Допустимые потери при сварке оптоволокна

Обновлено: 20.09.2024

Волоконно-оптические кабели применяются в России вот уже более двух десятков лет и соответственно некоторые думающие люди начинают задаваться вопросами: "Теоретически срок службы волоконно-оптических кабелей составляет 25 лет, а как эта цифра согласуется с практикой? Придется ли в скором будущем менять кабели, проложенные в 90-х годах? Сталкивался ли кто-нибудь с выходом оптики из строя из-за старости?"

Действительно, цифра в 25 лет фигурирует в технических условиях компаний-изготовителей оптического кабеля. Несмотря на то, что кабельная промышленность постоянно развивается, разрабатываются новые материалы для кабелей, значение в 25 лет остается пока неизменным. Как в новых технических условиях, так и в старых, (например ТУ К04.037-98 ООО "Сарансккабель-Оптика" от 1998 г.) фигурирует цифра 25.

Важно еще отметить, что срок службы устанавливают в ТУ на кабели конкретных марок. В зависимости от конструкции кабеля и области его применения значения срока службы может варьироваться от 2 до 45 лет (что утверждено в ГОСТ Р 52266-2004). Например, для оптических кабелей связи производства ЗАО "ОКС 01" (г. Санкт-Петербург) указывается срок службы 40 лет. Не стоит путать указываемый производителями минимальный срок службы 25 лет с гарантийным сроком. Последний, как правило, составляет 2 года со дня ввода в эксплуатацию и его исчисляют с даты ввода кабеля в эксплуатацию, но не позднее 6 месяцев с даты реализации кабеля заводом-изготовителем.

На сайте Интегра-Кабель можно найти следующую фразу, встречающуюся также и в ТУ: "Срок службы оптических кабелей, включая срок хранения, при соблюдении указаний по монтажу и эксплуатации и при отсутствии воздействий, превышающих указанные в технических условиях, не менее 25 лет". В данной фразе стоит обратить внимание на следующие два момента. Во-первых, заявленный срок службы кабеля будет порядка 25 лет только при соблюдении всех технических режимов изготовления ОВ, при соблюдении технологии прокладки и монтажа кабеля, а также при обеспечении должной защиты волокон от атмосферно-климатических и механических воздействий в процессе эксплуатации. Напомним, что на оптический кабель могут влиять циклическая смена температуры, плесневые грибы, роса, дождь, иней, соляной туман, солнечное излучение и др. факторы.

Во-вторых, в срок службы 25 лет входит срок хранения кабеля на барабане. Согласно тем же техническим условиям, минимальный срок сохраняемости кабелей при хранении в отапливаемых помещениях – 25 лет; в полевых условиях под навесом – 10 лет.

Для тех, кто с оптикой особо не знаком, поясним вкратце первый момент: как механические нагрузки, воздействующие на кабель, а значит потенциально и на волокно, влияют на срок службы последнего. Стекло принято считать очень хрупким материалом, не способным выдерживать различные механические воздействия: растяжение, изгиб и т.д. Если мы возьмем стеклянный цилиндр, например лампы дневного освещения, очевидно, гнуться он не будет. Однако в силу своих микроскопических размеров, стеклянные волокна довольно хорошо изгибаются. Также волокна достаточно прочны на растяжение. Предел прочности волокна на разрыв превосходит ту же величину для стальной нити идентичного размера. Более того, медный проводник должен иметь вдвое больший диаметр, чтобы обеспечить тот же предел прочности, что и волокно.

Основная причина, обуславливающая хрупкость волокна – наличие микротрещин на поверхности и дефектов внутри волокна. При этом поверхностные трещины более существенны (Рис. 2). Они могут возрастать под воздействием нагрузки, приложенной к волокну (волокно подвергается нагрузкам во время производства кабеля, его прокладки, монтажа и дальнейшей эксплуатации).

Теоретическая прочность волокна на растяжение составляет 20 ГПа (или 20 кН/мм2). В реальности из-за различных дефектов, прочность намного ниже – около 5 ГПа (или 5 кН/мм2). Чтобы проверить, насколько данное значение соответствует действительности, был проведен эксперимент, целью которого являлось определение значений предельно допустимой нагрузки на разрыв современных волокон G.652 и G.657. Сразу стоит отметить, что эксперимент проводился на "бытовом уровне", без применения высокоточного выверенного измерительного оборудования. Поэтому о высокой точности полученных результатов мы не говорим. В качестве движущей силы выступал энтузиазм, измерительная установка собиралась "на коленке". Конечно, подобные испытания проводятся при изготовлении волокон, однако эти сведения нам недоступны. Эксперимент заключался в следующем. Были взяты 20 отрезков волокна серии G.652 SMF28+ Conring inc. (рис. 3) и 10 отрезков волокна серии G.657. Для каждого образца измерены значения предельно допустимой нагрузки на разрыв.

Рис. 3 Волокна серии G.652 SMF28+ Conring inc.

После серии испытаний и расчетов погрешностей получилось, что среднее значение предельно допустимого растягивающего усилия оптического волокна G.652 Сorning составляет 57,202 ± 1,170 Н, среднее значение предельно допустимого растягивающего усилия волокна G.657 – 62,8 ± 0,2 Н. По данным результатам можно сделать вывод о том, что волокна G.657 несколько прочнее на разрыв оптических волокон G.652. Данный результат объясняется наличием в конструкции ОВ G.657 плотного буферного покрытия. Если данный эксперимент вызвал у вас интерес, в будущем могу представить его со всеми подробностями.

С влиянием механических нагрузок на прочность волокна вроде все предельно понятно, но почему в срок службы кабеля входит срок хранения. Неужели волокно портится со временем, даже если не эксплуатируется?

Дело в том, что помимо механических воздействий, на срок службы волокна также влияют температурные изменения, химические воздействия, перепады влажности и многие другие факторы. Все они также приводят к появлению дефектов.

Таким образом, для ответа на вопрос, сколько прослужит оптический кабель, необходимо изучить степень влияния на волокно множества факторов. Поэтому далее будем рассматривать данный вопрос поэтапно с разных сторон. Начнем с вопроса, как старость волокна влияет на его предельную прочность на разрыв.

Исследование предельной прочности на разрыв старого волокна

Данное исследование проводили не так давно в компании Corning. Требуемая прочность волокна гарантирует возможность его эксплуатации.

Для проведения такого рода исследования необходимо искусственно состарить волокна. Старение волокон в лаборатории – это процесс, посредством которого волокно содержится в условиях повышенной температуры и влажности, с целью ускорения процесса старения и образования на его поверхности микроскопических дефектов.

В данном эксперименте целью испытания волокон на прочность является получение предельных значений на разрыв. Распределение значений прочности на разрыв волокна зависит от длины образца, скорости растяжения и условий окружающей среды. Результаты представляют в виде статистического распределения. Испытание волокон производится после выдержки образцов в специальной камере искусственного климата при заданной температуре и влажности.

Описание проведения эксперимента

Приведем описание климатических условий, которые создавались в лабораторной камере для преднамеренного старения волокна. Процесс ускорения старения проходил в два этапа: в климатической камере и в естественных условиях.

Лабораторные испытания содержали следующие этапы:

1) в течение 15 дней кабель содержался в условиях циклического изменения температуры, пиковое значение достигало 70°C;

2) на 7 дней кабель погружался в воду, температура воды 80°C;

3) 5 недель хранения кабеля в условиях повышенной температуры и влажности (при относительной влажности 94% и температуре 80°C).

Старение в условиях естественной окружающей среды: кабель был намотан на деревянной катушке и хранился без какой-либо защиты на открытом пространстве более 2 лет.

Такое комбинированное воздействие методов ускорения процесса старения волокон в лаборатории и под действием окружающей среды можно считать достаточно серьезным. Это подтверждает тот факт, что в результате данных манипуляций полностью разрушился барабан и перед тестированием необходимо было перемотать кабель на другую катушку.

Рис.4 Конструкция тестируемого кабеля

Для тестирования были выбраны волокна из тех участков кабеля, которые были наиболее удалены от оси кабельного барабана, т.е. которые непосредственно контактировали с внешней агрессивной средой.

От тестируемого кабеля были отрезаны куски длиной приблизительно два метра, из которых были аккуратно извлечены волокна. С волокон был тщательно удален гидрофоб тканью Kimwipe пропитанной D-гелем. После очистки все волокна были подвешены вертикально. Данные работы производились при относительной влажности воздуха 45% и температуре 23°C.

Тестирование на прочность было выполнено с помощью стандартной измерительной установки. Число экземпляров – 15. Расчетная длина волокон – 0.5 метра, скорость растяжения – 70% от длины волокна в минуту. Климатические условия – относительная влажность 45%, температура 23°C.

Результаты тестирования волокон на прочность приведены в Таблице 2.

Таблица 2 – Результаты тестирования волокон на прочность

Как видно из таблицы, для разных образцов значения растягивающей нагрузки на разрыв имеют небольшой разброс. Среднее значение для стандартных волокон составляет 545 кгс/мм2 (5.35 ГПа), что соответствует требованиям. Таким образом, можно сделать вывод, что старение кабеля не сильно ухудшило прочности волокон. Данная величина находится в допустимых пределах и волокна пригодны для дальнейшей эксплуатации.

Заключение

Созданные условия по старению волоконно-оптического кабеля сильно не ухудшили свойства волокна по прочности на разрыв. Полученные значения считаются допустимыми. Данные результаты говорят о том, что кабельные компоненты хорошо выполняют свои защитные функции ОВ от ускоренного старения.

Некоторые монтажники утверждают, что в работе им попадались оптические кабели 93-94 годов изготовления и прокладки, которым особо ничего не сделалось, и они продолжают работать. Другим попадались старые кабели, модули которых буквально рассыпались в руке. Конечно, многое зависит от производителя кабеля, от применяемых им материалов для кабеля, их качества, от соблюдения технологий монтажа и др. В общем, вопрос старения ВОЛС является довольно многопрофильным. Вряд ли кто-нибудь сможет сказать определенно, насколько с каждым годом увеличивается затухание в волокне. В данной статье затронута только небольшая часть этой проблемы. В будущем планируется рассмотреть влияние климатических факторов на другие параметры волокна и срок его службы. Если у вас есть какой-либо опыт в данном вопросе или интересные примеры, можете поделиться ими здесь с коллегами.

Оптические технологии, сварка оптоволокна, оптики, оптических волокон, измерение ВОЛС, снять рефлектограмму в Москве.

Для сварки ВОЛС мы используем профессиональные сварочные аппараты -
Fukijura 21s, Fukijura 22s, Fukijura 60s, Fukijura 62s и Fukijura 80s 2015-2018 годов выпуска, а также новейший сварочный аппарат Fukijura 36s - 2019 года.

Мы даем гарантию на работы по сварке оптоволокна - 5 лет, потому что производим и знаем как сделать правильную и качественную сварку оптики, которая подразумевает большой объем работ по подготовке к процессу сварки ВОЛС. Начинается все с зачистки брони внешней оболочки оптического кабеля, затем удаление гидрофобного состава специальным растворителем D-gel, извлечение оптических волокон из центральных оптических модулей (ЦОМ) кабеля ВОЛС, снятие полимерного защитного а затем и акрилового покрытия оптического волокна стриппером, очистка оголенного слекловолокна оптическим спиртом, используя безворсовые салфетки, выполнение скола оптического волокна прецизионным скалывателем и только после всех этих процедур можно переходить к процессу сварки оптоволокна.
В соответствии с руководящим документом отрасли РД 45.156-2000 "Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП", подготовленном Министерством Российской Федерации по связи и информатизации, для правильного оформления паспорта ВОЛС и успешной сдачи проекта Государственной приемной комиссии, необходимо предоставить протоколы измерения затухания оптического волокна и углов сведения оптических волокон экспортированных из памяти сварочного аппарата для волоконно оптических линий связи.
Сварка оптических волокон - от 80 до 240 рублей с НДС за волокно, в зависимости от объема.

Мы используем только новейшее, современное оборудование от ведущих мировых брендов для сварки оптики и тестирования ВОЛС.

Видео работ по сварке оптоволокна и тестированию ВОЛС в центре обработке данных (ЦОД) Минприроды РФ. Кроссировка и монтаж оптических панелей высокой плотности LISA от компании Huber&Suhner в стойки ЦОДа. Сертификация волоконно-оптических линий связи.

Видеопример сварки оптических волокон и измерения ВОЛС в центре обработке данных (ЦОД) Авиакомпании "Аэрофлот". Оптические панели высокой плотности от мирового производителя Molex в стойках ЦОДа. Паспортизация волоконно-оптических линий связи.

Видео работ по монтажу кросса и 96-волоконого ВОК в центре обработке данных (ЦОД).

Маркировка кабеля;
Направление измерений;
Номер волокна;
Цвет волокна;
Длина волны измерений;
Полные потери на участке ВОЛС;
Длина оптического волокна;
Затухание дБ/км;

Номер ячейки памяти;
Дата и время измерений;
Тип волокна;
Режим сварки ВОЛС;
Потери на сварке оптического волокна;
Смещение L;
Смещение R;
Угол L;
Угол R;
Угол волокна;
Величина разрыва.
Выявленные ошибки.

Рефлектограмма и измерения ВОЛС.

Для снятия рефлектограмм или измерения ВОЛС мы используем профессиональное измерительное оборудование, прошедшее ежегодную поверку в сертифицированном метрологическом центре г. Москвы: универсальные многомодовые и одномодовые рефлектометры - FOD 7005 35; одномодовые - Kiwi 7000 и Exfo AXS-100.

Снятие рефлектограммы позволяет с большой точностью выявить величину оптических потерь оптоволокна и главное на какой длине от начала измерений искать причину этих потерь. Правильное снятие рефлектограммы довольно не простая задача, как может показаться на первый взгляд. Существует множество параметров, которые необходимо учесть при настройке рефлектометра перед началом процесса измерений ВОЛС, такие как: коэффициент преломления светопроводящего материала, длина импульса, длина волны, диапазон измерения, порог потерь, количество сравнений в секунду, тип и диаметр сердечника, диаметр светопроводящей части, диаметр оптического волокна, выбор компенсационной катушки правильной длины и типа и др. Для точного измерения затухания оптического волокна в кабеле ВОЛС и оптических потерь на разъемах и соединениях трассы ВОЛС, мы используем компенсационные, нормализующие катушки, которые имеют все необходимые сертификаты и паспорта соответствия от завода-изготовителя: одномодовая (singlemode) компенсационная (нормализующая) катушка - 1000 метров, многомодовая (multimode) компенсационная (нормализующая) катушка - 200 метров.
Имеющиеся в компании "Москоно - Оптические технологии" комплекты измерительного оборудования ВОЛС, позволяют произвести измерения оптических потерь в сетях любого класса, как в домашних FTTB-сетях "последней мили", так и в магистральных городских, региональных и междугородних волоконно-оптических линиях связи.
В соответствии с руководящим документом отрасли РД 45.156-2000 "Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП", подготовленном Министерством Российской Федерации по связи и информатизации, для правильного оформления паспорта ВОЛС и успешной сдачи проекта Государственной приемной комиссии, необходимо предоставить распечатки рефлектограмм по Форме ВОЛС-ПТЭ-7 РД-45.156-2000.
Снятие рефлектограммы - от 70 до 120 рублей с НДС за одно измерение, в зависимости от объема работ.

Маркировка кабеля;
Наименование помещения начала и конца кабеля;
Диапазон измерений;
Длина волны;
Порог потерь;
Длина импульса;
Коэффициент преломления;
Порог отражения;
Модель и серийный номер рефлектометра;
Дата и время проведения измерений;
Оптическая длина волокна;
Затухание дБ/км;
Полные оптические потери;
Наглядное изображение трассы ВОЛС;
Таблица событий.

Подготовка паспорта волоконо-оптических линий связи для сдачи объекта Государственной приемной комиссии по РД 45.156.

В процессе подготовки паспорта ВОЛС для госприемки мы следуем предписаниям в едином руководящем документе отрасли РД 45.156-2000 "Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП", подготовленном Министерством Российской Федерации по связи и информатизации.
Стоимость подготовки Паспорта ВОЛС - от 5900 до 25000 рублей с НДС , в зависимости от сложности проекта.

Титульный лист паспорта трассы;
Диск с исходными данными рефлектограмм;
Опись документов и вложений;
Форма ВОЛС-ПТЭ-3, характеристики кабеля;
Характеристики разъемов, розеток, пиглейлов;
Форма ВОЛС-ПТЭ-5, паспорта и протоколы монтажа оптических муфт;
Форма ВОЛС-ПТЭ-6, паспорта и протоколы монтажа оптических панелей;
Порядок нумерации оптических розеток и волокон;
Отчет о параметрах сварки оптических волокон;
Форма ВОЛС-ПТЭ-8, протокол затуханий волоконно оптического кабеля;
Фотоотчет кроссировки оптических панелей;
Копия поверки рефлектометра;
Копия сертификата соответствия на рефлектометр;
Копия св-ва об утверждении типа средств измерений;
Форма ВОЛС-ПТЭ-7, распечатки рефлектограмм ВОЛС.

Восстановление ВОЛС, поиск повреждений волоконно-оптических линий связи

Для поисках повреждений участков ВОЛС или места обрыва оптического кабеля, а также определения мест с большими оптическими потерями, мы используем профессиональные рефлектометры: многомод/одномод - FOD 7005 35; одномод - Kiwi 7000 и Exfo AXS-100

Первым этапом в процессе поиска проблемного места ВОЛС является правильное снятие рефлектограммы . Затем, на основе полученных данных рефлектограммы можно сделать первые предположения о возможных неисправностях ВОЛС, таких как: полный обрыв кабельной линии; большие оптические потери на сварном или механическом (разъем) соединении оптического волокна; превышение максимально допустимого диаметра поворта оптического кабеля или оптического волокна, пигтейла внутри оптической панели или сплайс-кассете (перегиб) и как следствие большие оптические потери; превышение максимально допустимой растягивающей нагрузки на оптический кабель; превышение максимально допустимой раздавливающей нагрузки на кабель ВОЛС.
После определения возможных причин неисправности ВОЛС и расстояния от точки измерения до проблемного места на основе показаний рефлектограммы, проводится визуальное обследование участка трассы на выявленной длине оптической линии и устранение обнаруженных дефектов.
Стоимость услуги восстановления работоспособности ВОЛС - от 5900 рублей с НДС , в зависимости от сложности и объема работ.

Расстояние до события - 312 метров, дефект сварки;
Расстояние до события - 650 метров, соединение коннектор-коннектор;
Расстояние до события - 765 метров, дефект сварки;

Общая длина волокна - 956 метров;
Коэффициент преломления волокна - 1,46770;
Тип волокна - одномод;

Тестирование волоконно-оптических линий связи

Для тестирования ВОЛС мы используем профессиональные рефлектометры: многомод/одномод - FOD 7005 35; одномод - Kiwi 7000 и Exfo AXS-100

Тестирование волоконно-оптических линий связи проводится путем снятия рефлектограмм всех оптических волокон с двух сторон в оптических панелях или кабельных линиях, что позволяет с большой точностью измерить величину оптических потерь волокна, километрическое оптические затухания волокон и отражения в волоконно-оптических линиях связи. Подробнее о рефлектограммах и процессе измерения.
По окончанию тестирования, заказчик получает устное или письменное заключение по качеству работы волоконно-оптических линий связи, а также распечатки рефлектограмм в электронном или бумажном виде.
Тестирование оптического волокна - от 70 до 120 рублей с НДС за одно измерение, в зависимости от объема работ.

Сертификация волоконно-оптических линий связи

Для сертификации ВОЛС мы используем профессиональные рефлектометры: многомод/одномод - FOD 7005 35; одномод - Kiwi 7000 и Exfo AXS-100

Сертификация волоконно-оптических линий связи проводится путем снятия рефлектограмм всех оптических волокон с двух сторон в оптических панелях или кабельных линиях, что позволяет с большой точностью измерить величину оптических потерь волокна, километрическое оптические затухания волокон и отражения в волоконно-оптических линиях связи. Подробнее о рефлектограммах и процессе измерения.
В соответствии с руководящим документом отрасли РД 45.156-2000 "Состав исполнительной документации на законченные строительством линейные сооружения магистральных и внутризоновых ВОЛП", подготовленном Министерством Российской Федерации по связи и информатизации, для правильного оформления паспорта ВОЛС и успешной сдачи проекта Государственной приемной комиссии, необходимо предоставить распечатки рефлектограмм по Форме ВОЛС-ПТЭ-7 РД-45.156-2000.
В итоге процесса сертификации, заказчик получает исчерпывающую информацию по структурированной кабельной системе ВОЛС в виде Паспорта ВОЛС в электронном и бумажном виде. Сертификация оптического волокна - от 70 до 120 рублей с НДС за одно измерение, в зависимости от объема работ.

Проектирование СКС ВОЛС

Разработка проектов СКС с учетом Российских и международных требований, стандартов, и правил.

В процессе создания проекта СКС, учитывается целый ряд международных и национальных требований и стандартов, таких как: ANSI/TIA/EIA–942 - «Telecommunications Standard for Data Centers» (Телекоммуникационная инфраструктура центра обработки данных); ANSI/TIA/EIA-568 «Commercial Building Telecommunications Cabling Standard» (Стандарт телекоммуникационных кабельных систем коммерческих зданий); ANSI/EIA/TIA–569-С:2012 «Commercial Building Standard for Telecommunications Pathways and Spaces» (Кабелепроводы и технологические помещения для телекоммуникаций в зданиях коммерческих организаций); ISO/IEC 11801 «Information Technology: Generic Cabling for Customer Premises» (Информационные технологии. Структурированная кабельная система для помещений заказчиков); ГОСТ Р 53246-2008 Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования; ГОСТ Р 53315–2009 Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности ПУЭ, изд.7 "Правила устройства электроустановок".
Проектирование СКС и ВОЛС - от 10000 рублей с НДС , в зависимости от сложности прокта.

Общие данные;
Структурная схема;
План расположения оборудования;
План кабельных трасс и каналов;
План расположения оборудования в телекоммуникационном шкафу;
Схема соединений оптических линий;
Кабельный журнал. Оптические линии.;
Кабельный журнал. Медные линии.;
Спецификация оборудования;

ANSI/TIA/EIA–942;
ANSI/TIA/EIA-568;
ANSI/EIA/TIA–569-С:2012;
ISO/IEC 11801;
ГОСТ Р 53246-2008;
ГОСТ Р 53315–2009;
ПУЭ, изд.7;

Пример готового к сдаче проекта интеграции волоконно-оптической линии связи (образец, сокращенный вариант)

Монтаж волоконно-оптических линий связи

Собственный штат опытных монтажников

Большой штат опытных монтажников, возможность привлечения специалистов разного уровня квалификации. Мы используем только качественные и профессиональные инструмены. Выполняем работы любого уровня сложности: от прокладки абонентского кабеля до монтажа сложной СКС ВОЛС или Центра обработки данных.
С качеством и профессионализмом выполненных нами работ можно ознакомиться в разделе Наши работы.
Стоимость прокладки волоконно-оптического кабеля (ВОК) от 70 до 280 рублей с НДС .
Цена прокладки ВОК зависимости от условий монтажа: в помещении / уличные; воздушный подвесной; по опорам или столбам; по лоткам; по кабельным каналам; подземный по кабельной канализации; в грунт.
Точную стоимость можно рассчитать после отправки проекта или по телефону со специалистом.

Потери в сварных соединениях волокон

Сварка SM (одномодовых) волокон производится с помощью автоматизированных сварочных аппаратов, осуществляющих не только сварку волокон, но и оценку величины потерь в месте соединения волокон. Юстировка и оценка величины потерь в месте соединения волокон производится по смещению сердцевин волокон, что позволяет создавать сварные соединения со средними потерями порядка 0.02 дБ. Эта величина сравнима с точностью измерения потерь в сварных соединениях (~ 0.01 дБ) как с помощью рефлектометров, так и с помощью мультиметров. Т.е. можно полагать, что в лабораторных условиях SM волокна свариваются практически без потерь.

Столь малые потери в сварных соединениях SM волокон достигаются при условии выполнения целого ряда технологических требований: прецизионной настройки режимов сварочного аппарата, использовании высококачественного скалывателя (среднее значение угла скалывания торца волокна 0.5°) и тщательной очистки поверхности свариваемых волокон. Однако, при работе в поле не всегда удается соблюсти все эти технологические требования, что приводит к возникновению различного рода нарушений качества сварного соединения.

На рисунке приведены типичные искажения сварных соединений примерно так, как они видны на экране сварочного аппарата.

Как уже говорилось, на экран автоматизированных сварочных аппаратов выводится не только изображение волокон, но и оценка величины потерь в сварном соединении. В большинстве аппаратов она рассчитывается по величине смещения сердцевин свариваемых волокон. Однако, такая оценка не учитывает (как видно из рисунка выше) несовершенства сварного соединения приводящих к появлению избыточных потерь. Кроме того, так как в общем случае диаметры модовых пятен свариваемых волокон не равны друг другу, то избыточные потери возникают и при высоком качестве соединения волокон. Эти потери (αΔw(дБ) = 4.34 (Δw/w)2 (1.4)) пропорциональны квадрату относительной разности диаметров модовых пятен свариваемых волокон.

По международному стандарту G.652 относительные вариации диаметра модовых не превышают 10 %. Полагая Δw/w = 0.1, получаем αΔw(дБ) = 0.043 дБ. Хотя эта величина и меньше 0.05 дБ (требования Ростелекома), однако нет гарантии что вариация диаметра волокна на практике не превысит 10 %. Поэтому окончательный вывод о качестве сварного соединения волокон может быть сделан только после того, как будут проведены прямые измерения потерь в этом соединении. Наименьших потерь в сварных соединениях волокон удается добиться при юстировке по сердцевине волокон с коррекцией эксцентриситета. В этом случае потери возникают в основном из-за неравенства диаметров модовых пятен свариваемых волокон. Допуск на диаметр модовых пятен у большинства ведущих компаний производителей на λ = 1310 нм составляет ± 0.5 мкм. Соответственно, в самом худшем случае диаметры модовых пятен свариваемых волокон могут различаться на 1 мкм. Потери при этом составят величину 0.04 дБ. Компании Corning и Hitachi уменьшили этот допуск до ± 0.4 мкм и, соответственно, снизили эти потери до 0.025 дБ. Допуск на диаметр модовых пятен ± 0.5 мкм соответствует международному стандарту ITU4T G. 652, согласно которому он не должен превышать 10 %. Это означает, что максимальная разница диаметров модовых пятен у волокон разных производителей не превышает 10 %, и, соответственно, возникающие из-за этого потери не превышают 0.04 дБ. Однако в оптический кабель, как правило, укладываются волокна какой-то одной производящей компании.

При соединении строительных длин таких кабелей максимальная разница диаметров модовых пятен получается значительно меньше. На практике средняя величина потерь при сварке волокон одной производящей компании составляет < 0.05 дБ и определяется совокупностью факторов: таких как плохой скол, грязь на торцевой или боковой поверхности волокон, эллиптичность и флуктуации диаметра оболочки, погрешности в настройке режима сварочного аппарата и т. д.

Расчет оптического бюджета

Важнейшим параметром волоконно-оптической линии связи является затухание сигнала. Именно затухание или, по-другому, потери оптической мощности сигнала является ключевым свойством ВОЛС, определяющим её работоспособность. Было бы прекрасно, если бы потерь не было вовсе, но, к сожалению, современные технологии передачи оптических сигналов по световодным волокнам от этого далеки. Тем не менее контролировать потери мощности в ВОЛС можно и нужно. Причины их возникновения:

cобственные потери ОВ за счёт рэлеевского рассеяния и ИК-поглощения света,
потери на сварных соединениях ОВ в линии,
потери на разъёмных соединениях (коннекторах) в линии,
потери на изгибах ОВ.

Более подробно обо всех причинах потерь читайте в статье про измерения на ВОЛС.

Смотрите обзоры рефлектометров на канале ВОЛС.Эксперт в Ютубе

Понятие бюджета оптической линии

Оптический бюджет — это совокупность оптических потерь, которые предварительно учитываются в ВОЛС. Обычно такой подсчёт делается в двух случаях:

Проектируя будущую линию, руководствуемся приоритетом выбора оптимальной трассы прокладки и, подсчитав её длину, количество муфт и количество разъемных соединений, получаем величину потерь. Эта величина даёт понимание, какое каналообразующее активное оборудование необходимо использовать в дальнейшем для работы на этой линии.
Имея комплект активного приёмо-передающего оборудования, подсчитываем, какими интегральными потерями будет обладать будущая линия и будет ли работать с ней выбранное оборудование. В этом случае нахождение оптического бюджета носит проверочный характер. Если укладываемся в бюджет — хорошо, можно приступать к строительству. Если нет — вносим коррективы в проект (уменьшаем длину за счёт выбора другой трассы, выбираем более качественный кабель, уменьшаем количество муфт, разъемов). Частным случаем проверки оптического бюджета может быть организация канала связи по уже построенным ранее линиям. Например, если возникает задача соединить точки А и Б, между которыми в нашем распоряжении имеются волокна, проложенные разными путями, можем выбрать те из них, которые гарантированно будут обеспечивать работу нашей «активки».

Оптические потери исчисляются в децибелах (дБ). Напомним, что применительно к оптической мощности эти единицы определяются соотношением [1]:

где:
P — мощность характеризуемого сигнала, Вт.
P_o — мощность опорного сигнала, Вт.

Децибелы являются относительной величиной, характеризующей логарифмическое отношение двух уровней мощности. В случае с передачей сигнала в виде оптического излучения используют, как правило, отношение мощности на входе в линию к мощности на выходе из линии. Собственно, эта величина, записанная в дБ и является величиной оптических потерь.

Чтобы соотнести допустимые для оборудования потери с потерями в линии, необходимо использовать следующие простые формулы.

Для приёмо-передающего оборудования величина допустимых потерь рассчитывается по формуле [2]:

где:
А_доп — допустимые потери между источником и приёмником, дБ.
P_TX, дБм — мощность источника излучения, формирующего передаваемый сигнал. Эта величина указывается на паспорте передатчика (и, как правило, на корпусе изделия). Единицы дБм являются теми же самыми децибелами, но за величину мощности опорного сигнала в этом случае всегда принимают 1 мВт. Эта запись упрощает подсчёт потерь (для нахождения величины ослабления сигнала достаточно просто складывать децибелы), но также даёт возможность узнать величину в милливаттах (поскольку мы знаем, что = 1 мВт). На практике этим вычислением по формулам никто не занимается, а используют таблицы соответствия, по которым можно пересчитать дБм в мВт.
P_RX, дБм — чувствительность приёмника излучения. Эта величина характеризует минимальный уровень мощности, который способен безошибочно детектировать фоточувствительный элемент приёмника.

Величину же потерь, которые есть в ВОЛС, т. е. оптический бюджет линии, можно в самом простом случае записать формулой [3]:

Довольно простая формула, в которой суммируем все предопределенные потери. Произведение километрического затухания на длину ОВ даёт потери в волокне; количество сварных соединений, умноженное на 0,05 дБ даёт потери на сварках и т. д. Эксплуатационный запас — это некоторая прибавка, которую закладываем в бюджет заранее, предваряя появления возможных дополнительных потерь (например, из-за деградации волокна, ухудшения коннекторов в результате многократной коммутации, из-за аварий на кабеле и пр.). Величина запаса оговаривается между заказчиком строительства и подрядной организацией, как правило, выбирается из диапазона от 3 до 6 дБ.

Если в линии должны появиться какие-либо иные оптические элементы (сплиттеры, фильтры и т. д.), номинальные значения их потерь также необходимо учитывать и внести в формулу подсчета оптического бюджета.

Зная величины допустимых для активного оборудования потерь и потерь, которые даст линия связи, проверяем выполнение следующего условия [4]:

Если условие [4] выполнено, ВОЛС можно смело вводить в эксплуатацию — сигнал будет успешно передаваться от передатчика к приёмнику. Разумеется, при условии соблюдения всех технологических требований при строительстве. К ним следует отнести и соблюдение правил прокладки кабеля, и выполнение инструкций по монтажу муфт и кроссов, и использование качественного сварочного оборудования и инструментов, и многое другое.

Обо всех этих важных моментах мы подробно рассказываем в рамках наших учебных курсов.

Надо добавить, что приведенный расчёт оптического бюджета является базовым и не содержит в себе многих частных случаев, с которыми можно столкнутся на практике. Например, в формуле потерь в линии [3] отсутствуют потери, которые вносят такие пассивные компоненты, как сплиттеры или оптические фильтры, а ведь и их используют довольно часто. Если применяем какие-то из них, необходимо дополнить формулу, учесть потери, которые будут вносить эти элементы. Величины потерь необходимо брать из спецификаций, прилагаемых к каждому подобному изделию.

Некоторым образом может и усложниться формула подсчета допустимых потерь [2]. Дело в том, что правильная работа приёмника сигнала может быть обусловлена не только его чувствительностью, но и максимально допустимой вводимой мощностью. При превышении определенного уровня мощности принимаемого сигнала, прописанного в паспорте изделия, есть угроза повреждения фоточувствительного элемента. Поэтому необходимо учитывать и этот момент, и условие [4] превращается в следующее условие [5]:

где потери A_{доп min} посчитаны для значения максимально допустимой мощности, а A_{доп max} — для значения чувствительности приёмника. Условие работоспособности линии [5], таким образом, задаёт диапазон потерь, в который должен попасть оптический бюджет. Если потери оказываются ниже, чем требуется, и на приёмник попадает слишком большая мощность, в линию вводят такие элементы, как оптические аттенюаторы, имеющие заданную величину потерь. Эти потери добавляются в А_общ и проводится повторная проверка условия [5].

Расчет оптического бюджета GPON

Оптический бюджет играет одну из самых важных ролей в проектах по строительству сетей GPON, поэтому рассмотрим прикладную задачу подсчёта бюджета при строительстве таких сетей. Наряду с планированием прохождения трасс магистральных и распределительных кабелей необходимо точно представлять, будет ли возможно подключить всех потенциальных абонентов, проживающих в доме или в населенном пункте, где планируем строить нашу сеть.

В порядке примера применения этого расчёта рассмотрим одну из самых популярных схем организации сети PON — деление с коэффициентом К=64, выполненное двумя каскадами: 1×8 и 1×8.

На рис. 1 показана структурная схема такой сети, где: ОРШ — оптический распределительный шкаф, в котором магистральное ОВ делится сплиттером с коэффициентом 1:8 (первый каскад); муфты-кроссы — оптические муфты, в которых ОВ распределительных кабелей делятся сплиттером так же с коэффициентом 1:8 (второй каскад); показаны также сварные и разъёмные соединения на ОВ.

Рис. 1. Структурная схема сети PON при делении 1×8 : 1×8 (К=64).

Необходимо учесть все факторы потерь, расположенных в данном случае на пути от станции до абонента. В силу того, что абонентов много (в этой сети — до 64-х) и все они находятся приблизительно на одинаковом расстоянии от станции, заниматься подробным расчётом для каждого абонента было бы затруднительно. Расчёт делается один, но все параметры выбираются как самые неблагоприятные — длина ОВ до самого удалённого абонента, предельно допустимые потери на сварках и разъёмах, длина волны λ=1310 нм и т. д.

В примере рассмотрим суммарную длину ОВ равную 10 км.

Потери в ОВ в таком случае составят:

Потери в соединениях подсчитаем, используя для наглядности схему на рис. 2. Потери на сварках взяты гораздо большей величины, чем было в [3]. Это учитывает возможность того, что при монтаже таких сетей могут использоваться сварочные аппараты для локальных линий или вовсе механические соединители типа «fibrlok».

Рис. 2. Линейная схема OLT – ONT, с указанием потерь (дБ) на соединениях.

В результате имеем:

Табл. 1. Типовые потери на планарных сплиттерах в зависимости от коэффициента деления.

Как уже говорили, берем наихудший вариант потерь. Для двух наших сплиттеров (1×8) имеем:

Итого для линии длиной 10 км, на длине волны λ=1310 нм и с учётом всех элементов линии получаем суммарные потери:

Получив значение общих потерь или, другими словами, подсчитав оптический бюджет линии, убеждаемся, что в этой сети можно использовать активное оборудование, имеющее запас по мощности А_доп = 28,5 дБ. Такой бюджет имеет оборудование класса B+ (согласно стандарту G.984.1). Значит, используя в данной сети GPON приемопередающее оборудование класса B+, мы гарантированно обеспечим ее работоспособность.

Читайте также: