close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kalinin Optichesk kabeli

код для вставкиСкачать
Федеральное агенТство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
В. А. Калинин, Л. Н. Пресленев
ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2007
УДК 679.76(078)
ББК 31.232.3
К17
Рецензенты:
кафедра твердотельной оптоэлектроники Санкт-Петербургского
государственого университета информационных технологий, механики
и оптики; кандидат физико-математических наук О. В. Шакин
(физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе)
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
К17
Калинин В. А., Пресленев Л. Н.
Оптические кабели: учебное пособие / В. А. Калинин,
Л. Н. Пресленев. – СПб.: ГУАП, 2007. – 88 с.: ил.
ISBN 978-5-8088-0302-2
Учебное пособие содержит сведения по типам и технологии
изготовления оптических волокон, а также основные вопросы по
оптическим кабелям, включая конструкции, материалы и технологию
изготовления. Кратко изложены методы испытания кабелей. Особое
внимание уделено прокладке оптических кабелей при построении
волоконно-оптических линий передачи.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
«Физика и техника оптической связи» – дисциплина «Оптические
направляющие среды и пассивные компоненты ВОЛС». Оно может
быть полезно студентам, изучающим дисциплины «Волоконнооптические системы передачи и датчики» и «Волоконно-оптические
устройства и системы».
Пособие разработано в соответствии с государственным
образовательным стандартом.
УДК 679.76(078)
ББК 31.232.3
ISBN 978-5-8088-0302-2
© ГУАП, 2007
© В. А. Калинин,
Л. Н. Пресленев, 2007
Содержание
Предисловие...................................................................... 5
1. Характеристики и материалы оптического волокна.............. 6
1.1. Основные типы ОВ из кварцевого стекла...................... 6
1.2. Материалы оптических волокон из кварцевого стекла....12
1.3. Защитные покрытия.................................................14
2. Изготовление оптических волокон.....................................16
2.1. Общие положения.....................................................16
2.2. Изготовление заготовок путем плавления стекла...........16
2.3.Изготовление заготовки методом осаждения стекла
из паровой фазы.......................................................18
2.4.Модифицированный метод химического парофазного
осаждения (MCVD)....................................................21
2.5. Метод внешнего парофазного осаждения......................23
2.6. Вытяжка оптического волокна...................................24
3. Конструктивные элементы оптического кабеля....................27
3. 1. Оптический модуль..................................................27
3.2. Сердечники оптического кабеля..................................33
3.2.1. Конструкции сердечников...................................33
3.2.2. Упрочняющие элементы.....................................35
3.2.3. Гидрофобное заполнение сердечники....................36
3.3. Защитные покрытия.................................................36
3.3.1. Внутренняя (промежуточная) оболочка.................36
3.3.2. Упрочняющие элементы внешних защитных слоев37
3.3.3. Бронепокровы...................................................37
3.4. Защита волоконно-оптического кабеля от влаги............39
4. Конструкции оптических кабелей и их маркировка..............40
4.1. Классификация оптических кабелей...........................40
4.2. Кабели для прокладки в грунте...................................42
4.3.Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации, трубах и коллекторах......................................43
4.4. Кабели для воздушной подвески.................................44
4.5. Подводные кабели.....................................................47
4.6. Полевые и внутриобъектовые оптические кабели..........49
4.7. Маркировка оптических кабелей................................52
5. Технология изготовления волоконно-оптических кабелей.....55
5.1.Технология нанесения вторичного защитного полимерного покрытия на оптическое волокно.....................55
5.2. Технология скрутки оптических волокон.....................59
5.3.Технология наложения оболочки на скрученную
заготовку оптического кабеля.....................................62
6. Методы испытания волоконно-оптических кабелей..............64
6.1. Классификация испытаний ВОК.................................64
6. 2.Методы и особенности основных видов испытаний
ВОК........................................................................68
6.2.1. Методы измерения конструктивных параметров....68
6.2.2.Методы испытания ВОК на стойкость к механическим воздействиям..........................................69
6.2.3.Методы испытания ВОК на стойкость к воздействию внешних факторов....................................72
7. Строительство и монтаж волоконно-оптических линий
связи.............................................................................73
7.1.Особенности и организация строительства ВОЛС.
Общие положения....................................................73
7.2. Подготовительные работы по строительству ВОЛС........75
7.3.Проведение входного контроля и группирование ОК по
строительной длине и дисперсии.................................75
7.4. Прокладка и подвеска оптических кабелей ..................78
7.4.1. Прокладка ОК в телефонной канализации.............78
7.4.2. Прокладка ОК в грунт и траншею.........................81
7.4.3.Подвеска кабелей на опорах воздушных линий
и стойках..........................................................84
Заключение.......................................................................86
Библиографический список..................................................87
ПРЕДИСЛОВИЕ
Волоконно-оптический кабель (ВОК) – один из основных элементов волоконно-оптической системы передачи, причем наиболее
материалоемкий и дорогостоящий. Чтобы разработать и изготовить
кабель, необходимо решить целый комплекс проблем электротехники, физики, материаловедения и технологии; изучить совместимость материалов элементов кабеля, испытать кабель на надежность и, наконец, организовать его производство. Немаловажными
являются правильная прокладка или подвеска и организация технической эксплуатации этих кабелей.
В данном учебном пособии излагаются вопросы изготовления
ВОК, рассматриваются материалы, характеристики и параметры
оптических волокон и кабелей. Отдельные разделы посвящены
конструированию, технологии изготовления и испытанию ВОК.
1. Характеристики и материалы
оптического волокна
1.1. Основные типы оптического волокна из кварцевого стекла
Согласно ГОСТ 26793-85 «Компоненты ВОСПИ. Система условных обозначений» все оптические волокна (ОВ) подразделяются на
группы – по типу распространяющегося излучения, на подгруппы – по типу профиля показателя преломления и на виды – по материалу сердечника и оболочки.
Различают следующие группы ОВ: многомодовое (М), одномодовое
без сохранения поляризации излучения (Е) и одномодовое с сохранением поляризации излучения (П). Группа многомодовых ОВ делится
на две подгруппы: со ступенчатым (С) и градиентным (Г) профилями
показателя преломления. В зависимости от материалов сердцевины
и оболочки ОВ подразделяются на следующие виды: 1 – сердцевина
и оболочка кварцевые; 2 – сердцевина кварцевая, оболочка полимерная; 3 – сердцевина и оболочка из многокомпонентного стекла;
4 – сердцевина и оболочка из полимерного материала; 5 – прочие.
Международная система классификации оптических волокон
основана на Рекомендациях ITU���
������
-��
T� G���������������������������
����������������������������
.650 и международного стандарта ����
I���
ЕС ��
№ ���������������������������������������������������
793. Так, согласно рекомендациям ������������������
I�����������������
ЕС предусмотрены
два класса ОВ: А и В, к которым соответственно относятся многомодовые и одномодовые волокна. При этом категория многомодовых
ОВ определяется материалом сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления, а категория одномодовых волокон
определяется центральной длиной волны и длиной волны нулевой
дисперсии (табл. 1.1).
Первое использованное в системах связи оптическое волокно
было многомодовым, в котором может распространяться одновременно большое число мод-лучей, введенных в волокно под разными
углами. Многомодовое ОВ обладает относительно большим диаметром сердцевины (стандартные значения 50 и 62,5 мкм) и, соответственно, большой числовой апертурой, что облегчает его монтаж и
эксплуатацию. Основным недостатком такого волокна является
межмодовая дисперсия, для уменьшения влияния которой было
разработано многомодовое волокно с градиентным профилем показателя преломления (ППП). Однако полностью устранить межмодовую дисперсию все же не удается, что объясняется как несовершенством профиля показателя преломления, так и наличием
так называемых спиральных мод, возникающих вследствие осевой
симметрии ОВ, избавиться от которых в принципе невозможно.
Таблица 1.1
Класс
ОВ
Категория
ОВ
Материал
А1
А2.1
Многомодовые
А2.2
Стеклянная сердцевина,
стеклянная оболочка
А3
А4
Одномодовые
В1.1
В1.2
В2
В3
Полимерное
волокно
Стеклянная сердцевина,
стеклянная оболочка
Тип волокна
Номинальная
длина волны
нулевой дисперсии, нм
Номинальная длина
волны, нм
–
–
–
–
–
–
–
–
С градиентным ППП
С квазиступенчатым ППП
Со ступенчатым
ППП
Со ступенчатым
ППП
Со ступенчатым
ППП
–
–
–
–
–
1300
1300
1550
1310
1550
1550
–
1300 и 1550
1300 и 1550
Градиентное ОВ характеризуется профилем показателя преломления, являющимся монотонной убывающей функцией радиуса в
пределах его сердцевины. Оптимальным профилем показателя преломления в ОВ является параболический. Однако в реальных условиях получить параболический профиль показателя преломления
практически не удается вследствие несовершенства технологии изготовления заготовок, поэтому обычно вводят термин квазипараболический профиль показателя преломления, характеризующийся
многоступенчатостью и наличием центрального провала, ухудшающего дисперсионные свойства ОВ.
Основные характеристики многомодовых ОВ (МОВ), выпускаемых некоторыми ведущими фирмами в соответствии с требованиями международного стандарта и Рекомендации ������
ITU���
-��
T� �������������
G������������
-651, приведены в литературе [1, 2]. Сегодня использование MOB�������������
����������������
, работающих
в первом и втором окнах прозрачности с номинальными длинами
волн 850 нм и 1300 нм, ограничено, как правило, локальными сетями и сетями связи с технологией PDH��
�����.
Например, фирма �������
Coming�����������������������������������
����������������������������������
в последние годы для высокоскоростных, базирующихся на лазерной технологии локальных сетей
(����������������
LAN�������������
), таких как Gigabit�
�������� Ethernet�������������������������������
���������������������������������������
, выпустила волокна InfiniCor��
�����������
™
300, �����������
InfiniCor��
™ ����������������������������������������������
600 и ����������������������������������������
InfiniCor�������������������������������
1000. Эти волокна способны передавать информацию до 300, 600 и 1000 м, соответственно. При
использовании более медленных протоколов, таких как Fast�
����� ����
Ethernet��, �������������������������������������������������������
FDDI���������������������������������������������������
и 155 Мбит/с АТМ, эти волокна могут эффективно работать и на расстояниях больших, чем 2000 м.
Потребность в увеличении полосы пропускания и дальности передачи сигнала привела к необходимости применения одномодового оптического волокна, т. е. волокна со ступенчатым профилем показателя преломления, диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки которого выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода.
Межмодовая дисперсия в таком волокне отсутствует, а ширина
полосы пропускания ограничивается внутримодовой дисперсией.
Стандартное одномодовое волокно (������������������������������
SSF���������������������������
) предназначено для работы
в диапазоне длин волн 1285–1330 нм, в котором величина хроматической дисперсии достигает минимального, близкого к нулю,
значения. Можно также использовать это ОВ в спектральном диапазоне 1525–1565 нм, затухание на этих длинах волн очень мало
(≈0,2 дБ/км), а коэффициент хроматической дисперсии составляет
16–18 пс/(нм⋅км). Параметры стандартного одномодового ОВ регламентируются Рекомендацией ITU���
������
-��
T� ���������������������������
G��������������������������
.652. Это исторически первое и наиболее широко распространенное волокно, применяемое с
1983 г.
Растущая потребность в увеличении полосы пропускания и протяженности оптических линий привела к возникновению ряда модификаций стандартного одномодового волокна. Первой модификацией ООВ стало волокно со смещенной в область 1550 нм длиной
волны нулевой дисперсии (��������������������������������������
DSF�����������������������������������
). В этом волокне область минимума
оптических потерь совпадает с областью минимальной хроматической дисперсии. Параметры этого ОВ регламентируются Рекомендацией ITU���
������
-��
T� G���������������������������������������������
����������������������������������������������
.653. Волокно со смещенной дисперсией хорошо
совместимо с оптическими усилителями, поскольку интервал длин
волн, в котором ОВ имеет наилучшие параметры по затуханию и
дисперсии, совпадает с полосой максимального усиления оптических усилителей на эрбиевом волокне. Такой тип волокна предпочтителен для высокоскоростных линий связи с большой длиной регенерационного участка. Возможно также применение этого ОВ в
системах со спектральным уплотнением (����������������������
WDM�������������������
) при ограниченной
протяженности регенерационного участка, пониженной мощности
передаваемого сигнала и ограниченной плотности спектральных
компонент. Однако эти волокна имеют недостаток, связанный с
возникновением нелинейных эффектов (так называемый эффект
волнового смешения), возникающих при использовании оптического усилителя на основе волокна, легированного эрбием (���������
EFDA)����
,в
середину рабочего диапазона которого попадает длина волны нулевой дисперсии этого волокна.
Следующей модификацией ООВ стало волокно со смещенной
ненулевой дисперсией (����������������������������������������
NZDSF�����������������������������������
). Внедрение технологии «плотного»
волнового уплотнения (���������������������������������������
DWDM�����������������������������������
) совместно с использованием эрбиевых оптических усилителей привело к разработке такого типа оптических волокон. При использовании технологии DWDM�����������
���������������
в ОВ одновременно вводится большое количество (до 100 и более) оптических
сигналов на близких длинах волн, каждый из которых несет свой,
независимый от других, информационный поток. Применение этой
технологии позволяет радикально повысить пропускную способность оптических линий, но при этом накладывает определенные
требования на само ОВ как на среду передачи оптического излучения. Основным из них является отсутствие искажений сигнала,
передаваемого каждой спектральной компонентой по отдельности,
что в данном случае эквивалентно отсутствию хроматической дисперсии, поскольку именно она приводит к искажению цифрового
сигнала и соответственно возникновению битовых ошибок. Однако
при отсутствии хроматической дисперсии возникает проблема нелинейных эффектов, обусловленная высокой мощностью оптических сигналов в волокне, что связано с необходимостью передачи на
большие расстояния и применением оптических усилителей при
высокой плотности спектральных компонент. Наиболее важным
для систем, использующих ���������������������������������
DWDM�����������������������������
-технологии, является эффект
четырехволнового смешивания, приводящий через взаимодействие отдельных спектральных компонент со средой (сердцевиной
ОВ) к взаимодействию спектральных компонент друг с другом. Изза этого эффекта после прохождения ������������������������
DWDM��������������������
сигналом определенной длины волокна возникают компоненты на кратных частотах, т.
е. становится невозможным демультиплексирование сигнала. Как
выяснилось, наличие в ОВ некоторого уровня хроматической дисперсии эффективно подавляет влияние нелинейных эффектов.
NZDSF�������������������������������������������������
-волокно, отвечающее вышеперечисленным требованиям, используется в линиях с большой протяженностью регенерационного участка и ����������������������������������������
DWDM������������������������������������
уплотнением сигнала. Параметры этого волокна регламентируются Рекомендацией ITU���
������
-��
T� ������������
G�����������
.655. Рабочий диапазон для таких ОВ 1530–1565 нм, уровень коэффициента
хроматической дисперсии в рабочем диапазоне 0,1–6 пс/(нм⋅км)
обеспечивает достаточно низкое значение дисперсии оптического
сигнала в волокне. В свою очередь, такой уровень дисперсии достаточно низок для обеспечения скорости передачи до 10 Гбит/с в каждом спектральном канале, и в то же время он достаточен для эффективного подавления нелинейных эффектов при использовании
DWDM����������������������������������������������������
-технологий. Даже без использования ����������������
DWDM������������
-технологий
этот тип волокон обеспечивает большую пропускную способность
и протяженность регенерационного участка, чем стандартное одномодовое волокно. Интересной особенностью является возможность
получения волокон с одинаковой по величине, но разной по знаку
дисперсией (�������
NZDSF��
+ ����������������������������������������
и NZDSF���������������������������������
��������������������������������������
- волокна), что дает возможность
построения линий с близкой к нулю дисперсией, без применения
дополнительных устройств.
На сегодняшний день выпуск волокон со смещенной ненулевой
дисперсией налажен фирмами ����������
Fujikura��, �������
Lucent� �����������
Technology��������
�������
и Corn�����
ing����������
. Волокно ���������������
TrueWave�������
фирмы �������
Lucent� ���������������������������
Technologies���������������
и волокно SMF�
����LS���������������
фирмы Corning���������������������������������������������
�������� имеют
��������������������������������������������
ненулевую дисперсию во всем диапазоне
полосы пропускания эрбиевого усилителя. Первое волокно обеспечивает положительную величину коэффициента хроматической
дисперсии, имея точку нулевой дисперсии вблизи 1523 нм, а второе – отрицательную величину, имея точку нулевой дисперсии несколько выше 1560 нм (рис. 1.1).
При дальнейшем технологическом усовершенствовании фирмой ��������
Corning�����������������������������������
����������������������������������
было выпущено волокно ������������
NZDSF�������
марки ������������
LEAF��������
с большой эффективной площадью для оптического поля. Оно предназначено для систем спектрального уплотнения с большим числом
каналов в диапазоне 1550 нм и внутриканальной скоростью переда-
Потери, дБ/км
2
1
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
Длина волны , мкм
Рис. 1.1. Спектральная зависимость затухания в волокне TrueWave�
��������� RS
��
10
чи 10 Гбит/с. За счет увеличения эффективной площади для оптического излучения волокно ������������������������������������
LEAF��������������������������������
увеличивает уровень оптической
мощности в системе на 2 дБ больший по сравнению с обычными волокнами с ненулевой смещенной дисперсией. Это, в свою очередь,
приводит к существенным системным преимуществам, улучшению
отношения сигнал-шум, снижению уровня ошибок, более длинным
усилительным участкам.
Для систем передачи DWDM��������������������������������
������������������������������������
, использующих не только третье
окно прозрачности (от 1530 до 1565 нм), но и четвертое окно (от
1565 до 1620 нм), фирмой Lucent�
������� Technologies��������������������
��������������������������������
было предложено волокно TrueWave�
��������� ��������������������������������������������
RS������������������������������������������
с уменьшенным наклоном дисперсионной кривой. Это волокно имеет ненулевую смещенную дисперсию ������
NZDF��,
что позволило увеличить пропускную способность.
Дальнейшие разработки в области производства оптических волокон позволили открыть пятое окно прозрачности 1350–1450 нм,
недоступное ранее из-за свойственного ему большого затухания,
вносимого ионами ОН. Фирма �������
Lucent� �������������������������
Technologies�������������
представила
волокно AllWave��������������������������������������������
���������������������������������������������������
, в котором практически исключается наличие
ионов ОН, что позволяет использовать его во всем диапазоне длин
волн от 1280 до 1625 нм (рис. 1.2).
В волокне ��������������������������������������������������
AllWave�������������������������������������������
в отличие от стандартного одномодового волокна нет так называемого «водяного пика», т. е. увеличения поглощения на длине волны 1,385 мкм, соответствующей спектру поглощения ионами ОН. На этой длине волны поглощение составляет
0,31 дБ/км. Данный тип ОВ предлагается использовать в локальных и местных сетях связи с небольшой протяженностью регенерационных участков, при одновременном использовании всего спек-
Потери, дБ/км
2
1
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
Длина волны , мкм
Рис. 1.2. Спектральная зависимость затухания в волокне AllWave
�������
11
трального диапазона от 1,3 до 1,6 мкм. Пока, правда, нет полной
ясности в вопросе долговременной стабильности характеристик
данного ОВ, т. е. не решен вопрос появления водяного пика в процессе эксплуатации.
Совсем недавно фирма Corning�������������������������������
�������� представила
������������������������������
новый тип волокна
MetroCor�����������������������
, у него также как и у ���������������������������������
AllWave��������������������������
отсутствует водяной пик,
а смещенная ненулевая дисперсия и в третьем и четвертом окнах
прозрачности имеет отрицательный знак. Это волокно предназначено, в основном, для местных и локальных сетей передачи с использованием второго – пятого окон прозрачности.
Основные характеристики одномодовых ОВ, выпускаемых различными фирмами, приведены в литературе [1, 2, 3].
Перечисленные выше виды волокон относятся к так называемой
группе промышленно выпускаемых волокон. В последнее время с
развитием оптических усилителей, систем с WDW��������������
�����������������
появились такие специальные виды волокон, как:
с компенсацией дисперсии DCF��������������������������
�����������������������������
(������������������������
Dispersion��������������
Compensating�
������������� Fiber���
��������
),
используемое в специальных модулях для компенсации дисперсии;
легированное эрбием ������������������
EDF���������������
(�������������
Erbium�������
������
Doped� �����������������������
Fiber������������������
), используемое в
оптических усилителях типа EDFA�
�����;
сохраняющее поляризацию на протяжении всего пути распространения излучения, известное как ������������������������������
PMF���������������������������
(�������������������������
Polarization�������������
������������
Maintaining�
Fiber������
) или hi������������
��������������
-�����������
bi���������
волокна;
с большой площадью сечения сердечника – порядка 300–800 мкм
для создания оптических потоков большой яркости и мощности. Это
волокно используется для измерений и специальных приложений.
1.2. Материалы оптических волокон из кварцевого стекла
Кварцевое стекло для ОВ должно обладать комплексом физикохимических свойств, не традиционных для классической оптики.
Для обеспечения нормального процесса формирования волокон
из расплавов двух стекол необходимо, чтобы вязкости, коэффициенты линейного термического расширения стекол сердцевины и
оболочки были совместимы в широком интервале температур. Наибольшая часть применяемых в оптике стекол относится к числу
оксидных и, в свою очередь, в зависимости от химического состава
делится: по виду окисла (стеклообразователя) – на силикатные, боратные, фосфатные, германатные, борсиликатные и т. д.; по содержанию щелочных окислов – на бесщелочные (не содержат щелочных окислов), малощелочные, многощелочные.
12
Выбор материалов для изготовления ОВ определяется необходимостью удовлетворения одновременно следующих требований: способностью вытягиваться в нить, обладающую высокой прочностью
и гибкостью; возможностью варьирования в широком интервале
показателей преломления (ПП) для создания различных типов оптических сред; низкими оптическими потерями на рабочей длине
волны излучения и т. д. Наиболее удовлетворяют этим требованиям оксидные стекла (видимая область и ближняя ИК-область спектра), халькогенидные и галогенидные стекла (средняя и дальняя
ИК-область спектра).
Стекла характеризуются следующими физико-химическими
параметрами, важными для эксплуатации ОВ.
Механическая прочность стекла зависит не столько от его химического состава, сколько от состояния поверхности. Теоретическая
прочность при разрыве кварцевого стекла, рассчитанная исходя из
прочности связи �����������������������������������������������
Si���������������������������������������������
-0, составляет 70–74 ГПа, реальная прочность
того же стекла при растяжении может составлять всего 2–5 ГПа.
Подобное снижение прочности стекла обусловлено наличием на его
поверхности большого количества микродефектов (трещин Гриффита), являющихся концентраторами напряжений. Удаление дефектного поверхностного слоя, например путем травления, увеличивает прочность стекла до 5–5,5 ГПа.
Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР)
стекол находится в пределах от 5,8⋅10-7 (кварцевое стекло) до 150⋅10-7
град-1. Большинство стекол с низким ТКЛР отличаются более высокой термической и химической устойчивостью и более высокой температурой размягчения. Температура размягчения для стекол разного состава изменяется в пределах от 350 до 1730 °С. Последняя цифра
относится к кварцевому стеклу.
Важным параметром, характеризующим оптические свойства
стекла, является показатель преломления (n), который в зависимости от состава меняется от 1,3 до 2,0, возрастая с увеличением
концентрации окислов РbО, Ва0 и пр. Зависимость показателя преломления стекол в диапазоне длин волн 0,2–2,0 мкм можно описать формулой Селмейера:
n 2 (λ) = +
3
�� ⋅ λ 2
,
2
2
� = (λ − �� )
∑
где А, l� – коэффициенты ряда Селмейера; λ –длина волны (λ, l – выражены в микрометрах). Значения коэффициентов Селмейера приведены в литературе.
13
Для изготовления ОВ, используемых в диапазоне длин волн
0,8–1,8 мкм, применяются кварцевые стекла с легирующими добавками окиси германия GeO
���2, фосфора Р2О3, повышающими показатель преломления кварца, и добавками окиси бора В2О3, фтора
F������������������������������������������
, понижающими его показатель преломления.
Самым низким значением поглощения в видимой и ближней
инфракрасной областях длин волн среди большинства стекол обладает плавленый кварц при высокой степени очистки и гомогенности. Кварц имеет значительные преимущества перед остальными
видами стекол из-за малых внутренних потерь на рассеяние. В ОВ
из плавленого кварца самое низкое известное значение поглощения составляет 1,9 дБ/км на длине волны 0,85 мкм, 0,291 дБ/км
на длине волны 1,3 мкм и 0,154 дБ/км на длине волны 1,55 мкм,
т. е. собственное поглощение материала еще меньше. Высокая температура плавления кварца, с одной стороны, требует специальной
технологии для изготовления ОВ, с другой, помогает избавиться от
различных примесей, испаряющихся при более низких температурах.
Стекла для изготовления ОВ (сердцевины и оптической оболочки) отличаются друг от друга показателем преломления.
1.3. Защитные покрытия
Значительное влияние на характеристики ОВ оказывает конструкция защитного полимерного покрытия. Покрытие должно
обеспечивать сохранность собственной прочности ОВ, защищая его
поверхность от влаги, химических и механических повреждений,
фильтруя оболочечные моды и предотвращая возникновение дополнительных потерь на передачу, обусловленных макроизгибами.
Защитная оболочка ОВ из полимерных материалов в общем случае имеет сложную структуру и состоит из первичного, буферного и
вторичного покрытий. Первичное покрытие защищает оптическую
оболочку ОВ. Буферное – предотвращает возникновение дополнительных потерь на макроизгибах. Вторичное – защищает первичное и буферное покрытия от механических повреждений в процессе
изготовления и прокладки оптического кабеля ОК. Первичное и буферное покрытия наносятся в процессе вытяжки ОВ, вторичное –
методом экструзии при вытяжке ОВ или осуществляется отдельная
операция.
В качестве вторичной защиты ОВ могут служить: трубки оптических модулей или пазы профилированных сердечников ОК;
плотные покрытия из полимеров; ленточно-элементная укладка.
14
Первичное защитное покрытие (ПЗП) наносится на оптическую
оболочку в виде лака с последующим отверждением. Это происходит при непосредственном изготовлении ОВ в едином технологическом процессе. Несмотря на небольшую толщину ПЗП (от единиц до десятков микрон), оно существенно улучшает характеристики ОВ. Так, например, ПЗП из силиконового компаунда почти
на 50% уменьшает чувствительность одномодового ОВ к воздействию раздавливающих нагрузок. Это позволяет во многих случаях
использовать для передачи сигналов с повышенным требованием к
сохранению поляризации обычные одномодовые ОВ. При воздействии раздавливающей нагрузки на ОВ с кварцевой сердцевиной и
кварцевой оптической оболочкой в ПЗП возникают микроизгибы
вследствие шероховатости поверхности элемента кабельной конструкции.
На практике все большее применение стали получать ОВ с двухслойным покрытием, в которых первый слой выполнен мягким
(буферным) с низким (1–20 МПа) модулем Юнга, а второй – с жестким модулем Юнга от 0,1 до 4 ГПа. Второй слой накладывается
вокруг первого практически без промежутка, т. е. плотно. Такая
конструкция ОВ получила название ОВ с плотной защитной оболочкой (ПЗО). Мягкая буферная оболочка достаточно эффективно
предохраняет ОВ от действия раздавливающих нагрузок и обеспечивает малый прирост оптических потерь при изготовлении ОК и
его эксплуатации. Выбор материала и размеров вторичной (внешней) защитной оболочки определяют оптические характеристики
ОВ и их стабильность во времени. При этом учитываются размеры
ОВ, числовая апертура, размеры вторичного защитного покрытия
и его материал. Волокна с большой числовой апертурой менее подвержены воздействию микроизгибов.
Основной причиной возникновения микроизгибов в ОВ с ПЗО
является различие температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) материала ОВ и материала защитных полимерных покрытий. Для ОВ в тонком защитном покрытии (ПЗП) эта
разница не очень существенна, но при наличии ПЗО влияние микроизгибов на оптические характеристики волокна велико. Кроме
этого микроизгибы появляются при усадке полимерных материалов. Диаметр ОВ по ПЗО обычно составляет от 0,5 до 2,0 мм.
Для ПЗП обычно используют полимерные материалы (лаки),
время полимеризации которых должно быть соизмеримо со скоростью вытяжки ОВ. Для отверждения лаком может быть использована тепловая обработка или УФ излучение. ПЗП должно обладать хорошей адгезией, но в то же время достаточно легко сни15
маться с поверхности ОВ. Показатель преломления ПЗП n� должен
быть ≥ 1.43, а его температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) ≈ ТКЛР ОВ.
2. Изготовление оптических волокон
2.1. Общие положения
ОВ обычно изготавливаются в ходе нескольких технологических операций, чтобы целенаправленно оптимизировать их механические, геометрические и оптические характеристики. Такая
технология позволяет осуществлять быстро и экономично массовое
производство, что является существенным фактором для современной техники связи, использующей волоконно-оптические кабели.
Общая технологическая схема изготовления ОВ включает изготовление заготовок и вытяжку ОВ из этих заготовок. Заготовка
представляет собой стеклянный стержень, состоящий из стекла
сердцевины и стекла оболочки. Если рассматривать поперечное сечение такой заготовки, то в увеличенном масштабе видны геометрические размеры и профиль показателя преломления ОВ, которое
может быть сделано из заготовки. При сильном нагреве одного конца заготовка вытягивается в волокно, при этом одновременно наносится покрытие, являющееся его защитной оболочкой.
Изготовление кварцевых заготовок осуществляют различными
технологическими методами, в основе которых лежит метод жидкой фазы, золь-гель процесс и парофазная техника.
Метод жидкой фазы в основном используют для изготовления многокомпонентных ОВ с диаметром сердцевины 250 мкм и
400 мкм, числовой апертурой более 0,5 и коэффициентом затухания 3–20 дБ/км. К методам жидкой фазы относят методы: тигля,
слоистого расплава, двойного тигля, обменной диффузии и т. д.
С помощью золь-гель процесса изготавливают опорные кварцевые трубы (ОКТ), сердцевину и оболочку заготовки ОВ. Метод очень
трудоемок, требует громоздкого оборудования и больших затрат.
Наиболее распространен парофазный метод, который будет рассмотрен подробнее.
2.2. Изготовление заготовок путем плавления стекла
При изготовлении ОВ методом «стержень в трубке» стержень из
высокочистого кварцевого стекла в качестве сердцевины вдвигается в опорную кварцевую трубку с меньшим показателем преломле16
ния, служащую оболочкой. Размеры стержня и трубки таковы, что
между ними практически не остается зазора. Однако при этом любые мельчайшие повреждения, а также примеси на их пограничной поверхности после вытяжки волокна приводят к большому затуханию (от 500 до 1000 дБ/км) и, кроме того, этим методом можно
изготавливать только многомодовые ОВ со ступенчатым профилем
показателя преломления.
При другом методе стекло сердцевины и стекло оболочки приводятся одновременно в расплавленное состояние и ОВ вытягивается непосредственно из расплава. Такой метод называется методом двойного тигля или методом совмещенного расплава, так как
стекло для сердцевины и для оболочки плавится раздельно в двух
тиглях. В качестве стекла используются высокочистые типы многокомпонентных стекол, например щелочно-свинцово-силикатное
стекло и натрий-бор-силикатное стекло. За счет диффузии или ионного обмена между стеклом сердцевины и стеклом оболочки можно
изготавливать ОВ с градиентным профилем показателя преломления (метод Сельфок). Поскольку внутренние поверхности тиглей
не могут быть абсолютно чистыми, в волокно наряду с переходными металлами дополнительно попадают примеси, увеличивающие
затухание (от 5 до 20 дБ/км при λ = 850 нм). Этот метод используется для производства ОВ с «толстой» сердцевиной (диаметр сердцевины ≥ 200 мкм).
При методе разделения фаз стекла стержень из натрий-бор-силикатного стекла формируется при температуре 1200 °С, а затем
выдерживается в течение нескольких часов при 600 °С. За это время происходит превращение натрий-борат-стеклофазы в матрицу
SiO2-стекла. Переходные металлы, такие как ��������������������
Fe������������������
и С��������������
u�������������
, собираются
в натрий-борат-стеклофазе и могут быть выщелочены с помощью
кислоты, так что получается пористая заготовка. Она пропитывается высокочистым солевым раствором, например нитрата цезия,
а затем промывается снаружи. Легирование цезием увеличивает
показатель преломления внутри. Промытая зона становится оболочкой. С помощью этого метода могут производиться ОВ со ступенчатым и градиентным профилями показателя преломления с
затуханием от 10 до 50 дБ/км при длине волны 850 нм.
Используется еще один метод изготовления заготовки, когда
стержень из коммерчески доступного кварцевого стекла используется лишь в качестве сердцевины, а во время вытягивания вокруг
него накладывается оболочка из прозрачной пластмассы с низким
показателем преломления. При этом достигаются величины затухания от 5 до 50 дБ/км.
17
Существуют также исключительно полимерные волокна, у которых сердцевина и оболочка изготавливаются из оптически чистых
пластмасс с различными показателями преломления. У таких ОВ
затухание по результатам измерений составляет от 100 до 400 дБ/км
при длине волны 600 нм.
2.3. Изготовление заготовки методом осаждения
стекла из паровой фазы
Прорыв в производстве ОВ с крайне малым затуханием произошел только с помощью различных методов парофазного осаждения – способа, который впервые был использован в 1970 г. американской фирмой ��������
Corning� ������
Glass� ���������������������������������
Works����������������������������
. При этом осаждение стекла
может происходить на внутренней поверхности вращающейся ОКТ
(метод внутреннего парофазного осаждения), на внешней поверхности вращающегося затравочного стержня (метод внешнего парофазного осаждения) или на торце поверхности стержня из кварцевого стекла (метод осевого парофазного осаждения).
Сравнительные данные, характеризующие технологические методы производства заготовок на базе осаждения стекла из паровой
фазы, приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Параметр
Коэффициент затухания одномодовых ОВ на λ = 1,3 мкм, дБ/км
Коэффициент затухания градиентных МОВ на λ = 1,3 мкм, дБ/км
Коэффициент широкополосности
на λ = 1,3 мкм, МГц-км
Скорость осаждения частиц
кремниевого диоксида, г/мин
Минимально возможная длина ОВ
из заготовки, км
Число технологических операций
при изготовлении заготовки
Метод
Метод
Метод
модифицивнутренвнешнего
рованного
него парапарафазного
парафазного
фазного
осаждения
осаждения
осаждения
0,40
0,35
0,4–0,45
0,55
0,55
0,55
800–1800
800–1200 700–1200
0,5–2,0
4
0,6–2,0
10–30
50
50
1–2
3–4
4–5
Энергия, необходимая для осаждения стекла при методе внутреннего парофазного осаждения, может быть получена либо снаружи от кислородно-водородной газовой горелки (модифицированный метод парофазного осаждения), либо изнутри от плазменного
пламени (плазменный метод парофазного осаждения). При этих
18
методах осаждение стекла происходит за счет реакции разложения
сильно летучих высокочистых соединений при высокой температуре, созданной кислородно-водородной горелкой, или плазменном пламени. В настоящее время в промышленном серийном производстве заготовки для много- и одномодовых ОВ изготовляются
этими методами.
При получении заготовки, с одной стороны, особое внимание
уделяется выбору оптимальной скорости осаждения (количеству
осажденных порошкообразных частиц в минуту), которая обычно
бывает в диапазоне от 1 до 5 г/мин. С другой стороны, желательно
увеличение размера заготовки, чтобы из одной заготовки можно
было вытянуть ОВ длиной более 100 км.
Рассмотрим более подробно производство кварцевого стекла методом парофазного осаждения. Оптическое волокно для передачи
информации состоит главным образом из ультрачистого кремниевого диоксида (���
Si�
02). Сердцевина волокна, по которой передается
оптическое излучение, состоит из кремниевого диоксида, легированного небольшим количеством германия для увеличения показателя преломления сердцевины. Если изготовитель хочет уменьшить показатель преломления оболочки, то ���
Si�
О2 легируется фтором. Процесс производства ультрачистого кремниевого диоксида,
легированного или нелегированного, относительно прост. Он осуществляется осаждением чрезвычайно чистого, гомогенизированого, кремниевого диоксида из SiCI
����4, который находится в паровой
фазе.
Естественный кремниевый диоксид, например кварц или кварцевый минеральный песок, не может использоваться непосредственно для производства стекловолокна. Кварц и кварцевый минеральный песок содержат недопустимые количества металлических
окисей, которые должны быть удалены. Кремниевый тетрахлорид производится из естественного кремниевого диоксида за счет
уменьшения углерода и дальнейшей реакции с хлором. Для этого
жидкий тетрахлорид кремния выпаривается. Частичная дистилляция гарантирует, что кремниевый тетрахлорид, который должен
использоваться при производстве ОВ, ультрачист. Металлы в форме металлических хлоридов, например хлористое железо, остаются как отходы производства.
Следующая стадия в изготовлении стекла для ОВ – это восстановление кремниевого диоксида из кремниевого тетрахлорида
(рис. 2.1). Кремниевый диоксид осаждается из паровой фазы на
подходящую заготовку. Кремниевый тетрахлорид может быть легирован добавками хлоридов, прежде всего германия (СеС�l2), но
19
иногда также фосфора (РС1з). Хлорид или смесь хлоридов окисляются в газовом пламени или окислительном газе в результате термической реакции при температуре приблизительно 1300 °С.
Эти реакции заставляют очень мелкие частицы порошка кремниевого диоксида конденсироваться из пара и оседать на соответствующей заготовке. Излишки воды в кремниевом диоксиде эффективно удаляются газом хлора, так как при реакции воды и хлора
получается соляная кислота, которая получается при температуре
около 1000 °С. Удаление воды (дегидрация) способствует уменьшению потерь оптического излучения при его передаче по ОВ. Пористый кремниевый диоксид затем спекается при температуре 1200 °С
и кремниевый диоксид формируется в твердое, свободное от пузырьков воздуха стекло.
Натуральный
кремниевый
диоксид SiO2
C,Cl
Восстановление
Хлорирование
Дистилляция
CO
Кварц и
кварцевый
минеральный
песок
FeCl3
Кремниевый
тетрахлорид
SiCl2
H2O2
Гидролиз
в паровой
фазе
HCl
Высококачественный
мелкий туман
из частиц SiO2
O2
Дегидрация
O2
Окисление
в паровой
фазе
Cl 2
Сухой
кремниевый
диоксид SiO2
HCl
Сверхчистый
кремниевый
диксид
SiO2
Сверхчистый
кремниевый диоксид
для производства
оптических волокон и
интегральных схем
Рис. 2.1. Схема получения чистого материала для изготовления оптического волокна
20
2.4. Модифицированный метод химического
парофазного осаждения (�����
MCVD�)
Этот метод изготовления заготовок для производства волокон
был сначала описан в 1974 г. Модифицированный метод химического парофазного осаждения ���������������������������������
MCVD�����������������������������
стал одним из наиболее испытанных и проверенных методов, используемых для изготовления
волоконно-оптических заготовок. Процесс прост, гибок и легок в
производстве. Крупномасштабное использование этого метода осуществлено фирмой �������
Lucent� �������������������������������������
Technologies�������������������������
в США и многими другими
изготовителями США, Японии и Европы. Метод позволяет осуществить вариацию множества параметров, например диаметра готового многомодового или одномодового ОВ, числовой апертуры (������
N�����
А) и
профиля показателя преломления. Эти параметры могут меняться в
зависимости от количества пара кремниевого диоксида и примесей
легирования, при этом весь процесс управляется компьютерами.
При MCVD�����������������������������������������������
���������������������������������������������������
сверхчистый кремниевый диоксид (всегда легированный для сердцевины) осаждается на внутренней части стеклянной трубки, которая затем подвергается воздействию повышенной
температуры (газовое пламя). В результате трубка приобретает
форму твердого стеклянного стержня диаметром около 30–40 мм и
длиной 1000 мм, т. е. имеет готовый профиль стекловолокна. Этот
процесс также включает вытягивание стержня (называемого заготовкой) в ОВ.
Процесс осаждения фазы основан на высоком температурном
окислении ����
SiCl4 и окислении легирующих примесей. Процесс занимает около восьми часов, в зависимости от размера заготовки.
Этот процесс одинаков как для одномодовых так и многомодовых
волокон (рис. 2.2). Процесс изготовления начинается с вымывания
очень чистой, высококачественной опорной кварцевой трубы (ОКТ)
в кислотной ванне, затем трубка фиксируется в устройстве, подобном токарному станку, где вращается вокруг центральной оси. Кислородно-водородная горелка перемещается в двух направлениях
вдоль трубки, прогревает ее очень высокой температурой. Вводный
конец трубки соединен через газонепроницаемый вращающийся
соединитель с системой, подающей газы. Эта система включает газовый смеситель и компьютер, регулирующий управление потоком
газов (контроллер расхода массы). Эта часть аппарата должна быть
абсолютно герметичной, исключать попадание загрязняющих веществ из системы ввода и обеспечивать точную пропорцию подачи
газов. Из другого конца трубки (выходного конца) удаляются лишние материалы.
21
Слой спеченного стекла
SiO2 + легирующее
вещество
Мелкие частицы неспеченного
cтекла SiO2 + легирующее
вещество
SiCl4
GeO2
O2
SiO2
Cl2
O2
Перемещающаяся
кислородно-водородная
горелка 1200–2000 0 С
Рис. 2.2. Изготовление заготовки методом MCVD
����
В процессе осаждения точно контролируется количество химических компонентов, подаваемых в трубку с помощью подачи индивидуальных потоков газов (Аг, Не и 02). В области повышенной
температуры, создаваемой непосредственно над горелкой, ����
SiCl4 и
легирующие примеси окисляются. При этом мелкая порошковая
окись формируется из подаваемых газов по всей длине трубки.
Когда тепловая энергия от горелки достигает осевшего порошка,
под действием тепла порошок плавится в свободный от пузырьков,
твердый, прозрачный кремниевый диоксид (легированный или
нелегированный). Горелка при достижении конца трубки меняет
направление движения и быстро перемещается назад по трубке к
начальной точке, чтобы образовать новый слой порошка. Разнообразные легирующие материалы, подаваемые в различных количествах в течение фазы осаждения, образуют сердцевину и оболочку.
Различие профиля показателя преломления ОВ зависит от количества легирующих примесей. В этом методе доступ загрязняющих
веществ снижен настолько, насколько это технически возможно –
особенно загрязняющих веществ, содержащих водород. Загрязняющие вещества, содержащие ОН в волокне, приводят к серьезным
увеличениям затухания.
Основное преимущество метода MCVD��������������������������
������������������������������
состоит в том, что структура ОВ и его свойства могут быть включены в заготовку и сохранены в готовом стекловолокне. Относительные габариты и конфигурация заготовки задаются готовому волокну в течение процесса
вытяжки.
После окончания процесса осаждения в несколько этапов выполняется сжатие трубки (рис.2.3). Для этого повышается температура трубки при помощи газовой водородно-кислородной горелки до 1500–2000 °С, при которой трубка медленно размягчается и
22
O2
H2
Рис. 2.3. Этапы превращения трубки в заготовку
свертывается в твердый стержень заготовки. Этот процесс является
решающим для формирования заключительных геометрических
свойств заготовки. Сжатие происходит, когда трубка нагревается
пламенем горелки.
Недостатком метода ��������������������������������������
MCVD����������������������������������
следует считать наличие большого
температурного градиента между внутренней поверхностью ОКТ в
месте реакции и наружной поверхностью.
2.5. Метод внешнего парофазного осаждения
Метод внешнего парофазного осаждения (ВПО) более сложен,
чем метод �������������������������������������������������
MCVD���������������������������������������������
. Однако полный объем ОВ из заготовок, выполненных методом внешнего парофазного осаждения, больше, чем
объем ОВ, изготовленных из заготовок, выполненных методом
MCVD���������������������������������������������������������
. В крупномасштабном производстве этот метод более эффективен, чем метод �������������������������������������������
MCVD���������������������������������������
. Он используется исключительно фирмой
Corning� Glass�
������ Work��
������.
Производство заготовки методом ВПО осуществляется двумя
этапами. Первый этап включает в себя осаждение порошка кремниевого диоксида с или без легирующих примесей (как и в предыдущем процессе) на тонком стержне. Горячий поток частиц кремниевого диоксида проходит по поверхности стержня, некоторые из
них прилипают к стержню, вращающемуся вокруг своей оси вдоль
горелки. Пористая заготовка создается слой за слоем. При этом некоторые частицы спекаются. После осаждения достаточного количества стекла для сердцевины и оболочки процесс останавливается,
и начальный стержень становится заготовкой.
В процессе изготовления заготовки кислород вместе с другими
легирующими добавками, необходимыми для обеспечения нуж23
ного профиля показателя преломления, подается в горелку, и там
преобразуются в соответствующие оксиды. Оксиды образуют малые порошкообразные частицы, которые осаждаются на вращающемся стержне. Если стержень также перемещается назад и вперед
вдоль продольной оси, то получается слоистая пористая стеклянная заготовка. Каждый слой может легироваться по-разному, т. е.
к основному материалу может быть добавлено определенное количество примеси.
Второй этап изготовления заготовки предусматривает процесс
усадки пористого стержня. Пористая форма заготовки в управляемой печи нагревается сначала в среде газа хлора, а затем позонно
нагревается до температуры 1400–1600 °С, при которой частицы
кремниевого диоксида спекаются в твердый, свободный от пузырьков стеклянный стержень – заготовку. Пустоты из начального
стержня в основном схлопываются в течение этого этапа, отверстие
по центру заготовки тоже исчезает. Во время спекания заготовка
постоянно омывается газообразным хлором с тем, чтобы удалить
из стекла все следы воды, что необходимо для обеспечения низкого
затухания.
2.6. Вытяжка оптического волокна
Для вытяжки кварцевого ОВ применяют установку вертикального типа (рис. 2.4), которая состоит из каркаса, узла подачи заготовок, печи, системы измерения диаметра ОВ, узла нанесения ПЗП
на ОВ, системы контроля концентричности ПЗП, системы отверждения ПЗП, измерителя диаметра ОВ, тягового устройства, системы испытания ОВ на механическую прочность, компенсатора, приемного устройства, системы управления, систем газоснабжения,
водоснабжения, освещения, вентиляции.
Каркас помещен на специальные резиновые амортизаторы, которые до минимума снижают вибрацию всей установки. Заготовки крепят в узле подачи заготовок с помощью зажима цангового
типа.
Подачу заготовки осуществляют с помощью прецизионного
винтового приспособления. Центрирование заготовки по оси Х и Y
происходит автоматически. Дополнительно предусмотрен ручной
режим центрирования заготовки. Узел подачи заготовки может
иметь дополнительный привод, обеспечивающий вращение заготовки с одновременным ее продольным перемещением.
Печь для вытяжки ОВ должна обеспечивать оптимальный температурный градиент для максимального переноса тепла к заготов24
Подача
заготовки
Управляемая
компьютером проверка
диаметра ОВ, контроль
толщины первичного
покрытия и регистрация
Печь
2100–2300
о
С
Лазерный
измеритель
диаметра
Наложение
первичного
покрытия
УФ-сушка
акрилата
Приемный барабан
для 100 км волокна
с заготовки
Кабестан для контроля
за скоростью и
диаметром волокна
Рис. 2.4. Установка вытяжки ОВ
ке в зоне плавления и высокую чистоту атмосферы, окружающей
заготовку. Основными источниками тепла для разогрева заготовок
являются: газовые горелки, СО2-лазеры, печь с графитовым нагревателем, индукционная печь с циркониевым нагревателем, индукционная печь с графитовым нагревателем.
Система измерения диаметра ОВ основана на использовании лазера (метод лазерного сканирования), который обеспечивает точность ±0,5 мкм измерения даже при вибрации ОВ.
Узел нанесения первичного защитного покрытия на ОВ позволяет наносить полимерный материал на поверхность ОВ. Слой ПЗП
должен быть концентричным, постоянным по толщине, не иметь
посторонних включений.
Система контроля концентричности первичного ПЗП основана
на явлении дифракции и интерференции света. Концентричность
покрытия относительно ОВ измеряют с помощью гелий-неонового
лазерного интерферометра. В зависимости от наблюдаемой карти25
ны узел нанесения ПЗП перемещают вручную или автоматически,
добиваясь наилучшей концентричности. Точность нанесения однослойного покрытия ± 1 мкм, для двойного ±2 мкм.
Система отверждения ПЗП выполняется двух типов: тепловая
или ультрафиолетовая. Тепловая система представляет собой печь
(или печи), в которые при необходимости подают инертный газ.
Температура в печи достигает 800 °С, количество печей в зависимости от скорости вытяжки может достигать трех, точность поддержания температуры +2 °С. Применяют также УФ-печь.
Измеритель диаметра по ПЗП аналогичен измерителю диаметра
ОВ. Тяговое устройство ременного типа обеспечивает постоянство
скорости с точностью 0,5 %.
Система испытания ОВ на механическую прочность предназначена для выявления механических дефектов ОВ по всей его длине.
Принцип действия заключается в перемотке ОВ при заданном напряжении, которое можно создать путем приложения к ОК растягивающей нагрузки или одновременно растягивающей и изгибающей нагрузок.
Процесс вытяжки ОВ на примере оборудования фирмы Ericsson�
���������
Cable���������������������������������������������������������
АВ происходит следующим образом. Готовый стержень, независимо от метода его изготовления, вытягивается в волокно в башнях высотой приблизительно 12 м. Процесс вытягивания (рис. 2.4)
начинается наверху башни, где стержень заготовки зафиксирован
в центрирующем патроне. Нижний конец заготовки помещен в
печь и нагревается до температуры 2000 ° С. Графитовый нагревательный элемент защищен инертной атмосферой аргонового газа.
Заготовка медленно опускается сверху в печь, в то время как стекловолокно вытягивается вниз и выходит из печи. Скорость вытягивания и скорость подачи автоматически контролируется машинной системой управления.
Немедленно под печью управляемый компьютером лазерный
прибор измерения проверяет диаметр стекловолокна. Полученные
значения подаются назад к системе управления, которая управляет скоростью кабестана вытягивания внизу башни. Увеличение
диаметра волокна приводит к увеличению скорости вытягивания
и наоборот. Обычное волокно имеет диаметр 125±2 мкм и скорость
вытягивания – обычно 3–10 м/с. Стекловолокно охлаждается окружающим воздухом. Изготовленное стекловолокно имеет те же
самые геометрические отношения между оболочкой и сердцевиной, что и заготовка.
Стекловолокно покрывается защитным слоем акрилата (первичным покрытием) во время процесса вытягивания. Первичное пок26
рытие состоит из двух слоев акрилата, более мягкого внутреннего
слоя и жесткого внешнего слоя. Оно увеличивает прочность волокна; защищает от влаги (ОН) и микроизгибов; облегчает прокладку.
Сразу после наложения первичное покрытие подвергается обработке УФ-облучением. При первичном контроле диаметра проверяется диаметр первичного покрытия и концентричность волокна.
Готовое волокно будет иметь диаметр 245±10 мкм.
После вытяжки волокно проходит тестирование на прочность.
Для этого оно подвергается механическим воздействиям. При обнаружении трещин или других повреждений оно бракуется. Это
испытание называется проверкой прочности и означает, что волокно подвергается указанному натяжению в течение 1 с. Трещины в
волокне могут привести к его разрыву. После проверки прочности
волокно транспортируется в лабораторию, где испытывается в экстремальных условиях. Из одной заготовки в условиях этой фирмы
обычно получается 50–150 км волокна.
3. Конструктивные элементы оптического кабеля
3.1. Оптический модуль
В состав оптического модуля входит одно или несколько оптических волокон, вторичное защитное покрытие и гидрофобный заполнитель.
Основным элементом ОК является ОВ, по которому осуществляется передача оптических сигналов. ОВ, используемые в связи,
имеют цилиндрическую форму (рис. 3.1) и состоят из сердцевины,
оболочки и одного или нескольких защитных покрытий. Сердцевина и оболочка изготавливаются из плавленого кварца. Все ОВ’
делятся но количеству мод распространения на многомодовые и одномодовые. а по профилю показателя преломления на ступенчатые
и градиентные. Обычно оболочка ОВ изготавливается из чистого
кварца ���
SiO2 и имеет постоянный показатель преломления, а сердцевина для обеспечения требуемого профиля показателя преломления легируется примесями, в качестве которых часто используют
окись германия, которая увеличивает показатель преломления.
Оптические волокна, используемые в ОК, имеют как минимум 2
покрытия: первичное и вторичное. Первичное пластиковое покрытие наносится при вытяжке и защищает ОВ от воздействия окружающей среды (влаги, абразивных и механических воздействий).
Оно должно быть нейтральным и легко удаляться с поверхности
оболочки. Показатель преломления и потери на поглощение в за27
Сердцевина
Оболочка
Защитное
покрытие
Рис. 3.1. Структура оптического волокна
щитном покрытии должны быть больше, чем в оболочке ОВ для
предотвращения распространения нежелательных мод. Первичное
покрытие повышает механическую прочность волокна. Для гарантированной долговечности необходимо, чтобы волокно с первичным покрытием выдерживало растягивающее напряжение порядка 10 Н в течение одной секунды. Предел прочности при растяжении составляет около 50 Н.
В качестве первичного покрытия применяют акрилат. Ранее
для этой цели использовалась также силиконовая смола, однако
из-за трудностей, связанных с ее удалением, например при подготовке волокон к стыковке или оконцовке, она практически не применяется. Обычно первичное покрытие имеет два слоя акрилата
– внутренний слой из мягкого акрилата для предотвращения микроизгибов и твердый наружный слой для защиты от механических воздействий. Нанесенный акрилат отверждается под воздействием интенсивного УФ-излучения. При этом очень важно, чтобы
акрилат был отвержден полностью, иначе смесь отвержденного и
неотвержденного акрилата может привести к появлению микроизгибов, что, в свою очередь, приведет к увеличению затухания, изменению геометрических параметров и т. д. После нанесения обоих
слоев диаметр волокна становится равным 245±10 мкм.
Волокно после вытяжки и наложения первичного покрытия подвергают тесту на перемотку с натяжением. В процессе перемотки
большой длины – несколько сот километров – из-за произвольного
распределения трещин по длине волокно обрывается. В результате образуются отрезки волокна различной протяженности. У раз28
личных производителей разные стандарты на безобрывные длины,
поставляемые на катушке. Так, фирма ��������
Corning��������������������
поставляет
�������������������
волокно
длиной 25,2 км. Существуют и другие длины к поставке, отличающиеся как в большую, так и в меньшую сторону.
В целях идентификации ОВ окрашиваются в соответствии с условной расцветкой, соответствующей различным национальным и
международным стандартам (табл. 3.1). Цветовая кодировка оптических волокон у российских производителей пока не стандартизована.
В кабелях с профилированным сердечником вторичное покрытие не используется. Волокна с нанесенным на них первичным покрытием располагаются свободно в желобах или углублениях сердечника и, таким образом, оказываются хорошо защищенными.
Большинство современных производителей волокна (���������
Corning��,
Furukawa��, ��������������������������������������������������
OSF�����������������������������������������������
, ���������������������������������������������
Sumitomo�������������������������������������
и др.) поставляют неокрашенное оптическое волокно с тем, чтобы его окраска осуществлялась на кабельном предприятии. В этом случае краска наносится на поверхность
первичного покрытия. Другие производители, например ���������
Alcatel��,
сами производят окраску волокон при нанесении первого слоя первичного покрытия, тогда второй слой первичного покрытия надежно защищает краску от истирания.
Таблица 3.1
Номер
Кодировка EIA/TIA
�������
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Синий
Не окрашен
Зеленый
Коричневый
Серый
Белый
Красный
Черный
Желтый
Фиолетовый
Розовый
Бирюзовый
К красящим веществам предъявляется ряд требований: оно не
должно разрушаться или исчезать со временем; должно быть совместимо со всеми материалами, используемыми в кабеле, например
не растворяться в гидрофобном заполнителе (водоотталкивающем
компаунде). Слой красящего вещества должен быть очень тонким,
чтобы не вызывать дополнительных микроизгибов волокна в процессе эксплуатации в необходимом диапазоне температур.
29
Вторичное покрытие предназначено для защиты ОВ от механических воздействий, в первую очередь, поперечных деформаций.
Вторичные покрытия бывают нескольких типов (рис. 3.2):
термопластичное непроницаемое и сплошное (рис. 3.2, а);
полусвободное трубчатое (рис. 3.2, б), отличающееся от первого наличием между оболочкой ОВ и сплошным покрытием тонкого
слоя (несколько сотых долей мм) вязкого компаунда (геля);
свободное трубчатое (рис. 3.2, в), с заполнением однослойной
или многослойной пластмассовой трубки вязким компаундом (гелем), в котором свободно расположен ОВ;
многоволоконное свободное трубчатое (рис. 3.2, г), которое отличается от предыдущего количеством расположенных в трубке
ОВ (от 2 до 12);
ленточное покрытие с числом ОВ от 2 до 24 (рис. 3.2, д, е).
Сплошное вторичное покрытие представляет собой толстый слой
полимера, нанесенный непосредственно на волокно с первичным
покрытием. Основным материалом покрытия этого типа служит
мягкий поливинилхлорид (ПВХ). Диаметр ОВ в таком покрытии
составляет порядка 0,9 мм, что, по крайней мере, на 0,5 мм меньше
диаметра модуля со свободной укладкой волокон. При такой конструкции вторичного покрытия упругие удлинения кабеля, вследсОптическое
волокно
а)
б)
Плотно
прилегающая
трубка
в)
Защитная пластмассовая
трубка
Вязкий компаунд
Полусвободная защитная
пластмассовая трубка
г)
Вязкий
компаунд
Оптическое
волокно
Первичное
покрытие
Защитная пластмассовая
трубка
Вязкий компаунд
Оптическое
волокно
д)
Оптическое
волокно
Оптическое
волокно
е)
Оптическое
волокно
Ленточная оболочка
Лента, помещенная в оболочку
Клей
Лента, склеенная вдоль боковой
поверхности
Рис. 3.2. Вторичные покрытия оптического волокна
30
Первичное
покрытие
твие высокого напряжения при растяжении, могут передаваться
непосредственно на ОВ, так как требуемый запас длины, который
имеется у покрытия со свободной укладкой волокон, отсутствует.
Поэтому сплошное вторичное покрытие, а также близкое по конструкции полусвободное трубчатое вторичное покрытие используются в основном в кабелях внутренней прокладки.
Использование полусвободного трубчатого покрытия облегчает
снятие защитных покрытий перед монтажом и уменьшает влияние
микроизгибов по сравнению со сплошным покрытием.
В кабелях наружной прокладки используется, как правило, свободное трубчатое покрытие. Трубка свободного вторичного покрытия должна сохранять свою форму, быть устойчивой к старению и
достаточно гибкой, чтобы не подвергать волоконный световод (ВС)
каким-либо механическим напряжениям. Оболочка трубки, как
правило, состоит из внутреннего защитного слоя, имеющего низкий коэффициент трения, и внешнего слоя, который защищает ВС
от механических воздействий. Однако достаточно часто в целях
минимизации стоимости кабеля трубку модуля делают из одного
материала. Наружный диаметр трубки, в зависимости от числа укладываемых волокон, находится, как правило, в пределах от 1,5 до
3 мм. Толщина стенок также колеблется – обычно от 0,3 до 0,5 мм.
Соотношение диаметра трубки к толщине ее стенки (������������
SDR���������
) определяет стойкость модуля к раздавливающим усилиям. Чем меньше
SDR������������������������������������������������������������
– тем более стойким является модуль. Кроме того, стойкость
к раздавливанию зависит от твердости применяемых материалов.
Поэтому трубка обычно изготавливается из полиамида или из полибутилентерефталата. Эти виды полимеров имеют хорошие физические свойства, которые отвечают изложенным выше требованиям.
Многоволоконное свободное трубчатое покрытие может объединять несколько ВС. По сложившейся практике максимальное число волокон в трубке составляет двенадцать, что связано с цветовой
кодировкой ВС. Однако в настоящее время в модуль могут быть
уложены до 72 ОВ. Кроме того, существует возможность укладки
в модуль нескольких пучков по 12 волокон, которые различают по
цвету скрепляющей их нити. В России в большинство модулей содержит 4–6 волокон.
Ленточное покрытие объединяет несколько ОВ с нанесенным на
них первичным покрытием. ОВ располагаются параллельно друг
другу с шагом между ними в несколько десятых долей миллиметра.
Лента может быть сформирована склеиванием ОВ вдоль боковой поверхности, путем заключения их в общую оболочку или с помощью
обмотки липкой лентой (в последнее время этот способ не применя31
ется, так как обеспечивает худшие по сравнению с первыми двумя
характеристики). В двух первых случаях используется акрилат.
При склеивании акрилатом заполняются промежутки между двумя соседними ВС. В такой ленте отдельные ОВ легче подготовить к
сварке или механическому сращиванию, однако они оказываются
относительно восприимчивы к механическим воздействиям и поэтому могут быть повреждены.
Во втором случае ВС укладываются рядом друг с другом, и все
вместе покрываются со всех сторон тонким слоем акрилата, образующим общую оболочку. Более толстый слой покрытия из акрилата
(общая толщина волокна и покрытия 0,4 мм) представляет собой
эффективный буфер, обеспечивающий более надежную защиту от
механических воздействий. Такие ленты удобнее сваривать или
сращивать механическим способом, а также помещать в кабель и
проводить монтаж на месте.
Ленточные покрытия возникли и распространены в основном
в Японии. В России они практически не применяются, поскольку требуют наличия специального дорогостоящего оборудования
и обеспечивают худшее, по сравнению с одиночными волокнами,
качество стыка. По-видимому, распространение ленточных покрытий может начаться в эпоху бурного использования ОВ для последней мили.
При повреждении волоконно-оптического кабеля вода может
проникнуть внутрь полой оболочки покрытия и за счет капиллярного эффекта распространиться вдоль по кабелю на значительные
расстояния. При замерзании воды волокна подвергаются воздействию напряжений во многих точках, что может вызвать микроизгибы и приведет к недопустимому увеличению затухания. Кроме
того, влага, попавшая на поверхность волокна, изменяет энергию
активации роста трещин, что существенно снижает его прочность,
уменьшая тем самым время его жизни. Для предотвращения проникновения воды пространство внутри полусвободного и свободного трубчатого вторичного покрытия заполняется специальным
гидрофобным (водоотталкивающим) наполнителем (вязким компаундом) – тиксотропным гелем. Вообще, различают два типа гелей: у гелей первого типа изменяется вязкость с изменением температуры, у второго – с изменением давления. Указанный выше
гель представляет собой химически нейтральную массу, которая
в необходимом диапазоне температур (от –60 °С до +70 °С) имеет
достаточную вязкость, не замерзает, не подвергает коррозии или
разбуханию защитное покрытие ОВ. Кроме того, тиксотропный
гель снижает трение между ОВ и стенкой трубки, так что ОВ мо32
гут свободно перемещаться внутри трубки даже при самом незначительном напряжении. Это очень важное свойство тиксотропного
геля – во всем диапазоне рабочих температур (как минимум -60 °С
+70 °С) он должен под механическим воздействием на него волокна (при растяжении последнего) изменять свою вязкость и обеспечивать наименьший коэффициент трения. Гель легко протирается
и смывается, не оставляет после себя остатков, которые могли бы
помешать соединению ОВ, не содержит легковоспламеняющихся
веществ.
Одно ОВ с вторичным покрытием или несколько ОВ в одном вторичном покрытии называют оптическим модулем. Модули, содержащие несколько ОВ, для идентификации окрашиваются.
3.2. Сердечники оптического кабеля
3.2.1. Конструкции сердечников
Существуют два вида конструкции сердечника волоконно-оптического кабеля: плотная и свободная. Из плотных конструкций наиболее широко используется повивная (рис. 3.3, а). Основные типы
свободных конструкций:
с профилированным сердечником (рис. 3.3, б),
с использованием одиночной трубки (рис. 3.3, в).
В повивной конструкции сердечник выполнен в виде повивов
оптических модулей вокруг центрального упрочняющего элемента.
Шаг спирали рассчитывается для того, чтобы предотвращать увеличение затухания в кабеле, вызываемое, прежде всего, изгибами кабеля в процессе его изготовления, при прокладке и при установке,
а также вследствие колебаний температуры. При малом (менее 6)
числе требующихся модулей для обеспечения устойчивой правильной скрутки вместе с ними скручиваются пластмассовые кордели
(заполнители сплошного сечения). В одной повивной скрутке вместе с ОВ могут находиться изолированные медные жилы (одиночные
или скрученные в пары или четверки).
Иногда сердечник кабеля скручивается из элементов, которые
сами состоят из скрученных оптических модулей. Такая конструкция сердечника называется жгутовой или пучковой. При ее использовании плотность упаковки может быть существенно увеличена.
Конструкция с профилированным сердечником состоит из полипропиленового стержня с продольными пазами. Стержень отливается вокруг металлического или диэлектрического центрального упрочняющего элемента. Пазы располагаются вокруг стержня
спирально или с периодической сменой направления. ОВ с нанесен33
Центральный
силовой
элемент
а)
Оптическое
волокно
Оптический
модуль
б)
Центральный
силовой
элемент
Профилированный
сердечник
в)
Оптическое
волокно
Гидрофобный
заполнитель
Полимерная
трубка
Оптическое
волокно
Рис. 3.3. Сердечники оптического волокна
ными на них первичными покрытиями свободно располагаются в
углублениях.
Кабель с одиночной трубкой состоит из одной пластмассовой
трубки, содержащей ОВ с нанесенными на них первичными покрытиями. Внутри трубки ОВ располагаются свободно. Для идентификации волокна группируются в пучки, скрепленные цветной
нитью. Трубка обычно имеет два слоя. Внутренний слой выполняется из высококачественной полиамидной композиции, имеющей
высокую химическую и климатическую стойкость, низкие показатели старения, высококачественную внутреннюю поверхность,
контактирующую с оптическим волокном, высокую стойкость к
раздавливанию. Наружный слой выполняется из полибутилентерефталатных композиций, которые традиционно применяются в
изготовлении оптических модулей. Они имеют более низкую стоимость по сравнению с полиамидом. Такая конструкция трубки
наиболее экономична и обеспечивает большой срок службы кабеля
при надежной защите волокна от механических воздействий. При
малых размерах и невысоких требованиях к раздавливающим усилиям трубка может быть однослойной.
Волоконный ленточный кабель может иметь любую из перечисленных конструкций сердечника.
34
Плотные конструкции ОК отличаются относительно простой
технологией изготовления и высокой степенью заполнения поперечного сечения, т. е. небольшими габаритами. Однако температурные и механические изменения размеров ОК вызывают в ОВ
механические напряжения. Это приводит к изменению во времени
оптических параметров кабеля и обрыву ОВ. Поэтому плотная укладка ОВ применяется лишь в объектовых и монтажных ОК.
Свободные конструкции лишены указанных недостатков. Профильная конструкция обычно применяется в ОК магистральной и
внутризоновой связи, а трубчатая – в ОК городской связи.
3.2.2. Упрочняющие элементы
Упрочняющие (армирующие) элементы включаются в конструкцию сердечника для увеличения упругости кабеля при растяжении. В сердечнике они могут располагаться двумя способами:
вдоль центральной оси кабеля или распределенно по его сечению.
Распределенными упрочняющими элементами являются, например, пластмассовые кордели, включаемые в повив вместе с оптическими модулями при малом числе последних (см. выше).
В повивной конструкции и конструкции с профилированным сердечником упрочняющий элемент располагается вдоль центральной
оси кабеля и носит название центральный силовой элемент (ЦСЭ).
Он изготавливается из таких материалов, которые имеют большой
модуль упругости и сохраняют устойчивость при колебаниях температуры в определенном диапазоне. В качестве такого элемента
может использоваться стальная проволока диаметром 2–3,5 мм
(или тросик примерно такого же диаметра из нескольких проволок более тонкого сечения), вокруг которой укладываются модули, образуя скрутку. Недостатком такой конструкции оптического сердечника является наличие проводника в центре оптического
кабеля, что означает возможность повреждения оптических волокон при разряде молнии на проводнике – проволоке ЦСЭ. Поэтому оптические кабели с металлическим ЦСЭ нельзя применять в
случаях, когда отсутствуют грозозащитные элементы, например
прокладывать непосредственно в грунт. Такие типы кабелей могут
применяться для внутриобъектовой прокладки и ограниченно для
прокладки в городской канализации.
Для исключения металлических элементов в структуре сердечника в качестве ЦСЭ используется диэлектрический стержень. В
большинстве случаев он выполнен из стекло-прутка, который получается в результате склеивания стеклянных нитей (ровингов) с
помощью эпоксидной смолы.
35
При особо высоких требованиях к прочности и гибкости ЦСЭ
выполняют из арамидного прутка, в котором несущими являются
арамидные нити. Однако широкого распространения арамидный
ЦСЭ не получил из-за высокой удельной стоимости арамида как силового элемента.
3.2.3. Гидрофобное заполнение сердечники
Одним из факторов, влияющим на выбор конструкции кабеля,
является необходимость защиты ОВ от влаги. Вода, при проникновении в оптический кабель, будет растекаться по сердечнику
и скапливаться между модулями. Вода воздействует на стекло,
уменьшая тем самым срок службы волокон. Повышающаяся в результате проникновения воды концентрация водорода приведет к
увеличению затухания в волокнах. При замерзании вода способна
повредить элементы кабелей и привести к нарушению связи.
Наиболее простым и эффективным решением является заполнение свободного пространства внутри сердечника гидрофобным заполнителем.
Если продольная водонепроницаемость не требуется, например
для кабелей внутренней прокладки, то необходимость в заполнении сердечника компаундом отпадает.
Гидрофобный материал должен сохранять свои свойства в широком диапазоне температур в течение всего срока службы кабеля.
Он должен иметь вязкость, не препятствующую перемещениям ОВ
в кабеле при механических и температурных воздействиях и одновременно не допускающую перемещения или вытекания самого
гидрофобного материала; не вступать в химическую реакцию с материалами кабеля и не быть токсичным. В качестве гидрофобных
заполнителей обычно используют пастообразные компаунды на основе высокомолекулярных соединений углеводородов.
В случае если требуется конструкция кабеля без наполнителя,
водонепроницаемость сердечника по длине может быть обеспечена
с помощью водоблокирующей ленты.
Сформированный сердечник скрепляется поясной изоляцией из
синтетической полипропиленовой, терефталатной (лавсановой) ленты, накладываемой путем спиральной обмотки в один или два слоя.
3.3. Защитные покрытия
3.3.1. Внутренняя (промежуточная) оболочка
Кабельный сердечник защищается от воздействия внешней среды оболочкой. Оболочки имеют обычно двухслойную конструкцию: демпфирующий слой и защитную оболочку. Демпфирующий
36
слой изготавливается из мягких пористых материалов. Он амортизирует ОВ при внешних механических нагрузках и позволяет им
свободно передвигаться при деформации кабеля в целом.
Материал защитной оболочки должен быть негорючим, устойчивым к агрессивным средам, а также к воздействию высоких и
низких температур, обеспечивать защиту сердечника ОК от механических повреждений в процессе прокладки и эксплуатации. В
качестве материалов оболочек используются полиэтилен, поливинилхлорид, алюмополиэтилен, безгалогенные материалы, не распространяющие горение.
В кабелях, предназначенных для наружной прокладки в условиях, когда оболочка кабеля контактирует с водой более 10% всего
срока эксплуатации (влажный грунт, болота, реки), для защиты от
попадания воды внутренняя оболочка по всей длине внахлест обматывается алюминиевой или стальной лентой. Металл имеет более
плотную кристаллическую решетку, чем полимерные соединения
и лучше защищает волокна от влаги. Гофрированная стальная оболочка кабеля, предназначенного для подземной прокладки, может
заменить броню из проволоки.
3.3.2. Упрочняющие элементы внешних защитных слоев
Упрочняющие элементы включаются в конструкцию защитных
покровов кабеля для увеличения его упругости при растяжении и
повышения механической прочности.
В конструкции кабеля с одиночной трубкой роль упрочняющего
элемента играют высокопрочные, например арамидные, нити в оболочке; между сердечником и оболочкой может также размещаться
повив высокопрочных нитей или лент.
Арамидные нити (или стеклопластиковые стержни) используются также в качестве силовых элементов воздушных оптических
кабелей. Отдельный слой из таких нитей располагают между первым и вторым слоем оболочки. Защищенный таким образом кабель
может выдерживать большие продольные нагрузки. Обычно таким
способом усиливаются кабели, подвешиваемые в пролетах длиной
до 1000 м. Кроме того, арамидные нити хотя и менее устойчивы к
механическим нагрузкам, чем стальные, являются диэлектрическими и не представляют опасность в случае попадания электрического разряда молнии.
3.3.3. Бронепокровы
При больших внешних нагрузках кроме внутренней защитной
оболочки может накладываться броневой покров, дополнительно
защищающий кабель от механических воздействий.
37
Броня бывает ленточная, круглопроволочная (одноповивная
или двухповивния) и в виде герметичной трубки. В кабелях, предназначенных для прокладки в кабельной канализации, трубах,
коллекторах, на мостах и эстакадах, используется стальная ленточная броня. Стальная гофрированная лента, покрытая с наружной стороны сополимером, накладывается продольно с перекрытием на внутреннюю оболочку ОК.
В кабелях для прокладки в грунтах, не подверженных мерзлотным деформациям, на переходах через неглубокие несудоходные
реки и болота применяется одноповивная броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
Для прокладки в сложных грунтах всех групп, в том числе и
подверженных мерзлотным деформациям, а также на переходах
через судоходные реки применяется двухповивная круглопроволочная броня. Два повива стальных проволок в этом случае могут
быть разделены промежуточной полиэтиленовой оболочкой.
Стальная проволока навивается поверх сердечника кабеля, на
который перед бронированием накладывается промежуточная полимерная оболочка. Преимущество состоит в том, что кабель, усиленный таким образом, может выдерживать большие поперечные
и продольные нагрузки, так как сталь характеризуется лучшей механической устойчивостью по сравнению с другими материалами.
Однако сталь является проводником, что представляет опасность
при попадании грозовой молнии.
Пустоты в бронеповиве заполняются гидрофобным компаундом.
Разумеется, требования к данному компаунду существенно ниже,
нежели к тиксотропному гелю, заполняющему внутримодульное
пространство в кабелях со свободной укладкой волокон. При прокладке в грунтах, насыщенных влагой, в качестве заполнителя
бронеповива для уменьшения диффузии влаги на пути к оптическим волокнам применяют специальные компаунды с сорбентом по
водороду. Срок службы сорбентов в данном случае не должен быть
ниже срока службы оптических кабелей.
Внутренняя часть кабеля, прокладываемого под водой или в
очень влажном грунте, должна быть полностью заключена в герметизирующую металлическую трубку. Это вызвано тем, что вода с
течением времени просачивается сквозь все обычно используемые
для оболочки виды пластмасс. Внутренняя часть кабеля заключается в герметичную металлическую трубку. Затем подводный кабель армируется одним или несколькими слоями стальной проволоки. Сверху наносятся несколько слоев полипропиленовых нитей
и антикоррозийного состава.
38
Защитный шланг изготавливается из полиэтилена или негорючих безгалогенных материалов. Для дополнительной защиты бронированного кабеля в защитный шланг могут быть впрессованы
две толстые стальные проволоки.
3.4. Защита волоконно-оптического кабеля от влаги
Для защиты сердечника кабеля от проникновения воды служит
оболочка. Кабель, прокладываемый непосредственно в грунте, в
кабельной канализации или под водой, должен иметь специальную
конструкцию, защищающую от проникновения воды или влаги в
продольном направлении. При определении состава сердечника
кабеля должен быть выбран один из следующих двух методов защиты:
защита кабеля с помощью гидрофобных материалов;
содержание кабеля под давлением.
Нередко в процессе эксплуатации кабель находится в прямом
контакте с водой. Воздействие влаги отрицательно влияет на работоспособность кабелей, так как может привести к механическому
разрушению основного функционального элемента – оптического
волокна. Кроме того, в случае нарушения целостности оболочки
возможно распространение воды по существующим продольным
каналам между элементами конструкции, что также представляет
опасность для кабеля. Поэтому защита ОК от влаги является одной
из наиболее важных задач для их разработчиков и производителей.
Чтобы ОК надежно работал в течение всего срока эксплуатации,
необходимо определять время его эффективной влагозащиты.
В обычных (неаварийных) условиях вода проникает в кабель за
счет диффузии влаги через оболочки. Вредное воздействие влаги
проявляется только при контакте воды с волокном. Конструкция
оптического кабеля многослойная. Оптическое волокно имеет защитные покрытия; расположено в модуле, заполненном гидрофобным составом; поверх модуля накладываются защитные оболочки.
Пространства между элементами оптических кабелей современных
конструкций, как правило, заполняются гидрофобными составами.
Важное значение с точки зрения влагонепроницаемости ОК имеют материалы оболочки защитного шланга.
Металлические оболочки практически влагонепроницаемы; их
коэффициент влагопроницаемости крайне мал (≈10-29). Поэтому
до тех пор, пока единственным типом оболочки кабелей связи ос39
тавалась свинцовая, проблемы диффузии влаги внутрь кабеля не
существовало.
Пластмассы обладают в миллиарды раз большей влагопроницаемостью. Значение коэффициента влагопроницаемости для полиэтилена примерно 10-16, для поливинилхлоридного пластиката –
10-14–10-15 в зависимости от структуры и технологического режима
переработки. Количественное сопоставление диффузии через свинец и, например полиэтилен, показывает, что если при определенных условиях через полиэтиленовый образец 1 мг влаги проникает
в течение 1 ч, то через аналогичный свинцовый образец то же количество влаги проникает за 109 ч, т. е. за 115000 лет.
Кроме проблемы поперечной герметизации ОК важной является
и проблема продольной влагостойкости кабеля. Для предотвращения или замедления процесса распространения воды вдоль кабеля
используют различные гидрофобные и гидрофильные материалы.
Первые достаточно надежно выполняют водоблокирующую функцию только при условии тщательного заполнения всех промежутков между конструктивными элементами кабеля по его сечению,
что не всегда технологически возможно.
Гидрофильные (или водопоглощающие материалы) более технологичны. Занимая первоначально незначительный объем, при
взаимодействии с водой они набухают и заполняют полости в конструкции кабеля, препятствуя продольному распространению воды.
Но внедрение водопоглощающих материалов в отечественное производство кабелей происходит очень медленно, так как отсутствие
в литературе необходимой информации об опыте эксплуатации
этих материалов в составе ОК вызывает недоверие у потребителей.
4. Конструкции оптических кабелей
и их маркировка
4.1. Классификация оптических кабелей
Оптический кабель представляет собой совокупность ОВ, заключенных в общую влагозащитную оболочку, поверх которой в зависимости от условий эксплуатации могут быть наложены защитные
покровы. Основной задачей ОК является обеспечение требуемого
качества передачи при соответствующих условиях эксплуатации.
Конструкции ОК в основном определяются назначением и областью их применения. По своему назначению ОК подразделяются на:
междугородные;
зоновые;
40
городские;
объектовые и монтажные.
Междугородные и зоновые ОК предназначаются для передачи
информации на большие расстояния и организации большого числа каналов. Городские ОК используются в качестве соединительных линий между городскими АТС. Они рассчитаны на работу без
промежуточных линейных регенераторов, т. е. на сравнительно
короткие расстояния (5–10 км) и относительно небольшое число
каналов. Объектовые ОК служат для передачи различной информации на малые расстояния внутри объекта и содержат, как правило,
большое число ОВ. Монтажные ОК предназначаются для внутри- и
межблочного монтажа аппаратуры.
По условиям прокладки и эксплуатации ОК подразделяются
на:
кабели внутренней прокладки;
кабели наружной прокладки;
специальные кабели.
Кабели внутренней прокладки используются внутри телефонных станций, офисов. зданий и помещений. По условиям прокладки они подразделяются на кабели вертикальной и горизонтальной
прокладки и шнуры коммутации.
Кабели наружной прокладки применяются на любых (сельских,
городских, зоновых и магистральных) линиях связи и по условиям
прокладки их можно разделить на воздушные, подземные и подводные.
Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах и в свою
очередь подразделяются на кабели:
самонесущие – кабели с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и
контактной сети железных дорог;
прикрепляемые – кабели, крепящиеся к несущему проводу с помощью специальных зажимов;
навиваемые – кабели, которые навиваются вокруг несущего, например фазового провода или грозотроса;
встраиваемые в грозотрос.
Кабели подземной прокладки подразделяются на:
прокладываемые в кабельной канализации или туннеле;
закладываемые в грунт;
предназначенные для автоматической прокладки в специальных трубах, например в полиэтиленовых трубах компании Dura�
�����Line�.
41
Подводные кабели подразделяются на:
предназначенные для укладки на дно несудоходных рек. неглубоких озер и болот;
предназначенные для укладки на дно судоходных рек, морей и
океанов.
К специальным кабелям относят:
одноволоконные полностью диэлектрические (ПД) кабели в тонкой специальной оболочке для использования в сети внутренней
коммутации различных специальных устройств и приборов;
многоволоконные плоские ПД кабели, используемые для внутренних шин и компьютерных сетей суперкомпьютеров;
многоволоконные объемные (матричные) ПД кабели, используемые для прямой (несканируемой) передачи плоских графических
изображений объектов (например, для передачи видеоизображений) содержат тысячи или десятки тысяч волокон.
Ниже рассматриваются конструктивные элементы ОК. Отдельно в п. 4.4 рассмотрены конструкции кабелей, встроенных в грозозащитный трос.
4.2. Кабели для прокладки в грунте
Кабели для прокладки в грунте должны иметь:
широкий температурный диапазон от -60 оС до +55 °С;
выдерживать воздействие на них влаги, льда, гидростатического давления воды, агрессивных жидкостей, ударов твердых пород
и пр.
Оптические кабели данного типа прокладывают с помощью
обычного оборудования, используемого для прокладки магистральных кабелей связи. Примеры конструкции ОК для прокладки
в земле показаны на рис. 4.1.
Рассмотрим более подробно конструкцию кабеля изображенную
на рис. 4.1, а. Оболочка из полиэтилена служит защитой от проникновения влаги. Гофрированная стальная оболочка защищает
кабель от повреждения при прокладке и грызунов. Наружный слой
из полиэтилена уменьшает трение кабеля при его прокладке. Гидрофобный заполнитель кабеля препятствует проникновению внутрь
влаги. Наружный диаметр кабеля (Дн) составляет 14–25 мм.
Свободное размещение ОВ без натяжения и бокового давления
в оптическом модуле сердечника; подвижность волокон при изгибе кабеля и растяжении; высокая прочность, стойкость к удару и
сжатию (вследствие применения алюминиевой или стальной гофрированной оболочек); экранирование и защита от удара молнии;
42
Рис. 4.1. Конструкция ОК для прокладки в грунте:
1 – ОВ; 2 – заполнитель; 3 – трубка ОМ; 4 – ЦСЭ; 5 – кордель; 6 – гидрофобное заполнение сердечника; 7 – скрепляющая обмотка; 8 – армирующий слой; 9 – оболочка; 10(1) – гофрированная броня; 10(2) – подушка
под броню; 11 – гидрофобное заполнение брони; 12 – ленточная броня;
13 – шланг
возможное наличие токопроводящих жил питания; герметичность
конструкции – это все обеспечивает высокие эксплуатационные
свойства и надежность данной конструкции.
Минимальный радиус изгиба кабеля 20 Дн максимально допустимое усилие растяжения от 2,5 до 4,0 кН.
4.3. Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации,
трубах и коллекторах
Они должны иметь высокую механическую стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, продавливанию, кручению,
влаге. Прокладку этих кабелей осуществляют протяжкой строительной длины в трубы, выполненные из полиэтилена, асбестоцемента или бетона. Длина участков для прокладки ОК может составлять от 100 до 500 м.
В качестве примера, конструкция кабеля (рис. 4.2, а) содержит
сердечник с армирующим элементом в виде стального троса или
стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены ОВ в полимерной оболочке в виде трубки. Герметизация ОВ достигается
через заполнение трубок желеобразным составом. Количество ОВ
может достигать от 2 до 72 и более.
Поверх сердечника ОК накладывают скрепляющий элемент из
полимерной пленки или алюмополиэтилена, полимерную оболочку, армирующий элемент и наружный защитный шланг. Предел
прочности на разрыв составляет не менее 1500 Н при относитель43
а)
б)
в)
Рис. 4.2. Конструкция ОК для прокладки в трубах и коллекторах: а – модульная; б – с профильным сердечником; в – с центрально расположенным модулем
1 – ОВ; 2 – трубка модуля; 3 – силовой элемент; 4 – заполняющий компаунд; 5 – пластиковая пленка; 6 – защитный шланг из полиэтилена;
7 – профилированный сердечник; 8 – водоблокирующая лента; 9 – ленты
с ОВ
ном удлинении ОК не более 0,5%. Кабель выдерживает изгиб, как
правило, радиусом 150 мм, воздействие вибраций при частоте 10 Гц,
стоек к закручиванию на угол 360°.
4.4. Кабели для воздушной подвески
Они делятся на самонесущие диэлектрические, самонесущие
с несущим тросом, навивные и встроенные в грозозащитный трос
или провод высоковольтных линий электропередачи.
Самонесущие кабели используются при подвеске на опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП, контактной сети железнодорожного транспорта, а также на стойках воздушных линий
городской телефонной сети. Диэлектрическая конструкция таких
ОК имеет круглую форму, что снижает нагрузки, создаваемые ветром и льдом, и позволяет использовать кабель при больших расстояниях между опорами (до 100 метров и более). В качестве силового
элемента таких ОК используется ЦСЭ из стеклопластика и пряжа
из арамидных нитей, заключенная между полиэтиленовой оболочкой и полиэтиленовым защитным шлангом (рис. 4.3, а).
Для прокладки в сельских районах, а также дня устройства переходов от одного здания к другому могут применяться ОК с несущим тросом (рис. 4.3, б). Конструкция самонесущих кабелей с
металлическим тросом имеет форму восьмерки; несущий трос вы44
а)
б)
Рис. 4.3. Конструкции подвесных кабелей: а – диэлектрический самонесущий кабель; б – самонесущий кабель с тросом
1 – оптическое волокно; 2 – трубка модуля; 3 – центральный силовой
элемент; 4 – оболочка центральный силовой элемент; 5 – гидрофобный
заполнитель; 6 – полиэтиленовая оболочка; 7 – стальная гофрированная
лента; 8 – защитный шланг; 9 – стальной трос; 10 – арамидная пряжа
несен отдельно от оптического сердечника и скрепляется с ним в
единую конструкцию полиэтиленовой оболочкой. В обоих видах
кабелей свободное пространство заполнено гидрофобным заполнителем, но возможно использование водоблокирующих нитей и лент
для уменьшения веса и ускорения процесса монтажа.
Кабель может эксплуатироваться при температуре от –40°С до
+50 оС, максимальное растягивающее усилие при установке 50 кН,
минимальный радиус изгиба 300 мм, количество ОВ от 4 до 72.
Фирма ���������������������������������������������������
Phillips�������������������������������������������
(Голландия) разработали оригинальную конструкцию ОК, в которой несущий трос выполнен распределенным
равномерно по сечению кабеля из неметаллических элементов, что
позволяет устанавливать кабель непосредственно на опорах высоковольтных линий передач. Два ОВ расположены вдоль сердечника из полимерного материала, являющегося одновременно армирующим элементом. Вторичная защитная полимерная оболочка
ОВ выполнена трубчатой. Сердечник и ОВ скреплены с помощью
полимерной ленты и помещены внутрь оболочки из полиэтилена.
Поверх этой оболочки накладывают слой из высокопрочных синтетических нитей типа кевлар, внешний защитный шланг из полиэтилена, внутри которого размещены армирующие элементы из
стекловолокна. Максимальное расстояние между точками подвеса
кабеля 200 м, масса ОК 100 кг/км.
45
Навивные кабели подвешиваются методом навивки вокруг несущего, например фазового, провода или провода заземления (грозотроса) на высоковольтных ЛЭП (рис. 4.4).
Для пролетов большой длины и при существовании риска внешних повреждений, например белками, охотниками и пр., ОК
встраивают в качестве центрального элемента в заземляющий трос
или фазовый провод (рис. 4.5).
Особое внимание следует уделить оптическим кабелям, встроенным в грозозащитный трос. При разработке конструкций таких кабелей следует учитывать, что кабель должен обеспечивать стабильность характеристик ОВ в течение длительного периода времени
(не менее 25 лет); обеспечивать надежную защиту линии от ударов
молнии; выдерживать значительные токи короткого замыкания.
Оптический сердечник заключен в трубку из алюминия или из
алюминиевого сплава, которая может быть герметичной и негерме-
Оптический кабель
Трос грозозащитный
Рис. 4.4. Навив оптического кабеля на грозотрос
Рис. 4.5. Оптический кабель, встроенный в грозотрос:
1 – проволока из алюминиевого сплава; 2 – проволока стальная; плакированная алюминием; 3 – трубка оптического модуля из нержавеющей стали; 4 – гидрофобный заполнитель; 5 – оптическое волокно
46
тичной. Она обеспечивает механическую защиту оптического сердечника, имеет низкое электрическое сопротивление. Поверх трубки наложены повивы из проволок, определяющие механическую
прочность кабеля и его электрические параметры.
В ОК, встроенных в грозозащитный или фазовый трос, используется проволока из алюминия или его сплавов, а также стальная
проволока, плакированная алюминием.
В большинстве случаев сечение алюминиевых проволок от 25 до
95 мм2 обеспечивает передачу тока 160 А. Диаметр провода 28,2 мм,
номинальная масса 690 кг/км. Поверх проводов может быть наложена оболочка из сшитого полиэтилена. Подобные конструкции
проводов эксплуатируются в Англии с 1979 г., причем вставка из
такого провода длиной 1 км работает с 1981 г. в линии напряжением 735 кВ. Введение только двух ОВ в конструкцию проводов для
высоковольтных линий передач позволяет обеспечить 2000 телефонных каналов, что заменяет 30 обычных телефонных кабелей.
4.5. Подводные кабели
Эти кабели предназначены для осуществления многоканальной
связи на большие расстояния (до 10000 км). Они должны быть пригодны для прокладки на глубину до 7500 м. Здесь используются в
первую очередь такие достоинства ОК, как малые габаритные размеры и масса, а также большие длины регенерационных участков и
высокая пропускная способность оптического тракта
Специфические особенности прокладки и эксплуатации подводных магистралей предъявляют особые требования к конструкциям
и характеристикам ОК. Важнейшими требованиями являются:
большая разрывная прочность, позволяющая выдерживать нагрузку при прокладке кабеля и подъеме его во время ремонта. Кабели должны обладать прочностью на разрыв не менее 80 кН и выдерживать давление воды до 75 МПа;
пригодность кабеля для прокладки на больших глубинах и сопротивляемость давлению водного столба (кабели должны выдерживать давление воды до 75 МПа);
малое затухание, сводящее к минимуму число регенераторов,
установка которых связана с определенными трудностями;
наличие в оптическом кабеле медных проводников для электропитания регенераторов вдоль магистрали;
надежная герметичная защита оптических волокон от попадания влаги;
стабильность оптических характеристик тракта при длительной
эксплуатации.
47
Кроме того, в зависимости от назначения и области применения
оптических кабелей, некоторые из них должны обладать плавучестью, а другие, наоборот – избыточной массой для прокладки по
дну.
Кабели для подводной прокладки имеют конструкцию, зависящую от места их прокладки. Так, например, глубоководный ОК
для прокладки на дне морей и океанов имеет защиту от гидростатического давления, а кабель для прокладки на мелководье или
в прибрежной полосе обеспечивается защитой от сетей и якорей.
Для защиты ОК от воздействия морской воды, которая под высоким давлением легко проникает через пластмассу, сердечник кабеля обычно защищается медной, алюминиевой или свинцовой
трубкой, а свободное пространство заполняется гидрофобом. Для
необходимой механической прочности используется, как правило, двухслойная проволочная броня из гальванизированной стали
(рис. 4.6).
Морские ОК разделяют на кабели с регенераторами и без них.
Морской ОК без регенераторов предназначен для прокладки между
островами, для преодоления небольших водных преград (рек, озер,
каналов и пр.). Предполагаемая длина такого ОК не превышает
а)
б)
Рис. 4.6. Конструкция морского ОК с регенераторами: а – ОВ скручены и
помещены в общую силиконовую оболочку; б – ОВ в профилированном сердечнике
1 – оболочка; 2 – полиэтиленовая оболочка; 3 – армирующие элементы;
скрученные в разные стороны; 4 – медная трубка; 5 – нейлоновая оболочка; 6 – ОВ; 7 – внутренний проводник; 8 – медный профилированный сердечник; 9 – полиэтиленовая лента
48
50 км. В его конструкцию входит броня, поскольку он предназначен для прокладки по мелководью, а ОВ имеет трехслойное покрытие (первичное, буферное, вторичное защитное).
Подводный ОК с регенераторами используется для больших
расстояний и может прокладываться как на глубине, так и на мелководье (рис. 4.6). Оптический морской кабель связи должен обеспечивать постоянство своих характеристик при воздействии значительных гидростатических давлений; перемещении по дну моря
под влиянием течений и волн; взаимодействии с тралами, якорями, сетями и прочими предметами.
От гидростатического давления ОВ защищается сплошной металлической трубкой (медной или алюминиевой) или металлическим профилированным сердечником. Металлическая трубка
наиболее устойчива к воздействию гидростатического давления и
поперечного сдавливания. Влияние температуры на характеристики ОК незначительно.
4.6. Полевые и внутриобъектовые оптические кабели
Они используются в геологоразведке, в военной технике, а
также в качестве кабелей для временных вставок на магистралях
связи. В процессе эксплуатации полевые ОК подвергаются всевозможным механическим и тепловым воздействиям. Это, прежде
всего, размотка, изгибы, кручение, поперечное сжатие, действие
солнечного излучения и широкого интервала температур (от –60 °С
до +80 °С). Как правило, в зависимости от конструкции эти кабели
имеют: стойкость к циклическим изгибам и перемоткам от сотен до
тысячи раз; растягивающие усилия от 1500 до 3000 Н; стойкость к
гидростатическому давлению от 1 атмосферы и выше; стойкость к
многократным ударам до 10000 и более раз. Кроме того, полевые
ОК должны иметь минимальные габариты и массу. Все это определяет жесткие требования к конструкции и применяемым кабельным материалам.
Некоторые варианты конструкции полевых ОК показаны на
рис. 4.7.
Полевые ОК обычно не содержат металлических элементов. В
качестве силовых и армирующих элементов применяется одноосно-ориентированный волокнистый пластик. Комбинация стеклопластиковых элементов с нитями кевлар (рис. 4.7, б) обеспечивает
высокую устойчивость ОК к сжимающим и растягивающим нагрузкам. В конструкции на рис. 4.7, а армирующие стеклопластиковые
элементы симметрично расположены по периферии ОК. Оптичес49
а)
б)
в)
г)
Рис. 4.7. Конструкции полевых ОК: а – с опорным пластмассовым стержнем; б – с опорным пластмассовым стержнем и нитями кевлар;
в – с симметричным расположением стеклопластиковых элементов; г – со свободной укладкой ОВ и пористым заполнителем
1 – армирующий стеклопластиковый элемент; 2 – оптическое волокно; 3
– опорный пластмассовый стержень; 4 – пластмассовая оболочка; 5 – наружная полимерная оболочка; 6 – нити кевлар; 7 – полимерное покрытие;
8 – волокно типа арамид; 9 – поддерживающие нити
кие волокна в полимерном защитном покрытии скручены и обмотаны нитями арамид.
Межэтажная и поэтажная разводка внутри зданий осуществляется внутриобъектовым оптическим кабелем, отличающимся от
кабеля внешней прокладки повышенной гибкостью и улучшенными массогабаритными показателями за счет использования в
конструкции облегченных упрочняющих покрытий, а также отсутствием элементов защиты от влаги. ОВ в кабелях этого класса
снабжаются буферным покрытием 0,9 мм, которое позволяет осуществлять непосредственную установку соединителей.
Некоторое увеличение затухания, вызываемое ПЗО, не имеет
принципиального значения из-за небольших длин кабельных трасс
в пределах объектов и зданий. Максимальное число волокон серийных внутриобъектовых кабелей, как правило, не превышает 12.
50
В случае необходимости создания внутриобъектовых кабелей с
большим числом волокон применяют конструкцию, аналогичную
кабелям внешней прокладки. Вокруг центрального силового элемента укладывают несколько (в большинстве случаев шесть, реже
двенадцать) обычных микро- или миникабелей и полученный сердечник закрывают сверху общей защитной оболочкой. Для получения в рассматриваемой структуре меньшего числа волокон, некоторые из таких модулей могут заменяться упрочняющими прутками. Кабели такой конструкции обычно изготавливаются на заказ.
Основными элементами конструкции любого кабеля внутренней
прокладки являются:
оптическое волокно в первичном защитном покрытии;
вторичное плотное или полуплотное полимерное защитное покрытие, внутри которого располагается оптическое волокно;
силовой элемент: центральный (стеклопластиковый стержень
или пучок высокопрочных арамидных нитей типа кевлар или тварон) или внешний – один или несколько повивов высокопрочных
арамидных нитей;
защитные покрытия.
Значительное влияние на характеристики ОВ оказывает конструкция защитного полимерного покрытия. Плотное защитное
покрытие более устойчиво к ударам и воздействию раздавливающих нагрузок без повреждения оптического волокна. Такая конструкция обладает высокой гибкостью, возможностью изгиба с небольшим радиусом, однако не предохраняет волокно от напряжений при изменении температуры. В помещениях колебания температур минимальны, а высокая гибкость конструкции желательна
для поворотов на стенах.
Силовые элементы кабеля для внутренней прокладки предохраняют оптическое волокно от нежелательных механических нагрузок, вследствие которых могут возникнуть нежелательные изменения характеристик ОВ. Превышение нормальных нагрузок на
этот кабель приводит ОВ к растяжению. Уровни механического напряжения могут вызывать потери на микроизгибах, что приводит
к увеличению затухания и возможным эффектам усталости. Запас
по растяжению у кабелей небольшой до момента обрыва волокна,
поэтому силовые элементы должны обладать низкой степенью растяжения при ожидаемых растягивающих нагрузках.
Наружные защитные покрытия защищают кабель внутренней
прокладки от атмосферных явлений, воздействия озона, кислот,
растворителей, химических веществ и т. п. Выбор защитного покрытия определяется степенью устойчивости к воздействиям и сто51
имостью. Иногда используют несколько слоев оболочки. Защитные
покрытия изготавливаются преимущественно из полимерных материалов, таких как полиэтилен, ПВХ и фторопласт.
Для кабелей внутренней прокладки предъявляются комплексные требования по пожаробезопасности, включающие не только
нераспространение пламени, но и пониженное выделение дыма,
токсичных и коррозионно-активных продуктов горения. В некоторых конструкциях кабелей в качестве материала для защитных
покрытий применяют полиуретан. Этот материал обладает отличной стойкостью к воздействию озона, кислорода, нефтепродуктов
и химических веществ. Некоторые виды полиуретана являются огнестойкими. Полиуретан довольно жесткий трудноснашиваемый
материал. Он отлично сохраняет геометрическую форму, что делает его в некоторых случаях идеальным защитным покрытием для
кабеля.
Существуют три основных типа кабелей внутренней прокладки:
миникабель с одним или двумя оптическими волокнами;
многоволоконный распределительный кабель для монтажа
внутри зданий;
композитивный многоволоконный.
Миникабель имеет три основных типа конструкции – одноволоконную (��������������������������������������������������������
simplex�������������������������������������������������
), двухволоконную без оболочки (�����������������
zip��������������
-�������������
cord���������
) и двухволоконную в оболочке (���������
duplex���
).
Основным назначением миникабелей является: изготовление
соединительных шнуров; создание кабельной разводки в технических помещениях локальных сетей; формирование горизонтальных
магистралей в структурированных кабельных системах с прокладкой в декоративных коробах до рабочего места.
Наружный диаметр одноволоконных миникабелей составляет
от 2,4 мм до 3,0 мм. Однако в последнее время появились конструкции с наружным диаметром 1,6 мм.
Многоволоконные распределительные кабели содержат более
двух волокон (число волокон должно быть кратно двум) и построены на основе обычной буферной конструкции микрокабеля диаметром 900 мкм. Микрокабели могут быть скручены между собой или
вокруг центрального силового элемента.
4.7. Маркировка оптических кабелей
Кроме знания параметров оптических волокон и кабелей, важным моментом, помогающим на практике выбрать кабель или
52
провести сравнение кабелей при отсутствии информации о них в
соответствующих таблицах, являлся знание системы маркировки
кабелей различными производителями.
Маркировка ВОК достаточно разнообразна и зависит от компании-производителей. Обычно используются два типа маркировки:
кодовая буквенно-цифровая и непосредственная, когда вслед за
маркой кабеля последовательно указываются значения основных
параметров. Рассмотрим маркировку кабелей наружной прокладки.
Маркировка кабелей ЗАО «Самарская оптическая кабельная
компания». Примером непосредственной цифровой маркировки
(кроме буквенных обозначений типа кабеля) может служить кодировка обозначений кабелей, используемая Самарской оптической
кабельной компанией (СОКК), представленная в табл. 4.1. Элементы маркировки отделяются символом « - «.
Например: ОКЛ-01-6-16-10/125-0.36/0.22 -3.5/18-1.0
Таблица 4.1
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Код
Расшифровка кода маркировки
Оптический кабель, встроенный в грозотрос, для подвески
ОКГТ
на опорах ЛЭП
Оптический кабель для прокладки в трубах, коллекторах,
ОКЛ
кабельной канализации и внутри зданий
Оптический кабель для прокладки в трубах, коллекторах,
ОКЛК кабельной канализации, грунтах всех категорий, на мостах,
через болота и водные переходы
Оптический кабель для прокладки в трубах, коллекторах,
OK���
ЛСг кабельной канализации, в гравийно-песчаных и тяжелых
глинистых грунтах, с защитой от грызунов
Оптический кабель самонесущий для подвески на опорах
ОКЛЖ
линий связи, контактной сети железных дорог и ЛЭП
01,02,
Модификация типа кабеля
S, MT
Количество элементов в повиве сердечника (кроме ОКГТ-МТ)
2-96
Количество оптических волокон
Диаметр сердцевины/диаметр оболочки в мм
Коэффициент затухания в дБ/км на длинах волн
1310 нм/1550 нм
Хроматическая дисперсия в пс/нм/км на длинах волн
1310нм/1550нм
Допустимая растягивающая нагрузка в кН
или (для ОКГТ) внешний диаметр кабеля в мм
Для ОКГТ – термическая стойкость к току КЗ в кА
Для ОКГГ – разрывная нагрузка в кН (или кГ)
53
Маркировка кабелей компании «����������
Fujikura��
». Структура маркировки кабелей наружной прокладки компании «����������������
Fujikura��������
» приведена в табл. 4.2.
Например: FR����
������
-���
OG� JF�
��� LAP���������������
������������������
SM.�����������
��������������
10/125 (05×48) C�
��
Таблица 4. 2
№
Код
Расшифровка кода маркировки
1
FR���
-��
OG
2
OGC
Кабель с замедленным распространением горения
Кабель типа корда (для легкого оснащения оптическими коннекторами)
Неметаллический (полностью диэлектрический)
кабель
Кабель с волокнами, упакованными в плоскую ленту
Однослойный или многослойный ОВ модуль, с волокнами в плоской ленте
Трубчатый модуль со свободной укладкой ОВ
Сердечник с профильными пазами для укладки ОВ
Одномодульный тип
Гидрофобный заполнитель
Полиэтиленовая оболочка
Алюминированный полиэтилен
Оболочка из ПВХ
Гофрированная металлическая броня
Самонесущий кабель
С цветным покрытием
ОМ волокно с сердечником/оболочкой 9/125 мкм
Упаковка ОМ волокна в плоскую ленту с числом волокон пп и с сердечником 9 мкм и оболочкой 125 мкм
ОМ волокно со сдвигом дисперсии и с сердечником/
оболочкой 8/125 мкм
ОМ волокно со смещенной ненулевой дисперсией и с
сердечником/оболочкой 9/125 мкм
ММ волокно с сердечником 50 мкм и оболочкой 125
мкм
ММ волокно с сердечником 62,5 мкм и оболочкой 125
мкм
Упаковка ММ волокна в плоскую ленту с числом
волокон пп с сердечником 62,5 мкм и оболочкой 125
мкм
Число (����������������������
nn��������������������
) оптических волокон
Диаметр медной проволоки
Число медных проводов
Число пар медных проводов
Число двойных пар медных проводов
OGNM
OGT
3
4
5
6
L
S
U
JF
E
LAP
V
-CM
-SS
-W
SM,9/125,UV
SM.9/125,UVnn
DSM.8/125,UV
DSMNZ,9/125.
UV
G,50/125
G,62/125
G,62/125-nn
7
8
9
54
(x nn)C
+(d)
(mm)C
(mm)P
(mm)Q
5. Технология изготовления
волоконно-оптических кабелей
5.1. Технология нанесения вторичного защитного полимерного
покрытия на оптическое волокно
В зависимости от назначения технологические процессы и операции производства оптического кабеля включают: изготовление
заготовки и из нее оптического волокна, наложение на оптическое
волокно защитной полимерной оболочки, скрутку волокон, наложение оболочки (металлической, пластмассовой), наложение защитных покровов, в том числе брони.
В большинстве машин для изготовления оптического кабеля
имеется четыре основных механизма: отдающее устройство, в которое устанавливается отдающая тара или заготовка; рабочий механизм, с помощью которого осуществляется заданный технологический процесс; тяговое устройство, обеспечивающее продольное
перемещение изготавливаемого изделия через машину с постоянной линейной скоростью; приемное устройство, в которое устанавливают приемную тару и в которое поступает изделие, прошедшее
через машину.
С целью уменьшения операций перезаправки машин, сокращения внутрицеховых перемещений применяют совмещение нескольких технологических операций в один технологический процесс.
Технологический процесс изготовления оптических кабелей базируется на основных принципах кабельной технологии.
Различают защитное покрытие (ЗП) – плотное (покрытие с обжатием) и свободное. При наложении плотного защитного покрытия на оптическое волокно основным условием является точное его
расположение в геометрическом центре оболочки. Причинами эксцентриситета могут быть несоответствие диаметра отверстия дорна диаметру оптического волокна, наличие в головке пресса отдельных участков с различной температурой и т. д.
Другой особенностью наложения покрытия с обжатием является режим охлаждения.
Экспериментально установлено, что целесообразно производить охлаждение покрытого с обжатием оптического волокна на
воздухе, так как коэффициент теплоотдачи в воздухе значительно
ниже, чем в воде, и охлаждение происходит не так резко, и не возникает отрицательных явлений, присущих охлаждению водой. От
скорости охлаждения зависит и внутренняя структура полимера:
чем меньше скорость охлаждения, тем выше содержание кристал55
лической фазы в полимерной оболочке. При быстром охлаждении
преобладает аморфная фаза. Количественное соотношение этих фаз
в конечном итоге определяет механические характеристики полимерных покрытий.
Особенность процесса наложения трубчатой полимерной оболочки, в которой оптическое волокно лежит свободно во внутренней полости, связана также с режимом охлаждения. При охлаждении оболочка усаживается как в радиальном, так и в продольном
направлениях, деформируя оптическое волокно. Вследствие этого
оно располагается внутри полости трубчатой оболочки по какой-то
пространственной кривой. При этом наблюдаются дополнительные потери энергии. Для устранения этого явления необходимо,
чтобы усадка трубчатой оболочки происходила вблизи формирующего инструмента на коротком участке длины. С этой целью следует установить ванну с холодной водой как можно ближе к головке
пресса. Оптическое волокно при этом будет располагаться в сформировавшейся осажденной трубчатой оболочке свободно и почти
прямолинейно, что обусловит неизменность передаточных характеристик оптического волокна.
Учет приведенных выше технологических особенностей наложения полимерных покрытий обеспечивает получение защищенного
оптического волокна без значительных изменений передающих
характеристик. При этом необходимо отметить, что все эти особенности характерны для традиционных полимерных материалов, используемых в кабельной промышленности.
Экструзионная линия (рис. 5.1) предназначена для нанесения
защитного покрытия на оптическое волокно, позволяет перерабатывать поливинилхлоридный пластикат, полиэтилен, полиамид,
фторопласты и т. п.
1
2
3
4
5
6
Рис. 5.1. Схема экструзионной линии для нанесения защитного покрытия на оптическое волокно:
1 – отдающее устройство с регулятором натяжения; 2 – направляющий
ролик; 3 – экструдер; 4 – охлаждающая ванна; 5 – прибор измерения и регулировки диаметра; 6 – тяговое и приемное устройство
56
При этом радиальная толщина покрытия составляет от 0,05
до 1,0 мм. Допуск по наружному диаметру защитного покрытия
0,01 мм. Линейная скорость нанесения защитного покрытия от 5
до 100 м/мин.
Линия состоит в основном из тех же узлов, что и аналогичные
экструзионные линии для изготовления электрических кабелей,
но имеет и свои особенности, обусловленные следующим. Движение оптического волокна должно происходить прямолинейно, без
рывков, так как перегибы волокна при одновременном приложении осевых усилий могут привести к его разрушению. Поэтому в
ней для варьирования натяжения предназначено устройство, регулирующее вращающий момент на приемном барабане. Наряду с
этим необходим строгий контроль натяжения оптического волокна
на всех участках экструзионной линии. Величина создаваемого натяжения не должна приводить к обрыву оптического волокна или
появлению остаточных деформаций в готовом изделии. В то же время тормозящий момент на отдающей катушке должен несколько
превышать ее собственный инерционный момент.
Отдающее устройство пинольного типа с принудительным вращением катушки с диаметром щеки от 250 до 500 мм обеспечивает
размотку оптического волокна с натяжением от 0,3 до 6 Н с точностью поддержания заданного уровня натяжения ± 10 %. Отдающая
катушка перемещается в направлении, перпендикулярном оси линии для уменьшения воздействия на оптическое волокно изгибающих нагрузок.
Оптические волокна сматываются с катушки через регулирующий ролик, с помощью которого поддерживается постоянным их
натяжение.
Для подачи оптического волокна в головку экструдера используется направляющий ролик, который может быть соединен с устройством для нанесения на оптическое волокно специального герметизирующего желеобразного заполнения.
Головка пресса может быть снабжена устройством для создания
вакуума при нанесении плотного защитного покрытия или узлом
подачи желеобразного заполнения с нанесением покрытия в виде
трубки. В последнем случае желеобразное заполнение разогревается в специальной емкости и по системе трубопроводов подается в
дорновую часть.
Процесс формирования концентрического полимерного защитного покрытия происходит за счет выхода под давлением расплавленного полимера через конический кольцевой зазор между установленными в головке экструдера дорном и матрицей.
57
На рис. 5.2, а показан схематический разрез головки экструдера для наложения защитного полимерного трубчатого покрытия на
оптический волоконный жгут. Особенность головки состоит в наличии внутри полости дорна дополнительной направляющей трубки
для прохождения пучка волокон. На конце направляющей трубки
имеются отверстия для ее охлаждения. Одновременно с оптическими волокнами могут располагаться по периметру полимерные
нити, предохраняющие оптические волокна от контакта с нагретой
трубкой и расплавом полимера. На рис. 5.2, б показана схема узла
для наложения трубчатого защитного полимерного покрытия на
оптический жгут.
Охлаждающее устройство представляет собой ванну с тремя секциями, в которых температура воды изменяется от 90 до 20 °С. Первая секция охлаждающей ванны выполнена телескопической, что
позволяет регулировать расстояние между головкой и охлаждающей ванной в зависимости от конструкции защитного полимерного
покрытия и вида перерабатываемого материала. Охлажденное оптическое волокно в полимерной оболочке сушится с помощью обдува сжатым воздухом.
а)
б)
Рис. 5.2. Схема экструзионной головки пресса для наложения защитного
полимерного покрытия на жгут из ОВ: а – общий вид; б – узел
наложения полимерной трубки на оптический жгут
1 – канал для расплавленного полимера; 2 – головка экструдера; 3 – матрица; 4 – дорн; 5 – направляющая трубка; 6 – оптический жгут; 7 – расплавленный полимер; 8 – отверстия
58
Контроль диаметра осуществляется оптическим прибором, который обеспечивает непрерывное измерение диаметра оболочки от
0,15 до 3,0 мм с точностью ±0,01 мм. При отклонениях от заданных
параметров выдает соответствующие сигналы управления синхронизатору, который регулирует скорости вращения шнека и тянущего устройства.
Привод приемного устройства обеспечивает натяжение оптического волокна в ПЗО или трубчатой ЗО в пределах от 0,5 до 15 Н. При
намотке на приемную катушку оптическое волокно находится под
определенным натяжением. Превышение этих напряжений допустимых норм может отрицательно сказываться на его механических
и оптических характеристиках.
5.2. Технология скрутки оптических волокон
Скрутка оптических волокон является одним самых ответственных моментов изготовления оптических кабелей. Наличие напряжений в ОВ резко ухудшает его механические характеристики.
Например, при напряжении 20 МПа затухание в волокне достигает 40 дБ. Из этого следует, что волокно на всех стадиях до и после
скрутки абсолютно не должно подвергаться воздействию напряжения. Однако полностью избежать напряжений почти не удается.
Типичные значения напряжений при скрутке 1–2 МПа при относительном удлинении 0,05–0,1 %. Поэтому требования к параметрам
скрутки следует устанавливать исходя из стойкости оптического
волокна к механическим напряжениям, возникающим в результате деформации при данной технологической операции. Укладка
ОВ вокруг сердечника кабеля по винтовой линии осуществляется
за счет деформации сдвига. Практика показала, что оптическое волокно очень плохо противостоит этому виду деформации. В деформированном волокне возникают продольно-осевые напряжения,
величина которых зависит от соотношения радиуса навива и шага
скрутки.
Лучше всего оптическое волокно защищено от воздействия механических усилий при скрутке, если защитная полимерная оболочка наложена в виде трубки. При этом длина волокна приблизительно на 0,1 % больше, чем длина трубки (избыточная длина).
Экспериментально показано, что равномерность распределения
избыточной длины вдоль трубки значительно влияет на качество
скрутки.
Машины для скрутки оптических кабелей относятся к классическому типу машин однонаправленной скрутки, т. е. в них отдаю59
щее устройство вращается вокруг оси кабельного изделия. Имеются для скрутки оптических кабелей также машины, в которых отдающее и приемное устройства неподвижны, а вокруг оси скрутки
вращается самостоятельный крутильный узел. Это так называемые
машины разнонаправленной скрутки. Их часто называют машинами SZ���������������������������������
�����������������������������������
-скрутки или реверсивной скрутки.
Основным параметром, характеризующим процесс скрутки,
является шаг скрутки. К числу вспомогательных параметров относятся кратность шага скрутки, угол скрутки, а также модуль
скрутки. Крутильные машины однонаправленной скрутки делятся
на клетьевые и дисковые.
Клетьевые крутильные машины (рис. 5.3) нашли широкое применение для скрутки оптических кабелей. Они состоят из отдающего устройства для сердечника кабеля, крутильного фонаря, лентообмотчика, тягового и приемного устройств, пульта управления.
Они обеспечивают скрутку оптических волокон с линейной скоростью до 50 м/мин. Диаметр по скрутке до 20 мм, шаг скрутки от 30
до 400 мм. Количество скручиваемых элементов 12. В более поздних модификациях количество скручиваемых элементов увеличено до 24. Отдающее устройство для сердечника кабеля обеспечивает
регулировку натяжения от 5 до 50 Н и предназначено для катушек
с диаметром щеки от 350 до 800 мм.
Крутильный фонарь предназначен для скрутки оптических
волокон с частотой вращения от 0 до 100 об/мин с плавной регулировкой во всем диапазоне. Заправочная скорость 2 м/мин. Направление вращения фонаря – правое и левое. Оптические волокна
отдаются с катушек с диаметром щеки до 250 мм.
Лентообматывающее устройство обеспечивает обмотку скрученной заготовки кабеля лентами шириной от 8 до 25 мм с частотой
Рис. 5.3. Схема клетьевой однофонарной крутильной машины для скрутки оптического сердечника:
1 – отдающее устройство для сердечника кабеля; 2 – тяговое устройство; 3 – фонарь крутильной машины; 4 – катушки с оптическими волокнами; 5 – розетка; 6 – лентообмотчик; 7 – тяговое устройство; 8 – синхронизатор; 9 – приемное устройство
60
вращения от 80 до 500 об/мин. Диаметр ролика ленты до 400 мм,
направление вращения – правое и левое, количество лент –4, натяжение регулируется в пределах 0,6–1 Н.
Дисковые крутильные машины для скрутки оптических волокон разработаны фирмами Kabmatic�����������
�������������������
(Швеция), ������
Ferro� ��������
Technic�
(Швейцария) и представляют собой крутильный диск, насаженный
на полый вал с приводной шестерней на входном и распределительной розеткой на выходном концах (рис. 5.4). Машина позволяет
скручивать 18 элементов с линейной скоростью до 55 м/мин. Шаг
скрутки изменяется от 58 до 350 мм, диаметр по скрутке от 6 до
12 мм.
Отдающее устройство позволяет применять катушки с диаметром щеки 400–1200 мм и снабжено пневматическим дисковым тормозом, регулирующим усилие натяжения сердечника.
Крутильный диск предназначен для скрутки оптических волокон с частотой вращения от 0 до 100 об/мин. Направление вращения фонаря – правое и левое. Оптические волокна скручиваются с
катушек с диаметром щеки до 260 мм. Натяжение волокна регулируется для каждой катушки с помощью тормозной ленты или тросика в пределах от 0 до 5 Н.
Машины разнонаправленной скрутки (�����������������������
SZ���������������������
-скрутки) используют
распределительные розетки не неподвижные, как в машинах однонаправленной скрутки, а совершающие колебательно-вращательное движение, т. е. делающие поочередно неполные обороты (на
180 – 270 °) в обе стороны. Фактически при этом получается не полная скрутка, а спиралеобразная укладка элементарного пучка, что,
естественно, несколько ухудшает гибкость кабеля в целом. Основным преимуществом машины разнонаправленной скрутки являет-
Рис. 5.4. Схема дисковой крутильной машины для скрутки оптического
кабеля:
1 – отдающее устройство для сердечника кабеля; 2 – направляющие ролики; 3 – тяговое устройство; 4 – дисковая крутильная машина; 5 – розетка; 6 – лентообмотчик; 7 – тяговое устройство; 8 – счетчик длины; 9
– синхронизатор; 10 – приемное устройство
61
ся возможность компоновки на их базе поточных линий, совмещающих, например, скрутку с наложением защитной оболочки.
5.3. Технология наложения оболочки на скрученную заготовку
оптического кабеля
Общими требованиями к оболочке оптического кабеля являются: высокая прочность на разрыв; малое относительное удлинение
и отсутствие явления ползучести; высокая гибкость, стойкость к
образованию петель; сопротивление удару, раздавливающим нагрузкам, истиранию; малая толщина и масса; сбалансированность
крутящих моментов; технологичность изготовления.
Оболочка может включать в себя полимерный шланг, металлическую или алюмополиэтиленовую оболочки, оплетку стальными
проволоками, защитные покровы. При осуществлении этих операций появляется опасность теплового удара и механических деформаций оптических волокон. При повышении температуры выше допустимого уровня могут произойти необратимые деформации в элементах конструкции (усадка, сваривание отдельных элементов) и в
конечном итоге ухудшение работоспособности оптического кабеля.
Для предотвращения этих нежелательных явлений наложение
оболочки на заготовку следует производить с воздушным зазором.
Уменьшению величины теплового удара способствует также обмотка скрученной заготовки нагревостойкими лентами и промежуточное наложение оболочки небольшой толщины. Наложение полимерных защитных оболочек осуществляется на экструзионных линиях, технологическая схема которых аналогична представленной
на рис. 5.1.
Для наложения металлических (алюминиевых и стальных) оболочек на оптический кабель используется дуговая сварка в среде
защитного газа. Разогрев и оплавление кромок свариваемой оболочки производятся электрической дугой, возникающей между
основным металлом и электродом. При этом создается так называемая сварочная ванна, которая при затвердевании образует сварочный шов. При дуговой сварке содержащиеся в воздухе кислород и
азот могут взаимодействовать с расплавленным металлом, образуя
окислы и нитриды, снижающие прочность и пластичность сварного
соединения. Для устранения этого в зону сварки вводят защитные
газы, чаще всего инертные – аргон, гелий и их смеси.
Гладкие оболочки из алюминия и стали не обладают гибкостью,
необходимой для их намотки и размотки с обычных кабельных барабанов при ручной и механизированной прокладках. Для сущест62
венного повышения гибкости алюминиевых и стальных оболочек
их гофрируют.
Сущность процесса гофрирования заключается в нанесении по
заранее заданному закону вмятин на гладкую цилиндрическую
поверхность заготовки. При этом во избежание повреждения оптических волокон внутренний диаметр гладкой оболочки выбирается
большим, чем наружный диаметр заготовки кабеля, на двойную
глубину вмятин (гофров). В результате оболочка приобретает профиль, у которого обжатые участки чередуются с выпуклыми.
Гофрированные оболочки не только обладают большой гибкостью и хорошо противостоят сжимающим усилиям, но и как следствие этого отлично сохраняют свою форму при изгибах, что весьма
важно в процессе прокладки, а в некоторых случаях и при эксплуатации кабелей. В то время как гладкие свинцовые и алюминиевые
оболочки, как и любые гладкие трубы, склонны к образованию трещин при изгибах, гофрированные алюминиевые и особенно стальные оболочки хорошо сохраняют свое круглое сечение. Это преимущество стальных гофрированных оболочек особенно важно для оптических кабелей связи, которые при деформациях оболочки легко
сдавливаются и повреждаются.
При нанесении методом экструзии на гофрированную оболочку
из ламинированных сополимером лент Zetabon�����������������
������������������������
полиэтиленового
защитного шланга происходит сваривание сополимера лент с экструдированной массой шланга. Это хорошо герметизирует ОК от
попадания влаги.
Нанесение алюмополиэтиленовой оболочки, состоящей из алюминиевой ленты толщиной 0,15 мм, на которой находится слой полиэтилена, осуществляется следующим образом. При производстве
оптических кабелей ленту накладывают продольно под полиэтиленовую оболочку, причем при наложении обеспечивается перекрытие
кромок ленты. При наложении полиэтиленовой оболочки поверх
алюмополиэтиленовой ленты методом экструзии происходит их сваривание. Между оболочкой и лентой исключается пространство, в
которое могла бы проникнуть вода при повреждении оболочки.
Наложение защитных оплеток из стальных проволок осуществляется на оплеточных машинах челночного типа. Оплетка представляет собой покрытие кабеля проволокой в двух направлениях,
когда пряди проволок одного направления переплетаются с прядями противоположного направления. Если число проволок во всех
направлениях одинаково, то такую оплетку называют симметричной. Натяжение проволок должно быть одинаковым. Как отмечалось в гл. 3, защитные покровы, предназначенные для защиты ка63
белей от механических повреждений и от коррозии, состоят, как
правило, из следующих элементов: брони, подушки и наружного
защитного покрова. Броня выполняется из стальных лент или проволок. Подушка состоит из полимерных лент, бумаги, кабельной
пряжи. Наиболее современные защитные покровы имеют в качестве подушки или наружного защитного покрова экструдированный
полиэтиленовый или поливинилхлоридный шланг.
6. Методы испытания
волоконно-оптических кабелей
6.1.����������������������������
Классификация
���������������������������
испытаний ВОК
Одним из основных рычагов повышения качества ОК является
их комплексная стандартизация, начиная от применяемых материалов и кончая эксплуатацией готовых изделий.
Условия проведения испытаний и перечень контролируемых
параметров ОК оговаривается в стандартах частных и общих технических условий на изделия.
По характеру воздействующей на ОК нагрузки испытания подразделяются на механические, климатические, электрические и
радиационные.
В зависимости от целей все испытания разбиты на две основные
группы:
исследовательские – для изучения определенных свойств изделий, и
контрольные – для контроля качества изделий.
Наибольший интерес из числа исследовательских испытаний
представляют:
граничные – для определения зависимостей между предельно допустимыми значениями параметров изделий и эксплуатационными;
сравнительные двух или более типов изделий, проводимые в
идентичных условиях для сравнения характеристик качества;
ускоренные, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в более короткий
срок, чем в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации.
Более представительной группой являются контрольные испытания, к которым в первую очередь следует отнести такие испытания, как приемо-сдаточные, периодические, типовые, испытания
на надежность, ресурсные испытания.
Большое разнообразие условий эксплуатации и видов нагрузок,
которым могут подвергаться ОК, не позволяет ограничиться про64
ведением какого-либо одного вида испытания, для того чтобы гарантировать надежную работу изделий в различных случаях применения.
Для контроля соответствия ОК требованиям НТД действующие
стандарты устанавливают обязательное проведение нескольких категорий испытаний:
приемо-сдаточные испытания, которым подвергается каждая
партия изделий, предъявляемая к проверке. При этом проверяются либо все изделия, входящие в партию, либо их часть, в зависимости от того, являются ли испытания разрушающими или нет.
Последовательность приемо-сдаточных испытаний, принятая в
стандартных ТУ, предусматривает первоочередное выявление наиболее грубых дефектов. Это ошибки маркировки, наличие коротких замыканий и обрывов;
периодические испытания, которые проводятся обычно каждый
месяц или квартал, а также в начале выпуска изделий на заводеизготовителе и при возобновлении производства после временного
его прекращения; результаты периодических испытаний распространяются на все партии, выпущенные в течение определенного
времени. Периодические испытания включают в себя такие виды
испытаний, при которых вырабатывается часть ресурса (длительная вибрация, многократные удары, термоциклы), и сравнительно
дорогостоящие, такие как испытания на работу при повышенной
температуре и контроль оптических и электрических параметров
ОК, поэтому они всегда являются выборочными;
типовые испытания, которые также являются выборочными.
Они относятся к разрушающим и предназначены для оценки стойкости конструкции при различных видах механических и климатических воздействий. Эти испытания проводятся сравнительно
редко – перед началом серийного производства и в случае изменения конструкции изделий или применяемых материалов;
испытания на долговечность и сохраняемость, которые проводятся с целью подтверждения установленного в НТД значения минимальной наработки до отказа и срока сохранности ОК.
квалификационные испытания Они проводятся для оценки готовности производства к выпуску вновь разработанного изделия и
соответствия его НТД. В состав этих испытаний включают все виды
испытаний, предусмотренных в НТД, за исключением проверки сохраняемости;
ресурсные испытания, которые целесообразно проводить на этапе опытно-конструкторской работы, а также при модернизации
конструкции или технологии ОК. Они включают в себя испытания
65
на долговечность, сохраняемость и периодические испытания изделий, проводимые с целью оценки качества и надежности изделий
при сравнении различных конструктивно-технологических решений в процессе модернизации изделий. На основании ресурсных
испытаний принимается решение по улучшению качества и повышению надежности ОК;
граничные испытания, предназначенные для определения максимальных эксплуатационных характеристик ОК; они весьма эффективны для оценки возможностей конструктивно новых изделий. При граничных испытаниях ОК оцениваются предельные нагрузки на изделия, на основании которых определяются безопасные
величины нагрузок при эксплуатации (не вызывающие ухудшения
качества и надежности применяемых изделий), виды нагрузок и
режимы испытаний для выявления потенциально ненадежных изделий, виды и механизмы наиболее характерных отказов.
Готовые изделия, предъявляемые к приемочным испытаниям,
должны быть предварительно подвергнуты цехом-изготовителем
сплошному контролю по характеристикам, отнесенным в НТД к
категории приемо-сдаточных испытаний. При необходимости также предусматривается сплошной или выборочный контроль по отдельным другим характеристикам из числа установленных НТД.
Проверенные цехом-изготовителем изделия предъявляются на
приемку, как правило, партиями. Каждая партия должна иметь
соответствующую сопроводительную документацию. Испытания
проводятся по специально разработанной программе испытаний
(ПИ), в которой в общем случае должны быть предусмотрены:
порядок подготовки к испытаниям (выдержка в нормальных условиях и т. п.);
способ установки и крепления изделий при испытаниях;
условия проведения испытаний (температура, влажность, ускорение, продолжительность испытаний);
электрический режим испытаний (напряжение, ток, частота и
т. д.);
меры предосторожности при подготовке выводов ОВ;
порядок включения наибольших напряжений.
Для оценки ОК могут быть использованы результаты лабораторных, заводских, полигонных или специальных полевых испытаний. Так, если оптические кабели связи отличаются большим
сроком службы, определяемым несколькими десятками лет, то
выбор методики и способов их испытаний в значительной степени
осложняется. Длительные испытания связаны с большими практическими трудностями. Кроме того, в реальных условиях на ОК
66
воздействует большое количество различных факторов, полностью
учесть которые практически невозможно.
Сущность ускоренных испытаний на надежность состоит в том,
что испытуемое изделие ставится в более тяжелые условия по сравнению с теми, в которых оно находится при реальной эксплуатации. Нагрузка на исследуемое изделие увеличивается настолько,
что процесс ее влияния значительно ускоряется. При этом одной
из важнейших практических задач является разработка такой методики, при которой искусственно создаются форсированные режимы работы и устанавливаются соотношения, позволяющие перейти от результатов ускоренных испытаний к характеристикам,
соответствующим нормальной эксплуатации.
Существует достаточно большое количество различных испытаний, однако это не означает, что каждый кабель должен подвергаться всем, без исключения, испытаниям. Так, если кабель в
процессе эксплуатации не предполагается подвешивать на опорах
высоковольтных линий, то нет смысла в испытаниях на вибрацию
и галопирование. Некоторые испытания могут быть объединены,
например испытания на перемотки и растяжения.
Испытания ОК отличаются достаточно большой трудоемкостью
и громоздкостью. Создание механических нагрузок требует довольно громоздких приспособлений и механизмов, в то же время
для измерения изменения электрических параметров необходимо
пользоваться очень точной аппаратурой и проводить достаточно
сложные и громоздкие расчеты. При измерении некоторых характеристик ОК, например затухания, требуются значительные
его длины, порядка 1000 и более метров. При испытании больших
длин на температурные воздействия требуются вместительные термокамеры, большие по размерам вибростенды для проверки виброустойчивости и т. д. Все это создает дополнительные трудности.
Кроме того, большой расход дорогостоящего ОК связан со значительными затратами.
Поэтому ускоренные испытания стараются проводить на возможно более коротких отрезках кабеля, что позволяет поставить на испытание большее количество образцов, а следовательно, получить более
полные статистические данные и, как следствие этого, более достоверные результаты. Однако изменения оптических и электрических
характеристик на коротких отрезках кабеля менее заметны и для их
выявления требуется большая точность измерений. Возникает опасность получения ошибок за счет разделки и подключения концов кабеля. Поэтому приходится принимать особые меры предосторожности для избежания погрешности за счет концевого эффекта.
67
6.2. Методы и особенности основных видов
испытаний ВОК
Все испытания, проверки и измерения, если в описании их методов нет особых указаний, должны проводиться в нормальных климатических условиях по ГОСТ или стандарту МЭК.
При испытании кабелей на стойкость к механическим воздействиям и воздействиям внешних факторов необходимо руководствоваться следующим:
испытания следует проводить на отобранном барабане с кабелем
длиной не менее 1000 м, если в методике не указана другая длина
образца;
перед испытанием образец выдерживается в нормальных климатических условиях не менее двух часов, если в описании метода
отсутствуют другие указания;
длина концов образцов ОК должна обеспечивать подключение к
измерительному прибору каждого ОВ;
образец считается выдержавшим испытание, если в нем нет
обрывов ОВ, приращение затухания оптического сигнала в ОВ не
превышает допустимых значений, указанных в технической документации на ОК.
6.2.1. Методы измерения конструктивных параметров
Проверка кабеля и его элементов на соответствие конструкции
должна проводиться внешним осмотром без применения увеличительных приборов согласно МЭК 60811-1-1, ГОСТ 12177.
Конструктивные размеры ОК проверяются согласно ГОСТ 12177
(табл. 6.1). Запрещается проводить измерения в местах маркировки ОК.
Измерение диаметров ОК должно проводиться в двух взаимоперпендикулярных направлениях и т. д.
Таблица 6.1
Параметр
68
Метод испытания
Диаметр оболочки���
ОВ
��
МЭК60793-1-А1. МЭК60793-1-А2
Некруглость оболочки ОВ
МЭК60793-1-А1,��������������
МЭК60793-1-А2
Диаметр� O�������������
��������������
В по покрытию
МЭК�����������
60793-����
1-АЗ
Некруглость покрытия ОВ
Диаметр сердцевины
многомодового ОВ
Некруглость сердцевины
многомодового ОВ
МЭК�����������
60793-1-A3
МЭК60793-1-А1А
МЭК�������������
60793-1�����
-А 1В
Продолжение табл.
Параметр
Метод испытания
Ошибка концентричности сердцевины и оболочки многомодового ОВ
Диаметр окрашенного ОВ
Диаметр ОМ
Диаметр центрального силового
элемента
Диаметр внутренней защитной
оболочки
Толщина бронепокрова
Толщина шланга
Наружный диаметр кабеля
МЭК�������������
60793-1�����
-А 1В
ГОСТ������
26792
МЭК����������
60811-1-1
МЭК����������
60811-1-1
МЭК����������
60811-1-1
МЭК 60811-1-1
МЭК����������
60811-1-1
МЭК����������
60811-1-1
Методы измерения передаточных и оптических характеристик
приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Характеристика
Коэффициент затухания
Диаметр модового поля
Профиль показателя
преломления
Коэффициент хроматической
дисперсии
Длина волны отсечки
Длина волны нулевой
дисперсии
Максимальный наклон
дисперсионной кривой
в точке нулевой дисперсии
Числовая апертура
Коэффициент широкополосности
Метод испытания
МЭК 60793-1-С 1 А, МЭК 60793-1-С 1 С
ГОСТ 26814 11.1.2, ГОС1 2681411.2
МЭК 60793-1-C9B
МЭК60793-1-А1А,����������������
ГОСТ�����������
26792,11.7
МЭК 60793-1-C5C, 1 ‘OCI 26792, 11.5.4
МЭК 60793-�����
1-С7Л
МЭК 60793-�����
1-С5Л
МЭК 60793-�����
1-С5Л
МЭК 60793-1-C6, 1 OCI 2681411.3
МЭК 60793-�����������������
1-С2Л,�����������
IUC126814 ii.
�������
4.2
6.2.2. Методы испытания ВОК на стойкость
к механическим воздействиям
Методы испытания ОК на стойкость к механическим воздействиям приведены в табл. 6.3
Известно, что при прокладке и монтаже кабель подвергается
минимально двукратному изгибу, поэтому при испытаниях он должен выдержать также минимум два изгиба. Однако, учитывая, что
кабель является восстанавливаемым изделием с большим сроком
службы, то в процессе долголетней эксплуатации он может подвергаться дополнительным изгибам во время ремонта и устранения
69
Таблица 6.3
Название испытания
Стойкость к растягивающим
усилиям
Стойкость к раздавливающим
усилиям
Стойкость к удару
Стойкость к циклическим изгибам
Стойкость к осевому кручению
Стойкость к знакопеременному
изгибу
Стойкость к образованию петли
Стойкость к перематыванию
Стойкость к рывку
Стойкость к высокотемпературному и низкотемпературному изгибам
Стойкость к истиранию
Стойкость к вытеканию компаунда
Стойкость трубки модуля
образованию петли
Стойкость к изгибу под нагрузкой
Стойкость оболочки к перерезанию
Стойкость элементов ОК к изгибу
Стойкость компаунда к вытеканию
и испарению
Жесткость ОК
Стойкость к повреждению
от выстрелов
Стойкость к вибрации
Стойкость к галопированию
Метод испытаний
МЭК������������������
60794-�����������
1- 2-EIA(B)
��������
МЭК����������������������������
60794-���������������������
1�������������������
-2-E3,�������������
ГОСТ��������
12182.6
МЭК��������������
60794-�������
1�����
-2-E4
МЭК����������������������������
60794-���������������������
1�������������������
-2-E6,�������������
ГОСТ��������
12182.8
МЭК����������������������������
60794-���������������������
1�������������������
-2-E7,�������������
ГОСТ��������
12182.7
МЭК��������������
60794-�������
1�����
-2-E8
МЭК����������������
60794-���������
1-2-���
10
МЭК������������������������������
60794-�����������������������
1-2-�����������������
11,�������������
ГОСТ��������
12182.4
МЭК�����������
60794-����
1���
-E9
МЭК�������������������������
60189-1,����������������
Е1А/Т1А-455-37А
МЭК��������������
60794-�������
1�����
-2-E2
МЭК����������������
60794-���������
1-2-���
14
МЭК��������������
60794-�������
1�����
-2-G7
МЭК����������������
60794-���������
1-2-���
18
МЭК���������������
60794-��������
1-2-���
12
МЭК��������������
60794-�������
1�����
-2-GI
МЭК����������������
60794-���������
1-2-���
15
МЭК��������������������
60794- 12-Е17А(В,С)
������������
МЭК��������������
60794-1������
-2-Е13
BellcoreTR-NWT-001121
Bellcore TR-NWT-001121
повреждений. Не исключена перекладка ОК в колодцах кабельной
канализации в связи с ремонтом или реконструкцией кабельной
сети или других подземных сооружений. Поэтому необходимо, чтобы кабель при испытаниях выдерживал минимум три изгиба.
В мировой практике отдельные конструкции ОК подвергаются
испытаниям на перемотки. Это испытание аналогично изгибу, но
преследует другую цель. Обычно при испытании на изгиб проверяют механическую прочность оболочки, а при испытании на перемотки – стабильность оптических и электрических характеристик.
Как правило, перемотка производится с первого барабана на второй и со второго снова на первый. При этом вторичное навивание
кабеля (со второго барабана на первый) осуществляется с изгибом
кабеля в противоположном направлении. Выбор радиуса изгиба
70
при испытании кабеля на изгиб и перемотки зависит от типа кабеля. Для проверки прочности оболочки следует применять меньший
радиус изгиба, т. е. создавать более жесткие условия испытаний,
а для проверки стабильности оптических и электрических характеристик целесообразно принимать несколько больший радиус. Но
при обоих видах испытаний радиус изгиба должен быть меньше допустимых по нормам для прокладки и монтажа кабеля.
Более жесткие требования при испытании изделия на изгиб вытекают из соображений получения более уверенных результатов, так
как на практике не исключены случаи изгиба ОК с радиусом менее рекомендуемого нормами строительства и монтажа кабельных линий.
Испытание на перемотки, целью которого является проверка
степени изменения оптических и электрических характеристик
кабеля (стабильность), должно отражать реальный процесс прокладки кабеля. При прокладке кабеля непосредственно в земле или
в кабельной канализации он подвергается, как правило, однократной размотке. При этом не исключена возможность изгиба его в
направлении, обратном намотке на барабан. В отдельных случаях,
на складе или на линии, возможна, кроме того, перемотка кабеля с
одного барабана на другой. Поэтому при испытаниях выполняется
минимально двукратная перемотка.
Степень влияния механических воздействий на ОК проверяется путем тщательного осмотра поверхности оболочки и измерения
электрических характеристик.
В качестве контрольных оптических и электрических характеристик следует принимать такие, которые, с одной стороны, поддаются наибольшим изменениям, так как это позволяет более точно
выявить степень и характер изменений, происходящих в кабеле, а
с другой – те из них, которые отнимают меньшее время на выполнение измерений. В соответствии с измеряемыми характеристиками
и наличием измерительной аппаратуры должны выбираться длины образцов кабеля. Обычно испытания на изгиб и перемотки проводят на строительных длинах кабеля не менее 1000 м, так как это
позволяет с большей гарантией получать достоверные результаты о
стабильности его оптических характеристик.
В качестве критерия, определяющего поступление влаги внутрь
сердечника через оболочку, служат результаты измерений коэффициента затухания ОВ и сопротивления изоляции шланга. Для
большей уверенности в полученных результатах с целью суждения
о происшедших внутри сердечника кабеля изменениях все прошедшие испытания образцы кабеля подвергаются проверке на электрическую прочность. Обычно на всех кабельных заводах имеются
71
соответствующие установки, позволяющие легко и быстро выполнить такую проверку.
Исходными данными для испытания ОК на растяжение могут
служить величины растягивающих усилий, предусмотренные в ТУ
на кабель, и время его нахождения под нагрузкой. Время выдержки под нагрузкой учитывает возможные вынужденные остановки
или прокладку ОК с помощью ручной лебедки. При испытании ОК
на растяжение кабель огибает шейки контрольных барабанов и
блоков соответствующего радиуса, т. е. одновременно с растяжением он испытывает изгиб.
Как при испытании на изгиб и на перемотки, при испытании на
растяжение в зависимости от потребности могут проверяться прочность защитной оболочки и другие характеристики в зависимости
от назначения кабеля.
Испытание на вибрацию проводится, главным образом, с целью
проверки способности кабеля переносить напряжения, возникающие при его транспортировке и подвеске на опорах воздушных
линий. Например, кабель при транспортировке может испытывать
периодически повторяющиеся знакопеременные напряжения от
вибрации с частотой колебаний (10–20) Гц и амплитудой до 3 мм.
Целью испытаний кабеля на истирание является выяснение степени подверженности разрушению верхней защитной оболочки от
истираний при смещениях кабеля в грунте. Существенное значение это имеет для кабелей с металлопластмассовыми оболочками,
у которых верхним защитным противокоррозийным покровом служит пластикат.
Испытание на истирание целесообразнее проводить при положительных температурах, так как при большей гибкости оболочка
от указанного вида воздействия разрушается более интенсивно.
6.2.3. Методы испытания ВОК на стойкость
к воздействию внешних факторов
Эти методы приведены в табл. 6.5.
Одним из основных факторов, неблагоприятно воздействующих
на кабель в процессе его эксплуатации, является многократное изменение окружающей температуры и влажности.
С целью проверки стабильности электрических характеристик
кабеля в течение длительного срока эксплуатации проводится испытание новых конструкций кабелей на многократное охлаждение
(замораживание) и нагревание.
Испытание ОК на продольную водопроницаемость преследует
цель проверки его длительной герметичности, так как попадание
72
Таблица 6.5
Название испытания
Метод испытания
Стойкость к циклическому
МЭК 60794-1-2-������������������
FI����������������
, ГОСТ 20.57.406
изменению температуры
Стойкость к повышенной
МЭК��������������������������
60068-2-2, ГОСТ����������
��������������
20.57.406
рабочей температуре
Стойкость к пониженной
МЭК��������������������������
60068-2-1, ГОСТ����������
��������������
20.57.406
рабочей температуре
Стойкость к проникновению
МЭК���������������������������������
60794-1-2-F5A, МЭК��������������
�����������������
60794-1-2-F5B
воды
Стойкость к распространению
МЭК��������������������
60332-1,�����������
ГОСТ������
12176
горения
Стойкость к воздействию
МЭК 60068-2-5,���������������
ГОСТ����������
20.57.406
солнечной радиации
Стойкость к воздействию
МЭК60068-2-1�����������������
1,1��������������
ОСТ����������
20.57.406
соляного тумана
влаги внутрь кабеля неизбежно приводит к ухудшению его оптических и электрических характеристик и, в конечном счете, выходу его из строя. Поэтому продольная водопроницаемость, т. е.
скорость просачивания воды вдоль кабеля, имеет весьма важное
значение для ОК. Испытание на продольную водопроницаемость
особенно важно для кабелей, которые не могут содержаться под
постоянным внутренним газовым давлением.
7. Строительство и монтаж
волоконно-оптических линий связи
7.1. Особенности и организация строительства ВОЛС.
Общие положения
Общая информация, относящаяся к прокладке кабелей электросвязи, приведена в руководстве МСЭ-Т «Технология линейно-кабельных сооружений для сетей общего пользования». В нем содержится только информация особо важного значения или относящаяся исключительно к волоконно-оптическим кабелям линий связи.
Волоконно-оптические кабели имеют более низкие предельные
нагрузки, чем металлические кабели, и при определенных обстоятельствах могут потребоваться специальные меры предосторожности и мероприятия, позволяющие обеспечить их успешную прокладку. Это относится, в основном, к изгибам и натяжению ОК.
При строительстве важно обращать особое внимание на рекомендации изготовителя, приведенные в ТУ, и установленные физические
ограничения, а также не превышать заданные нормы нагрузки для
73
любого конкретного кабеля. Повреждение, вызванное чрезмерной
нагрузкой в процессе прокладки, может проявиться не сразу, однако оно может привести к отказу в процессе эксплуатации кабеля.
Минимальный радиус изгиба и максимальное натяжение являются критическими параметрами. Допустимые значения минимального радиуса изгиба и максимального натяжения различны
для прокладки и последующего периода эксплуатации. Увеличивающееся натяжение сначала вызывает обратимое увеличение затухания, затем – необратимое и, наконец, может привести к повреждению волокна. При прокладке допускается большее значение
натяжения, чем при эксплуатации. Минимальный радиус изгиба
при прокладке, напротив, больше аналогичной величины, допустимой для последующей стадии, так как при увеличении нагрузки
растет допустимое значение этого параметра. Поскольку во время
прокладки кабель находится под нагрузкой, следовательно, и радиус кривизны должен быть больше. Допустимый после завершения
прокладки радиус изгиба зависит от растягивающей нагрузки.
Значения минимального радиуса изгиба и максимальной нагрузки для кабелей внутренней прокладки (внутриобъектовых
ОК) во время прокладки и во время эксплуатации ОК приведены в
табл. 7.1.
Таблица 7.1
Параметр
Растягивающее
усилие, Н
Условия, для которых он нормируется Значение параметра
При прокладке
После прокладки
При прокладке без натяжения
Минимальный ра- После прокладки без натяжения
диус изгиба, мм
После прокладки при полном
натяжении
400
50
150
30
130
Строительство волоконно-оптических линий связи так же, как
и электрических кабельных линий связи, осуществляется строительно-монтажными управлениями (СМУ), а также передвижными
механизированными колоннами (ПМК), в системе которых организуются линейные или прорабские участки. Силами этих участков
выполняется разбивка трассы линии и определение мест установки
необслуживаемого регенерационного пункта на местности в соответствии с проектом на строительство, доставка кабеля, оборудования и других материалов на кабельную трассу, испытание, прокладка и монтаж кабеля и оконечных устройств, проведение приемо-сдаточных испытаний.
74
7.2. Подготовительные работы по строительству ВОЛС
Строительство и реконструкция ВОЛС осуществляются по утвержденным техническим проектам. В процессе подготовки к строительству, как правило, выполняются следующие основные виды
работ: изучается проектно-сметная документация; составляется
проект производства работ (ППР); решаются организационные
вопросы взаимодействия строительной организации с представителями заказчика; проводится входной контроль ОК; решаются задачи материально-технического обеспечения; проводится подготовка
персонала по выполнению основных строительно-монтажных операций.
Одним из основных документов строительства конкретной ВОЛС
является ППР, который составляется производственно-техническим отделом строительной организации с участием прораба (мастера), руководящего строительством объекта. Проект производства
работ составляется на основе подробного изучения проектно-сметной документации и обследования на местности трассы строящейся
ВОЛС. В процессе ознакомления с трассой особое внимание должно
быть обращено на такие сложные участки как речные переходы;
пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных
пунктах. На основании этих данных выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, составляют календарный
план производства работ по участкам с учетом трудоемкости операций, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют
пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решаются
вопросы организации служебной связи.
7.3. Проведение входного контроля и группирование ОК
по строительной длине и дисперсии
При строительстве ВОЛС необходимо проводить 100%-й входной контроль ОК, поступающего от заказчика или завода-изготовителя. Вывоз барабанов с кабелем на трассу и прокладка кабеля
без проведения входного контроля не разрешается.
В процессе входного контроля производятся внешний осмотр и
измерение затухания. Кабель, не соответствующий нормам и требованиям технических условий, прокладке и монтажу не подлежит.
Если при внешнем осмотре установлена неисправность барабана,
75
то обнаруженные незначительные повреждения устраняются собственными силами. Если барабан на месте отремонтировать невозможно, то с уведомления заказчика кабель с него перематывается
на исправный барабан плотными и ровными витками. При перемотке необходимо визуально контролировать целостность наружной оболочки кабеля.
Входной контроль по затуханию проводится в сухих отапливаемых помещениях, имеющих освещение и розетки для подключения электрических приборов. Перед измерением затухания необходимо предварительно просветить ОВ любым источником света
(например, гелиевым лазером). Если какие-либо оптические волокна не просвечиваются, то измерение затухания следует начинать с
этих волокон. Результаты измерения затухания ОВ сравнивают с
паспортными данными. Наиболее удобно при строительстве ВОЛС
измерять затухание методом обратного рассеяния с помощью рефлектометра. В случае заметного расхождения с паспортными данными измерения можно перепроверить методом обрыва.
Следует отметить, что отличие результатов измерения затухания от паспортных данных может возникать за счет использования
разных приборов и методов измерения.
Группирование строительных длин кабеля проводится после получения точных сведений о нахождении на трассе прокладки кабеля различных коммуникаций, пересечений железных и шоссейных дорог, речных переходов, газопроводов, о фактических длинах
пролетов построенной канализации и типах колодцев. Для этого
производится обследование трассы, и вносятся корректировки в
проектную документацию.
При подборе строительных длин следует исходить из того, что
на одном регенерационном участке (соединительной линии) должен быть кабель, изготовленный одним заводом (кроме случаев
стыковки с ОК для подводных переходов), только одной марки, с
одним типом ОВ и его защитных покрытий. При группировании
строительных длин кабеля, прокладываемого в грунте, расчет производят таким образом, чтобы различные пересечения трассы приходились как можно ближе к концу строительной длины, а место
расположения соединительной муфты было доступно для подъезда
монтажно-измерительной автомашины.
При группировании строительных длин кабеля, прокладываемого в кабельной канализации, исходят из того, что после выкладки отходы кабеля должны быть минимальными. При этом учитывают длины пролетов, форму транзитных колодцев, запас ОК на
монтаж. Длина запаса кабеля для монтажа муфты должна состав76
лять 10 м с каждой стороны при прокладке в грунте и 8 м при прокладке в канализации.
По результатам группирования составляется укладочная ведомость, которая вместе с паспортами прикладывается к сдаточной
документации ВОЛС.
Группирование кабеля по дисперсии требует принятия специальных мер. Как упоминалось ранее, современные транспортные
системы с большой пропускной способностью используют усилители на основе волокна, легированного эрбием, и метод мультиплексирования путем разделения времени (������������������������
TDM���������������������
) и/или метод мультиплексирования путем волнового уплотнения (����������������
DWDM������������
) для максимизации пропускной способности одномодового волокна.
Оптический сигнал, распространяясь по волокну, подвергается
различным искажениям, одним из которых является расширение
сигнала за счет хроматической дисперсии. Расширение зависит от
дисперсии волокна, ширины спектра лазерного источника и выбранной для данного канала скорости передачи. Для современного
состояния технологии построения передатчиков удельный вес такого искажения возрастает как квадрат скорости передачи. Таким
образом, системы со скоростью передачи 10 Гбит/с требуют максимальной величины дисперсии в 1/16 от допустимой дисперсии в
системах, работающих при скоростях передачи 2,5 Гбит/с.
Другой вид искажений может иметь место в системах с мультиплексированием за счет волнового уплотнения, когда по волокну
одновременно распространяются несколько несущих с различными
длинами волны. Здесь возможно смешивание несущих и возникновение нелинейного эффекта, известного под названием «смешивания четырех волн». Подобный эффект вызывает взаимные помехи
между каналами и может стать главной причиной ограничения показателей качества для систем с оптическими усилителями.
Для управления дисперсией линию передачи составляют из
волокон, имеющих положительную и отрицательную дисперсии.
Этот метод применяется уже в течение многих лет при создании
подводных оптико-волоконных линий, теперь управление дисперсией доступно и для наземных линий.
В наиболее элементарной форме линия с управляемой дисперсией строится как линия, состоящая из чередующихся участков
кабеля с волокнами с отрицательной дисперсией(��������������
TrueWave������
,), и
участков кабеля с волокнами с положительной дисперсией (�����
True
Wave���������������������������������������������������������
+), либо обычного кабеля с волокном с несмещенной дисперсией. Каждый из таких участков подавляет местное образование
таких нелинейных эффектов, как смешение четырех волн, в то вре77
мя, как малая средняя величина дисперсии вдоль участка между
регенераторами снижает эффект расширения импульса. Если правильно выбрать длину каждого из отмеченных выше участков, то
линия практически не будет требовать компенсации дисперсии.
Подобную линию можно назвать «самокомпенсирующейся».
7.4. Прокладка и подвеска оптических кабелей
7.4.1. Прокладка ОК в телефонной канализации
Общие требования к прокладке ОК. Технология прокладки ОК,
в основном, та же, что и для электрических кабелей связи. Специфика прокладки ОК определяется более низким уровнем допускаемой механической нагрузки, поскольку от нее зависит затухание
ОВ. Кроме того, нагрузка, превышающая допустимый уровень, может сразу привести либо к разрыву волокна, либо к дефектам ОВ
(микротрещины и т. п.), которые в процессе эксплуатации кабеля
за счет действия механизма усталостного разрушения также приведут к повреждению ОВ. Особенно чувствительны ОВ к механическим нагрузкам при низких температурах.
Для сокращения числа соединений и соответственно потерь на
сростках используются большие строительные длины ОК, что создает при их прокладке дополнительные нагрузки. Чтобы уровень
нагрузки не превышал допустимый, необходимо принимать дополнительные меры и использовать специальное оборудование,
В условиях эксплуатации прокладка и монтаж кабелей производится при замене поврежденных участков, изменении емкости или
трассы кабеля, а также при реконструкции сети.
В каналы кабельной канализации кабели затягивают через смотровые устройства. Каналы предварительно проверяют и при необходимости прочищают. ОК должен прокладываться при температуре
воздуха не ниже минус 10 ° С, допускается прокладка при температуре до минус 20 ° С после прогрева их на барабанах, В частности,
нормативно-технической документацией предусматриваются непрерывный контроль продольных нагрузок на ОК, а также меры,
ограничивающие механические нагрузки на ОК в процессе его прокладки и обеспечивающие защиту в процессе эксплуатации.
Механические нагрузки при затягивании ОК в каналы кабельной канализации и меры по их ограничению. Прокладка ОК в кабельной канализации может выполняться вручную или механизированным способом с использованием комплекта приспособлений
для прокладки кабеля. При разработке технологии прокладки ОК
78
необходимо учитывать метраж строительных длин ОК, уровень допустимых механических нагрузок на кабель и соответственно их
ограничение при прокладке кабеля.
Коэффициент трения между оболочкой ОК и каналом кабельной канализации зависит от диаметра кабеля, скорости тяжения и
параметров канала кабельной канализации. Для полиэтиленовых
труб он равен 0,29; для асбоцементных –0,32, для бетонных –0,38.
Затягивание кабеля в канал кабельной канализации неизбежно
связано с повышением изгиба, на которых имеет место поперечное
сжатие ОК. При малых радиусах изгиба возникают и развиваются
дефекты ОВ, вызывающие увеличение потерь в волокне и разрушение его как при прокладке в кабельной канализации, так и при
эксплуатации.
Для защиты ОК от механических перегрузок при прокладке и
эксплуатации применяют трубы кабельной канализации с уменьшенным коэффициентом трения и используют при прокладке тяговую систему с распределением тягового усилия. Особое внимание
при прокладке ОК следует уделить мерам по снижению коэффициента трения. В основном они сводятся к использованию механизма
вращения барабана и тягового каната (троса) оптимальных конструкций, а также вспомогательных (защитных) трубопроводов
(субканалов).
Применение вспомогательных трубопроводов существенно снижает коэффициент трения кабеля (троса) при затягивании кабеля и
создает условия для прокладки ОК большой длины. Наиболее распространены вспомогательные трубопроводы из гладких пластмассовых труб. Более эффективны с точки зрения уменьшения трения
гофрированные вспомогательные трубопроводы.
Для уменьшения трения при затягивании кабеля во вспомогательный трубопровод используются смазочные материалы на основе минеральных масел, смазка должна быть безопасна и безвредна
для кабеля, окружающей среды и обслуживающего персонала.
Чем длиннее кабель, тем медленнее он протягивается в трубопроводе. Скорость протягивания определяется до начала прокладки
с учетом характера трассы. Она плавно увеличивается после начала протягивания и затем поддерживается постоянной. Рывки недопустимы. При использовании материалов, уменьшающих трение,
скорость протягивания может достигать на прямолинейных участках 10–30 м/мин, а в изогнутых трубах – 3–10 м/мин.
Для уменьшения значения коэффициента трения оболочки ОК
о внутреннею поверхность трубы кабель прокладывают с помощью
вдувания микрошариков.
79
При прокладке ОК с помощью нейлоновых микрошариков используется специальный пистолет, с помощью которого на кабель
в смотровых устройствах кабельной канализации наносятся шарики размером от 200 до 500 мкм. Шарики могут выстреливаться и в
трубу. Микрошарики резко снижают коэффициент трения, так как
кабель в данном случае не скользит, а катится. Для труб из полиэтилена коэффициент уменьшается с 0,25–0,5 до 0,045–0,06.
Устройства, которые размещаются в месте стыка кабель-трос,
включают механические плавкие предохранители (растяжение
или разрыв) и датчики, с которых можно снимать информацию,
относящуюся к управлению лебедками. Устройства на лебедке
включают (в зависимости от типа лебедки) механические зажимы,
остановочные моторы и гидравлические перепускные клапаны,
установленные на заранее определенную нагрузку, и системы динамометр/кабель, контролирующие величину натяжения кабеля,
что обеспечивает обратную связь для управления лебедкой.
Все эти системы предназначены для ограничения или остановки работы лебедок, когда нагрузки, которым подвергается кабель,
приближаются к опасному уровню.
Подготовка кабельной канализации, приспособления и устройства для прокладки ОК. Подготовка кабельной канализации
к прокладке ОК включает устройство ограждений, подготовку колодцев и каналов кабельной канализации, прокладку полиэтиленовой трубы (вспомогательного трубопровода) в канале, заготовку
вспомогательного трубопровода. После установки ограждений открывают люки смотровых устройств и проверяют их на наличие
углекислого газа и метана.
В состав комплекта для прокладки ОК в канализации в обязательном порядке должны входить:
лебедка проволочная ручная или лебедка универсальная для
заготовки каналов, прокладки полиэтиленовой трубы с помощью
проволоки (троса), затягивания кабеля;
устройство для размотки кабеля с барабанов, кабельный транспортер;
труба направляющая гибкая для ввода кабеля через люк колодца от барабана до канала конкретного кабеля.
По окончании прокладки конец кабеля возле наконечника (чулка) обрезают и герметизируют полиэтиленовым колпачком.
Запас кабеля, оставляемый в колодце для монтажа муфты, сворачивают кольцами диаметром 1000–1200 мм, укладывают к стене
и прикрепляют к кронштейнам.
80
После выкладки кабеля снимают все противоугоны, направляющие воронки, другие устройства и устанавливают их на следующем
участке трассы. Затем производят контрольное измерение затухания ОВ, которое должно быть в пределах установленной километрической нормы. После проверки проложенной длины полиэтиленовые колпачки на концах кабеля должны быть восстановлены.
7.4.2. Прокладка ОК в грунт и траншею
При прокладке волоконно-оптического кабеля непосредственно
в грунт применяются обычные методы прокладки. Глубина прокладки та же, что и для металлических кабелей, однако интенсивность трафика или какие-либо соображения безопасности могут
потребовать прокладки кабеля на большей глубине. При прокладке
кабеля в траншее необходимо выбирать такие материалы и способы
засыпки, чтобы усилия, воздействующие на волокно, не превышали предельных значений.
Оптический кабель прокладывают в грунтах всех категорий
(кроме подверженных мерзлотным деформациям), при пересечении неглубоких болот, несудоходных и несплавных рек со спокойным течением (с обязательным заглублением). Способы прокладки
ОК через болота и водные преграды должны определяться отдельными проектными решениями.
Прокладка ОК в грунт может выполняться ручным способом в
ранее отрытую траншею или бестраншейным с помощью ножевых
кабелеукладчиков. Если используется защитный трубопровод, то
можно сначала в грунт укладываеть трубопровод (полиэтиленовая
труба с внешним диаметром до 34 мм), а затем в него затягивать
ОК, либо прокладывают трубопровод с заранее уложенным в него
ОК.
Производственные процессы при прокладке кабеля в открытую
траншею трудоемки, малопроизводительны и могут легко контролироваться в ходе строительно-монтажных работ. Максимальное
внимание должно уделяться ограничению минимального радиуса
изгиба ОК. Для этого размотку кабеля, переноску и укладку его в
траншею проводят без перегибов. Нельзя волочить кабель по поверхности земли и разматывать кабель барабаном.
Качество прокладки ОК зависит также от подготовки грунтовой или песчаной постели и засыпки. Поэтому в ряде случаев перед
прокладкой в траншею кабель предварительно обертывают защитным материалом.
Размотка кабеля при прокладке в открытую траншею должна,
как правило, осуществляться с помощью механизмов. Если поз81
воляют условия трассы, то используют барабан, установленный в
специально оборудованном кузове автомашины или на кабельном
транспорте, передвигающемся по трассе вдоль траншеи. Скорость
движения автомашины не должна превышать 1 км/ч.
Расстояние от колес до края траншеи должно быть не менее
1,25 глубины траншеи. Кабель разматывают так, чтобы он сходил
с верха барабана и укладывают на дно траншеи или на ее бровку
без натяжения. Кабель должен плотно прилегать к дну траншеи.
На поворотах кабель выкладывают с соблюдением допустимых радиусов изгиба. Если условия местности не позволяют использовать
технику, то вручную выносится вся строительная длина кабеля,
укладывается вдоль траншеи, а затем опускается в нее. При этом
барабан с кабелем устанавливают в начале участка прокладки на
неподвижной основе. Нагрузка на одного рабочего не должна превышать 35 кг.
При наличии на трассе различных пересечений кабель прокладывают способом «петли», протягивая ее в предварительно проложенной под препятствием полиэтиленовой трубе.
Траншеи и котлованы засыпают вынутым грунтом так, чтобы
наиболее рыхлый грунт отсыпался в нижние слои. Засыпку производят механизмами или вручную слоями толщиной не более 20 см.
Магистральные и внутризоновые ВОЛС имеют большую протяженность и прокладываются в различных климатических, почвенно-грунтовых и топографических условиях. Прокладка ОК
осуществляется комплексными механизированными колоннами,
в состав которых входят строительные машины и механизмы общестроительного назначения (тракторы, бульдозеры, экскаваторы
и др.), а также специальные машины и механизмы для прокладки
кабеля (кабелеукладчики, тяговые лебедки, машины для прокола
грунта под препятствиями и др.).
Бестраншейный способ прокладки кабеля с помощью кабелеукладчика благодаря высокой производительности и эффективности
является основным. С помощью ножевого кабелеукладчика в грунте прорезается узкая щель, и кабель укладывается на дно, на заданную глубину залегания (0,9–1,2 м). Кабель на пути от барабана
до выхода из кабеле-направляющей кассеты подвергается воздействию продольного растяжения, поперечного сжатия и изгиба, а при
применении вибрационных кабелеукладчиков – вибрационному
воздействию. Поэтому при прокладке кабеля с помощью кабелеукладчика конструкция между катушкой с кабелем и направляющей
для кабеля должна учитывать конкретные критерии изгиба кабеля
и иметь малое трение, препятствующее перегрузке волокна. Как
82
правило, системы защиты кабеля от перегрузок не требуется, но
при мощном кабелеукладчике, наличии барабана с кабелем и направляющих роликов можно включить устройство регулирования
натяжения кабеля. Таким образом, в зависимости от рельефа местности и характера грунтов, конструкции и технического состояния
кабелеукладчиков, а также режимов его работы механические нагрузки на кабель могут изменяться в широких пределах.
Обязательной является планировка трассы перед прокладкой
ОК бульдозером. Подъемы и уклоны трассы не должны превышать
30°. В сложных грунтах необходима предварительная подготовка
(пропорка) грунта для обнаружения скрытых препятствий, которые могли бы повредить кабель. Грунт на таких участках разрабатывается с помощью бурильных и взрывных работ, машин и механизмов для разработки траншей и т. п.
Способы прокладки кабеля в грунте чередуются в зависимости
от условий прокладки. На отдельных участках трасс предварительно может укладываться жесткий защитный трубопровод, в который затем затягиваются ОК. Для выбора способа прокладки может
потребоваться исследование грунта.
Прокладку кабеля рекомендуется выполнять под постоянным
контролем, осуществляемым по результатам измерения затухания
ОВ кабеля с помощью оптического тестера, оптического рефлектометра или других аналогичных средств измерения.
Кабельные переходы на пересечениях с железными и шоссейными дорогами, трубопроводами и другими коммуникациями оборудуются методом скрытой прокладки без прекращения движения
транспорта. Кабели на переходах прокладывают в трубах, закладываемых в скважины.
Работу по устройству скважин допускается выполнять только
при наличии рабочих чертежей и в присутствии представителей
дороги, под которой устраивается скважина. Скважины нельзя устраивать под железнодорожными путями на криволинейных участках (поворотах) или под стрелками. Скважины длиной до 40 м
и диаметром 130–300 мм устраивают, как правило, с помощью
пневмопробойников. Для продавливания скважин длиной до 50 м
в непесчаных и до 20 м в песчаных грунтах может быть использован гидропресс. Он позволяет получить скважины диаметром 130–
200 мм с расширителем и 50 мм без расширителя.
Возможна прокладка труб через железные и шоссейные дороги
и открытым способом. Прокладка труб под препятствиями, как
правило, проводится до начала прокладки кабеля в районе пересечения. Отдается предпочтение таким способам, при которых не
83
требуется разрезать ОК. При подходе кабелеукладчика к подземному препятствию ОК сматывают с барабана и укладывают «восьмеркой». Затем протягивают кабель под препятствием в заготовленную трубу, снова наматывают на барабан, заряжают в кассету
кабелеукладчика и продолжают прокладку.
Трассы подземных кабелей на загородных участках отмечают
железобетонными замерными столбиками или другими приспособлениями. Столбики устанавливают в местах расположения муфт,
на поворотах трассы, на ее пересечениях с водными преградами,
дорогами и подземными сооружениями. Столбики размещают на
расстоянии 0,1 м от кабеля или муфты со стороны поля.
Заглубление кабеля проводят в тех случаях, где глубина его залегания меньше установленной нормы. Кабель открывают на всем
участке заглубления и дополнительно на 2–3м с каждой стороны
(для обеспечения его слабины). Затем вдоль открытого кабеля откапывают траншею на установленную глубину и перекладывают в
нее кабель.
7.4.3. Подвеска кабелей на опорах воздушных линий
и стойках
Требования к сооружениям и технологии подвески ОК на несущих тросах по столбам и стоечным опорам на крышах зданий,
а также к самонесущим кабелям не отличаются от установленных
требований для электрических кабелей связи.
Для воздушной подвески используют полностью диэлектрические ОК, прикрепляемые к имеющимся воздушным линиям связи
тросом; ОК с самонесущим тросом либо самонесущие ОК. При подвеске следует учитывать прочность ОК при растяжении, длину пролета, стрелу провеса, механическую нагрузку (статическую и динамическую), колебания температуры, конструкцию опоры, способ
натяжения ОК. Также необходимо учитывать конструкцию крепления к несущему тросу (если трос не встроен в кабель), защиту от
грызунов, заземление, величину натяжения ОК при прокладке,
способ выравнивания стрелы провеса, изменение натяжения ОК.
Несущий трос (отдельный или встроенный в кабель) должен
обеспечивать минимальный радиус изгиба ОК и ограничивать оказываемую на него нагрузку.
Подвеска кабелей, содержащих стальной трос, производится
после установки консолей на всех опорах. Барабан с кабелем устанавливают на транспортере или в кузове автомобиля на козлах.
На конце строительной длины трос отделяют от кабеля и крепят к
опоре оконечной вязкой. Барабан с кабелем везут по трассе, разма84
тывают и поднимают на ролики, закрепленные на консолях. После размотки кабеля на длине пяти-шести пролетов кабель поверх
пластмассового покрытия троса захватывают зажимом и натягивают блоками или лебедкой, укрепленными к опоре. Кабель вынимают из роликов и последовательно крепят в консолях на всех промежуточных опорах, начиная от опоры, смежной с той, на которой
выполнена оконечная вязка троса. При этом обеспечивают требуемые стрелы провеса троса в пролетах. После закрепления кабеля
в консолях на первом участке, его разматывают на втором и всех
последующих.
Подвеска кабеля, не содержащего в своей конструкции троса,
производится после подвески троса или проволоки. Трос разматывают и подвешивают в той же последовательности, но по участкам
в восемь-десять пролетов. Кабель крепят к тросу с земли, для чего
канат после подвески и регулировки стрел провеса опускают с консолей на участках по пять-шесть пролетов. Кроме того, кабель может быть поднят к канату с помощью двойного ролика или каретки
и закреплен подвесами с лестницы. Установка подвесов выполняется таким образом, чтобы они плотно обжимали кабель и свободно
висели на тросе. Подвесы закрепляют металлическими поясками.
На стоечных линиях ГТС также возможна подвеска ОК. Если
кабель подвешивают индивидуально, то в качестве опор применяют не стойки, а вводные трубы. Подвеска кабелей производится так
же, как на воздушных линиях.
Несущие тросы заземляют на оконечных опорах, а также на
промежуточных – в населенных пунктах через каждые 250 м, а вне
населенных пунктов – через 2 км. Провод заземления соединяют с
тросом зажимом.
Оптические кабели типа встроенные в грозозащитный трос, используются для подвески на опорах ЛЭП напряжением от 330 до
750 кВ. Наличие грозозащитного слоя обеспечивает механическую
прочность кабеля, а также позволяет избежать мешающего влияния электрического поля.
Известен также способ подвески ОК путем навивки его на грозотрос или один из проводов ЛЭП. Однако при этом способе кабель
должен выдерживать увеличение температуры несущего проводника, а также значительно увеличивается нагрузка на опоры при
образовании гололеда и больших напорах ветра за счет увеличения
поверхности провода или троса. Подвеска этим способом осуществляется установкой, состоящей из тяговой и обмоточной машин.
Скорость подвески навивных ОК с помощью этой установки составляет 25 м/мин.
85
Заключение
В пособии кратко рассмотрены оптические волокна и материалы, применяемые для их изготовления. Особое внимание обращено
на современные оптические волокна, имеющие предельно высокие
параметры как по потерям, так и по дисперсии. Рассмотрены также современные технологии изготовления оптических волокон.
При описании оптических кабелей рассмотрены их основные
элементы и конструкции, приведены примеры их маркировки.
Значительное место в пособии отведено технологии изготовления и
методам испытания оптических кабелей, а также вопросам их прокладки при строительстве волоконно-оптических линий связи.
Предлагаемое учебное пособие, естественно, не охватывает все
особенности изготовления, испытания и эксплуатации кабелей волоконно-оптических линий связи. В частности, не вошли материалы по конструированию и расчетам элементов кабелей. Однако,
авторы считают, что основные сведения, необходимые для изучения оптических волокон, кабелей, особенностей их изготовления и
конструкции, приведены в необходимом объеме.
86
Библиографический список
1. Иоргачев
��������� Д.
�������
В., Бондаренко
����������������
О. В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. М.: Экотрендз, 2000. 282 с.
2. �����������
Портнов Э. ��
Л. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи: учебное пособие для вузов. М: Горячая линия – Телеком, 2007. 464 с.
3. Листвин
���������������
А. В., Листвин
�����������������������
В. Н., Швырков Д.
�����
В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003. 288 с.
4. �������������
Андреев В. А. и др. Строительство и техническая эксплуатация
волоконно-оптических линий связи. М.: Радио и связь, 1995. 220 с.
5. Скляров
�������������
О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи.М.:
СОЛОН-Пресс, 2004. 272 с.
6. Оптические
����������������������������������������������������������
устройства в радиотехнике: учебное пособие для
вузов. М.: Радиотехника, 2005. 240 с.
7. ������������
Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. М.: Радио и связь, 2001. 468 с.
8. ������������
Убайдуллаев ���
Р. ��
Р. Волоконно-оптические сети. М.: Экотрендз,
2002. 268 с.
9. Иванов
����������
А. Б.
�� Волоконная оптика: компоненты системы передачи, измерения. М.: Сайрус Систем, 2001. 672 с.
87
Учебное издание
Калинин Владимир Анатольевич
Пресленев Леонид Николаевич
ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ
Учебное пособие
Редактор А. В. Подчепаева
Верстальщик С. Б. Мацапура
Сдано в набор 29.11.07. Подписано к печати 28.12.07.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 5,1.
Уч.-изд. л. 5,5. Тираж 70 экз. Заказ №
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
88
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
29
Размер файла
738 Кб
Теги
opticheskih, kalinina, kabeln
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа