Сварочные аппараты фирмы Furukava (Fitel)

Рис. 4. Сварочный аппарат Fitel S175

Fitel S175 — автоматический сварочный аппарат нового поколения. Кроме автоматического проведения процесса сварки аппарат производит определение типа волокна и выбор оптимальной программы. Помимо стандартных программ в S175 заложена возможность проводить сварку волокон с заданным затуханием на месте стыка. Он работает в автоматическом или ручном режимах и может сваривать как одномодовые, так и многомодовые волокна, при этом процедура сварки занимает не более 20 с.

Рис. 5. Портативный сварочный аппарат FSM-05VHII

Оператор наблюдает процесс сварки на встроенном цветном дисплее, где волокна отображаются по двум осям одновременно с 264-кратным увеличением. Прибор имеет встроенную память, в которой могут храниться результаты 100 последних сварок, 50 результатов проверки дуги, а также 36 программ сварки.

S175 автоматически выравнивает волокна по трем осям, оптимизирует процесс сварки в зависимости от условий окружающей среды (давления, температуры, влажности) и осуществляет проверку параметров волокна как до, так и после сварки. Участие оператора сведено к минимуму, что позволяет значительно уменьшить время соединения волокон и достичь сверхнизких потерь оптического сигнала.

Портативный сварочный аппарат FSМ-05SVНII предназначен для быстрого и качественного соединения оптических волокон локальных волоконно-оптических сетей. FSМ-05SVНII разработан для монтажа и оперативного ремонта оптических коммуникаций. Аппарат предельно прост в эксплуатации, имеет автономное питание, устойчив к вибрациям и ударам. Средние потери волокна: многомодовое — 0.05 дБ, одномодовое — 0.12 дБ. Вес менее 2 кг.

Аппараты фирмы Ericsson

FSU 975 позволяет управлять параметрами сварки в режиме реального времени. Свет, который излучается нагретыми волокнами в процессе сварки, фиксируется видеокамерой через систему фильтров. Тепловые фотографии места стыка запоминаются и анализируются, полученная информация обрабатывается численными методами и по команде отображается на дисплее. Таким образом, оператор получает полную информацию о состоянии волокон во время сварки (а не до и после, как в аппаратах с "холодным" видеоизображением). Уникальный метод управления в режиме реального времени позволяет получить хорошие результаты независимо от внешних условий и типа волокна. Благодаря этому методу удается измерить диаметры модовых пятен свариваемых волокон и изменить режим сварки таким образом, чтобы получить наилучший результат. По тепловым фотографиям вычисляется профиль показателя преломления, градиент деформации сердечника, диаметр модового пятна (все значения по двум осям), на основе чего можно определить тип волокна — например, отличить эрбиевое волокно от волокна со смещенной дисперсией.

Рис. 6. Сварочный аппарат FSU 975

Компания Ericsson производит, кроме того, сварочное оборудование серии RSU — предназначено для сваривания одиночных и ленточных оптических волокон. Эти сварочные аппараты отличаются от оборудования других производителей наличием функции управления параметрами сварки на основе данных, полученных в ходе анализа тепловых изображений места стыка. Получение теплового изображения волокон стало возможным благодаря тому, что нагретые волокна излучают свет в инфракрасном спектре. При этом корректировка параметров сварки может производиться во время сварки в реальном масштабе времени. По тепловым изображениям более точно, по сравнению с традиционными способами юстировки, определяются диаметр сердцевин свариваемых волокон, профиль показателя преломления, взаимное смещение волокон, профиль сердечников, их диаграмма деформации, а также определяется тип свариваемых волокон. Алгоритм анализа тепловых изображений позволяет вывести 3-мерную картинку места стыка, по которой легко идентифицировать причину некачественной сварки.

В приборе имеется дисковод, обеспечивающий сохранение и загрузку данных по произведенным сваркам, а также загрузку программ сварки, он необходим и на случай будущих усовершенствований программного обеспечения.

Аппараты фирмы Sumitomo

Рис. 7. Сварочный аппарат Type-36

Type-36 является самым миниатюрным и быстродействующим из всех существующих сварочных аппаратов с центрированием волокон по сердцевине. Это портативный инструмент для сращивания оптических волокон, обеспечивающий незначительные потери в месте сварки. Сварочный аппарат производит автоматическую юстировку пары волокон в плоскостях X и Y (горизонтальной и вертикальной), после чего сваривает их при помощи электрической дуги для образования соединения с низкими потерями в месте сварки. Продолжительность сварки не превышает 25 с. Среднее затухание в месте сварки составляет не более 0,02 дБ. Сварочный аппарат применяется для сращивания кварцевых оптических волокон с диаметром оболочки от 80 до 150 мкм.

Рис. 8. Сварочный аппарат "Сова-12"

Отечественная промышленность также выпускает сварочные аппараты. Правда, они не так совершенны, как зарубежные, но зато значительно дешевле. Примером является устройство для сварки оптических волокон "Сова-12" (рис. 8).

Однако одного сварочного аппарата недостаточно для качественной сварки волокон. Необходимы высокоточные скалыватели, стрипперы для очистки волокон и еще целый ряд дополнительных принадлежностей. Все фирмы, производящие сварочные аппараты, поставляют вместе с ними специальные наборы инструментов в защищенных кейсах. (Естественно, за дополнительную плату.) Ниже приведены фотографии и характеристики скалывателей, наиболее часто применяемых российскими монтажными организациями.

Рис. 9. Скалыватель Fujikura СT-07

Cкалыватель оптических волокон Fujikura CT-07 — рис. 9. Его основные технические характеристики

  • Ресурс — более 12 000 сколов;
  • Средний угол скола — 0,35° (типичный 0,2°);
  • Длина очищенного волокна — 6-20 мм для волокон в 250 мкм покрытии, 10-20 мм для волокон в 900 мкм покрытии.

Рис. 10. Скалыватель Fujikura CT-20

Более совершенной является модель Fujikura CT-20 — рис. 10. Ее основные характеристики:

  • Скол производится за одно действие, быстрого результата можно достичь без специальных навыков.
  • Более долговременная работа лезвия (в 4 раза более длительная, чем у предыдущих моделей).
  • Высота лезвия имеет возможность регулировки (3 позиции) для достижения наилучших условий скола.

Сравнительная таблица:

Показатели Серия СТ-20Предыдущие типы
Действия при сколеодно3 шага
Время жизни лезвия48 000 волокон12 000 волокон
Дополнительный
контейнер для
осколков волокон
естьнет
Вес370 г500 г

В процессе эксплуатации волоконно-оптических линий связи возникают аварийные ситуации, связанные с механическими повреждениями волоконно-оптического кабеля. Как показывает анализ, наиболее распространенными типами повреждений являются повреждения кабеля вследствие касания различными предметами (падающие деревья, элементы грузоподъемных механизмов) — для подвесных кабелей, либо проведение несанкционированных земляных работ — для кабелей, проложенных в грунте. Для быстрого временного восстановления связи используются ремонтные кабельные оптические вставки.

Небольшие габариты и масса этого типов вставок позволяют располагать ее в специальном рюкзаке совместно с инструментом для монтажа поврежденного кабеля.

Конструкции серийно изготавливаемых и разрабатываемых вставок позволяют применять различные комбинации типов кабеля, розеток и типов заделки концов. Например, по заказу ЦСС МПС была изготовлена вставка увеличенной длины — 350 м, на основе кабеля ОКА (подвесной самонесущий); для вставки был разработан барабан повышенной емкости, установленный на усиленную раму.

Для быстрого соединения волокон могут использоваться специально разработанные фирмой 3М механические "сплайсы" (splice). Это пластиковые устройства размерами 40x7x4 мм, состоящие из двух частей: корпуса и крышки. Внутри корпуса находится специальный желоб, в который с разных сторон вставляются соединяемые волокна. Затем надевается крышка, являющаяся одновременно замком. Особая конструкция "сплайса" надежно центрирует волокна. Получается герметичное и качественное соединение волокон с потерями на стыке ~ 0.1 дБ. Такие "сплайсы" особенно удобны при быстром восстановлении повреждений ВОЛС. Время на соединение двух волокон не превышает 30 с, после того как волокна подготовлены (снято защитное покрытие, сделан строго перпендикулярный скол). Монтаж ведется без применения клея и специального оборудования, что очень удобно при работе в труднодоступном месте (например, в кабельном колодце).

Фирма Siecor предлагает другую технологию сращивания волокон, при которой волокна вводятся в прецизионную втулку. В месте стыка волокон внутри втулки помещен гель на основе силикона высокой прозрачности с показателем преломления, близким к показателю преломления оптического волокна. Этот гель обеспечивает оптический контакт между торцами сращиваемых волокон и одновременно герметизирует место стыка.

Ни одну волоконно-оптическую линию невозможно построить без кроссового оборудования. А протяженную линию и без соединительных муфт. Оптический кабель, в отличие от коаксиального, практически никогда напрямую не соединяют с каналообразующим оборудованием. Как правило, он заводится в помещение, и его волокна с помощью пигтейлов соединяются со специальными сплайс-пластинами, устанавливаемыми в кроссовом шкафу. (Пигтейлы — это отрезки тонкого одножильного кабеля, один конец которого армирован оптическим разъемом, а второй приваривается к волокну кабеля.) А уже от кроссового шкафа патч-корды (патч-корды — отрезки тонкого кабеля, с обоих концов армированные разъемами) подключаются к электронике. Оптические муфты, с помощью которых соединяются строительные отрезки кабеля магистрали, весьма разнообразны по конструкции, и это фактически самостоятельная область монтажной индустрии.

Однако объем статьи ограничен, и невозможно сразу рассказать и о сварочных аппаратах, и об оптических разъемах, распределительных шкафах, соединительных муфтах и многом другом, с чем приходится сталкиваться монтажникам ВОЛС в ходе работ. Заметим только, что в пятом номере журнала "Теле-Спутник" была опубликована статья главного инженера АО "ВОТ" М. Комарова, где достаточно подробно рассказано о пассивных элементах ВОЛС. Можно порекомендовать и другие источники.

Мы хотели, прежде всего, познакомить читателя с методами соединения оптических волокон и приборами для их реализации. Надеемся, что хотя бы в некоторой степени эта цель достигнута.

Литература

  1. Песков С., Таценко В., Шишов А. Волоконно-оптические системы передачи информации. Физические основы функционирования основных элементов//Теле-Спутник. — № 4, №5, 2002 г.
  2. Песков С., Таценко В., Шишов А. Измерительное оборудование для монтажа и эксплуатации волоконно-оптических линий связи//Теле-Спутник. — № 6, 2002 г.
  3. Комаров М. Обзор оптических компонентов волоконно-оптических систем передачи//Теле-Спутник. — №5, 2002 г.


 
Теле-Спутник Июль 2002
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт