 |
Изучение принципов разделки волоконно-оптических кабелей. Разъёмные и сплайс-соединения оптических волокон
|
|
|
|
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
По дисциплинам оптического направления
Уфа 2010
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра телекоммуникационных систем
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по дисциплинам оптического направления
Уфа 2010
Составители: А.Х. Султанов, И.Л. Виноградова, А.И. Салихов
УДК 621.___ (__)
ББК __.__(__)
Рецензенты: д-р техн. наук, проф., зав. каф. АП Ефанов В.Н.
д-р техн. наук, проф. каф. ИИТ Фетисов В.С.
Лабораторный практикум по дисциплинам оптического направления / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: А.Х. Султанов, И. Л. Виноградова, А.И. Салихов. – Уфа, 2010. – _____ с.
Приведены краткие теоретические сведения, задания и методика выполнения заданий по ряду лабораторных работ, связанных с построением и эксплуатацией традиционных волоконно-оптических, а также перспективных полностью оптических сетей по дисциплинам оптического направления: «Полностью оптические сети», «Оптические системы передачи», «Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах».
Предназначен для студентов специальностей 210404 – «Многоканальные телекоммуникационные системы», 210406 – «Сети связи и системы коммутации», студентов направления подготовки бакалавров техники и технологии 210400 – «Телекоммуникации» и магистров направления подготовки 210400 – «Телекоммуникации».
|
|
|
Ил. 15, библиогр. 29
©Уфимский государственный авиационный
технический университет, 2010
Содержание
| Используемые сокращения...……..…………..…………..…………................ | ..…4 |
| Введение…………..…………..…………..…………………………................. | ..…5 |
| Лабораторная работа №1. Изучение принципов разделки волоконно-оптических кабелей. Разъёмные и сплайс-соединения оптических волокон | ..…6 |
| Лабораторная работа №2. Изучение принципов сварного соединения оптических волокон....……….......................................................…………….. | |
| Лабораторная работа №3. Изучение принципов рефлектометрии оптических волокон....……………………................................……................ | …16 |
| Лабораторная работа №4. Изучение спектральных методов анализа оптических эффектов применительно к волоконно-оптической технике...... | ...32 |
| Лабораторная работа №5. Изучение принципов функционирования сег-мента со спектральным уплотнением каналов..………………........................ | ...39 |
| Лабораторная работа №6. Изучение эффекта хроматической дисперсии и методов его количественного анализа на линиях передачи............................ | |
| Лабораторная работа №7. Изучение эффекта поляризационно-модовой дисперсии и методов его количественного анализа на линиях передачи. Рефлектометр обратного рассеяния................................................................... | |
| Лабораторная работа №8. Изучение принципов функционирования разветвлённых сегментов SDH...........................………………........................ | |
| Краткое руководство по технике безопасности в лаборатории «Оптика» | |
| Требования к содержанию и оформлению отчёта по лабораторным работам.................................................................................................................. | ...47 |
| Перечень рекомендуемой литературы............................................................... | ...47 |
Используемые сокращения
|
|
|
| АСУМ | – | автоматизированная система управления и мониторинга |
| ВОК | волоконно-оптический кабель | |
| ВОЛП | – | волоконно-оптическая линия передачи |
| ВОСП | – | волоконно-оптическая система передачи |
| ОВ | – | оптическое волокно |
| ОК | – | оптический кабель |
| РУ | – | регенерационный участок |
| ТСС | – | тактовая сетевая синхронизация |
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторный практикум предназначен для изучения инженерных принципов построения и эксплуатации сегментов традиционных волоконно-оптических, а также перспективных полностью оптических сетей, построенных как на основе спектрального уплотнения, так и динамически реконфигурируемых физических топологий. Волоконно-оптические линии передачи и полностью оптические сети в перспективе будут составлять основу телекоммуникационных систем, вследствие чего в результате освоения курса необходимо ознакомиться с базовыми принципами построения компонентов полностью оптических сетей, методами их использования на сегментах сетей, а также принципами диагностики и настройки (наладки) линий передач.
Приступая к выполнению лабораторных работ, обучающийся должен иметь представление о технических принципах построения современных волоконно-оптических систем передач (ВОСП), волоконно-оптических линий передач (ВОЛП) включая топологические сетевые схемы, компонентную базу ВОСП и принципы организации связи.
Перед обучающимся не ставится задачи глубокого освоения физических эффектов, используемых при построении компонентов оптических сетей. Тем не менее, в процессе выполнения лабораторных работ имеется возможность наблюдать физические оптические эффекты, связанные с распространением света в оптических волокнах (ОВ), в частности – видами дисперсии, линейного и нелинейного преломления и рассеяния.
Лабораторная работа № 1
Изучение принципов разделки волоконно-оптических кабелей. Разъёмные и сплайс-соединения оптических волокон
Цель работы. Изучение технических принципов разделки волоконно-оптических кабелей (ВОК) для последующего выполнения неразъёмных соединений, а также принципов сборки муфт.
Теоретическая часть. В процессе проведения лабораторной работы требуется изучить основной состав оборудования, предназначенного для разделки ВОК до состояния выделения (отделения) отдельных ОВ, а также состав оборудования, предназначенный для выполнения механического соединения (сплайс-соединения) ОВ. Требуется получить навыки владения указанными видами оборудования, в том числе освоить процесс сборки муфт, применяющихся на ВОЛП.
|
|
|
Оптические кабели содержат несколько световодных жил, и в отдельных случаях эти световоды могут обладать различными параметрами [1 - 3]. ВОК также содержат различные защитные слои и так называемые «нити жёсткости», придающие кабелю требуемые механические свойства. Процедура разделки предполагает разделение указанных частей: снятие верхних оболочек, отделение световодов во внешних оболочках и снятие последних. Лишь после этого возможны последующие манипуляции с ВОК – выполнение механического соединения ОВ, оконцовка, сварка и т.д.
Среди соединений ОВ следует разделять: разъёмные (коннекторные), неразъёмные (сварка, клеевые) и условно неразъёмные (сплайс-соединения).
При несомненных достоинствах сварные соединения не могут обеспечить оперативную реконфигурацию ВОЛП. Это относится к межагрегатным соединениям на узлах связи и к соединительным шнурам контрольно-измерительного оборудования. В этих случаях целесообразно использовать коннекторы. Разъёмные соединения, как временная мера, могут также применяться при оперативном устранении неисправностей ВОЛП, когда невозможно обеспечить быструю и качественную сварку волокон.
Коннекторы должны обеспечивать минимальные потери в точках соединения, для чего соосное соединение отполированных торцов ОВ выполняется с высокой точностью (для одномодовых волокон – до десятых долей микрона). Но с другой стороны, соединения должны быть механически прочными, многократно и быстро собираться и разбираться, сохраняя при этом заданную величину вносимого затухания. Прецизионные наконечники коннекторов представляют собой цилиндры из диоксида циркония, которые симметрично устанавливаются в плавающие центраторы, которые, в свою очередь, устанавливаются в корпус коннектора. Центраторы представляют собой разрезные втулки, которые для большинства типов соединителей одномодовых волокон выполняются из высокопрочной керамики, а для соединителей многомодовых волокон – из бронзы. Соединители фиксируются при помощи байонетных, резьбовых или замковых соединений. Корпуса могут быть как металлическими, так и пластмассовыми. В настоящее время применяются оптические соединители так называемого первого поколения (FC, ST и SC), и второго поколения (LC и MT-RJ), рис. 1.
|
|
|
 |
Рис. 1. Коннекторы оптических волокон: а и б – элементы коннектора ST; в и г – элементы коннектора SC; д, е и ж – элементы коннектора FC; з – о – коннекторы в собранном виде: з и к – SC; и – LC; л и м – ST; н – FC; о – дуплексное MT-RJ
Коннекторы могут быть однотипными, выполняться в едином корпусе, как, например, в соединителе FibrlockTM II (см. далее), но чаще состоят из приборной и ответной частей подобно электрическим разъёмам. Соединители FC имеют резьбовое соединение приборной и ответной частей, ST – байонетное, а SC - замковое, причём SC выполняется в пластмассовом корпусе, а FC и ST – в металлическом. Диаметр наконечников соединителей первого поколения равен 2,5 мм. Хвостовики и заглушки соединителей всех перечисленных типов пластмассовые. У разъёмов SC и FC подпружиненный наконечник имеет возможность продольного перемещения в корпусе коннектора. Два разъёма SC могут соединяться вместе для образования дуплексной пары. Соединители LC и MT-RJ принято относить к малогабаритным, хотя их размеры не намного меньше, чем у соединителей первого поколения.
Соединитель LC построен по уже хорошо отработанной схеме: пластмассовые коннекторы с подпружиненными керамическими наконечниками диаметром 1,25 мм состыкованы в разрезном центраторе полимерной розетки. Фиксация коннекторов в корпусе осуществляется типовой защёлкой RJ. Два таких коннектора могут быть собраны в дуплексную пару аналогично соединителям SC. Соединитель MT-RJ представляет дуплексный несимметричный разъём. Один из коннекторов имеет направляющие штыри, другой – ответные отверстия, между которыми располагаются торцы волокон. Достоинством этого соединителя является его низкая стоимость, а недостатком – несколько меньшие показатели надёжности и более высокие, чем у соединителей других типов, оптические потери.
Основные причины возникновения потерь в соединителях: смещение вершины наконечника относительно оси ОВ, приводящее к несоосности волокон, и заглубление возвышения ОВ над торцевой поверхностью наконечника. На практике иногда имеет место противоположный дефект – возвышение волокна над торцевой поверхностью наконечника. В этом случае при соединении коннекторов в розетке на торцы волокна может оказываться давление, равное сотням или даже тысячам атмосфер. Такое повышение давления на торцы волокон неизбежно приведёт к возникновению дефекта соединения.
|
|
|
В волоконной технике достаточно часто используются так называемые условно неразъёмные соединения – в основном в стационарном стендовом оборудовании, для оперативного восстановления линий при аварии, организации временной вставки или в процессе пуско-наладочных работ с последующей заменой их сварными соединениями – на основе конструкции соединителя FibrlockTM II, рис. 2, а. Соединитель состоит из центрирующего элемента (1), см. рис. 2, б, выполненного из сплава алюминия и заполненного инверсионным тиксотропным гелем для защиты открытых участков ОВ от воздействия влаги. Центрирующий элемент помещён в пластмассовый корпус (2), который закрыт пластмассовой крышкой (3).
После того, как в соединитель вставляются подготовленные волокна, крышка вдавливается в корпус при помощи монтажного инструмента. Положение крышки и волокна в соединителе фиксируют лепестки центрирующего элемента. Процесс соединения прост, занимает не более 30 сек, но требует, в отличие от других соединителей, использования: скалывателя волокна и приспособлений для разделки кабеля. Среднее значение потерь на стыке для FibrlockTM II не превышает 0,1 дБ, потери на отражение не превышают 60 дБ при средней рабочей температуре. Усилие на разрыв соединения составляет не менее 0,45 кг и достигает величины 1,5 кг. Рабочий диапазон температур лежит в пределах от -40°С до +80°С. Проблематичным является только время эксплуатации подобных соединителей. На рис. 3 приведены иллюстрации внешнего вида различных механических соединителей.
Процедура монтажа оптических соединителей является частью процедуры монтажа промежуточного или оконечного устройства – кабельной муфты, бокса или стойки. Размеры и форма оптических соединителей позволяют устанавливать их в кассету муфты или бокса аналогично сросткам оптических волокон, полученных путем сварки.
 |
Рис. 3. Условно неразъёмные механические соединители: а – соединитель Corelink производства AMP; б – соединитель ленточных элементов ОВ Lucent Technologies; в – соединитель Fibrlok и г – Fibrlok II производства 3M; д - соединитель RMS производства AT&T; е – соединитель ленточных элементов ОВ производства Sumitomo; ж – соединители производства Fujikura
Особое место среди оптических соединителей занимает RMS (Rotary Mechanical Splice) как наиболее сложный среди аналогов, позволяющий юстировать волокна путём вращения вокруг своей оси внутри стеклянных втулок, удерживающих подготовленные торцы ОВ, рис. 3, д. В представленных ранее соединителях величина потерь главным образом зависит от качества скола торцевых поверхностей ОВ. Следует обратить внимание на тот факт, что механические соединители ОВ условно допускают однократное использование, однако на практике нередки ситуации их многократного применения. Производители гарантируют качество соединения при повторном монтаже не более 2-3 раз, однако при повторном наполнении внутреннего пространства иммерсионным гелем такие соединители могут использоваться многократно без ущерба для качества стыков. Некоторыми производителями разработаны механизмы фиксации, предусматривающие использование специального ключа для открытия фиксатора.
Практически одновременно с методом сварки был разработан метод склеивания ОВ. Для получения клеевых соединений используют совмещение и фиксацию ОВ: в капилляре, в трубке с прямоугольным сечением, с помощью V-образной канавки или с помощью трех стержней в качестве направляющих. Оптические волокна соединяются поодиночке. Используемый клей должен обладать иммерсионными свойствами, защищать место сращивания от воздействий окружающей среды, гарантировать прочность сростка при воздействии нагрузок в осевом направлении. К достоинствам клеевого метода следует отнести оперативность и отсутствие деформации сердцевин соединяемых ОВ, что способствует малым потерям в области стыка. Однако ограниченный срок службы и нестабильность во времени, а также весьма высокая чувствительность к повышению температуры и воздействию влажности являются факторами, сдерживающими распространение этого метода. В настоящее время он уступил свои позиции методу соединения ОВ с помощью механических соединителей.
Краткое описание оборудования. В работе используются: комплект инструмента «НИМ Эксперт» для разделки ВОК. Комплект инструмента представлен на рис.4.
Рис. 4. Комплект инструмента «НИМ Эксперт»
Набор предназначен для выполнения работ по монтажу, ремонту и обслуживанию всех видов волоконно —оптических кабелей в городской канализации, на опорах линий электропередач, подвесах и т.д., а также при монтаже оптического кроссового оборудования.
В комплект набора входит ударопрочный кейс с пожизненной гарантией, выполненный из HP-смолы, способный выдержать значительные механические нагрузки и перепады давления. Все входящие в «НИМ Эксперт» инструменты имеют исключительные качество и надежность. Инструменты жестко зафиксированы в месте своего расположения в кейсе.
Данный набор самодостаточен по своей функциональности и позиционируется как VIP-чемодан для монтажных и эксплуатационных бригад.
Комплектация:
1. Бокорезы KNIPEX (74 01, 180мм);
2. Горелка газовая "ПАЛИР", 1.6 кВт;
3. Кусачки KNIPEX для кабелей и канатов (95 61, 190 мм);
4. Лента изоляционная;
5. Маркеры самоклеющиеся WMB-3;
6. Набор отверток Stenley 4 шт.;
7. Нож KNIPEX для кабельной оболочки (98 55);
8. Ножницы MILLER для арамидной нити;
9. Ножовка по металлу;
10. Пинцет;
11. Плоскогубцы KNIPEX с высоким соотношением плеч рычага (02 01, 180 мм);
12. Рулетка измерительная, 3м;
13. Салфетки Kim-Wipes безворсовые (280 шт.);
14. Стриппер KABIFIX FK28 для удаления внешней оболочки кабеля;
15. Стриппер MILLER для удаления оболочки кабеля (0,4…1,3мм);
16. Фонарь Led Lenser Kopflampe Liliput (поясной/головной);
17. Стриппер MILLER FO 103-S для удаления оболочки оптического волокна (0,125…0,250 мм);
18. Стриппер-прищепка IDEAL 45-163 для удаления модулей (3,2...6,4 мм);
19. Жидкость для удаления гидрофобного заполнителя (1л);
20. Дозатор пластмассовый 225 г с помпой, для спирта;
21. Кейс жесткий «НИМ Эксперт».
|
|
|
