Шпаргалка по "Транспорту"

Несколько примеров силовых кабелей  для прокладки в служебно-технических  зданиях при монтаже цепей  между электропитающей установкой, релейными штативами и др. целей: ВРГ – с медными жилами, резиновой изоляцией и поливинилхлоридной изоляцией; ВВГ – с медными жилами, поливинилхлоридной изоляцией и поливинилхлоридной оболочкой; СРГ – с медными жилами, резиновой изоляцией и свинцовой оболочкой.

Контрольные кабели предназначены для устройства линий телеуправления и контроля, изготавливают с резиновой. Полиэтиленовой или поливинилхлоридной изоляцией, с оболочками из поливинилхлоридного пластика и негорючих резин с числом жил 4,5,7,10,14,19,27,37,52 – 0,75мм²; 4,5,7,10,14,19,27,37 -2,5 мм²; 4,7,10 – 4 и 6 мм².

При сооружении объектов автоматики, телемеханики и связи при монтаже  устройств электропитания применяют  контрольные кабели следующих марок:

- КВВБ, КНРБ, КПсВБ, КРВБГ, КПсПбШв, КПсБбШв при прокладке в земле в условиях агрессивной среды и в местах, и в местах подверженных воздействию блуждающих токов, без значительного растяжения.

- КРВГ. КПВБГ, КРНГ, КПВГ. КРВБбГ, КРНБГ, КВВБГ в случае прокладки внутри помещения а среде с нейтральной по отношению к свинцовой оболочке, и без растяжения.

- КПВБ, КВБбШв для прокладки внутри помещения в условиях агрессивной среды при отсутствии значительных растяжений; КППбШв, КВПбШв в случае значительных растяжений.

- КПсПбШв, КПсБбШв при прокладке в пожероопасных помещениях, тоннелях и каналах.

34. Оптическое волокно.

В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и  током проводимости I_пр, ОК имеют совершенно другой механизм передачи, а именно токи смещения I_см на основе которых действует также радиопередача. Отличие от радиопередачи состоит в том, что волна распространяется не в свободном пространстве, а концентрируется в самом объеме световода и передается по нему в заданном направлении.

Передача волны по световоду осуществляется за счет отражений ее от границы сердечника и оболочки, имеющих разные показатели преломления (n₁ и n₂).

В обычных кабелях носителем  передаваемой информации является электрический  ток, а в ОК – лазерный луч.

В световодах, волноводах и других направляющих системах нет двух проводников, и передача происходит волноводным  методом. Передача осуществляется за счет многократного отражения волны  от границы раздела сред.

Такой границей отражения может  быть металл – диэлектрик, диэлектрик – диэлектрик с различными диэлектрическими (оптическими) свойствами и др. На волноводном  принципе действуют световод, волновод, линия поверхностной волны, диэлектрический волновод и другие конструкции направляющих систем. Граница раздела двухпроводных (двухсвязных) и волноводных (односвязных) направляющих систем характеризуется соотношением между длиной волны l и поперечными размерами направляющей системы d.

Наиболее широкое применение получили волоконные световоды двух типов: ступенчатые и градиентные.

Волоконные световоды со ступенчатым (а) и градиентным (б) профилем показателя преломления

У ступенчатых световодов показатель преломления n₁ в сердечнике постоянен и отличается от показателя преломления n₂ оболочки, и лучи зигзагообразно отражаются от границы сердечник – оболочка. Градиентные световоды имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления n₁ в сердцевине по радиусу световода от центра к периферии, и лучи распространяются по волнообразным траекториям.

35. Световоды. Затухание  сигнала в волоконных световодах.

Волоконные световоды характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Затухание предопределяет длину регенерационных участков (рассеяние между регенераторами). Дисперсия приводит к ограничению полосы передачи по световоду и уменьшению длины регенерационного участка. Коэффициент затухания световодных трактов оптических кабелей a обусловлен собственными потерями в волоконных световодах a_c и дополнительными потерями, так называемыми кабельными a_к, вызванными скруткой, а также деформацией и изгибами световодов при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля: a = a_c + a_к.

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения энергии в диэлектрике a_п и потерь рассеяния ее на мельчайших частицах световодной структуры a_р. Потери поглощения существенно зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут достигать значительной величины (a_п + a_пр). Потери на рассеяние лимитируют предел минимально допустимых значений потерь в волоконных световодах. В результате a = a_п + a_р + a_пр + a_к.

36. ОК: особенности, преимущества  перед электрическими.

Оптическое волокно в простейшем случае состоит из сердцевины и оболочки.

1 – сердцевина  
(сердечник); 
2 – оболочка;  
3 – первичное покрытие;  
4 – защитное покрытие (оболочка)

Сердцевина и оболочка имеют  разные (хотя и близкие по величине) ступенчато изменяющиеся показатели преломления n_c и n_об соответственно.

Сердцевина при этом используется как собственно среда передачи, а оболочка используется для создания границы раздела между ней и сердцевиной, как между двумя физическими средами. Эта граница формирует физический канал волноводного типа - световод, по которому и распространяется световой луч - переносчик передаваемого информационного сигнала.

Преимущества:

• Широкая полоса пропускания, позволяющая передавать сигналы со скоростью до 1-2 Тбит/с и выше;
• Низкий уровень потерь сигнала при распространении, позволяющий передавать сигналы без регенерации на расстояние порядка 120-350 км;
• Нечувствительность к электромагнитным помехам, позволяющая прокладывать ВОК в местах с высоким уровнем таких помех, в том числе использовать для этой цели ЛЭП и опоры для контактной силовой сети.
• Малые масса и размеры;
• Пожаробезопасность;
• Сложность перехвата передаваемых сообщений.

К недостаткам оптических кабелей  можно отнести:

• подверженность волоконных  световодов  радиации, за счет которой появляются пятна затемнения  и возрастает затухание;
• водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам  световода   и ухудшению его свойств.
• 37/38. Свойства ОВ, основанные на законах геометрической оптики.

Некоторые фундаментальные закономерности/свойства волокна как любой прозрачной оптической среды можно объяснить  законами линейной (геометрической) оптики, основанными на прямолинейности  распространения светового луча и свойстве изотропности - одинаковости распространения света в среде во всех направлениях (стекла являются однородными и изотропными средами). К ним относятся законы отражения/преломления света и основанные на них явления.

• Полное внутреннее отражение

Физической основой передачи светового  сигнала по световоду (оптоволокну) является явление полного внутреннего отражения (ПВО) света от границы раздела двух сред с различными показателями преломления. Для его реализации в оптоволокне показатель преломления сердцевины nc должен быть больше, чем показатель преломления оболочки nоб. Явление ПВО при этом наблюдается только для луча, падающего под углом, равным или большим угла ПВО, и состоит в том, что при ПВО преломленный луч скользит по границе раздела и как бы исчезает из рассмотрения, тогда как вся энергия падающего луча передается отраженному лучу, который претерпевает серию повторных отражений под углами ПВО и распространяется вдоль по волокну. Угол ПВО qn, может быть вычислен по закону Снеллиуса:

q_n= arcsin(n_об/n_c)

• Числовая апертура

В оптическое волокно попадает не один луч, а пучок лучей, образующий входной конус с углом при  вершине 2j, определяемым так называемой числовой апертурой NA (эквивалентом половинного угла при вершине конуса, равного апертурному углу j).

Апертура – это угол между  оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в  торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

 

 

 

39. Свойства ОВ, основанные  на законах электромагнитного  поля.

Свет как электромагнитная волна  взаимодействует с веществом  среды. В стекле свет взаимодействует  с молекулами, которые электрически изотропны. Падающий свет - первичная волна, заставляет колебаться заряженные частицы - электроны, а значит, и молекулы в целом, создавая вторичные волны той же частоты, которые (по направлению) совпадают с первичной ввиду электрической изотропности молекул.

 В оптически однородной и  изотропной среде в результате  интерференции (наложения) первичной  и вторичных волн образуется  проходящая волна, фазовая скорость  которой Vf зависит от частоты. Электрические и магнитные свойства вещества световода, определяющие его взаимодействие со световой волной, характеризуются относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями e, m и удельной проводимостью. Фазовая скорость волны при этом определяется соотношением:

 

 где с - скорость света в вакууме, а n(w) - показатель преломления среды, зависящий от частоты. Из (2.3-1) видно, что фазовая скорость обратно пропорциональна показателю преломления среды n, который собственно и зависит от частоты.

 

• Моды колебаний
• Частота отсечки и нормированная частота моды
• Диаметр поля моды
• Число мод многомодового волокна

 

40. Моды колебаний, нормированная  частота моды и частота отсечки.

В световодах могут существовать два типа волн: симметричные Е_0m, Н_0m и несимметричные дипольные ЕН_nm, НЕ_nm. В индексе n – число изменений поля по диаметру; m – число изменений поля по периметру. Симметричные волны электрические Е_0m и магнитные Н_0m имеют круговую симметрию (n = 0). Раздельное распространение по световоду несимметричных волн типа E_nm и Н_nm невозможно (т.е., несимметричные волны типа Е_пт и Н_nm в волоконных световодах существовать не могут, они возбуждаются в металлических волноводах.). В световоде они существуют только совместно, т. е. имеются продольные составляющие E и H. Эти волны называются гибридными, дипольными и обозначаются через HE_nm, если поле в поперечном сечении напоминает поле Н, или ЕН_nm, если поле в поперечном сечении ближе к волнам Е.

Типы волн, распространяемые по световоду, называются модами.

Частота отсечки световода f_отс (называемая также критической частотой) - предельная частота, ниже которой невозможно возникновение моды с определенными индексами.

Для оптоволокна удобнее  использовать обратную величину: длину волны отсечки сердцевины      l_отс = c / f_отс.

Режим работы световода характеризуется также нормированной (характеристической) частотой

 

число передаваемых мод для ступенчатого световода

для градиентного световода

 

41. Дисперсия и пропускная  способность световодов.

Наряду с затуханием важнейшим параметром волоконно-оптических систем переедачи является полоса частот  , пропускаемая световодом . Она определяет объём   информации, который можно передавать по оптическому кабелю. Ограничение применительно к цифровым  системам передачи обусловлено тем, что принятый импульс размывается. Это искажение прежде всего объясняется различной скоростью распространения в световоде  отдельных составляющих светового импульса. Данное явление носит название дисперсии .  Полоса частот связана с дисперсией  соотношением                       .                                          (1)

Дисперсия возникает из-за:

1.Некогерентности источника излучения; (Когерентность бывает временная  и пространственная- проясняю: генерируется несколько различных типов волн и волн разных частот)

2.Сушествования большого количества  мод излучения.

Дисперсия вызванная первой причиной называется хроматической (частотной) , она состоит из двух составляющих - волновой (внутримодовой) и материальной .  Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны.

Дисперсия вызванная второй причиной, называется модовой (или межмодовой) дисперсией. Она обусловлена наличием различных мод, каждая из которых распространяется по своему пути, и следовательно, с различной скоростью.

Дисперсия приводит к уширению импульсов, которое характеризуется временем нарастания сигнала и определяется как разность между самым большим и самым малым временем прихода лучей в сечении световода. Результирующая дисперсия рассчитывается по формуле

Таким образом полоса пропускания для оптических кабелей с лазерными источниками составляет:

для ступенчатых световодов - 30 МГц/км;

для градиентных световодов - 100 250 МГц/км;

для одномодовых световодов - 0.5 1ГГц.

Полоса частот и дальность передачи l взаимосвязаны:

Однако, для световодов с хорошими дисперсионными характеристиками (градиентных и одномодовых)дальность может ограничиваться затуханием.

42. Межмодовая дисперсия.

модовая дисперсия – дисперсия, существующая только в многомодовом волокне и вызванная различной скоростью распространения в световоде лучей разных мод, достигающих выхода в разное время, что приводит к уширению входного импульса;

этот тип дисперсии может  быть уменьшен двумя путями:

• уменьшением диаметра сердцевины dс;
• изменением профиля показателя преломления (как было описано выше для компенсации модовой дисперсии), т.е. использованием многомодового волокна с плавно изменяемым показателем преломления. В настоящее время многомодовые волокна такого типа используются достаточно широко (часто их называют градиентными).

В ступенчатых многомодовых волоконных световодах , поэтому уширение импульса практически определяется модовой дисперсией.                                 

где n₁ - показатель преломления сердцевины;

      с - скорость света;

      NA - апертура ОВ, равная обычно 0.14.

В реальных волоконных световодах этого  типа нс/км.

43. Волновая дисперсия.