Диаметр оптоволоконного кабеля. Оптоволоконный кабель: конструкция, типы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое оптоволоконный кабель и как он устроен. Какие бывают виды оптоволоконных кабелей. Где применяются разные типы оптоволокна. Как производят оптические волокна и кабели.

Содержание

Конструкция оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель состоит из нескольких ключевых элементов:

Оптическое волокно — тонкая стеклянная нить, по которой передается световой сигнал
Защитное покрытие волокна
Силовые элементы (кевларовые нити, стальная проволока)
Внешняя оболочка

Оптическое волокно имеет диаметр всего 125 мкм, а его сердцевина — 8-10 мкм для одномодового и 50-62,5 мкм для многомодового волокна. Это позволяет передавать сигналы на большие расстояния с минимальными потерями.

Основные типы оптоволоконных кабелей

В зависимости от условий прокладки и применения различают следующие основные типы оптоволоконных кабелей:

Кабели для прокладки внутри зданий
Небронированные канализационные кабели
Бронированные канализационные кабели

Кабели для прокладки в грунт
Подвесные самонесущие кабели
Кабели с тросом
Подводные кабели

Каждый тип имеет свои особенности конструкции, обеспечивающие защиту волокон в конкретных условиях эксплуатации.

Кабели для прокладки внутри зданий

Оптические кабели для прокладки внутри зданий отличаются легкой конструкцией и повышенной гибкостью. Их основные особенности:

Небольшое количество волокон (до 12)
Наличие центрального силового элемента из арамидных нитей
Оболочка из негорючего малодымного материала
Небольшой вес и диаметр

Такие кабели прокладывают в кабельных лотках, каналах, по стенам. Они обеспечивают подключение конечных пользователей к сети.

Небронированные канализационные кабели

Небронированные кабели для прокладки в кабельной канализации имеют следующие особенности:

Наличие гидрофобного заполнителя для защиты от влаги

Усиленная полиэтиленовая оболочка
Возможность прокладки в защитных полиэтиленовых трубах
Число волокон — от нескольких единиц до сотен

Такие кабели используют при отсутствии сильных механических воздействий на кабель в канализации.

Бронированные канализационные кабели

Бронированные кабели применяются в более сложных условиях прокладки:

Имеют стальную ленточную или проволочную броню
Выдерживают значительные растягивающие усилия
Защищены от грызунов и механических повреждений
Могут прокладываться в грунте, под водой, на мостах

Ленточная броня представляет собой стальную гофрированную ленту толщиной 0,15-0,25 мм. Проволочная броня состоит из одного или двух повивов стальных оцинкованных проволок.

Кабели для прокладки в грунт

Для прокладки непосредственно в грунт используются кабели с усиленной защитой:

Проволочная броня в один или два повива
Герметичная металлическая трубка для защиты волокон
Гидрофобные заполнители
Повышенная стойкость к растяжению (до 80 кН)

Прокладка осуществляется в траншею или с помощью кабелеукладчиков. При этом важно не допускать превышения допустимых механических нагрузок на кабель.

Подвесные самонесущие кабели

Подвесные самонесущие кабели предназначены для воздушной прокладки на опорах линий связи и электропередачи. Их особенности:

Наличие центрального силового элемента из стеклопластика или арамидных нитей
Круглая форма для снижения ветровых нагрузок
Возможность монтажа при температурах до -15°C
Длина пролета между опорами до 100 м и более

По конструкции сердечника различают кабели с профилированным сердечником, скрученными модулями и одним оптическим модулем.

Оптические кабели с тросом

Кабели с тросом являются разновидностью подвесных и имеют следующие особенности:

Наличие стального троса в отдельной оболочке
Конструкция в виде «восьмерки»
Возможность монтажа с пролетом до 50-70 м
Кабели с грозотросом для ЛЭП выдерживают большие пролеты

Трос обеспечивает дополнительную прочность и защиту кабеля при воздушной прокладке.

Подводные оптические кабели

Подводные кабели имеют особую конструкцию для работы в водной среде:

Усиленная герметичная оболочка
Стальная проволочная броня (1-2 повива)
Гидроизоляционные барьеры
Силовые элементы для укладки на большие глубины

Степень бронирования зависит от глубины прокладки и рельефа дна. Наиболее защищены кабели для мелководья из-за угрозы повреждения якорями и тралами.

Производство оптического волокна

Производство оптического волокна — сложный высокотехнологичный процесс. Основные этапы:

Вытяжка стеклянной нити из расплава в специальной башне
Контроль диаметра волокна (125 мкм) с помощью датчиков
Нанесение первичного защитного покрытия
Отверждение покрытия ультрафиолетом
Намотка готового волокна на катушки

Весь процесс происходит в чистых помещениях для обеспечения высокого качества волокна. Готовое волокно проходит тестирование на соответствие оптическим и механическим параметрам.

Изготовление оптических кабелей

Производство оптических кабелей включает следующие основные этапы:

Скручивание оптических волокон в модули
Наложение гидрофобных заполнителей
Установка силовых элементов (при необходимости)
Наложение промежуточной оболочки
Бронирование (для защищенных кабелей)
Наложение внешней оболочки

Конструкция и технология изготовления зависят от типа и назначения кабеля. Производство магистральных кабелей осуществляется на специализированных заводах с использованием высокотехнологичного оборудования.

Применение оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели находят широкое применение в различных областях:

Магистральные линии связи
Городские телекоммуникационные сети
Локальные компьютерные сети
Системы видеонаблюдения
Промышленные системы управления
Бортовые системы самолетов и кораблей

Высокая пропускная способность и помехозащищенность делают оптоволоконные кабели незаменимыми для передачи больших объемов данных на значительные расстояния.

Преимущества оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели имеют ряд важных преимуществ по сравнению с медными:

Очень высокая пропускная способность (до терабит в секунду)
Малое затухание сигнала (возможность передачи на сотни километров)

Нечувствительность к электромагнитным помехам
Малый вес и габариты
Высокая защищенность от несанкционированного доступа
Долговечность (срок службы 25-30 лет)

Эти преимущества обусловили широкое распространение оптоволоконных линий связи во всем мире.

Все об оптоволоконных кабелях: варианты, конструкции, разъемы

Первый шаг в разработке оптоволоконной системы — выбор передатчиков и приемников, наилучшим образом подходящих к заданному типу сигнала. Лучше всего это делать, сравнивая техническую информацию об изделиях и консультируясь с инженерами фирмы-изготовителя, которые помогут подобрать наилучший вариант. После этого надо выбрать сам оптоволоконный кабель, оптические соединители и метод их установки. Хотя это в самом деле не очень простая задача, часто не имеющие опыта инженеры испытывают неоправданную боязнь технологий работы с оптоволокном. В этой брошюре мы попытаемся прояснить несколько распространенных заблуждений об оптоволоконных кабелях и монтаже разъемов на них.

Конструкция кабеля

Выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Как и медные провода, оптоволоконные кабели выпускаются во множестве различных вариантов. Существуют одно- и многожильные кабели, кабели для воздушной прокладки или непосредственной укладки в грунт, кабели в негорючей оболочке для прокладки в пространстве между фальшпотолком и перекрытием и в межэтажных кабельных каналах, и даже сверхпрочные тактические кабели военного назначения, способные выдерживать сильнейшие механические перегрузки. Понятно, что выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Вне зависимости от вида внешней оболочки, в любом оптоволоконном кабеле имеется хотя бы один волоконный световод. Остальные конструктивные элементы (разные в разных типах кабеля) защищают световод от повреждений. Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

В первом способе оптоволокно находится внутри пластмассовой защитной трубки, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра волокна. Иногда эту трубку заполняют силиконовым гелем, предотвращающим скопление влаги в ней. Поскольку оптоволокно свободно «плавает» в трубке, механические усилия, действующие на кабель снаружи, обычно его не достигают. Такой кабель очень устойчив к продольным воздействиям, возникающим при протяжке через кабельные каналы или при прокладке кабеля на опорах. Поскольку в световоде нет значительных механических напряжений, кабели такой конструкции имеют малые оптические потери.

Второй способ состоит в использовании толстого пластикового покрытия, нанесенного прямо на поверхность световода. Защищенный таким образом кабель имеет меньший диаметр и массу, большую устойчивость к ударным воздействиям и гибкость, но поскольку оптоволокно жестко зафиксировано внутри кабеля, его стойкость к растяжению не столь высока, как при использовании свободно облегающей защитной трубки. Такой кабель применяется там, где не предъявляются очень высокие требования к механическим параметрам, например, при прокладке внутри зданий или для соединения отдельных блоков аппаратуры. На рис. 1 схематично показано устройство обоих типов кабеля.

Рис. 1. Конструкция основных типов оптоволоконных кабелей

На рис. 2 показано поперечное сечение одно- и двухжильного оптоволоконного кабеля, а также более сложного многожильного. Двухжильный кабель внешне похож на обычный сетевой электропровод.

Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала. В многожильных кабелях часто добавляется дополнительный центральный усиливающий элемент. При изготовлении оптоволоконных кабелей используются, как правило, только не проводящие электрический ток материалы, но иногда добавляется внешняя навивка из стальной ленты для защиты от грызунов (кабель для непосредственной укладки в грунт) или внутренние усиливающие элементы из стальной проволоки (кабели для воздушных линий на опорах). Существуют также кабели с дополнительными медными жилами, по которым подается питание на удаленные электронные устройства, используемые в системе передачи сигнала.

Рис. 2. Различные типы кабелей в поперечном разрезе

Волоконные световоды

Независимо от разнообразия конструкций кабелей их основной элемент — оптическое волокно — существует лишь в двух основных модификациях: многомодовое (для передачи на расстояния примерно до 10 км) и одномодовое (для больших расстояний). Применяемое в телекоммуникациях оптоволокно обычно выпускается в двух типоразмерах, отличающихся диаметром сердцевины: 50 и 62,5 мкм. Внешний диаметр в обоих случаях составляет 125 мкм, для обоих типоразмеров используются одни и те же разъемы. Одномодовое оптоволокно выпускается только одного типоразмера: диаметр сердцевины 8-10 мкм, внешний диаметр 125 мкм. Разъемы для многомодовых и одномодовых световодов, несмотря на внешнее сходство, не взаимозаменяемы.

Рис. 3. Прохождение света через оптоволокно со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления

На рис. 3 показано устройство двух типов оптоволокна — со ступенчатой и с плавной зависимостью показателя преломления от радиуса (профилем).

Волокно со ступенчатым профилем состоит из сердцевины из сверхчистого стекла, окруженной обычным стеклом с более высоким показателем преломления. При таком сочетании свет, распространяясь по волокну, непрерывно отражается от границы двух стекол, примерно как теннисный шарик, запущенный в трубу. В световоде с плавным профилем показателя преломления, который целиком изготовлен из сверхчистого стекла, свет распространяется не с резким, а с постепенным изменением направления, как в толстой линзе. В оптоволокне обоих типов свет надежно заперт и выходит из него только на дальнем конце.

Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света. На 850 нм (свет с такой длиной волны в основном применяется в системах передачи на небольшие расстояния) потери в обычном оптоволокне составляют 4-5 дБ на километр кабеля. На 1300 нм потери снижаются до 3 дБ/км, а на 1550 нм — до величины порядка 1 дБ. Свет с двумя последними длинами волн используется для передачи данных на большие расстояния.

Потери, о которых только что было сказано, не зависят от частоты передаваемого сигнала (скорости передачи данных). Однако существует еще одна причина потерь, которая зависит от частоты сигнала и связана с существованием множества путей распространения света в световоде. Рис. 4 поясняет механизм возникновения таких потерь в оптоволокне со ступенчатым профилем показателя преломления.

Рис. 4. Различные пути распространения света в оптоволокне

Луч, вошедший в оптоволокно почти параллельно его оси, проходит меньший путь, чем тот, который испытывает многократные отражения, поэтому свету для достижения дальнего конца световода требуется разное время. Из-за этого световые импульсы с малой длительностью нарастания и спада, обычно используемые для передачи данных, на выходе из оптоволокна размываются, что ограничивает максимальную частоту их следования. Влияние этого эффекта выражается в мегагерцах полосы пропускания кабеля на километр его длины. Стандартное волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм (многократно превышающим длину волны света) имеет максимальную частоту 160 МГц на 1 км на длине волны 850 нм и 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодовое волокно с более тонкой сердцевиной (8 мкм) обеспечивает максимальную частоту в тысячи мегагерц на 1 км. Однако для большинства низкочастотных систем максимальное расстояние передачи в основном ограничивается все же поглощением света, а не эффектом размывания импульсов.

Оптические разъемы

Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях. Эта функция возлагается на оптические разъемы, которые изготавливаются с очень высокой точностью (допуски имеют порядок тысячных долей миллиметра).

Хотя существует много типов оптических разъемов, сейчас наиболее распространен разъем типа ST (рис. 5). Он состоит из изготовленного с высокой точностью штифта, в который выходит оптоволокно, пружинного механизма, который прижимает штифт к такому же штифту в ответной части разъема (или в электронно-оптическом устройстве) и кожуха, механически разгружающего кабель.

Разъемы ST выпускаются в вариантах для одномодового и многомодового оптоволокна. Основное различие между ними заключено в центральном штифте и его не так просто заметить визуально. Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Рис. 5. Оптический разъем типа ST

Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Установка оптического разъема на кабель начинается со снятия оболочки с помощью практически таких же инструментов, что используются для электрического кабеля. Затем усиливающие элементы обрезаются на нужную длину и вставляются в различные удерживающие уплотнения и втулки. В кабеле со свободно облегающей защитной трубкой ее конец снимается, чтобы обнажить само оптоволокно. В кабеле с плотно прилегающей к оптоволокну оболочкой она снимается с помощью прецизионного инструмента, напоминающего устройство для снятия изоляции с тонких электрических проводов. До этого момента процесс очень похож на работу с электрическим кабелем, но дальше начинаются отличия. Освобожденное от оболочек оптоволокно смазывается быстротвердеющей эпоксидной смолой и вставляется в прецизионно выполненное отверстие или канавку штифта, конец оптоволокна при этом выходит из отверстия наружу. Затем на разъеме устанавливаются элементы механической разгрузки кабеля, и он готов к завершающим операциям. Штифт помещается в специальное приспособление, в котором торчащий конец оптоволокна скалывается. На это уходит одна-две секунды, после чего разъем устанавливается в специальное зажимное приспособление, где выполняется полировка скола с помощью специальных пленок двух или трех степеней шероховатости. На все, не считая пяти минут на затвердевание эпоксидной смолы, уходит 5-10 минут в зависимости от мастерства монтажника.

Фактически, сборка оптического разъема ST — не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC.

Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

Среди многих людей распространено предубеждение о трудностях установки разъемов на оптоволоконные кабели, поскольку они слышали «о сложном процессе скола и полировки стеклянного волокна». Когда им показывают, что этот «сложный процесс» выполняется с помощью очень простого приспособления и занимает меньше минуты, то окутывающая его «тайна» мгновенно улетучивается. Фактически, сборка оптического разъема ST — не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC. После обучения, которое занимает от 30 минут до часа, наибольшее время при установке оптических разъемов расходуется на ожидание затвердевания эпоксидной смолы. Тем не менее предубеждение остается широко распространенным, и для таких потребителей некоторые фирмы выпускают оптические разъемы так называемого быстрого монтажа. Они устанавливаются на кабели с помощью разнообразных механических зажимных систем, клеевых расплавов, быстросохнущих клеев (а иногда и вообще без химических клеящих составов). Некоторые из этих разъемов даже поставляются с заранее отполированным отрезком оптоволокна, вставленного в штифт, что вообще позволяет исключить процедуру окончательной обработки. Хотя установка этих разъемов действительно чуть более проста, никому не следует бояться и стандартного метода монтажа с использованием эпоксидной смолы и полировкой торца световода. На рис. 6 показана последовательность установки типового разъема ST на оптоволоконный кабель.

Рис. 6. Этапы монтажа разъема ST на оптоволоконный кабель

Также распространены оптические разъемы SMA, SC и FCPC. Все они подобны в смысле использования штифта, прецизионно совмещаемого с таким же штифтом в ответной части разъема, а отличаются только конструкцией механического соединения. Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

Все об оптоволоконных кабелях связи: от конструкции до условий применения

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.

Небронированный канализационный кабель

Небронированная оптика используется для укладки в канализации, при условии, что на нее не будет внешних механических воздействий. Также подобный кабель прокладывается в тоннелях, коллекторах и зданиях. Но даже в случаях отсутствия внешнего воздействия на кабель в канализации, его могут укладывать в защитные полиэтиленовые трубы, а монтаж производится либо вручную, либо при помощи специальной лебедки. Характерной особенностью данного типа оптоволоконного кабеля можно назвать наличие гидрофобного наполнителя (компаунда), который гарантирует возможность эксплуатации в условиях канализации и дает некоторую защиту от влаги.

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;

Подробно конструкцию подводного кабеля я рассматривал больше года назад вот в этой статье, поэтому тут приведу только краткую информацию с рисунком:

Полиэтиленовая изоляция.
Майларовое покрытие.
Двухповивное бронирование стальной проволокой.
Алюминиевая гидроизоляционная трубка.
Поликарбонат.
Центральная медная или алюминиевая трубка.
Внутримодульный гидрофобный заполнитель.
Оптические волокна.

Как не парадоксально, прямой корреляции бронирования кабеля с глубиной залегания нет, так как армирование защищает оптику не от высоких давлений на глубине, а от деятельности морских обитателей, а также сетей, тралов и якорей рыболовецких судов. Корреляция эта, скорее, обратная — чем ближе к поверхности, тем больше тревог, что явно видно по таблице ниже:

Таблица типов и характеристик подводных кабелей в зависимости от глубины укладки

Производство

Теперь, когда мы познакомились с наиболее распространенными видами оптоволоконных кабелей, можно проговорить и о производственном процессе всего этого зоопарка. Все мы знаем об оптоволоконных кабелях, многие из нас имели с ними дело лично (как абоненты и как монтажники), но как становится ясно из информации выше, оптоволоконные, в особенности магистральные, кабели могут серьезно отличаться от того, с чем вы имели дело в помещении.

Так как для прокладки оптоволоконной магистрали требуются тысячи километров кабеля, их производством занимаются целые заводы.

Изготовление оптоволоконной нити

Все начинается с производства главного элемента — оптоволоконной нити. Производят это чудо на специализированных предприятиях. Одной из технологий производства оптической нити является ее вертикальная вытяжка. А происходит это следующим образом:

На высоте в несколько десятков метров в специальной шахте устанавливается два резервуара: один со стеклом, второй, ниже по шахте, со специальным полимерным материалом первичного покрытия.
Из узла прецизионной подачи заготовки или, проще говоря, первого резервуара с жидким стеклом, вытягивается стеклянная нить.
Ниже нить проходит через датчик диаметра волоконного световода, который отвечает за контроль диаметра изделия.
После контроля качества нить обволакивается первичным полимерным покрытием из второго резервуара.
Пройдя процедуру покрытия, нить отправляется в еще одну печь, в которой полимер закрепляется.
Нить оптоволокна протягивается еще N-метров, в зависимости от технологии, охлаждается и поступает на прецизионный намотчик, проще говоря, наматывается на бобину, которая уже и транспортируется как заготовка к месту производства кабеля.

Наиболее распространены следующие размеры оптоволоконного кабеля:

C сердечником 8,3 мк и оболочкой 125 мкм;
C сердечником 62,5 мк и оболочкой 125 мкм;
C сердечником 50 мк и оболочкой 125 мкм;
C сердечником 100 мк и оболочкой 145 мкм.

Оптику с диаметром сердечника в 8,3 мк качественно спаять в полевых условиях, без высокоточного оборудования или установки концентраторов, непросто или практически невозможно.

Огромное значение имеет контроль диаметра световода. Именно эта часть установки отвечает за один из главных параметров на всех этапах производства нити — неизменность диаметра конечного изделия (стандарт — 125 мкм). Из-за сложностей при сварке нитей любых диаметров, их стремятся сделать настолько длинными, насколько это возможно. Погонный метраж оптоволоконной «заготовки» на бобине может достигать десятков километров (да, именно километров) и более, в зависимости от требований заказчика.

Уже на самом предприятии, хотя это можно сделать и на стекольном заводе, все зависит от производственного цикла, бесцветную нить с полимерным покрытием для удобства могут перемотать на другую бобину, в процессе окрашивая ее в собственный яркий цвет, по аналогии со всем знакомой витой парой. Зачем? Для быстрого различения каналов при, например, ремонте или сварке кабеля.

Изготовление кабеля

Теперь мы получили сердце нашего изделия — оптоволоконную нить. Что дальше? Дальше давайте посмотрим на схему такого себе среднестатистического подводного (да, мне они нравятся больше всего) кабеля в разрезе:

На заводе полученные оптические нити запускаются в станки, в совокупности своей образующие целый конвейер по производству какого-то одного типа кабеля. На первом этапе производства небронированных моделей, нити сплетаются в пучки, которые и составляют, в итоге, «оптический сердечник». Количество нитей в кабеле может быть различным, в зависимости от заявленной пропускной способности. Пучки, в свою очередь, сматывают в «тросс» на специальном оборудовании, которое, в зависимости от своей конструкции и назначения. Это оборудование может еще и покрывать полученный «тросс» гидроизолирующим материалом, чтобы предотвратить попадание влаги и потускнения оптики в будущем (на схеме обозван «внутримодульным гидрофобным заполнителем»).

Вот так проходит процесс скрутки собранных вместе пучков в трос на пермском заводе оптоволоконных кабелей:

После того, как в «тросс» было собрано необходимое количество пучков оптоволокна, их заливают полимером или укладывают в металлическую или медную трубку. Тут, на первый взгляд, кажется, что подводных камней нет и быть не может, но так как производитель стремится минимизировать количество соединений и швов, то все получается не совсем просто. Рассмотрим один конкретный пример.

Для создания трубки-корпуса, представленной на схеме выше как «центральная трубка», может использоваться огромная по длине лента из необходимого нам материала (сталь, либо же медь). Лента используется, чтобы не маяться со всем знакомым нам и очевидным прокатом, и сваркой по всей окружности стыка. Согласитесь, тогда у кабеля было бы слишком много «слабых» мест в конструкции.

Так вот. Металлическая ленточная заготовка проходит через специальный станок, натягивающий ее и имеющий с десяток-другой валиков, которые идеально ее выравнивают. После того, как лента выровнена, она подается на другой станок, где встречается с нашим пучком оптоволоконных нитей. Автомат на конвейере загибает ленту вокруг натянутого оптоволокна, создавая идеальную по форме трубку.

Вся эта, пока еще хрупкая, конструкция протягивается по конвейеру дальше, к электросварочному аппарату высокой точности, который на огромной скорости проводит сварку краев ленты, превращая ее в монолитную трубку, в которую уже заложен оптоволоконный кабель. В зависимости от тех. процесса, все это дело может заливаться гидрофобным заполнителем. Или не заливаться, тут уже все зависит от модели кабеля.

В целом, с производством все стало более-менее понятно. Различные марки оптоволоконного, в первую очередь, магистрального кабеля, могут иметь некоторые конструкционные отличия, например, по количеству жил. Тут инженеры не стали выдумывать велосипед и просто объединяют несколько кабелей поменьше в один большой, то есть такой магистральный кабель будет иметь не один, а, например, пять трубок с оптоволокном внутри, которые, в свою очередь, все также заливаются полиэтиленовой изоляцией и, при необходимости, армируются. Такие кабели называют многомодульными.

Одна из моделей многомодульного кабеля в разрезе

Многомодульные кабели, которые, в основной своей массе, и используются для протяженных магистралей, имеют еще одну обязательную конструктивную особенность в виде сердечника, или как его еще называют — центрального силового элемента. ЦСЭ используется как «каркас», вокруг которого группируют трубки с жилами оптоволокна.

К слову, пермский завод «Инкаб», производственный процесс которого представлен на гифках выше, со своими объемами до 4,5 тыс. километров кабеля в год — карлик, по сравнению с заводом того же инфраструктурного гиганта Alcatel, который может выдавать несколько тысяч километровоптоволоконного кабеля одним куском, который сразу же грузится на судно-кабелеукладчик.

Стальная трубка — это наименее радикальный вариант бронирования оптики. Для неагрессивных условий эксплуатации и монтажа часто применяют обычный изолирующий полиэтилен. Однако, это не отменяет того факта, что после изготовления такого кабеля его могут «обернуть» в бронирующую намотку из алюминиевой или стальной проволоки или тросов.

Бронирование кабеля с полиэтиленовой изоляцией на том же пермском заводе

Вывод

Как можно понять из материала выше, основным отличие различных видов оптоволоконного кабеля является их «обмотка», то есть то, во что упаковываются хрупкие стеклянные нити в зависимости от области применения и среды, в которой будет проводиться кабелеукладка.

Источник: https://habr.com/
Автор: Александр

Описание одномодового оптоволоконного кабеля

Создать конфигурацию

Редактировать	Имя	Описание	Тип конфигурации	Тип
	Name»/>

Главная : Ресурсный центр : Объяснение одномодового многомодового оптоволоконного кабеля

То, как свет распространяется по волокнам, определяет особенности каждого режима

Как работает оптоволоконная оптика?

Как пояснили в Ассоциации волоконной оптики, волоконная оптика — это средство связи, которое посылает оптические сигналы по тончайшим нитям сверхчистых стеклянных сердцевин. Ядро окружено оболочкой, которая улавливает свет в ядре.

Размер сердцевины и оболочки

Типы волокон идентифицируются по диаметру сердцевины и оболочки, выраженному в микронах. Многомодовое волокно доступно в двух размерах, 62,5 или 50 мкм, и четырех классификациях: OM1 (62,5/125 мкм), OM2, OM3, OM4 (50/125 мкм). Диаметр одномодового сердечника составляет 9 мкм. Оба типа волокна имеют диаметр оболочки 125 мкм или микрон.

Одномодовое волокно

Одномодовое волокно имеет гораздо меньшую сердцевину, которая заставляет свет распространяться в одном луче или моде (одна мода) с небольшим отражением света, поэтому сигнал распространяется дальше.

Многомодовое волокно

Свет проходит через большую сердцевину в виде множества лучей, называемых модами (множественными модами). Из-за преломления лучи отражаются от поверхности оболочки обратно в сердцевину по мере продвижения по волокну.

Требования вашего приложения определяют, какой режим вы используете. Обратитесь к таблице ниже для сравнения двух режимов.

Характеристики	Многомодовый	Одиночный режим
Размер сердцевины/оболочки	50/125 мкм или 62,5/125 мкм	9/125 мкм
Длина волны	Светодиодные источники 850 нм, 1300 нм	Лазерные источники 1310 нм, 1550 нм
Полоса пропускания	До 4 ГГц	До 100 000 ГГц
Расстояние (определяется кабелем, оборудованием и протоколом передачи данных)	Обычно менее 2 км	Обычно более 2 км
Преимущества	Менее стойкий к загрязнению Менее дорогой Недорогие источники	Меньшие потери Высокое качество сигнала Широкая полоса пропускания
Приложения	Центры обработки данных, протоколы Ethernet 10G, 40G и 100G, цифровое аудио MADI, видеонаблюдение, системы безопасности	Сети дальней связи, внешнее вещание, команды ENG, спортивные и прямые трансляции

Волоконно-оптический кабель — Продажа оптоволоконных инструментов

1.

Компоненты оптоволоконного кабеля для разветвления: (только для использования внутри помещений)

Наружная оболочка из ПВХ (поливинилхлорида)
Внутренняя оболочка из ПВХ (поливинилхлорида) (обычно 2,5 мм)
Арамидная пряжа (Kevlar® от DuPont)
Плотный буфер ПВХ (поливинилхлорид) 900 мкм
Неизолированное волокно (сердцевина, оболочка, акрилатный буфер, отверждаемый ультрафиолетовым излучением, 250 мкм)

2. Компоненты распределительного оптоволоконного кабеля: (только для использования внутри помещений)

Наружная оболочка из ПВХ (поливинилхлорида)
Арамидная пряжа (Kevlar® от DuPont)
Волоконно-оптический модуль из ПВХ (поливинилхлорида)
Неизолированное(ые) волокно(а) с цветовой маркировкой (сердцевина, оболочка, акрилатный буфер, отверждаемый ультрафиолетом, 250 мкм)

3. Компоненты оптоволоконного кабеля микрораспределения: (только для использования внутри помещений)

Наружная оболочка из ПВХ (поливинилхлорида)
Арамидная пряжа (Kevlar® от DuPont)
Волоконно-оптический модуль из ПВХ (поливинилхлорида)
Неизолированное(ые) волокно(а) с цветовой маркировкой (сердцевина, оболочка, акрилатный буфер, отверждаемый ультрафиолетом, 250 мкм)

4. Свободная трубка (заполненная гелем) Волоконно-оптический кабель (для использования вне помещений)*

Полиэтиленовая внешняя оболочка
Арамидная пряжа (Kevlar® от DuPont)
Волоконно-оптический модуль с водоблокирующим гелем (Icky Pic)
Неизолированное(ые) волокно(а) с цветовой маркировкой (сердцевина, оболочка, акрилатный буфер, отверждаемый ультрафиолетом, 250 мкм)
* Разрешено использование в помещении на расстоянии до 50 футов в соответствии с нормами пожарной безопасности США

5. Внутренний/наружный кабель

6. Ленточный оптоволоконный кабель

Наружная оболочка из ПВХ (поливинилхлорида)
Арамидная пряжа (Kevlar® от DuPont)
Лента Матрица (клей) Связующее
Неизолированное волокно с цветовой маркировкой (сердцевина, оболочка, 250 мкм акрилатный буфер, отвержденный ультрафиолетом)

7. Специальный ленточный кабель

A) Ленточный кабель AFL SpiderWeb (SWR®)

Ленточный кабель SpiderWeb (SWR®) состоит из 12 волокон, соединенных друг с другом смолой, отверждаемой УФ-излучением. связь. Прерывистый характер связи позволяет ленте собираться и сжиматься, как пучок свободных волокон. Кроме того, это позволяет ленте действовать либо как традиционная лента для массового сращивания, либо разбиваться на отдельные волокна для одиночного сращивания.

B) Скручиваемое волокно OFS

Скручиваемое ленточное волокно OFS Волоконно-оптические кабели высокой плотности меньше и легче по весу, чем стандартные плоские ленточные кабели. В то же время эти кабели позволяют установщикам удвоить плотность жизненно важных путей по сравнению со стандартными конструкциями кабелей. Эти кабели были созданы путем частичного соединения одиночных волокон диаметром 250 мкм друг с другом для формирования гибкого оптоволоконного кабеля высокой плотности. Эта конструкция обеспечивает высокоэффективное сращивание лент и легкое отсоединение одного или нескольких волокон.

C) Лента Sumitomo Freeform Ribbon

Лента Freeform Ribbon™ от Sumitomo Electric Lightwave обеспечивает плотную укладку волокна и кабель небольшого диаметра с непредпочтительной осью изгиба, тем самым увеличивая плотность в приложениях с ограниченным пространством. Запатентованная Sumitomo Electric гибкая конструкция Freeform Ribbon™ предназначена для плотной укладки кабелей малого форм-фактора, при этом ее можно быстро трансформировать, ТОЛЬКО вручную, в готовую к сращиванию форму, аналогичную стандартной ленте 9

Наружная оболочка из ПВХ (поливинилхлорида)

Огнестойкость — стояк или пленум

Защита от грызунов

B) Гофрированная стальная лента Волоконно-оптический кабель

Максимальная защита окружающей среды
Защита от грызунов
Броня из гофрированной стальной ленты
Прямое захоронение