Проектирование волоконно-оптических линий связи на участке Кизнер – Грахово с применением оборудования SDH

При невозможности бестраншейной  прокладки ОК кабелеукладчиками  кабели на переходах через водные преграды прокладываются в предварительно разработанные подводные траншеи. Траншеи разрабатываются техническими средствами специализирующихся на подводных работах организаций. На судоходных реках подводные траншеи в русле при глубине до 0,8 м можно разрабатывать экскаваторами. При больших глубинах экскаваторы необходимо устанавливать на понтонах, перемещаемых по створу перехода с помощью тросов лебедками.

Прокладка ОК на морских и прибрежных участках (как правило, начиная с  глубин 6 м) осуществляется специализированных кабельным судном. Конструкция ОК определяется его назначением и  условиями прокладки, в частности, на протяженной линии связи ОК содержит медные жилы для обеспечения дистанционного электропитания усилителей (регенераторов).

Учитывая, что при прокладке  ОК на прибрежном участке имеется  высокая вероятность повреждения  кабеля из-за приливных воздействий  и жизнедеятельности человека, к ОК для прокладки на этом участке предъявляются наиболее высокие требования по механической стойкости, а сама прокладка ОК производится преимущественно с заглублением ОК в грунт, с применением подводных кабелеукладчиков.

Прокладка ОК на глубоководных участках мирового океана осуществляется непосредственно  на поверхность дна, механические требования к ОК определяются конкретными условиями  прокладки.

 

 

 

 

 

6.4. Монтаж ВОЛС

 

Типовые значения строительных длин ОК составляют в настоящее время 2, 4 и 6 км. В связи с этим только при сооружении локальных оптических сетей с использованием ОК, а также при сооружении коротких соединительных оптических линий можно обойтись без монтажа соединительных муфт на стыках строительных длин ОК, ограничиваясь только концевой заделкой ОК.

Так же, как и в традиционных сетях связи на основе медно-жильных  кабелей, в оптических сетях используются неразъемные и разъемные соединения ОВ.

Сращивая два ОВ, стандартный  диаметр по оболочке которых составляет 125±1 мкм, необходимо выполнить их соединение с микронной точностью, обеспечивая при этом следующие основные требования:         

• Простота монтажа. Должны применяться простые технологии, с использованием инструмента и оборудования, требующего небольшой период обучения.         
• Низкие вносимые потери. Оптические сети основываются на применении ОК с очень низкими потерями, поэтому потери, вносимые сростками ОВ и оптическими соединителями, также должны быть низкими. Типичные значения потерь, вносимых сварными соединениями ОВ, составляют 0,03 дБ, типичные значения потерь, вносимых оптическими соединителями, составляют 0,2 дБ.         
• Хорошая повторяемость. Многократная расстыковка и стыковка вновь оптического соединителя не должна приводить к заметному увеличению вносимых потерь.         
• Экономичность. Стоимость сварного соединения ОВ составляет около 1,5 долларов США, хотя и требует наличия сварочного аппарата стоимостью около 20 тыс. долларов США.

С учетом указанных выше факторов преимущественное применение при монтаже ОВ получила техника сварного соединения, как обеспечивающая наиболее высокие требования в части вносимых потерь, механических характеристик и надежности. Следует отметить, что механический оптический соединитель или разъемный оптический соединитель имеют стоимость всего лишь на порядок выше сварного соединения ОВ и требуют применения недорого монтажного инструмента, однако по надежности существенно уступает сварному соединению, в таком соединении могут иметь место воздушные или механические включения. Поэтому механические соединители используются в основном при аварийно-восстановительных работах и, в ряде случаев, в локальных оптических сетях, разъемные оптические соединители – исключительно для концевой заделки волокон ОК.

Процесс сварного соединения ОВ содержит следующие основные этапы:         

• Снятие защитного покрытия с концов сращиваемых ОВ,         
• Подготовка торцов ОВ (скалывание),         
• Установка ОВ в сварочный аппарат и их юстировка,         
• Сварка ОВ электрической дугой между двумя электродами,         
• Контроль качества сварки ОВ,         
• Защита и укладка сварного соединения ОВ.

 

  

 

6.4.1 Снятие защитного покрытия с концов сращиваемых ОВ 

 

В настоящее время в ОК, выпускаемых  отечественной промышленностью, используются 0В только с эпоксиакрилатным первичным защитно-упрочняющим покрытием. Такое покрытие может быть удалено либо механическим, либо химическим способом.

Для удаления эпоксиакрилатного покрытия механическим способом используется инструмент, основным рабочим элементом которого служат стальные лезвия толщиной 0,3 мм. Защитное покрытие желательно удалять за один проход. При этом повреждение поверхности световода должно быть минимальным. Необходимо тщательно подобрать усилие зачистки, что требует приобретения навыков и постоянной тренировки. Механический способ удаления покрытия уменьшает прочность сварного соединения примерно на 10 %. Надрезание покрытия и последующее его стягивание вызывают на поверхности 0В миниатюрные повреждения вследствие фрикционных сил, создаваемых скольжением ножа инструмента (лезвия) и сдираемого покрытия по поверхности стекла. Зачищенное ОВ закрепляют в держателях сварочного аппарата, что также повреждает его поверхность.

Наиболее удобным, исключающим  указанные дефекты является химический способ снятия эпоксиакрилатного покрытия с помощью подогретого до определенной температуры растворителя. Для этой цели целесообразно использовать специальное нагревательное устройство типа УН-1. Конец ОВ погружают в подогретый растворитель (например, ацетон) и выдерживают в течение некоторого времени (как, правило, около 20...25 с). Покрытие разбухает, отстает от поверхности световода и легко снимается механическим путем с помощью чистой мягкой ветоши. 

 

6.4.2 Подготовка торцов ОВ (скалывание) 

 

Для получения хорошо обработанной торцевой поверхности ОВ проводят операцию скалывания: на поверхность световода с удаленным первичным покрытием наносят насечку с последующим приложением к ней растягивающей, изгибающей или комбинации этих нагрузок, вызывающих рост трещины и облом световода в данном месте. Торцевая поверхность должна быть плоской, гладкой и перпендикулярной оси ОВ. При скалывании поверхность торца может быть зеркальной (давление резца оптимально и диаметр ОB близок к номинальному), с ребристой и волнистой зонами (не подобрано давление резца на ОВ либо диаметр ОВ отклоняется от номинального значения), иметь небольшой выступ (отклонение диаметра ОВ от номинального).

Зеркальная зона обеспечивает наилучшие  условия для соединения ОВ, ребристая - характеризует область, где трещина начинает разветвляться, волнистая - является промежуточной между двумя первыми.

Стабильно высокое качество сколов ОВ при минимальных требованиях  к квалификации персонала получают при использовании автоматических устройств - электронных скалывателей. Волокно с удаленным покрытием фиксируется в инструменте. Под действием электронно-управляемого двигателя резец вибрирует с низкой частотой и нарастающей амплитудой, приближаясь к волокну, которое натягивается синхронно с частотой вибрации резца. При нанесении резцом насечки на поверхности волокна под действием растягивающих усилий ОВ обламывается.

Электронные скалыватели могут быть использованы как при монтаже, так и при подготовке к измерениям многомодовых и одномодовых кабелей. Скол одномодовых рекомендуется выполнять только с помощью электронных скалывателей. 

 

6.4.3Способы сращивания ОВ, юстировка 

 

При соединении ОВ в сварочных аппаратах  используются два основных метода юстировки: юстировка по оболочке и юстировка по сердцевине ОВ.

Юстировка по оболочке ОВ – пассивный  вид юстировки, который осуществляется с помощью V-образных направляющих, фиксирующих концы сращиваемых ОВ. Как правило, такой вид юстировки используется для сварки ОВ на городских и локальных сетях, где не предъявляется высоких требований к вносимым сварным соединением потерям.

Юстировка по сердцевине ОВ производится автоматически, с помощью микропроцессора, шаговых двигателей и прецизионных элементов привода (как правило, на основе пьезоэффекта), обеспечивая юстировку в трех направлениях: по горизонтали, по вертикали, по оси. Она, как правило, осуществляется с использованием одной из систем контроля: системы "LID" (Local light Injection and Detection) – система юстировки с помощью местного ввода и обнаружения света) или системы "PAS" (Profile Alignment System) – система юстировки по профилю.

Принцип работы системы "LID" –  ввод оптического сигнала через  оболочку (за счет изгиба ОВ) одного из сращиваемых ОВ и прием оптического сигнала оболочку (за счет изгиба ОВ) другого из сращиваемых ОВ, обработка принимаемого оптического сигнала микропроцессором и последующая отработка сигналов управления микропроцессора исполнительными устройствами.

Принцип работы системы "PAS" –  оценка видеоизображений профилей сращиваемых ОВ в двух перпендикулярных направлениях с помощью коллимированного источника света, оптической системы и двух видеокамер, обработка данных микропроцессором и последующая отработка сигналов управления микропроцессора исполнительными устройствами.

Современные сварочные аппараты управляют процессом сварки с учетом контролируемых параметров внешней среды: температуры, влажности, атмосферного давления и т.д., содержат установленные производителем программы управления процессом сварки для основных типов выпускаемых ОВ и ОВ специальных типов, а также обеспечивают возможность установки дополнительно собственной индивидуальной (характерной пользователю) программы сварки ОВ. Имеется также возможность ввода пароля доступа для изменения параметров сварки и др.

Следует отметить, что на процессе сварки сказываются также такие  факторы, как:         

• Эффект самоцентрирования (влияние сил поверхностного натяжения расплава стекла),         
• Эксцентриситет сердцевины ОВ,         
• Качество поверхности торцов ОВ,         
• Качество подготовки ОВ (наличие микротрещин),         
• Чистота (отсутствие загрязнений) V-образных ложементов ОВ,         
• Термические характеристики ОВ,         
• Качество электродов.

При изготовлении ОВ имеют место  определенные отклонения от номинальных размеров, поскольку невозможно изготовить два абсолютно идентичных ОВ. Допуски составляют часто всего лишь тысячные доли миллиметра, однако и столь незначительные отличия могут повлиять на потери сростка ОВ. В общем на величине вносимых сростком ОВ потерь сказываются как отличия геометрических характеристик ОВ, так и погрешности юстировки и монтажа ОВ.

Могут быть отмечены следующие основные отличия геометрических характеристик ОВ, сказывающиеся на оптических потерях сростка:         

• Различие диаметров модового поля;         
• Различие цифровой апертуры;         
• Различие диаметров сердцевины;         
• Различие диаметров оболочки;         
• Некруглость сердцевины и/или оболочки;         
• Неконцентричность сердцевины относительно оболочки.

К основным погрешностям юстировки  и монтажа ОВ могут быть отнесены:         

• Радиальное смещение;         
• Осевое смещение;         
• Угловое смещение;         
• Загрязнение поверхности торцов ОВ;         
• Плохое качество скола ОВ;         
• Неоптимальный для данного типа ОВ режим сварки.

Проблема монтажа ОВ возникла сразу  же при начале практического применения ОК и на первых порах, когда не имелось специализированного оборудования для сращивания ОВ, и решалась путем выполнения механических соединений ОВ – путем заделки их прототипами современных оптических соединителей, с индивидуальной ручной юстировкой соединяемых ОВ непосредственно на месте их монтажа под контролем микроскопов. С целью снижения потерь из-за наличия воздушного включения на стыке ОВ в соединение него вводился иммерсионный гель или оптический клей.

Разработка сварочных аппаратов  для одномодовых ОВ велась с целью  обеспечения минимальных вносимых потерь за счет максимально более  точного соединения ОВ по сердцевине, поскольку на первом этапе освоения производства одномодовых ОВ имелись достаточно большие погрешности в их геометрии. Соответственно были разработаны системы юстировки ОВ типа "LID" и "PAS", в основном используемые и в современных типах сварочных аппаратов. Лидерами в производства аппаратов для сварки ОВ в настоящее время являются японские и западноевропейские фирмы ("Fujikura", "RXS", "Ericsson" и др.).

Учитывая изложенное, существенное значение для выполнения сварного соединения ОВ с заданными характеристиками имеет выбор соответствующего типа сварочного аппарата, а также своевременность и качество его регламентного обслуживания.

Монтаж ОК осуществляется с использованием специальных конструкций муфт и  оконечных кабельных устройств, обеспечивающих герметизацию кабелей, механическую защиту и укладку запасов длин оптических волокон и их сростков.

Вне зависимости от способа прокладки  ОК (непосредственно в грунт, в  ЗПТ, в кабельной канализации, подвеска на опорах) монтаж муфт на стыках строительных длин ОК осуществляется в специально оборудованных мобильных лабораториях для монтажа и измерения ОК. Это обеспечивает удобство выполнения монтажных работ и соответствие требованиям по климатическим условиям и технологии монтажа (в частности, предотвращение температуро-зависимых напряжений волокон в сростках), поскольку на качестве сварного соединения могут сказываться такие условия внешней среды, как температура, влажность, атмосферное давление, ветер. Соответственно в ходе прокладки ОК на стыках строительных длин должен предусматриваться необходимый технологический запас ОК (величиной не менее 6 м), обеспечивающий подачу концов ОК внутрь мобильной лаборатории для осуществления его монтажа.