Волоконно-оптическая линия передачи
Волоконно-оптическая линия передачи (ВОЛП — официальный термин, определённый в ГОСТ 26599-85), Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС — устоявшееся название) — волоконно-оптическая система, состоящая из пассивных и активных элементов, предназначенная для передачи информации в оптическом (как правило — ближнем инфракрасном) диапазоне.
Активные компоненты
- Мультиплексор/Демультиплексор — широкий класс устройств, предназначенных для объединения и разделения информационных каналов. Мультиплексоры и демультиплексоры могут работать как во временно́й, так и в частотной областях, могут быть электрическими и оптическими (для систем со спектральным уплотнением).
- Регенератор — устройство, осуществляющее восстановление формы оптического импульса, который, распространяясь по волокну, претерпевает искажения. Регенераторы могут быть как чисто оптическими, так и электрическими, которые преобразуют оптический сигнал в электрический, восстанавливают его, а затем снова преобразуют в оптический.
- Усилитель — устройство, усиливающее мощность сигнала. Усилители также могут быть оптическими и электрическими, осуществляющими оптико-электронное и электронно-оптическое преобразование сигнала.
- Лазер — источник монохромного когерентного оптического излучения. В системах с прямой модуляцией, которые являются наиболее распространёнными, лазер одновременно является и модулятором, непосредственно преобразующим электрический сигнал в оптический.
- Модулятор — устройство, модулирующее оптическую волну, несущую информацию по закону электрического сигнала. В большинстве систем эту функцию выполняет лазер, однако в системах с непрямой модуляцией для этого используются отдельные устройства.
- Фотоприёмник (Фотодиод) — устройство, осуществляющее оптоэлектронное преобразование сигнала.
Пассивные компоненты
- Оптический кабель, светонесущими элементами которого являются оптические волокна. Наружная оболочка кабеля может быть изготовлена из различных материалов: поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена, тефлона и других материалов. Оптический кабель может иметь бронирование различного типа и специфические защитные слои (например, мелкие стеклянные иглы для защиты от грызунов).
- Оптическая муфта — устройство, используемое для соединения двух и более оптических кабелей.
- Оптический кросс — устройство, предназначенное для оконечивания оптического кабеля и подключения к нему активного оборудования.
Сварка оптического волокна, сварка оптического кросса.
Сварка оптического волокна — процесс соединения оптических волокон (жил оптического кабеля) с помощью высокотемпературной термической обработки. В настоящее время выполняется в автоматическом режиме специальными сварочными аппаратами.
Сварка оптического волокна производится с использованием специальных сварочных аппаратов, которые позволяют провести весь комплекс сварочных работ от совмещения свариваемых концов до защиты соединения.
Современные сварочные аппараты являются промышленными роботами, снабжёнными автоматической системой управления. Управляет аппаратом человек (оператор). Размер современного сварочного аппарата примерно 150*150*150 мм, без выступающих частей.
Аппарат состоит из следующих узлов или блоков:
- Блока питания.
- Электронного блока. Сюда входят: материнская плата, преобразователь питающего напряжения, блок дуги и т.д.
- Механической части. Сюда входят: электроприводы, каретки, V-канавки, оптическая система, печь для термоусадки и т.д.
- Монитора (видеоконтрольного устройства).
Полное название сварочного аппарата звучит так: сварочный аппарат для автоматической сварки оптических волокон. После этого обычно называют фирму-производителя и модель. Например, сварочный аппарат для автоматической сварки оптических волокон Sumitomo Type-39. Или сокращенно: сварочный аппарат Sumitomo Type-39.
Все аппараты имеют собственное программное обеспечение, уникальное для каждой модели. Интерфейс пользователя состоит из клавиатуры, меню и монитора. Меню всегда имеет два раздела, открытый — для пользователя и секретный — для сервиса. Секретный раздел меню закрыт паролем или комбинацией клавиш, он используется во время настройки сварочного аппарата.
Современные сварочные аппараты подразделяются на три группы:
- Сварочные аппараты с выравниванием по сердцевине.
- Сварочные аппараты с зафиксированными V-канавками.
- Сварочные аппараты для ленточного оптического волокна.
Процесс сварки.
- Разделка оптического кабеля. Обычно включает в себя снятие внешней изоляции кабеля, затем снятие изоляции отдельных модулей. В каждом модуле, как правило, находится 8-12 волокон.
- Очистка волокон от гидрофобного материала. Чаще всего используется бесцветный, либо слегка окрашенный гель.
- На волокна одного из кабелей надеваются специальные гильзы — КДЗС (комплект для защиты соединений), состоящие из двух термоусадочных трубок и силового стержня.
- С концов волокон (2—3 см) снимается цветной лак и защитный слой, волокна протираются спиртом.
- Зачищенное волокно скалывается специальным прецизионным скалывателем. Плоскость скола волокон должна быть перпендикулярна оси волокна. Допустимое отклонение — до 1,5° на каждый скол.
- Волокна, предназначенные для сварки, укладываются в зажимы сварочного аппарата (V-образные канавки).
- Под микроскопом с помощью манипуляторов происходит их совмещение (юстировка). В современных сварочных аппаратах юстировка происходит автоматически.
- Электрическая дуга разогревает до установленной температуры концы волокон с микрозазором между ними, торцы волокон совмещаются микродоводкой держателя одного из волокон.
- Аппарат осуществляет проверку прочности соединения посредством механической деформации и оценивает затухание, вносимое стыком.
- КДЗС сдвигается оператором на место сварки и этот участок помещается в тепловую камеру, где происходит термоусадка КДЗС.
- Сваренные волокна укладываются в сплайс-пластину, кассету оптической муфты или кросса.
Виды оптоволоконных кабелей и чем они отличаются.
Условная классификация
В отличие от всем нам знакомой витой пары, которая вне зависимости от места применения имеет примерно одну и ту же конструкцию, оптоволоконные кабели связи могут иметь значительные отличия исходя из сферы применения и места укладки.
Можно выделить следующие основные виды оптоволоконных кабелей для передачи данных исходя из области применения:
Для прокладки внутри зданий;
для кабельной канализации небронированный;
для кабельной канализации бронированный;
для укладки в грунт;
подвесной самонесущий;
с тросом;
подводный.
Наиболее простой конструкцией обладают кабели для прокладки внутри зданий и канализационный небронированный, а самыми сложными — для прокладки в землю и подводные.
Кабель для прокладки внутри зданий
Оптические кабели для прокладки внутри зданий разделяют на распределительные, из которых формируется сеть в целом, и абонентские, которые используются непосредственно для прокладки по помещению к конечному потребителю. Как и витую пару, прокладывают оптику в кабельных лотках, кабель-каналах, а некоторые марки могут быть протянуты и по внешним фасадам зданий. Обычно такой кабель заводят до межэтажной распределительной коробки или непосредственно до места подключения абонента.
Конструкция оптоволоконных кабелей для прокладки в зданиях включает в себя оптическое волокно, защитное покрытие и центральный силовой элемент, например, пучок арамидных нитей. К оптике, прокладываемой в помещениях, есть особые требования по противопожарной безопасности, такие как нераспространение горения и низкое дымовыделение, поэтому в качестве оболочки для них используется не полиэтилен, а полиуретан. Другие требования — это низкая масса кабеля, гибкость и небольшой размер. По этой причине многие модели имеют облегченную конструкцию, иногда с дополнительной защитой от влаги. Так как протяженность оптики внутри зданий обычно невелика, то и затухание сигнала незначительно и влияние на передачу данных оно не оказывает. Число оптических волокон в таких кабелях не превышает двенадцати.
Также существует и своеобразная помесь «бульдога с носорогом» — оптоволоконный кабель, который содержит в себе, дополнительно, еще и витую пару.
Бронированный канализационный кабель
Бронированные оптоволоконные кабели используются при наличии больших внешних нагрузок, в особенности, на растяжение. Бронирование может быть различным, ленточным или проволочным, последнее подразделяется на одно- и двухповивное. Кабели с ленточным бронированием используются в менее агрессивных условиях, например, при прокладке в кабельной канализации, трубах, тоннелях, на мостах. Ленточное бронирование представляет собой стальную гладкую или гофрированную трубку толщиной в 0,15-0,25 мм. Гофрирование, при условии, что это единственный слой защиты кабеля, является предпочтительным, так как оберегает оптоволокно от грызунов и в целом повышает гибкость кабеля. При более суровых условиях эксплуатации, например, при закладке в грунт или на дно рек используются кабели с проволочной броней.
Кабель для укладки в грунт
Для прокладки в грунт используют оптические кабели с проволочной одноповивной или двухповивиной броней. Также применяются и усиленные кабели с ленточным бронированием, но значительно реже. Прокладка оптического кабеля осуществляется в траншею или с помощью кабелеукладчиков. Более подробно этот процесс расписан в моей второй статье по этой теме, где приводятся примеры наиболее распространенных видов кабелеукладчиков. Если температура окружающей среды ниже отметки в -10 оС, кабель предварительно прогревают.
В условиях влажного грунта используется модель кабеля, оптоволоконная часть которого заключена в герметичную металлическую трубку, а бронеповивы проволоки пропитаны специальным водоотталкивающим компаундом. Тут же в дело вступают расчеты: инженеры, работающие на укладке кабеля, не должны допускать превышения растягивающих и сдавливающих нагрузок сверх допустимых. В противном случае, сразу или со временем, могут быть повреждены оптические волокна, что приведет кабель в негодность.
Броня влияет и на значение допустимого усилия на растяжение. Оптоволоконные кабели с двухповивной броней могут выдержать усилие от 80 кН, одноповивные — от 7 до 20 кН, а ленточная броня гарантирует «выживание» кабеля при нагрузке не менее 2,7 кН.
Подвесной самонесущий кабель
Подвесные самонесущие кабели монтируются на уже существующих опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП. Это технологически проще, чем прокладка кабеля в грунт, но при монтаже существует серьезное ограничение — температура окружающей среды во время работ не должна быть ниже — 15 оС. Подвесные самонесущие кабели имеют стандартную круглую форму, благодаря которой снижаются ветровые нагрузки на конструкцию, а расстояние пролета между опорами может достигать ста и более метров. В конструкции самонесущих подвесных оптических кабелей обязательно присутствует ЦСЭ — центральный силовой элемент, изготовленный из стеклопластика или арамидных нитей. Благодаря последним оптоволоконный кабель выдерживает высокие продольные нагрузки. Подвесные самонесущие кабели с арамидным нитями используют в пролетах до одного километра. Еще одно преимущество арамидных нитей, кроме их прочности и малом весе, заключается в том, что арамид по природе своей является диэлектриком, то есть кабели, изготовленные на его основе безопасны, например, при попадании молнии.
В зависимости от строения сердечника различают несколько типов подвесного кабеля:
Кабель с профилированным сердечником — содержит оптические волокна или модули с этими волокнами – кабель устойчив к растяжению и сдавливанию;
Кабель со скрученными модулями — содержит оптические волокна, свободно уложенные, кабель устойчив к растяжениям;
Кабель с одним оптическим модулем – сердечник данного типа кабеля не имеет силовых элементов, поскольку они находятся в оболочке. Такие кабели обладают недостатком, связанным с неудобством идентификации волокон. Тем не менее, они обладают меньшим диаметром и более доступной ценой.
Оптический кабель с тросом
Оптические кабеля с тросом — это разновидность самонесущих кабелей, которые также используются для воздушной прокладки. В таком изделии трос может быть несущим и навивным. Еще существуют модели, в которых оптика встроена в грозозащитный трос.
Усиление оптического кабеля тросом (профилированным сердечником) считается достаточно эффективным методом. Сам трос представляет собой стальную проволоку, заключенную в отдельную оболочку, которая в свою очередь соединяется с оболочкой кабеля. Свободное пространство между ними заполняется гидрофобным заполнителем. Часто такую конструкцию оптического кабеля с тросом называют «восьмеркой» из-за внешнего сходства, хотя лично у меня возникают ассоциации с перекормленной «лапшой». «Восьмерки» применяют для прокладки воздушных линий связи с пролетом не более 50-70 метров. В эксплуатации подобных кабелей есть некоторые ограничения, например, «восьмерку» со стальным тросом нельзя подвешивать на ЛЭП. Надеюсь, объяснять, почему именно, не нужно.
Но кабели с навивным грозозащитным тросом (грозотросом) спокойно монтируются на высоковольтных ЛЭП, крепясь при этом к проводу заземления. Грозотросный кабель используется в местах, где есть риски повреждения оптики дикими животными или охотниками. Также его можно использовать на больших по дистанции пролетах, чем обычную «восьмерку».
Подводный оптический кабель
Данный тип оптических кабелей стоит в сторонке от всех остальных, так как прокладывается в принципиально иных условиях. Почти все типы подводных кабелей, так или иначе, бронированы, а степень бронирования уже зависит от рельефа дна и глубины залегания.
Различают следующие основные типы подводных кабелей (по типу бронирования):
Не бронирован;
Одинарное (одноповивное) бронирование;
Усиленное (одноповивное) бронирование;
Усиленное скальное (двухповивное) бронирование;