Монтаж соединителей, сращивание оптических волокон

("Телеком", март 2006, номер 3)

Преды дущий выпуск «Инструментария для работы с волоконно-оптическим кабелем» был посвящен вопросам подготовки кабельных каналов с помощью устройств заготовки каналов (УЗК) и разделке волоконно-оптического кабеля.

Разделка кабеля может выполняться для монтажа оптических соединителей или сварки волокон. Этим вопросам и посвящен данный выпуск.

Оптические соединители предназначены для постоянного или временного, разъемного или неразъемного соединения волокон.

Разъемные соединители (коннекторы) допускают многократные соединения/разъединения. Разъемные соединители монтируются на мини-кабели или на оптическое волокно в буферном покрытии; для оптического волокна их существует великое множество (ST, SC, SMA, FC, LC, FJ, MT и др.). Некоторые из них выпускаются еще и в нескольких разновидностях, предназначенных для оконцовки различного оптического волокна (многомодового, одномодового, разного диаметра, с различной толщиной оболочки) и отличающихся некоторыми деталями конструкции и технологии монтажа. Такое разнообразие не слишком осложняет работу монтажников. Грамотная техническая политика позволяет резко уменьшить число разновидностей кабелей и соединителей для волоконно-оптических линий связи. Иногда ограничения вытекают из особенностей применяемого оборудования, иногда — оформляются в виде внутреннего стандарта организации. Подобные ограничения и правила просто необходимы, если помнить, что существенная часть достаточно дорогого инструмента и приспособлений предназначена только для оптического волокна или соединителей определенного вида. А в силу высочайших требований к точности обработки и монтажа использование непредусмотренного технологией инструментария почти всегда заканчивается браком в работе. В значительной степени результат зависит и от качества расходных материалов: клеев, растворителей, безворсовых салфеток, шлифовальной и полировальной бумаги.

После разделки кабеля производится сборка соединителя. Оптическое волокно продевается сквозь отверстие наконечника соединителя и фиксируется с помощью различных видов клея: термоклея (становится пластичным при нагреве), эпоксидного компаунда (полимеризуется благодаря реакции между двумя смешанными компонентами), универсального клея (твердеет после испарения растворителя) или клея с отвердением под воздействием ультрафиолета. Отверстие заполняется клеем с помощью шприца (исключение составляет термоклей, который наносится в процессе производства разъемов). Однокомпонентный клей поставляется уже расфасованным в шприцы, а двухкомпонентный — в отдельной таре. Полученная сборка нагревается в печке (для ускорения процесса отвердения эпоксидного компаунда или разогрева термоклея) или облучается ультрафиолетом.

После склеивания излишки оптического волокна удаляются, а торец сердечника шлифуется и полируется. Для удаления излишков на поверхности волокна резаком (скрайбером) наносится царапина. Резаки могут иметь различный профиль: лезвие (металл, карбид или керамика) либо конус (алмаз или корунд). После нанесения риски волокно отламывается.

Дальнейшая обработка торца выполняется на мате или стекле на нескольких листах наждачной бумаги с убывающим размером абразивного элемента (шлифовальная, полировальная, доводочная). Для фиксации сердечника строго перпендикулярно к поверхности наждака применяется оправка, в которую устанавливается обрабатываемый соединитель. При больших объемах эта операция может быть автоматизирована за счет использования шлифовальной машины.

Качество обработки проверяется с помощью микроскопа.

Волоконно-оптические микроскопы бывают ручные и видео. Ручной микроскоп является простым многофункциональным прибором для лабораторного и полевого контроля коннекторов оптических кабелей. Он предоставляет возможность проверить фактически любой тип коннектора на предмет царапин, грязи или других проблем, обычно приводящих к низкому качеству передачи. Различные адаптеры обеспечивают возможность крепления любого типа коннектора. Особенно удобен встроенный защитный фильтр, предназначенный для блокирования излучения на случай, если оно окажется в подключенном волокне.

Видео микроскоп состоит из контрольного щупа и блока отображения визуальной информации (дисплея). Наконечники легко заменяются различными типами под различные коннекторы. Высокий контраст экрана с высоким пространственным разрешением позволяет легко обнаруживать сколы, царапины и другие дефекты на торцевой поверхности волокна.

Все инструменты для работы с волоконно-оптическими кабелями можно приобрести по отдельности, но чаще всего они поставляются в специально составленных комплектах, куда входит не только инструмент, но и вся необходимая для проведения работ тара, дозаторы, распределители, расходные материалы и защитные средства. Для удобства хранения все это упаковано в органайзер (сумку или чемодан). Восполнение расходных материалов также осуществляется подобранными комплектами. В зависимости от поставленных задач предлагается как скромный набор минимально необходимых для обработки одного типа оптического волокна средств, так и полный набор для работы с любым оптическим волокном. А вот комплектов, универсальных с точки зрения обрабатываемых разъемных соединителей, очень мало. Объясняется это просто — часть инструмента для их монтажа поставляется только производителями самих соединителей.

Несколько слов тем, кому придется выполнять работы с волоконно-оптическими кабелями на улице. Для защиты от пыли и осадков, а также создания необходимого микроклимата используются теплоизолированные палатки и боксы. Первые легко переносятся и собираются в любом месте; вторые устанавливаются на шасси автомобиля и прицепа.

Сращивание кабеля является одной из важнейших операций, определяющих параметры и качество ВОЛС. К тому же выполнять его приходится достаточно часто. Во-первых, оно необходимо при большой протяженности линии или на сложной трассе, когда кабель состоит из нескольких отрезков. Во-вторых, вместо монтажа соединителя кабель проще срастить с заранее изготовленным отрезком мини-кабеля, на котором соединитель смонтирован с одной из сторон в заводских условиях. Два таких отрезка можно, например, изготовить, разрезав пополам коммутационный шнур подходящей длины.

Подобная технология оконцовки используется и в случае изготовления в заводских условиях предварительно терминированных кабельных сборок — волоконно-оптических кабелей нужной длины со смонтированными на одном или обоих концах малогабаритными муфтами для перехода на несколько мини-кабелей с установленными соединителями. Укладка таких сборок — непростая работа: необходимо заботиться о соединителях, муфтах и мини-кабелях. Поэтому у сборок одна сторона закрыта защитным рукавом и имеет петлю для крепления троса. Для этих же целей подойдет тканевый рукав и кабельный чулок подходящего размера. Проектирование трассы, где предполагается уложить готовую сборку, возлагает гораздо большую ответственность на проектировщика. Длину линии важно определить с высокой точностью; на линии трассы не должны встречаться труднопроходимые места. Да и протяженность участков, на которых может быть уложена сборка, невелика (1–2 км). Зато после укладки кабеля останется лишь установить соединители в гнездах распределительной панели и протестировать линию.

Так или иначе, но без сращивания кабеля обойтись очень трудно. Выполняется эта операция для кабелей различного типа (одномодовых или многомодовых) двумя способами — сваркой или монтажом неразъемных соединителей (механических сплайсов). В обоих случаях нужен определенный набор инструментов, приспособлений и расходных материалов. Первый достаточно универсален с точки зрения области применения (от подземных кабелей открытой укладки до мини-кабелей), дает минимальные потери в сростке, но стоимость оборудования высока, как и требования к его оператору. Второй способ — дешевая альтернатива первому, но годится далеко не всегда. Его лучше использовать, например, для временного сращивания кабелей при авариях или сращивания коротких кабелей в помещениях, где затухание не так важно, а климатические условия не столь суровы.

В случае сварки или монтажа сплайсов разделка кабеля выполняется аналогично, с небольшим отличием на последнем этапе. Поскольку к качеству торцевой поверхности волокна предъявляются более высокие требования, для выполнения операции скалывания применяются другие инструменты. Речь идет о прецизионных скалывателях. Они сложнее и дороже, но обеспечивают перпендикулярность скола к оси волокна с высокой степенью точности ( среднее отклонение угла скола 0,5 ° ). И чем больше точность и воспроизводимость операций скалывателя, тем он сложнее и дороже.

Некоторые кабели с большим числом волокон выполнены на основе ленточных сборок, где несколько (от 2 до 12) волокон уложены параллельно и помещены в общее защитное покрытие. Данная конструкция кабеля позволяет осуществлять групповую сварку волокон с помощью обеспечивающих такой режим сварочных аппаратов. Понятно, что для достижения высокой точности и качества удаление изоляции с ленточных кабелей может выполняться только на специальном оборудовании. Используемые для этих целей устройства обеспечивают снятие покрытия под действием высокой температуры. Стоит отметить, что таким образом можно обрабатывать одновременно несколько волокон обычных кабелей, если их предварительно зафиксировать в прилагаемой оправке.

Скалывание волокон ленточных кабелей также производится групповым способом посредством предназначенных для этого моделей скалывателей. В противном случае невозможно обеспечить точность, достаточную для последующей групповой сварки.

Сварка волокон выполняется путем разогрева концов волокон в электрической дуге и их соединения. Учитывая необходимость высокой точности юстировки волокон относительно друг друга и их подачи при соединении, это весьма непростая задача. Ручной способ практически не используется из-за невозможности сращивания одномодового волокна и плохой воспроизводимости результата — без автоматики не обойтись. Поэтому сварочные аппараты — одни из самых дорогих инструментов, и цена их такова, что приобретение имеет смысл лишь в том случае, когда сварка производится достаточно часто.

Возможности и характеристики сварочных аппаратов весьма разнообразны. Основное их отличие заключается в типах обрабатываемого оптического волокна, массогабаритных показателях (настольный или компактный) и характеристиках питания (сеть, аккумуляторы и продолжительность работы от них), возможных местах использования (укрытие или открытое пространство) и применяемых для этого приспособлениях (ветровые экраны, датчики давления и температуры окружающей среды), степени автоматизации процесса сварки (автоматический или полуавтоматический, количество сварочных программ), способе юстировки, средствах визуального контроля, наборе встроенных функций и др.

Наиболее принципиальный момент — способ и качество юстировки. Выравнивание волокон может выполняться по оболочке с их центрированием в V-образном пазу, а также по сердцевине: по профилю преломления волокна (Profile Alignment System, PAS) или максимизацией передаваемого через выравниваемые волокна сигнала (Local Injection and Detection, LID). Ряд производителей сварочных автоматов разработали свои собственные методы.

Визуальный контроль осуществляется с помощью микроскопа или дисплея (монохромного или цветного ЖКИ, встроенного или внешнего видеомонитора). На дисплей можно вывести и различные параметры сварочных режимов, поэтому микроскоп используется чаще всего в простых сварочных аппаратах.

К числу наиболее популярных дополнительных функций относятся: контроль качества сколов, расчет ожидаемой величины потерь, хранение самостоятельно созданных программ сварки и протокольной информации по выполненным сваркам (характеристики сварочных режимов, параметры сколов и юстировки, оценки потерь), возможность занесения этой информации в компьютер, встроенная печь для термоусаживаемых гильз и т. п.

Для механической защиты волокна в месте сварки используют термоусаживаемые гильзы — втулки из термоусаживаемого материала с клей-расплавом и упрочняющим элементом (металлический стержень или кварцевая оправка) для предотвращения изгиба волокон. Защита ленточных сборок выполняется аналогичным способом, но специальными гильзами. Гильза надевается на одно из волокон до сварки, а затем сдвигается на нужное место и нагревается (до 90–1500 в течение двух минут). Выполнить эту операцию можно с помощью промышленного фена. Однако гарантированное качество герметизации лучше всего обеспечит специальный нагреватель. Он монтируется в сварочный аппарат или поставляется отдельно.

Неразъемные соединители (механические сплайсы) не столь эффективны, но монтаж их намного проще. Например, для быстрого соединения волокон сейчас используются механические сплайсы. Это пластиковые устройства состоящие из двух частей: корпуса и крышки. Внутри корпуса находится специальный желоб, в который с разных сторон вставляются соединяемые волокна. Затем надевается крышка, являющаяся одновременно замком. Особая конструкция "сплайса" надежно центрирует волокна. Получается герметичное и качественное соединение волокон с потерями на стыке ~ 0.1 dB. Такие "сплайсы" особенно удобны при быстром восстановлении повреждений ВОЛС. Время на соединение двух волокон не превышает 30 секунд после того как волокна подготовлены (снято защитное покрытие, сделан строго перпендикулярный скол). Монтаж ведется без применения клея и специального оборудования, что очень удобно при работе в труднодоступном месте (например, в кабельном колодце).

Применяется также другая технология сращивания волокон, при которой волокна вводятся в прецизионную втулку. В месте стыка волокон внутри втулки помещен гель на основе силикона высокой прозрачности с показателем преломления, близким к показателю преломления оптического волокна. Этот гель обеспечивает оптический контакт между торцами сращиваемых волокон и одновременно герметизирует место стыка.

После сращивания гильзы и сплайсы помещаются в лотки, муфты или коробки для дополнительной защиты. Для этого достаточно пинцета и лопатки. Последняя применяется и для разделения волокон при разделке кабеля.

Поскольку некоторые механические сплайсы могут использоваться многократно, с их помощью выполняется подключение ремонтных кабельных вставок для быстрой организации обходов поврежденных участков линии. Вставка представляет собой кабель на транспортной катушке с двумя герметичными муфтами на сплайсах.