Некоторые аспекты сварки оптоволоконного кабеля

16 октября 2020

Вступление

Оптические линии связи обеспечивают максимально возможную на данный момент скорость передачи данных. Этот факт, а также ряд других преимуществ ВОЛС определили их широкое распространение. Монтаж оптических линий ведётся повсеместно тысячами специалистов. Осуществление монтажа ВОЛС невозможно без сварки оптоволоконного кабеля.
В настоящей статье будут рассмотрены некоторые важные стороны процесса сварки оптоволокна, которые могут оказывать влияние на его качество.

Выбор сварочного аппарата

Перед выбором сварочного аппарата для оптоволокна необходимо прежде всего разобраться, какие параметры оказывают решающее влияние на качество его работы.
Просматривая характеристики сварочных аппаратов, можно заметить, что различные модели отличаются количеством двигателей. При этом аппарат с шестью двигателями дороже, чем с четырьмя. На что же ещё кроме цены влияет количество двигателей?
Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно рассмотреть процесс визуализации волокон. Волокно представляет собой вложенную цилиндрическую структуру, в которой коэффициенты преломления сердцевины и оболочки различны. Картина прохождения в волокне света направленного параллельно показана ниже. Фокусы сердцевины и оболочки находятся в разных точках.


Рисунок 1.

Поэтому микроскоп не может получить чёткое изображение оболочки и сердцевины одновременно. Из-за этого необходимо отрегулировать фокусное расстояние микроскопа для изображения оболочки и сердечника соответственно. Следовательно, чем больше двигателей регулирует положение линз, тем лучшее изображение волокна можно получить. При использовании сварочного аппарата с шестью двигателями специалист приобретает следующие преимущества:
  1. Получение чёткого изображения сердцевины, которое имеет достаточно характеристик, чтобы можно было идентифицировать тип волокна (G.652, G.651) и автоматически задать наиболее подходящие параметры сварки.
  2. Вычисление диаметра модового поля, коэффициента эксцентриситета волокна и определение состояния сердцевины волокна. Все это может обеспечить более точное выравнивание сердцевины. SM (одномодовые) волокна от разных производителей могут иметь небольшие различия в диаметре, благодаря этой функции точного изображения сердцевины волокон могут быть выровнены наилучшем образом.
  3. Получение более подробной информации о дефектах сварки и точная оценка потерь с помощью томографии. Например, при регулировке фокуса пузырь в сваренном участке волокна обнаружить достаточно просто – он виден как чёрная точка.
Помимо количества двигателей, для сварочного аппарата очень важно качество линз, которое напрямую влияет на точность визуализации и, следовательно, на точность выравнивания.
Способ выравнивания волокна также является важнейшей характеристикой сварочного аппарата. Существует три основные технологии.

Выравнивание по неподвижной V-образной канавке
Канавка – это вырезанный в керамическом блоке клин в форме буквы «V», служащий поверхностью для расположения волокна. Как только волокно помещается в V-образную канавку сварочного аппарата, верхняя удерживающая часть устанавливается на волокне так, чтобы удерживать волокно в трёх различных точках. Этот метод удержания ограничивает возможное перемещение в нежелательных направлениях, но позволяет легко перемещать волокно горизонтально для выравнивания. Поскольку такой метод выравнивания не является активным (V-образные канавки фиксированы), то при его применении неизбежны более высокие потери из-за изменения диаметра оболочки, ошибок концентричности сердцевины или оболочки, загрязнения или наличия обломков покрытия в V-образных канавках.
Данный метод применяется в недорогих аппаратах. Если к потерям на сварке предъявляются нестрогие требования, то использование таких моделей вполне допустимо.

Активное выравнивание по оболочке
В этом случае независимые подвижные V-образные канавки выравнивают два волокна друг относительно друга, перемещаясь в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Рисунок 2.

То есть используются те же V-образные канавки и удерживающая система, но при этом выравнивание осуществляется за счёт моторизованного перемещения канавок. Движение канавки контролируется многочисленными программными алгоритмами, основанными на анализе изображения волокон и определении краёв оболочки. Сварочный аппарат определяет края оболочки, а затем перемещает двигателями V-образные канавки до тех пор, пока соответствующие края не будут совмещены друг с другом. Сварочные аппараты с активными V-образными канавками чаще всего используются для FTTx и других конечных сегментов сети со свободными критериями качества. Однако проблема, связанная с ошибкой концентричности сердцевины, не решается при активном выравнивании оболочки, и в этом заключается главный недостаток этой категории сварочных аппаратов. Волокна разных производителей различаются по качеству. Волокно более низкого качества или более старое волокно будет иметь большую ошибку концентричности сердцевины, что приведёт к большим потерям на сварке. Аппараты с активным выравниванием оболочки не могут идентифицировать разные типы волокна и автоматически компенсировать отклонения, изменяя параметры сращивания.

Активное выравнивание по сердцевине
Активное выравнивание по сердцевине - та же система V-образных канавок, что и при активном выравнивании оболочки, но вместо обнаружения края оболочки сварочный аппарат определяет местоположение сердцевины и, исходя из этого, выравнивает два волокна.
Два волокна в сварочном аппарате с выравниванием по сердцевине считаются выровненными, если сердцевины расположены так, что после сварки получается непрерывная сердцевина единого волокна. Выравнивание достигается за счёт использования системы выравнивания профиля (PAS). Выполнение стыковки требует сбора данных и обработки нескольких изображений PAS, в то время как выравнивание оболочки гораздо более простой процесс. В PAS используются две коллимированные лампы задней подсветки, которые светят через оптоволокно на две камеры CMOS, расположенные в перпендикулярных полях обзора. Таким образом, отличительный признак сварочного аппарата PAS от сварочного аппарата с выравниванием по оболочке заключается в компонентах, составляющих оптическую систему. Для центрированной оптики требуется более высокие разрешение, увеличение, качество линз, а также возможность изменения фокальных плоскостей. На рисунке ниже представлена настройка оборудования для выравнивания по сердцевине:

Рисунок 3.

Подсветка преломляется через волокно и создаёт профили яркости и интенсивности (BIP) на каждой камере. Камеры наблюдают и собирают данные BIP при перемещении через различные фокусные позиции. Программные алгоритмы, ищущие наиболее чёткое изображение сердцевины волокна, управляют двигателями камеры и определяют конечное положение камер. Остальные этапы процесса выравнивания основаны на программировании. Существует ряд запатентованных методов сглаживания изображений, используемых для определения фактического местоположения сердцевины волокна в пределах яркой полосы изображения PAS. Однако, бытует распространённое заблуждение, что можно достичь выравнивания по сердцевине, используя только аппаратную настройку. Надо понимать, что для качественного выравнивания необходимы программные методы.

Рисунок 4.

Как указывалось ранее, различное качество волокон играет роль в итоговых потерях на сварке. Если неизвестно, какое волокно подлежит сварке, лучше использовать аппарат с автоматическим распознаванием типа волокна, это позволит избежать избыточных потерь на сварном соединении.

Подготовка волокна для сварки

Перед операцией сварки оптическое волокно необходимо подготовить, для этого используются специальные инструменты. Традиционные инструменты для зачистки волокна и подготовки его торца – это стриппер и скалыватель.
Поскольку защитные слои оптоволокна имеют диаметр менее миллиметра, то требуется применение специального стриппера для оптики, который имеет пазы строго определённого размера. При разделке кабеля нужно точно выбрать паз необходимого размера, т. к. есть риск повредить волокно. Простые механические стрипперы удобны в использовании, но они требуют от исполнителя уверенности и аккуратности, иначе на волокне могут остаться частицы, что негативно скажется на качестве сварки.
Для лучшей очистки рекомендуется использовать термостриппер. В случае сварки ленточного волокна этот инструмент просто незаменим. Ленточный термический стриппер состоит из зажимной части и нагреваемой режущей части, которые соединены подшипником. Во время резки параллельно работают верхнее и нижнее лезвия, нагрев осуществляется интеллектуальной системой, вследствие чего покрытие смягчается, и зачистка осуществляется наилучшим образом.
Следующий этап подготовки – это скалывание волокна, в результате которого плоскость торца волокна должна стать перпендикулярной его оси. Это очень важная процедура, т. к. для обеспечения качества сварки угол скола должен быть менее 1°. Поэтому при выборе скалывателя нужно обращать внимание на эту характеристику.
Работа со скалывателем довольно проста:
  1. сначала нужно зафиксировать волокно: открыв крышку скалывателя, помещают волокно в V-образную канавку, затем закрывают крышку держателя (см. рисунок 5),
  2. затем делают насечку на волокне, для этого нужно сдвинуть режущее лезвие и оставить на волокне «надрез»,
  3. далее следует непосредственно скол, выполняемый с помощью наковальни; наковальня оказывает давление в направлении противоположном положению насечки.

Рисунок 5.

Обслуживание сварочного аппарата

Для того чтобы сварочный аппарат для оптики служил долго и сварные соединения, выполненные им, имели высокое качество, в процессе эксплуатации необходимо периодически проделывать некоторые несложные, но важные операции.

Очистка V-образной канавки
Во время эксплуатации аппарата слишком много пыли накапливается на V-образной канавке, из-за этого оптика показывает слишком большое смещение, которое мешает двигателям выравнивать волокна. В самом плохом случае двигатели могут быть заблокированы на дальнем конце, поэтому необходимо регулярно очищать V-образную канавку.
Ниже приведён способ очистки V-образной канавки:
  1. Сначала нужно протереть канавку тампоном, смоченным в спирте, а затем сухим тампоном.



  2. Рисунок 6.
  3. Чтобы собрать пыль в канавке, нужно использовать отрезок волокна. После 2-3 движений волокном нужно взять новый отрезок.

    Рисунок 7.
Очистка зажимов
Пыль, скапливающаяся на лапке зажима волокон, вызывает нестабильность давления и ухудшает качество плавления. Для очистки зажима используют смоченный в спирте ватный тампон. При этом важно делать протирающие движения в одном направлении.

Очистка линз объектива
Линзы объектива микроскопа очищаются тампоном, смоченным в небольшом количестве спирта, спиральными движениями от центра к краю линзы и вращением вокруг тампона до тех пор, пока не будет достигнут край линзы.


Рисунок 8.

Очистка или замена электродов
После длительного использования аппарата на электродах могут образоваться загрязнения или оксид. Для восстановления их работоспособности требуется чистка. Электроды нужно вынуть из аппарата и очистить тампоном, смоченным спиртом, если же электроды уже выработали свой ресурс, их нужно заменить на новые. Решение о замене электродов принимается на основании информации об их ресурсе и количестве проведённых сварок, которая доступна в руководстве по эксплуатации аппарата и его меню.

Заключение

На данном этапе развития связи, когда все ближе массовое внедрение сетей 5G, объем прокладки оптического волокна увеличивается. Спрос на специалистов, имеющих навыки сварки волоконно-оптического кабеля, также растёт. Нюансы, рассмотренные в статье, являются основными знаниями для таких специалистов, так как понимание азов работы с аппаратами для сварки и другим инструментом обеспечивает высокое качество выполнения работ.

© ООО «Евротест», 2020 г. Копирование, распространение или любое иное использование материалов настоящей статьи допускается только с разрешения правообладателя. Нарушители будут привлечены к ответственности в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Яндекс.Метрика