Сварка оптических волокон. Часть 1: разновидности кабеля и его строение.

images

 

Сварка оптических волокон. Часть 1: разновидности кабеля и его строение.

Оглавление

Часть 1: разновидности кабеля и его строение.

Часть 2: Разделка кабеля — необходимый инструмент и методика

Часть 3: Оптические муфты и кроссы

Часть 4: Адаптеры и коннеторы

 

Пропустим теорию, перейдя сразу к основой теме данной записи. Также стоит заметить: информация, размещаемая здесь, представляется от лица сварщика оптического кабеля — как говорится наглядный и бесценный опыт.

Итак, оптические кабели разделяют:


По конструкции — от самых простых (оболочка, под ней пластиковые трубочки-модули, в них сами волокна) до супернавороченных (множество слоёв, двухуровневая броня — например, у подводных трансокеанских кабелей).

По месту использования — для наружной и внутренней прокладки (последние встречаются редко и обычно в дата-центрах высокого класса, где всё должно быть идеально правильно и красиво).

По условиям прокладки — для подвеса (с кевларом или тросиком), для грунта (с бронёй из железных проволочек), для прокладки в кабельной канализации (с бронёй из гофрированного металла), подводные (сложная, сверхзащищающая многослойная конструкция), для подвеса на опорах ЛЭП (кроме передачи информации, выпоняют роль молниезащитного троса).

Прочие оптические кабели (без защиты, подводные, для прокладки в помещениях) — экзотика. Почти все кабели, с которыми чаще всего приходится работать имеют конструкцию, как на картинке ниже.

1 — центральный силовой элемент (проще говоря — пруток из стеклопластика, хотя может быть и тросик в полиэтиленовой оболочке). Служит для центрирования трубок-модулей, придания жёсткости всему кабелю. За него также часто закрепляют кабель в муфте/кроссе, зажимая под винт. При сильном изгибе кабеля имеет подлое свойство ломаться, ломая попутно и модули с частью волокон. Более продвинутые конструкции кабеля содержат этот пруток, одетый в полиэтиленовую оболочку: тогда его труднее сломать и разрушений в кабеле он при переломе причинит меньше. Пруток бывает и такой, как на рисунке, и совсем тонкий. Кончик такого прутка — отличный абразивный инструмент для тонких работ: например, почистить контакты реле или участок медной детали под пайку. Также, если его сжечь на пару сантиметров, получится хорошая мягкая кисточка.

2 — сами оптические волокна (на рисунке — в лаковой изоляции). Те самые тончайшие нити-световоды, ради которых всё затевается. В статье речь пойдёт только про стеклянные волокна, хотя где-то в природе существуют и пластиковые, но они — большая экзотика, не варятся аппаратами для сварки оптики (только механическое соединение) и пригодны только на очень малых расстояниях.

Оптические волокна бывают одномодовые и многомодовые. Чаще всего приходится работать  с одномодом, так как многомод — менее распространённая технология, может использоваться только на короткие расстояния и во многих случаях прекрасно заменяется одномодом.

Волокно состоит из стеклянной «оболочки» из стекла с определёнными примесями. Без лака волокно имеет толщину 125 мкм (чуть толще волоса), а в центре его идёт сердечник диаметром 9 мкм из сверхчистого стекла с другим составом и с немного отличным от оболочки показателем преломления. Именно в сердечнике распространяется излучение (за счёт эффекта полного отражения на границе «сердечник — оболочка»). Наконец, сверху 125-микрометровый цилиндр «оболочки» покрыт другой оболочкой — из особого лака (прозрачного или цветного — для цветовой маркировки волокон), который ЕМНИП тоже двухслойный. Он предохраняет волокно от умеренных повреждений (без лака волокно хоть и гнётся, но плохо и легко сломать, волокно элементарно раскрошится от случайно положенного на него мобильника; а в лаке его можно смело обмотать вокруг карандаша и довольно сильно дёрнуть — оно выдержит). Случается, что пролёт кабеля провисает на одних волокнах: порвало (пережгло, порезало) все оболочки, кевлар, лопнул центральный пруток, а какие-то 16 или 32 125-микрометровых стеклянных волокна могут неделями держать вес пролёта кабеля и ветровые нагрузки! Тем не менее, даже в лаке волокна можно легко повредить, поэтому в работе спайщика самое главное — дотошность и аккуратность. Одним неловким движением можно испортить результаты целого дня работы или, если особо не повезёт и нет резервирования, надолго уронить магистральную связь (если, копаясь в «боевой» магистральной муфте, сломать волокно с DWDM-ом под корешок на выходе из кабеля).

Волокон бывает много сортов: обычное (SMF или просто SM), со смещённой дисперсией (DSF или просто DS), с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF, NZDS или NZ). Внешне различить их нельзя, разница — в химическом/кристаллическом составе и, возможно, в геометрии центрального сердечника и в плавности границы между ним и оболочкой.

Дисперсия в оптических волокнах — суровая и сложная для понимания штука, достойная отдельной статьи, поэтому объясню проще — по волокнам со смещённой дисперсией можно передавать сигнал без искажений дальше, чем по простым. На практике спайщики знают два типа: простое и «со смещёнкой». В кабеле часто выделяют первый модуль под «смещёнку», а остальные — под простые волокна. Стыковать «смещёнку» и простое волокно можно, но нежелательно, это вызывает один интересный эффект, о котором я расскажу в другой части, про измерения.

3 — пластиковые трубочки-модули, в которых плавают в гидрофобе волокна.

Легко ломаются (точнее, внезапно перегибаются) при изгибе наподобие телескопических антенн у бытовых приёмников, ломая внутри себя волокна. Иногда модуль бывает всего один (в виде толстой трубки), а в нём пучок волокон, но в этом случае нужно слишком много разных цветов для маркировки волокон, поэтому обычно делают несколько модулей, в каждом из которых от 4 до 12 волокон. Единого стандарта на расцветку и количество модулей/волокон нет, каждый производитель делает по-своему, отображая всё в паспорте на кабель. Паспорт прилагается к барабану кабеля и обычно пришпиливается степлером к дереву прямо внутри барабана.
Однако есть надежда, что, скажем, кабель «ДПС» у производителей «Трансвок» и «Белтелекабель» окажется всё-таки одинаковым по конфигурации. Но всё равно нужно смотреть паспорт на кабель, где всегда указана подробная расцветка и то, какого типа волокна в каких модулях лежат. Минимальная ёмкость «взрослого» кабеля, что я встречал — 8 волокон, максимальная — 96. Обычно 32, 48, 64. Бывает, что из всего кабеля занято 1 или 2 модуля, тогда вместо остальных модулей вкладывают чёрные заглушки-пустышки (чтобы габаритные параметры кабеля не изменились).

4 — плёнка, оплетающая модули. Играет второстепенные роли — демпфирующую, снижающую трение внутри кабеля, доп.защита от влаги, удерживающую гидрофоб в пространстве между модулей и, возможно, что-то ещё. Часто бывает дополнительно стянута нитками крест-накрест и с обеих сторон смочена гидрофобным гелем.

5 — тонкая внутренняя оболочка из полиэтилена. Доп.защита от влаги, защитная прослойка между кевларом/бронёй и модулями. Может отсутствовать.

6 — кевларовые нити или броня. На рисунке броня из прямоугольных прутков, но куда чаще встречается из круглых проволочек (в импортных кабелях — проволочки сталистые и трудноперекусываемые даже тросокусами, в отечественных — обычно из гвоздевого железа). Броня может быть и в виде стеклопластиковых прутков, таких же, как центральный элемент, но на практике не встречался с таким. Кевлар нужен, чтобы кабель выдерживал большое усилие на разрыв и при этом не был тяжёлым. Также часто используется вместо тросика там, где в кабеле не должно быть металла во избежание наводок (например, если кабель висит вдоль железной дороги, где рядом контактный провод с 27,5 кВ). Типичные значения допустимого растягивающего усилия для кабеля с кевларом — 6…9 килоньютонов, это позволяет выдержать большой пролёт при ветровой нагрузке. При разделке кевлар страшно тупит режущий инструмент.  Поэтому его лучше резать или специальными ножницами с керамическими лезвиями, или откусывать тросокусами.

Что касается брони — она призвана защитить подземный кабель, лежащий прямо в грунте, без защиты в виде пластиковой трубы, кабельной канализации и пр. Впрочем, защитить броня может только от лопаты, экскаватор всё равно рвёт любые кабели влёт. Поэтому подземный кабель закладывается в грунт на 1м 20 см, а над ним на глубине 60 см кладётся жёлтая или оранжевая сигнальная лента с принтом «Осторожно! Не копать! Ниже кабель», а также вдоль трассы ставятся столбики, предупреждающие таблички и аншлаги.

7 — внешняя толстая оболочка из полиэтилена. Принимает на себя первой все тяготы при прокладке и эксплуатации кабеля. Полиэтилен мягкий, так что её несложно порезать при неаккуратной затяжке кабеля. Случается, что при прокладке подземного кабеля подрядчик порвёт до брони эту оболочку на несколько метров и не заметит, в грунте в кабель попадает влага несмотря на гидрофоб, а потом на сдаче, при испытаниях внешней оболочки мегаомметром, мегаомметр показывает низкое сопротивление (большой ток утечки).

Если висящий кабель касается бетонного столба или древа, полиэтилен также может быстро протереться до волокон.
Между внешней оболочкой и бронёй может присутствовать полиэтиленовая плёнка и некоторое количество гидрофобного геля.