- Типы оптоволоконного кабеля
- Технология сварки
- Инструменты (сварочные аппараты)
- Процесс сварки оптического волокна
- Контроль качества сварки
- Проблемы, которые могут возникнуть при сварке
Для обеспечения высокой пропускной способности информационного светового импульса по волоконно-оптическим линиям необходимо качественное соединение оптического кабеля при монтаже. Рассмотрим аппараты для сварки оптоволокна, технологию и процесс сварки, а также проанализируем ошибки, которые могут возникнуть при выполнении этой работы.
Типы оптоволоконного кабеля
Оптический кабель – сложная конструкция, состоящая из тончайших оптоволоконных нитей-световодов, уложенных в трубчатые оптические модули, несущих и упрочняющих элементов, влагозащитных материалов и защитных оболочек, количество и вид которых зависят от типа кабеля.
Тип оптического кабеля определяют следующие характеристики:
- Материал оптического волокна:
- GOF – проводник сделан из кварцевого стекла
- POF – волокно изготовлено из прозрачных пластиковых полимеров.
- Место монтажа и укладки: для внутреннего монтажа, для укладки в грунт (с защитой из оцинкованной стальной проволоки), для кабельной канализации (с бронью из стальной гофрированной ленты), подводный (с многослойным покрытием, исключающим повреждения), подвесной (с кевларовым или стальным тросом), для опор ЛЭП (с грозозащитой).
Оптическое волокно – это тонкая оптически прозрачная нить круглого сечения, состоящая из сердцевины и оболочки, выполненной также из прозрачного материала, но с более низким коэффициентом преломления.
Сердцевина нити служит для передачи на большие расстояния светового сигнала в видимом или инфракрасном диапазоне, оболочка за счет «полного внутреннего отражения» удерживает световые волны в пределах сердцевины и сохраняет сигнал в неизменном виде до приемника, преобразующего световой сигнал в электрический. Акриловое покрытие защищает нить-световод от внешних повреждений.
Диаметр оболочки оптоволокна всегда 125 мкм, в то время как диаметр сердцевины оптической нити бывает разной величины – именно это определяет вид оптоволоконного кабеля:
- Мономодовый (SM) – световод с диаметром сердцевины 8–10 мкм (ненамного превышающей длину световой волны) позволяет сформировать только одну моду (луч) световой волны, что обеспечивает высокую пропускную способность и минимальное затухание сигнала.
- Многомодовый (FM) – по световоду, диаметр сердцевины которого 50 (62,5) мкм, одновременно пропускается несколько модов. Большое количество световых волн, каждая из которых распространяется по своей траектории, приводит к дисперсии (рассеянию) сигнала. Как следствие, мы получаем высокое затухание сигнала и низкую пропускную способность многомодового оптоволокна.
Мономодовые оптические кабели пропускают значительные информационные пакеты на большие расстояния практически без потери данных и служат для построения магистральных сетей Internet, междугородных телекоммуникационных линий.
Многомодовый оптоволоконный кабель используют для прокладки локальных сетей, в серверных и дата-центрах.
Технология сварки
Сварка оптического волокна – универсальный и надежный способ неразъемного соединения оптоволоконных кабелей, выполняемый с использованием специальных сварочных аппаратов, в которых процесс полностью автоматизирован.
Принцип формирования разряда идентичен во всех сварочных аппаратах – сварка оптоволокна осуществляется в поле электрической дуги, возникающей между двумя электродами. Дуговой разряд обеспечивает нагрев концов волокон, превышающий температуру плавления кварца 1713°С, что позволяет без труда расплавить и соединить два свариваемых проводника.
Инструменты (сварочные аппараты)
Сварка оптического кабеля производится в несколько этапов специальным аппаратом для сварки оптоволокна. В компактных устройствах, габариты которых не превышают 20 см, скомпоновано несколько элементов:
- мини-процессор, управляющий процессом пайки и контроля качества сварного соединения;
- блок дуги;
- блок питания с преобразователем напряжения;
- центровочный механический узел, оснащенный сервомоторами для перемещения оптоволокна в горизонтальном и вертикальном направлениях, благодаря чему достигается высокая точность совмещения волокон;
- нагреватель для расплавления термоусадочного материала изоляционной муфты;
- цветной ЖК-дисплей, позволяющий оператору отслеживать все этапы сварки.
Сварочные аппараты для оптоволокна имеют различные модификации:
- По методу сведения (юстировке) волокон: аппараты с выравниванием по V-образным канавкам или с юстировкой по сердцевине (PAS – система юстировки по профилю волокна, LID – система с локальным вводом оптического излучения и его обнаружения, CDS – с системой детектирования сердцевины).
- По способу выполнения операций – ручные, полуавтоматические и автоматические с микропроцессорным управлением.
- По количеству одновременно свариваемых волокон за цикл – для сварки оптического ленточного полотна, в котором несколько (2, 4, 8, 12 или 24) волокон уложены параллельно и помещены в общее защитное покрытие.
- По области применения – для магистралей, для оптических линий малой протяженности (FTTx) и лабораторных исследований (для сварки специальных типов оптоволокна).
Справка. Аппарат с ручным управлением требует высокой квалификации работника: выравнивание и сведение оптических нитей производят с помощью микрометрических винтов, контролируя процесс через микроскоп, поэтому ручные сварочные аппараты используют для сварки оптического кабеля непосредственно на месте аварий.
Процесс сварки оптического волокна
Работы по сварке оптического кабеля начинают с организации рабочего места:
- обеспечивают хорошее освещение (очищенные стеклянные волокна можно рассмотреть только в отраженном свете);
- на открытом воздухе устанавливают монтажную палатку, чтобы исключить попадание атмосферной влаги и пыли на сварочный аппарат, зону сварки и оптические волокна;
- обеспечивают обогрев места работы при температуре воздуха ниже –10°С, так как на холоде оптические волокна становятся очень хрупкими, что влечет быструю потерю заряда аккумулятора сварочного аппарата.
На подготовительном этапе сварки оптоволокна выполняют разделку оптических кабелей, используя комплект инструментов НИМ-25:
- Влажный конец кабеля, обнаруженный при визуальном осмотре, срезают ножовкой примерно на метр.
- Отмерив и отметив необходимую для монтажа длину кабеля, специальным ножом-стриппером круговым надрезом по метке и длинным разрезом вдоль оптического кабеля вскрывают внешнюю полимерную оболочку и снимают ее.
Важно! Отрегулированный под толщину оболочки нож-стриппер проверяют на конце кабеля, чтобы убедиться, что лезвие с выставленной длиной не повреждает кабельные жилы.
- Несущий стальной или кевларовый тросик (если есть) перерезают тросокусами.
- Очень аккуратно вскрывают слой брони (если есть): проволочную стальную – тросокусами, металлическую гофру – плужковым ножом.
- Очищают гидрофобный гель ветошью, смоченной специальным растворителем (бесцветная маслянистая жидкость) или нефрасом.
- Ножом-стриппером надрезают и стягивают промежуточную оболочку, раскручивают пучки оптических моделей, очищая их от межмодульного гидрофобного геля безворсовыми салфетками, смоченными в растворителе.
- Откусывают стеклопластиковый пруток (центральный силовой элемент) и кордели, заполняющие свободное пространство оптического модуля, на требуемую длину.
Важно! Для удобства работы необходимо оставлять запас длины модуля в кроссе около 1 метра, а запас длины оптического волокна в сплайс-пластине – примерно на три оборота.
Разделанные оптоволоконные кабели устанавливают в муфте или оптическом кроссе и приступают непосредственно к процессу сварки оптоволокна:
- Специальным ножом-прищепкой круговым надрезом подрезают и снимают оболочки оптоволоконных модулей соединяемых кабелей, закрепляют модули на входе сплайс-пластины. Оптоволоконные жилы протирают спиртовыми салфетками.
- На свариваемые волокна одного из оптических кабелей надевают термоусадочную гильзу КДЗС.
- Стриппером для оптического волокна снимают изоляцию и слой лака с конца свариваемой нити (примерно на 3–4 см), до скрипа счищают остатки лака спиртом и безворсовыми салфетками.
- Очищенное волокно для создания ровного скола закладывают в направляющую канавку скалывателя для оптического волокна, отмерив с помощью встроенной линейки необходимую длину (точное значение длины зачистки волокна узнают из технических характеристик используемого сварочного аппарата), прижимают крышку до щелчка.
- Подготовленную оптическую нить аккуратно извлекают из скалывателя. Не касаясь очищенной части, сразу укладывают в V-образную канавку сварочного аппарата так, чтобы конец волокна выступал из нее на 1–2 мм, но не пересекал воображаемую линию между электродами. Фиксируют магнитными зажимами.
- Свариваемую нить второго оптоволоконного кабеля обрабатывают аналогично и размещают в противоположной V-образной канавке.
- Запускают сварочный аппарат, который в автоматическом режиме:
- определяет тип оптического волокна, подбирая оптимальный режим дуги;
- перемещает волокна ближе друг к другу;
- включает дугу очистки и короткими электрическими разрядами очищает края оптических нитей от микрочастиц пыли;
- проверяет угол скола, состояние торца каждого оптического волокна и наличие загрязнений (при выявлении недостатков на дисплее появляется сообщение об ошибке и аппарат останавливается);
- после проверки сближает волокна еще больше, одновременно выравнивая их в соответствии с программой юстировки, формирует дуговой разряд для соединения волокон, производит сварку;
- после проверки качества сварки (на затухание сигнала и прочность на разрыв) автоматика сигнализирует об окончании процесса;
- на дисплее появляется изображение сваренных оптических волокон (для визуального контроля соединения оператором) и цифровое значение потерь в сварном стыке.
- Соединенные волокна извлекают из зажимов, продвигают гильзу КДЗС, чтобы место спайки находилось примерно посередине термоусадочной трубки, помещают в печь для расплавления гильзы, затем укладывают в охлаждающий лоток или на плоскую металлическую поверхность для равномерного остывания гильз.
Внимание! Сколотые частицы нитей, чтобы они, попав под кожу или ногти, не стали причиной травмы, собирают в пакет или коробку – для сбора особо мелких фрагментов можно использовать скотч или изоленту.
Контроль качества сварки
Автоматические аппараты проводят аппаратный контроль качества сварки, выводя цифровые данные на монитор.
Для ручных аппаратов используют оптический рефлектометр – световые импульсы определенной мощности и длительности позволят провести диагностику сварного соединения оптоволоконного кабеля. Результаты измерений отображаются на экране прибора, показывая величину затухания сигнала на сварном стыке.
Проблемы, которые могут возникнуть при сварке
Ошибки на подготовительном этапе и в процессе сваривания оптических нитей снижают качество сварки, приводят к помехам и задержкам при прохождении сигнала или его исчезновению. Рассмотрим самые распространенные подробно.
- Применение некачественного стриппера недопустимо – инструмент с затупившимся лезвием или без заводской юстировки не полностью срезает внешний слой покрытия, поэтому множественные движения стриппером, которые приходится делать во время зачистки, повреждают кабель и сами оптические волокна.
- Использовать ручной инструмент для резки оптоволокна не рекомендуют – необходимо использовать специальный скалыватель, который формирует цилиндрический ровный срез.
- Не допускается небрежная очистка оптоволокна:
- для протирания отдельных жилок нужно каждый раз использовать новую чистую салфетку;
- после скалывания нельзя прикасаться к жилам и самому сколу во избежание загрязнения сварного шва микрочастицами пыли и потожировыми следами.
- Не нужно открывать крышку сварочного аппарата перед зачисткой оптических волокон, чтобы избежать попадания обрезков и мусора в зону сварки.
- Не забывать надевать термоусадочную гильзу КДЗС – она должна полностью покрывать зачищенную часть оптоволокна, обеспечивая жесткость и защиту сварного соединения.
- Нельзя помещать не остывшую после нагрева муфту в ложемент сплайс-пластины, чтобы не допустить деформации сварного соединения.
Сварка оптического кабеля – технически сложный процесс, но при наличии качественного аппарата для сварки оптоволокна и знания нюансов сварного соединения оптоволоконного провода, о которых рассказано выше, с такой работой может справиться даже специалист среднего уровня квалификации.