Конструкция применяемых оптических кабелей

Применяемые для автоматизации про­изводственных процессов волоконно-оптиче­ские системы передачи информации в своем составе имеют ОК, которые по своему на­значению подразделяются на

• объектовые — для передачи информации внутри объекта,

• монтажные — для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

Оптические кабели из­готавливаются одно- и многоволоконными. Конструкция ОК приведена на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Одно- (а) и четырехволоконный (б) оптические кабели:

1 — защитная полиэтиленовая оболочка; 2 — упроч­няющие нити; 3 — оптический модуль; 4 — демп­фирующие эластичные нити; 5 — волоконный све­товод; 6 — силовой модуль; 7 — разделительный (заполняющий) модуль; 8 — скрепляющая поли­эфирная лента

Для изготовления ОК применяют опти­ческие волокна двух типов:

• кварцевые и

• кварцполимерные с градиентным и ступен­чатым профилем показателя преломления.

Оптические кабели с числом оптических волокон (ОВ) четыре и более имеют цент­ральный упрочняющий элемент, вокруг ко­торого уложены спиральной скруткой опти­ческие модули, защищенные фторопластовой трубкой. Наружный диаметр трубки 2,5 мм, шаг скрутки не менее 15 наружных диа­метров по скрутке. Внутри фторопласто­вой трубки уложено ОВ и упрочняющие нити, пропитанные гидрофобным составом. Поверх кабельной скрутки наложена обо­лочка из поливинилхлоридного пластиката.

Виды соединений оптических кабелей

Одним из ответственных решений при проектировании является выбор вида соеди­нения ОВ кабеля.

Соединение ОВ может быть

• разъемным и

• неразъемным.

Выбор вида соединения ОВ и качество выполнения является одним из определяю­щих факторов дальности и качества связи по ОК.

Для разъемного соединения применяют механическое соединение при помощи:

• соединительных втулок, муфт (розеток);

• разъемных соединителей (аналог штекер­ного соединения);

• металлических (прецизионных) наконеч­ников.

Для неразъемного соединения ОВ при­меняют

• электродуговую сварку или

• клеевой метод.

Соединители ОВ представляют собой уст­ройства, предназначенные для точного со­вмещения и соосности торцов ОВ, фиксации соединяемых волокон и для механической защиты стыка (сростка) волокон.

Соединительные муфты применяют для защиты места соединения (сростка) ОВ от механических воздействий. Наличие силового элемента (металлической платы) в муфте по­зволяет надежно фиксировать место стыка (спая) ОВ, исключать растягивающие воздей­ствия как на место стыка (спая), так и на волокно.

При соединении ОВ возникают потери передаваемого сигнала, которые условно разделяют на две группы.

К первой группе относятся потери, вы­зываемые радиальным смещением осей свето­водов (ОВ), угловым рассогласованием, зазорами между торцами ОВ, качеством обработки поверхности торцов соединяемых ОВ (наличием царапин, сколов, микронеров­ностей, неперпендикулярностью торца оси ОВ).

Ко второй группе относятся потери, вы­званные различием числовых апертур сты­куемых ОВ, диаметров сердечников, некон­центричностью и эллиптичностью соеди­няемых ОВ.

После каждого соединения необходимо проводить измерение затухания сигнала.

Степень затухания сигнала определяется коэффициентом затухания

d = l / l101g(P₁/P₀),

где d— коэффициент затухания (ослабления), дБ/км;

Р₀ — мощность, введенная в начало кабеля;

Р₁ — мощность на конце кабеля;

l — длина кабеля, км.

Подготовка концов ОВ к их соеди­нению состоит из следующих операций:

• удаление защитной оболочки;

• удаление покрытия с оптического волок­на;

• обработка торца ОВ (скол, шлифование, полирование и т. п.).

Для разъемных соединений качественная обработка торца (шлифование и полирование) возможна только в условиях мастерских с необходимым оборудованием.

Для неразъемных соединений, выпол­няемых методом электродуговой сварки, необходимо выполнить качественное удале­ние покрытия с ОВ и произвести скол так, чтобы на торце не было трещин, выступов и впадин.

Для неразъемных соединений, выполняе­мых клеевым методом, кроме выполнения условий сварки необходимо добиваться, что­бы после скола ОВ торец волокна был аб­солютно плоским и строго перпендикулярен оптической оси волокна.

Контроль за качеством обработки торца выполняют при помощи микроскопа «Биолам Р-4» или МБ-9.

Метод электродуговой сварки.

Соеди­нение ОВ методом электродуговой сварки наиболее эффективно для монтажа маги­стральных ОК при недостаточных строитель­ных длинах, подключении многоволокон­ных кабелей к аппаратуре путем перехода на одноволоконные кабели, оконцованные наконечниками. Соединение сваркой дает по­тери на стык 0,1—0,5 дБ.

При соединении ОВ электродуговой сваркой необходимо в проекте определить технологию выполнения работ, предусматри­вающих следующие операции: подготовку ОВ к сварке, сварку ОВ, проверку ка­чества сварки, нанесение защитного покрытия на места сварки (спая) ОВ и соедине­ния ОК.

Подготовка ОВ к сварке:

1) уложить соединяемые концы ОК па­раллельно друг другу на монтажный стол и закрепить. Концы ОК должны перекрывать друг друга на 200 — 300 мм;

2) произвести разделку конца одноволоконного кабеля (рис. 11.5);

Рис. 11.5. Разделка конца одно- (а) и много­волоконного (б) оптического кабеля:

1 — защитная оболочка; 2 — упрочняющие нити; 3 — защитное покрытие оптического волокна; 4 — оптическое волокно без покрытия; 5 — защитная трубка оптического модуля; 6 — разделительный модуль

3) протереть сращиваемые концы ве­тошью, смоченной в бензине;

4) удалить с кабеля полиэтиленовую оболочку. Для этого производят поперечный и продольный разрезы защитной оболочки так, чтобы нож инструмента прорезал не бо­лее ²/₃ ее толщины. Разрезы производят инструментом АРБ М6.888.012;

5) перенести маркировку ОВ с концов к торцу (краю) оболочки и отрезать излиш­ки ОВ;

6) снять с ОВ полиамидное, кремнийорганическое (сиэл) покрытие при помощи инструмента АРБ М6.881.011 на расстоянии 35 мм от торца ОВ.

Очистить ОВ от остатков покрытия (сиэла) плотной тканью, смоченной в спир­те;

7) при помощи микроскопа или пяти­кратной лупы произвести визуальный конт­роль качества снятия кремнийорганического покрытия;

8) надеть отрезки термоусаживаемых трубок (ТУТ) на ОВ. Длина отрезков ТУТ должна быть 50 мм. Диаметр ТУТ выбирают по диа­метру ОВ с защитным покрытием;

9) произвести скол ОВ при помощи инструмента АРБ М4.089.001 для резки оптического моноволокна. Торец ОВ должен быть плоский и перпендикулярный оси во­локна. На торце не должно быть высту­пов, трещин и впадин. При помощи микроскопа произвести ви­зуальный контроль полученного торца. При неудовлетворительных результатах операцию скола ОВ повторить. Проверку качества скола можно также рекомендовать по схеме рис. 11.6. Хороший скол дает симметрич­ное круглое диаметром D пятно света на экране, расположенном на расстоянии при­мерно l = 300 мм от торца ОВ.

Рис. 11.6. Схема проверки качества скола торца ОВ оптического кабеля:

1 — источник излучения мощностью 1,5 Вт; 2 — фокусирующая линза;

3 — оптический кабель

Операции при сварке оптических воло­кон:

1) подготовить устройство для сварки ОВ согласно инструкции по эксплуатации;

2) закрепить концы свариваемых ОВ в зажимах устройства и отъюстировать ОВ в двух плоскостях;

3) свести торцы ОВ, оставляя зазор рав­ный 1/2 — 1/3 диаметра ОВ, и убедиться в точности юстировки;

4) произвести сварку ОВ согласно ин­струкции по эксплуатации сварочной уста­новки АРБ М2.322.001.

Проверка качества сварки:

1. с помощью микроскопа визуально проверить качество полученного стыка (спая). Стык (спай) не должен иметь пузырьков, неровностей и должен иметь вид, представ­ленный на рис. 11.7;

Рис. 11.7. Правильно выполненные сваркой (a) и дефектные (б)

стыки ОВ оптических кабелей:

1 — оптическое волокно; 2 — защитное покрытие ОВ

2) произвести контроль качества сварки рефлектометрическим методом. Затухание сигнала в стыке должно быть не более 0,5 дБ;

3) в случае получения неудовлетвори­тельного стыка или результатов измерений стык считается некачественным и подлежит переделке.

Нанесение защитного покрытия на соеди­няемые ОВ:

1) защитное покрытие стыка ОВ выпол­няют при помощи ТУТ;

2) вывести ОВ из зоны сварки, закрыть место сварки ТУТ и уложить в защит­ную гильзу (желобок) из жести. Закрепить ОВ в гильзе (желобке) путем смятия стенок на концах гильзы. Усадить ТУТ;

3) на каждое соединение ОВ, выполняе­мое сваркой, должен быть составлен паспорт..

При соединении многоволоконных кабе­лей такой же паспорт составляют на муфту.

Соединение с помощью разъемного соеди­нители по рис. 11.9.

Рис. 11.9. Разъемный соединитель много­кратного действия для соединения ОВ с пласт­массовым покрытием:

1 — стальные трубки; 2 — гнезда; 3 — световоды; 4 — конические каналы; 5 — штуцера; б — иммер­сионная жидкость; 7 — оптический кабель

Разъемный соединитель (рис. 11.9) много­кратного использования предназначен для соединения ОВ с пластмассовым покрытием.

Штыревая часть соединителя имеет с обеих сторон конические каналы (диаметр отверстия конического канала является един­ственным критическим размером). В штыре­вую часть и гнездо соединителя вставляют концы ОВ, подготовленные так же, как для соединения сваркой.

Фиксация ОВ осуществляется сжатием концов трубок из стали, находящихся в хвостовике, или приклеиванием к трубкам кабеля эпоксидной смолой. Перед соедине­нием в зазор между ОВ и трубкой вносят иммерсионную жидкость.

Штыревая часть и гнездо фиксируются между собой накидной гайкой. Потери в соединении составляют 0,35—10,5 дБ.

Соединение металлическими наконечни­ками.

Металлические наконечники монтируются на конце ОВ. Для этого с конца ОВ снимают защитное покрытие длиной не менее 40 мм. Затем надевают наконечник так, чтобы ОВ выступало из него на 15 — 20 мм (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Заделка металлического нако­нечника на конце ОВ:

1 — оптическое волокно с защитным покрытием; 2 — металлический наконечник; 3 — капилляр — стеклянная трубка; 4 — волокно без покрытия; 5 — отверстия для заливки эпоксидной смолы

На выступающий конец ОВ надевают капилляр (стеклянную трубку с отверстием) длиной 10 мм. Капилляр устанавливают в наконечник так, чтобы конец выступал на 1—2 мм. На ОВ и капилляр наносят слой эпоксидной смолы марки ЭД-9, К-400 или Д-9.

Эпоксидную смолу заливают в отвер­стие наконечника для фиксации ОВ. Затем торец волокна шлифуют и полируют. То­рец должен быть обработан с чистотой 0—10 по ГОСТ 11141-84.

Соединение ОВ производят при помощи втулки с резьбой и накидных гаек, которые позволяют плотно стыковать ОВ (рис. 11.11).

Рис. 11.11. Соединение ОВ металлическими наконечниками:

1 — оптическое волокно; 2 — металлический нако­нечник; 3 — накидная гайка; 4 — соединительная втулка: 5 — иммерсионная жидкость

Потери составляют 0,3 —0,5 дБ. При каждом переходе стекло — воздух или воздух — стекло потери составляют 0,15 дБ.

Соединение ОВ при помощи втулок.

Для соединения применяют прецизионные втулки, диаметры которых равны наружным диамет­рам ОВ (рис. 11.12). Трубки фиксируют и юстируют ОВ.

Рис. 11.12. Соединение ОВ с помощью втулок:

1 — оптическое волокно без покрытия; 2 — втулка; 3 — иммерсионная жидкость

Трубки должны иметь коническую фор­му на концах, что облегчает ввод ОВ. В средней части трубки должно быть отверстие для ввода иммерсионной жидкос­ти, служащей для согласования показате­лей преломления ОВ. Среднее ослабление сигнала в соединении составляет 0,3 дБ.

В качестве иммерсионной жидкости мо­гут быть использованы глицерин или кремнийорганические жидкости типа СКТНМФ со светопропусканием не менее 95%.

Монтаж муфт при соединении ОК.

Мон­таж муфт производят на монтажном столе при соединении ОК.

Для соединения многоволоконных ОК применяют металлические и полиэтиленовые цилиндрические муфты (рис. 11.13).

Рис. 11.13. Соединение многоволоконных ОК с помощью