Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Сварка оптического волокна -- основной метод создания неразъёмных соединений в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Процесс заключается в сплавлении торцов двух оптических волокон электрической дугой, в результате чего образуется непрерывное стеклянное (кварцевое) соединение. Современные сварочные аппараты обеспечивают потери на сварном стыке на уровне 0,01-0,02 дБ при выравнивании по сердцевине и практически полное устранение обратных отражений.
Между двумя электродами сварочного аппарата создаётся электрическая дуга с температурой около 2000 °C. Торцы подготовленных (зачищенных и сколотых) волокон диаметром 125 мкм вводятся в зону дуги, расплавляются и соединяются. Процесс сплавления длится 8-9 секунд и полностью автоматизирован -- микропроцессор контролирует подачу волокон, юстировку, параметры дуги и оценивает потери.
Физические механизмы сплавления: поверхностное натяжение расплавленного кварца обеспечивает самоцентрирование волокон и формирование гладкого перехода без воздушных зазоров. Контролируемый температурный режим предотвращает деформацию и обеспечивает прочность соединения.
Качество подготовки волокон -- определяющий фактор качества сварного соединения. Этапы:
1. Надевание КДЗС. На одно из свариваемых волокон заранее надевают гильзу КДЗС (до снятия покрытия).
2. Снятие защитного покрытия. Стриппером удаляют буферное покрытие и лак на длину 30-40 мм (в зависимости от модели скалывателя). Зачищенный участок должен быть без остатков покрытия.
3. Очистка. Оголённое волокно протирают безворсовой салфеткой, смоченной изопропиловым спиртом. Движение -- только в одном направлении (от покрытия к торцу). Пыль размером даже 1 мкм на торце может увеличить потери до 0,1-0,2 дБ.
4. Скалывание (кливинг). Скалыватель наносит надрез алмазным лезвием и контролируемо ломает волокно, формируя торец с углом отклонения не более 0,5° от перпендикуляра к оси волокна. Качество скола -- критический параметр: при угле более 1° сварочный аппарат может отказать в сварке.
1. Подготовленные волокна укладываются в V-образные канавки держателей сварочного аппарата и фиксируются зажимами. 2. Аппарат выполняет автоматическую юстировку (выравнивание) сердцевин или оболочек волокон. 3. Производится предварительный разряд (pre-fusion) -- кратковременная дуга для очистки торцов от микрочастиц. 4. Волокна сближаются до заданного зазора (обычно 5-15 мкм). 5. Основной разряд (main arc) -- электрическая дуга расплавляет торцы и соединяет волокна. Длительность: 1-3 секунды; ток и длительность подбираются автоматически или по программе. 6. Аппарат анализирует изображение стыка и выдаёт оценочные потери (estimated loss). 7. При обнаружении дефекта (пузырь -- BUBBLE, утолщение -- FAT, утоньшение -- THIN) выводится сообщение об ошибке.
Оптический рефлектометр во временной области (OTDR -- Optical Time Domain Reflectometer) -- основной инструмент контроля качества ВОЛС. Принцип: прибор посылает в волокно короткий световой импульс и анализирует обратно рассеянный и отражённый сигнал во времени.
На рефлектограмме сварной стык отображается как ступенька (изменение уровня сигнала). В идеальном случае отсутствует пик отражения (в отличие от механического соединения), что является преимуществом сварки.
КДЗС (комплект деталей защиты стыка) -- обязательный элемент защиты сварного соединения. Состоит из:
-- наружной прозрачной термоусаживаемой трубки из полимера; -- армирующего стержня (металлического или стекловолоконного); -- внутреннего клеевого слоя (термоплавкий клей).
После сварки гильза КДЗС сдвигается на место стыка и помещается в термопечь сварочного аппарата (температура усадки ~120-200 °C, время -- 30-60 секунд). Расплавленный клей герметизирует соединение, а армирующий стержень обеспечивает механическую жёсткость. После охлаждения волокно с КДЗС укладывается в сплайс-кассету оптической муфты или кросса.
-- Качество скола: угол торца не более 0,5°. Скалыватель должен быть исправен, алмазное лезвие не изношено. -- Чистота волокна и рабочей зоны: пыль, влага, остатки лака на торце резко увеличивают потери. -- Состояние электродов: после 2000-5000 сварок (в зависимости от модели) электроды изнашиваются, дуга становится нестабильной. Необходима регулярная калибровка и замена. -- Совпадение типов волокон: сварка волокон разных стандартов (G.652, G.655, G.657) возможна, но может давать повышенные потери из-за несовпадения диаметров модового поля. -- Условия окружающей среды: ветер, вибрация, экстремальные температуры ухудшают качество. Сварку выполняют в закрытом помещении или защищённой палатке. -- Квалификация монтажника: правильность подготовки волокон, соблюдение последовательности операций.
По нормам приёмо-сдаточных измерений для магистральных и зоновых ВОЛС потери на неразъёмном (сварном) соединении не должны превышать 0,1 дБ на длине волны 1550 нм и 0,2 дБ на 1310 нм. Современные аппараты с выравниванием по сердцевине обеспечивают типичные потери 0,01-0,05 дБ, что значительно ниже нормативных. Если после трёх попыток сварки затухание превышает 0,1 дБ, допускается значение до 0,15 дБ.
КДЗС обеспечивает механическую защиту сварного соединения, которое само по себе хрупкое (оголённое кварцевое волокно без защитного покрытия). Без КДЗС стык может сломаться при укладке в кассету, при воздействии вибрации или температурных деформаций. Армирующий стержень обеспечивает жёсткость, а клеевой слой герметизирует соединение. Использование КДЗС обязательно для всех сварных соединений.
Оценочные потери (estimated loss) на дисплее сварочного аппарата определяются по анализу изображения стыка и имеют ограниченную точность. Они полезны для оперативного контроля, но не заменяют измерения оптическим рефлектометром (OTDR). Итоговый контроль качества сварки выполняется рефлектометрическими измерениями по завершении монтажа элементарного кабельного участка, причём рекомендуется измерение с обоих концов линии.
Угол отклонения торца от перпендикуляра к оси волокна должен быть не более 0,5 градуса для качественной сварки. Большинство сварочных аппаратов автоматически контролируют угол скола и отклоняют волокна с углом более 1 градуса, требуя повторного скалывания. Для обеспечения качественного скола скалыватель должен быть исправен и своевременно обслуживаться (замена лезвия после указанного производителем числа сколов).
При выравнивании по сердцевине (Core Alignment) аппарат определяет положение светонесущей сердцевины волокна (диаметр 8-10 мкм для одномодового) с помощью камер и профиля яркости, и совмещает именно сердцевины. Это обеспечивает минимальные потери (0,01-0,02 дБ). При выравнивании по оболочке (Cladding Alignment) аппарат позиционирует волокна по внешней оболочке (125 мкм), что проще и дешевле, но не компенсирует эксцентриситет сердцевины. Потери составляют 0,03-0,08 дБ. Для одномодовых магистральных линий рекомендуется Core Alignment.
Ресурс электродов зависит от модели аппарата и условий эксплуатации: обычно 2000-5000 сварок. По мере износа дуга становится нестабильной, что приводит к увеличению потерь и появлению дефектов (пузыри, утоньшения). Большинство современных аппаратов ведут счётчик сварок и напоминают о необходимости замены. Перед заменой также рекомендуется периодическая калибровка дуги (Arc Calibration).
Это артефакт односторонних измерений. OTDR определяет потери по уровню обратного рассеяния, который зависит от коэффициента рассеяния волокна. Если после стыка коэффициент рассеяния выше (например, при соединении волокон разных производителей), уровень обратного рассеяния возрастает, и OTDR интерпретирует это как «усиление» (отрицательные потери). Для корректного определения потерь необходимо измерение с обоих концов и усреднение: A_ср = (A_1 + A_2) / 2.
Технически -- да, сварка волокон разных стандартов возможна. Однако из-за различия диаметров модового поля (MFD) потери на стыке будут выше, чем при сварке одинаковых волокон. Для волокон G.652D и G.657A1 различие MFD невелико (оба около 8,6-9,5 мкм на 1310 нм), и потери обычно не превышают 0,05-0,1 дБ. При сварке волокон с существенно разным MFD (например, стандартное и волокно со смещённой дисперсией G.655) потери могут быть значительно выше.
Отказ от ответственности. Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и образовательный характер. Представленная информация не заменяет инструкции производителей оборудования, отраслевые нормы и требования заказчиков. Автор и издатель не несут ответственности за последствия использования данных материалов. Все работы по сварке оптического волокна должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением действующих нормативных документов и требований безопасности.
1. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи. -- М.: ЛЕСАРарт. 2. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. -- М.: ЛЕСАРарт. 3. Нормы приёмо-сдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных ВОЛС сети связи общего пользования (1997). 4. ITU-T G.652 Characteristics of a single-mode optical fibre and cable. 5. ISO/IEC 11801 Information technology -- Generic cabling for customer premises. 6. Fujikura Ltd. Fusion Splicer Technical Manuals (серии FSM). 7. EXFO Inc. FTBx-700C Series OTDR Modules. Application Notes. 8. МГУ им. М.В. Ломоносова. Оптоволоконные технологии. Лабораторный практикум.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.