Сварка оптоволокна: особенности и этапы работ

Качество ВОЛС определяет степень затухания сигнала на всем протяжении «последней мили» или магистрали. Одновременно слабым местом здесь становятся места стыков отдельных проводников, которые имеют место как на линии прокладки, так и в местах подключения к кроссам. Именно в местах соединения необходимо обеспечить герметичность и максимально точное совпадение осей оптических волокон, что предотвратит потери сигнала из-за отражения, воздушных прослоек, появления иных типов артефактов. Поэтому важна качественная сварка оптоволокна. Рассмотрим нюансы и основные этапы работ.

Особенности сварки различных типов оптических волокон

Принципиально спайка одномодовых (SM, G.652) и многомодовых (MM, rG.651.1) кабелей ВОЛС не отличается и предполагает физическое соединение оптоволокон с последующей расплавкой материала в месте контакта, что обеспечивает надежность и минимальные потери. Одновременно может отличаться технология подготовки из-за наличия разных степеней защиты от повреждений, бронирующего слоя и так далее.

Все виды оптических кабелей отличаются по способу прокладки, сфере использования, конструктивным моментам. Так, в зависимости от способов монтажа ВОЛС могут подвешиваться на опорных столбах, находиться в грунте, под водой, в специальных кабельных канализационных каналах. В зависимости от места монтажа и сферы применения существуют внутренние и наружные оптические кабели, где первые обычно используются в дата-центрах высокого класса, где важно обеспечить качество передачи данных и одновременно сохранить привлекательный внешний вид. Для обеспечения должной степени защищенности кабель может иметь как изолирующую тонкую оболочку с модульными трубками, так и представлять многослойное изделие с бронирующим слоем, несколькими уровнями защиты.

Оборудование для сварки оптоволокна

Сварка ВОЛС из-за хрупкости последней должна проводиться с помощью специального инструмента и оборудования, которое гарантирует отсутствие дефекта непосредственно в точке контакта, повреждение при подготовке. Рассмотрим основные элементы набора сварщика ВОЛС. 

Сварочный аппарат для оптоволокна

Непосредственно сварка оптического волокна происходит под действием высокой температуры. Для кварца она составляет 1665 градусов, а температура сварочной дуги может достигать 4800 градусов, поэтому здесь проблем нет. Ключевой задачей здесь становится юстировки или выравнивание, чтобы идеально совпадала центральная ось двух соединяемых оптических проводников. Для этого оборудование использует одну из следующих систем:

• V-образная канавка;

• ППП или PAS (Profile Alignment System);

• тепловая люминесценция;

• анализ проходящего пучка света.

Каждый из вариантов имеет свои особенности при использовании. Например, при юстировке сварочного аппарата с V-образной активной канавкой, которую предлагает Fujikura, происходит сдвиг концов соединяемых волокон в месте стыка с фиксацией положения видеокамерой. Данные передаются на микропроцессор, которые определяет место оптимального совпадения. Логичным совершенствованием явилось появление системы PAS. Где камера имеет переменное фокусное расстояние с усложнением алгоритмов общего анализа изображений. Это повышает точность выравнивания и качество соединения, но одновременно сильно удорожает оборудование.

В основе сварочных аппаратов, выполняющих оптоволоконное соединение с юстировкой по тепловой люминесценции, лежит анализ изображения, которое формируется излучением волокна после предварительного разогрева его дугой. Подобный вариант улучшает точность сварки, но из-за лишнего нагрева несколько снижается прочность ВОЛС в месте соединения.

Юстировка на основе анализа проходящего света остается самой точной и одновременно сложной. Здесь в основе лежит принцип регистрации излучения на несколько изогнутом оптическом волокне. Для этого подается тестовое излучение, которое переходит в оптоволокно, на изгибе него находится фотодетектор. Последний анализирует мощность полученного излучения и определяет его максимальное значение (именно в этом расположении и будет выполнена сварка). Большим недостатком этого типа остается высокая цена, сложность в техническом обслуживании.

В зависимости от степени автоматизации аппарат для сварки оптических волокон может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим. Первый вариант чувствителен к квалификации работника, так как все волокна соединяются вручную с использованием микроскопа. Это замедляет и утяжеляет работу, поэтому обычно их используют для случаев, когда надо быстро соединить линию непосредственно на месте разрыва.

На практике, чаще всего используют полуавтоматические аппараты, где оператор укладывает кабель и двигает его к месту сварки, а стыковку выполняет оборудование. Подобный вариант повышает общее качество работы, но здесь тяжело работать с оптоволоконным шнуром, где большой объем ручных операций.

Автоматизированный сварочный аппарат предполагает минимальное участие в процессе сотрудника. Последнему остается только очищать кабель от изоляции и лака, вкладывать в зажим. Недостатком метода остается большая цена оборудования, поэтому он актуален для производственных предприятий, где надо активно выполнять подобные операции.

Стриппер для удаления изоляции с кабеля ВОЛС

Первым этапом сварки остается удаление изоляции с отдельных жил и самих оптических модулей. Хрупкость волокна требует использования специального оптического стриппера (отдельные сварочные аппараты имеют встроенный механизм снятия, но на практике ручной инструмент удобней и быстрей). С его помощью можно сразу снять и лаковое покрытие, которое одновременно придает жесткость кабелю и позволяет ему немного сгибаться.

Скалыватель оптического волокна

Прецизионный скалыватель представляет инструмент, который служит для отрезания оптического волокна для того, чтобы поверхность располагалась под прямым углом к оси. От качества его работы зависит итоговый шов и полнота передачи данных в месте соединения.

Рефлектометр и другое измерительное оборудование

Рефлектометр – прибор, который генерирует и посылает в линию импульсы с последующим анализом того, что будет отражено за счет обратного рассеивания и столкновения с неоднородностями. Он позволяет посмотреть общую длину трассы, определить уровень затухания, отыскать повреждения, проконтролировать качество сварки и другие действия. В зависимости от технических характеристик стоимость подобного оборудования достигает нескольких миллионов рублей.

КДЗС

КДЗС - комплект деталей защиты стыка сварки. Основной элемент защитная гильза, которая служит для защиты места сварочного шва на 2-х концах ВОЛС. Ее использование обязательно, так как оптоволоконный кабель имеет небольшой радиус изгиба и малую механическую прочность. Это предполагает необходимость надежной защиты от загрязнения, влаги, повреждений разного типа.

Конструктивно гильза представляет термоусаживаемую муфту, которая состоит из трех элементов:

• наружная оболочка, выполненная из прозрачного полиолефина;

• внутренняя трубка, состоящая из клея на базе севилена;

• металлический пруток в качестве силового элемента.

Наружная оболочка после пайки выполняют роль общей защитной оболочки для всей конструкции. Внутренняя служит для фиксации гильзы на оптическом кабеле, обеспечивает герметичность и заполнение пустоты. Пруток представляет силовой каркас, который не дает проводнику сгибаться в месте сварки и берет всю механическую нагрузку на себя.

Пайка оптоволокна может идти гильзами разной длины, где самыми популярными остаются 40, 45, 60 мм, хотя есть и небольшие варианты всего по 10 мм.

Прочие инструменты и расходные материалы для пайки оптики

Чтобы этапы сварочных работ прошли максимально быстро и качественно, необходимо наличие ряда вспомогательного инструмента и расходных материалов:

• пузырек с изопропиловым спиртом для обезжиривания и удаления загрязнений;

• безворсовые салфетки для протирания пыли;

• муфта либо кросс для подключения готового волокна;

• пинцет для аккуратного взятия термоусадочной гильзы и других материалов;

• стриппер (вариант нужен для повторной зачистки и перекалывания волокна);

• схема разварки;

• изолента для крепления перехода волокон, сборки осколков стекла после завершения разделки и сварки.

Как спаять оптоволокно: пошаговая инструкция

Сварка оптического волокна состоит из подготовительного и рабочего этапа. 

Первая часть включает следующие работы:

• Предварительная подготовка помещения, где температура должна быть от -10 до +50 градусов, нормальная влажность. Если работа проводится на открытом воздухе, то необходима специальная палатка кабельщика либо оборудованный для подобных целей автомобиль. При выполнении работ в условиях низких температур необходим обогреватель, который предотвращает хрупкость волокна и быструю разрядку аккумулятора непосредственно сварочного аппарата.

• Подготовка рабочего места, в качестве которого идеально подходит рабочий стол, где можно разложить нужный инструмент, а рядом иметь емкости или мешок для сбора отходов от разделки кабеля.

• Использование спецодежды, на которую могут попасть обломки оптического волокна, следы изопропилового спирта, гидрофобного клея. Это сильно загрязнит обычную одежду, которую очистить будет сложно.

• Организация хорошего освещения, что позволит хорошо рассмотреть волокно в отраженном свете. Также благодаря этому можно быстро уложить оптическое волокно и собрать все обломки.

Непосредственно сварка оптоволокна идет следующим образом:

• Разделка кабеля, которая подразумевает снятие наружной изоляции, удаление бронирующего слоя, упрочняющих нитей, промежуточных оболочек и других слоев до обнажения оптического волокна.

• Установка кабеля в муфте или оптическом кроссе.

• Удаление оболочки оптического модуля и закрепление его на вводе сплайс-кассеты.

• Удаление защитного гидрофобного клея ветошью, смоченной в специальной жидкости (в народе ее за специфический запах цитрусовых называют апельсинкой).

• На волокно одного из кабеля надевают гильзу КДЗС, которая представляет две прозрачные трубочки, где внешняя изготовлена из полимера, а наружная из специального клея (между ними находится армирующий стержень из металла).

• Стриппером удаляют защитное покрытие на расстоянии 3-4 сантиметра с помощью скалывателя и емкости для сбора осколков (если последней нет, то длина зачищенной части должна быть 5-10 см). Очищенный участок должен иметь длину 5-10 см.

• Обработка очищенного участка оптического волокна безворсовой салфеткой, которую предварительно смачивают в изопропиловом спирте для удаления пыли и возможных остатков лака.

• Очищенное волокно укладывают в скалыватель для обрезки строго перпендикулярно к его оси (при отклонении резко падает качество сварки и может падать скорость передачи данных).

• Сколотые концы оптического волокна укладывают в канавки сварочного аппарата и фиксируют специальными прижимами на расстоянии примерно 1 мм до расположения линии электродов (важно при переносе не касаться им других поверхностей из-за попадания частиц пыли, что ухудшает качество сварного шва).

• Закрываем крышку сварочного аппарата и запускаем цикл сварки, в рамках которого происходит определение типа для включения режима дуги (если в автоматическом режиме это сделать не удалось, то характеристики можно определить вручную).

• Непосредственно сварка в аппарате идет в несколько этапов. Так, первоначально подается небольшой токовый разряд и формирование микро дуги для удаления пылинок и загрязнения с поверхности скола. Затем идет полное сближение соединяемых поверхностей друг к другу с контролем по координатам и изображению на просвет. Если все в порядке, то происходит запуск основной дуги с одновременным дополнительным сближением. В зависимости от модели аппарата возможен затем контроль качества на механическую прочность с помощью подачи определенного разрывающего усилия.

• Извлекаем готовое оптоволоконное соединение и на место стыков продвигаем КДЗС таким образом, чтобы место сварки находилось посередине.

• Переносим готовое волокно в камеру нагрева для расплавления гильзы, а после завершения оставляем кабель для охлаждения перед укладкой в сплайс-кассету для предотвращения деформаций.

Разварка оптики в кроссе и муфте

Кроссы служат для подключения оптического кабеля в серверной, базовой станции или на других объектах. Входящий в них кабель сваривают с пигтейлом (каждый к своему). С другой стороны у пигтейла находится коннектор для установки в розетку внутри самого кросса. Для подключения используют несколько вариантов адаптеров:

• FC;

• SC;

• LC;

• FC/APC;

• SC/APC;

• LC/APC.

Также есть переходники между разными стандартами, но в них идет потеря сигнала, которая на большой протяженности может быть критичной, поэтому в этом случае желательна разварка оптики и замена на единый стандарт.

Переходник FC обеспечивает высокое качество соединений, поэтому подходит для ответственных направлений, где важна минимальная потеря. Из других преимуществ укажем на проверенность времени, прочность. Недостатком же станет неудобство монтажа, что усиливается при нахождении большого количества подобных адаптеров.

Адаптер SC аналогичен предыдущему, но здесь профиль имеет форму квадрата, а материал выполнен из пластика. Если сварка ВОЛС предполагает установку коннектора подобного типа, то данный вариант проще в монтаже (достаточно защелкнуть в розетке), удобно при переключении. Одновременно подобное соединение имеет меньшую долговечность из-за ограниченного ресурса подключений и отключений. Еще одним потенциальным недостатком станет факт изменение качества соединений при касании линии, что критично для магистральных и важных линий.

Коннекторы LC и LC Duplex также по характеристикам схожи с SC, но здесь имеют меньшие габариты, что позволяет разместить вдвое больше портов на кроссах аналогичного размера. Также компактность позволяет устанавливать коннекторы непосредственно на платах мультиплексоров.

Особенность адаптеров FC/APC, SC/APC, LC/APC в наличии косого угла полировки наконечника. Подобное решение снижает обратное отражение, которое имеет место в местах стыка двух коннекторов. Так как угол маленький и незаметен невооруженному глазу, то подобные коннекторы и адаптеры имеют зеленый цвет. Соединять между собой соединения с разным видом полировки допустимо только после снятия рефлектограммы, так как промежуток может привести к большим потерям сигналам и значительному обратному отражению.

Сварка оптоволоконного кабеля и муфты может идти по разным схемам распайки. Обычно речь о прямом соединении, но на практике надо вести соединение на три и большее число кабелей, что превращается в нетривиальную задачу без наличия должного опыта. Как таковая пайка оптоволокна Т-образного формата не бывает и отдельные волокна соединяют между собой попарно. Другие же соединения получают с помощью сплиттеров, имеющих заводское происхождение. У них есть 1 вход и несколько выходов, а разделение сигнала идет пассивным методом, то есть физическим разделением. Сами схемы, по которым идет разварка оптического кросса, зависят от количества и типа оптических кабелей, количества волокон и других характеристик. 

Купить волоконно оптический кабель вы можете на нашем сайте, отправив запрос меденжеру через форму обратной связи.