Все про оптоволоконних кабелях варіанти, конструкції, роз’єми

Перший крок в розробці оптоволоконної системи - вибір передавачів і приймачів, які найкраще підходять до заданого типу сигналу. Найкраще це робити, порівнюючи технічну інформацію про товари і консультуючись з інженерами фірми-виробника, які допоможуть підібрати найкращий варіант. Після цього треба вибрати сам оптоволоконний кабель, оптичні з'єднувачі та метод їх установки. Хоча це справді не дуже просте завдання, часто не мають досвіду інженери випробовують невиправдану боязнь технологій роботи з оптоволокном. У цій брошурі ми спробуємо прояснити кілька поширених помилок про оптоволоконних кабелях і монтажі роз'ємів на них.

конструкція кабелю

Вибір кабелю визначається розв'язуваної завданням.

Як і мідні дроти, оптоволоконні кабелі випускаються в безлічі різних варіантів. Існують одно- і багатожильні кабелі, кабелі для повітряної прокладки або безпосереднього укладання в грунт, кабелі в негорючої оболонці для прокладки в просторі між фальшпотолком і перекриттям і в міжповерхових кабельних каналах, і навіть надміцні тактичні кабелі військового призначення, здатні витримувати сильні механічні перевантаження. Зрозуміло, що вибір кабелю визначається розв'язуваної завданням.

Незалежно від виду зовнішньої оболонки, в будь-якому оптоволоконному кабелі є хоча б один волоконний світловод. Решта конструктивні елементи (різні в різних типах кабелю) захищають світловод від пошкоджень. Найбільш часто використовуються дві схеми захисту тонких оптичних волокон: з допомогою нещільно облягає трубки і за допомогою щільно прилягає оболонки.

Найбільш часто використовуються дві схеми захисту тонких оптичних волокон: з допомогою нещільно облягає трубки і за допомогою щільно прилягає оболонки.

У першому способі оптоволокно знаходиться всередині пластмасової захисної трубки, внутрішній діаметр якої більше зовнішнього діаметра волокна. Іноді цю трубку заповнюють силіконовим гелем, що запобігає скупченню вологи в ній. Оскільки оптоволокно вільно «плаває» в трубці, механічні зусилля, що діють на кабель зовні, зазвичай його не досягають. Такий кабель дуже стійкий до поздовжніх впливів, що виникають при протягуванні через кабельні канали або в разі прокладання кабелю на опорах. Оскільки в световоде немає значних механічних напружень, кабелі такої конструкції мають малі оптичні втрати.

Другий спосіб полягає у використанні товстого пластикового покриття, нанесеного прямо на поверхню світловода. Захищений таким чином кабель має менший діаметр і масу, більшу стійкість до ударних впливів і гнучкість, але оскільки оптоволокно жорстко зафіксовано всередині кабелю, його стійкість до розтягування не настільки висока, як при використанні вільно облягає захисної трубки. Такий кабель застосовується там, де не пред'являються дуже високі вимоги до механічних параметрах, наприклад, при прокладці всередині будівель або для з'єднання окремих блоків апаратури. На рис. 1 схематично показано пристрій обох типів кабелю.

Мал. 1. Конструкція основних типів оптоволоконних кабелів

На рис. 2 показано поперечний переріз одно- і двожильного оптоволоконного кабелю, а також більш складного многожильного. Двожильний кабель зовні схожий на звичайний мережевий електропровід.

У всіх випадках світловод із захисною трубкою спочатку полягають в шар синтетичної (наприклад, кевларовой) обплетення, що визначає міцність кабелю на розтяг, а потім все елементи поміщаються на зовнішній захисну оболонку з полівінілхлориду або іншого подібного матеріалу. В багатожильних кабелях часто додається додатковий центральний підсилює елемент. При виготовленні оптоволоконних кабелів використовуються, як правило, тільки що не проводять електричний струм матеріали, але іноді додається зовнішня навівка зі сталевої стрічки для захисту від гризунів (кабель для безпосереднього укладання в грунт) або внутрішні підсилюючі елементи з сталевого дроту (кабелі для повітряних ліній на опорах ). Існують також кабелі з додатковими мідними жилами, з яким підключений до джерела живлення на віддалені електронні пристрої, що використовуються в системі передачі сигналу.

Мал. 2. Різні типи кабелів у поперечному розрізі

волоконні світловоди

Незалежно від різноманітності конструкцій кабелів їх основний елемент - оптичне волокно - існує лише в двох основних модифікаціях: многомодовое (для передачі на відстані приблизно до 10 км) і одномодовое (для великих відстаней). Що застосовується в телекомунікаціях оптоволокно зазвичай випускається в двох типорозмірах, що відрізняються діаметром серцевини: 50 і 62,5 мкм. Зовнішній діаметр в обох випадках становить 125 мкм, для обох типорозмірів використовуються одні й ті ж роз'єми. Одномодовое оптоволокно випускається тільки одного типорозміру: діаметр серцевини 8-10 мкм, зовнішній діаметр 125 мкм. Роз'єми для багатомодових і одномодових світловодів, незважаючи на зовнішню схожість, не взаємозамінні.

Мал. 3. Проходження світла через оптоволокно зі ступінчастим і плавним профілем показника заломлення

На рис. 3 показано пристрій двох типів оптоволокна - із ступінчастою і з плавним залежністю показника заломлення від радіуса (профілем).

Волокно зі ступінчастим профілем складається з серцевини з надчистого скла, оточеній звичайним склом з більш високим показником заломлення. При такому поєднанні світло, поширюючись по волокну, безперервно відбивається від кордону двох стекол, приблизно як тенісну кульку, запущений в трубу. У световоде з плавним профілем показника заломлення, який цілком виготовлений з надчистого скла, світло поширюється не з різким, а з поступовою зміною напрямку, як в товстій лінзі. У оптоволокне обох типів світло надійно замкнений і виходить з нього тільки на дальньому кінці.

Втрати в оптоволокне виникають через поглинання і розсіяння на неоднорідностях скла, а також з-за механічних впливів на кабель, при якому світловод згинається так сильно, що світло починає виходити через оболонку назовні. Величина поглинання в склі залежить від довжини хвилі світла. На 850 нм (світло з такою довжиною хвилі в основному застосовується в системах передачі на невеликі відстані) втрати в звичайному оптоволокне складають 4-5 дБ на кілометр кабелю. На 1300 нм втрати знижуються до 3 дБ / км, а на 1550 нм - до величини порядку 1 дБ. Світло з двома останніми довжинами хвиль використовується для передачі даних на великі відстані.

Втрати, про які тільки що було сказано, що не залежать від частоти переданого сигналу (швидкості передачі даних). Однак існує ще одна причина втрат, яка залежить від частоти сигналу і пов'язана з існуванням безлічі шляхів поширення світла в световоде. Мал. 4 пояснює механізм виникнення таких втрат в оптоволокне із ступінчастим профілем показника заломлення.

Мал. 4. Різні шляхи поширення світла в оптоволокне

Луч, який увійшов в оптоволокно майже паралельно його осі, проходить менший шлях, ніж той, який відчуває багаторазові відбиття, тому світла для досягнення далекого кінця світловоду потрібен різний час. Через це світлові імпульси з малою тривалістю наростання і спаду, як правило, використовується для передачі даних, на виході з оптоволокна розмиваються, що обмежує максимальну частоту їх слідування. Вплив цього ефекту виражається в мегагерцах смуги пропускання кабелю на кілометр його довжини. Стандартне волокно з діаметром серцевини 62,5 мкм (багаторазово перевищує довжину хвилі світла) має максимальну частоту 160 МГц на 1 км на довжині хвилі 850 нм і 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодове волокно з більш тонкої серцевиною (8 мкм) забезпечує максимальну частоту в тисячі мегагерц на 1 км. Однак для більшості низькочастотних систем максимальна відстань передачі в основному обмежується все ж поглинанням світла, а не ефектом розмивання імпульсів.

Оптичні роз'єми

Оскільки світло передається тільки по дуже тонкій серцевині оптоволокна, важливо дуже точно поєднувати його з випромінювачами в передавачах, фотодетекторами в приймачах і световодами в оптичних з'єднаннях. Ця функція покладається на оптичні роз'єми, які виготовляються з дуже високою точністю (допуски мають порядок тисячних часток міліметра).

Хоча існує багато типів оптичних роз'ємів, зараз найбільш поширений роз'єм типу ST (рис. 5). Він складається з виготовленого з високою точністю штифта, в який виходить оптоволокно, пружинного механізму, який притискає штифт до такого ж штифту в відповідної частини роз'єму (або в електронно-оптичному пристрої) і кожуха, механічно розвантажує кабель.

Роз'єми ST випускаються в варіантах для одномодового і багатомодового оптоволокна. Основна відмінність між ними укладено в центральному штифті і його не так просто помітити візуально. Однак слід уважно ставитися до вибору варіанту роз'єму: якщо одномодові роз'єми ще можна використовувати з багатомодовими випромінювачами і детекторами, то роз'єми для багатомодового кабелю з одномодовим працюватимуть погано або взагалі приведуть до непрацездатності системи.

Мал. 5. Оптичний роз'єм типу ST

Однак слід уважно ставитися до вибору варіанту роз'єму: якщо одномодові роз'єми ще можна використовувати з багатомодовими випромінювачами і детекторами, то роз'єми для багатомодового кабелю з одномодовим працюватимуть погано або взагалі приведуть до непрацездатності системи.

Приєднання оптичного роз'єму на кабель починається зі зняття оболонки за допомогою практично таких же інструментів, що використовуються для електричного кабелю. Потім підсилюють елементи обрізаються на потрібну довжину і вставляються в різні утримують ущільнення і втулки. У кабелі зі вільно облягає захисної трубкою її кінець знімається, щоб оголити саме оптоволокно. У кабелі з щільно прилягає до оптоволокну оболонкою вона знімається за допомогою прецизійного інструменту, що нагадує пристрій для зняття ізоляції з тонких електричних проводів. До цього моменту процес дуже схожий на роботу з електричним кабелем, але далі починаються відмінності. Звільнене від оболонок оптоволокно змащується швидкотвердіючої епоксидною смолою і вставляється в прецизионно виконане отвір або канавку штифта, кінець оптоволокна при цьому виходить з отвору назовні. Потім на роз'ємі встановлюються елементи механічного розвантаження кабелю, і він готовий до завершальних операцій. Штифт поміщається в спеціальне пристосування, в якому стирчить кінець оптоволокна сколюється. На це йде одна-дві секунди, після чого роз'єм встановлюється в спеціальне затискні пристрої, де виконується полірування відколу за допомогою спеціальних плівок двох або трьох ступенів шорсткості. На все, крім п'яти хвилин на затвердіння епоксидної смоли, йде 5-10 хвилин в залежності від майстерності монтажника.

Фактично, збірка оптичного роз'єму ST - не більше важке завдання, ніж монтаж старого знайомого електричного роз'єму BNC.

Роз'єми всіх типів їх виробники постачають простий покроковою інструкцією по монтажу на оптоволоконний кабель.

Серед багатьох людей поширене упередження про труднощі установки роз'ємів на оптоволоконні кабелі, оскільки вони чули «про складний процес відколу і полірування скляного волокна». Коли їм показують, що цей «складний процес» виконується за допомогою дуже простого пристосування і займає менше хвилини, то огортає його «таємниця» миттєво випаровується. Фактично, збірка оптичного роз'єму ST - не більше важке завдання, ніж монтаж старого знайомого електричного роз'єму BNC. Після навчання, яке займає від 30 хвилин до години, максимальний час при установці оптичних роз'ємів витрачається на очікування затвердіння епоксидної смоли. Проте упередження залишається широко поширеним, і для таких споживачів деякі фірми випускають оптичні роз'єми так званого швидкого монтажу. Вони встановлюються на кабелі за допомогою різноманітних механічних затискних систем, клейових розплавів, швидковисихаючих клеїв (а іноді і взагалі без хімічних сполук, що клеять). Деякі з цих роз'ємів навіть поставляються із заздалегідь відполірованим відрізком оптоволокна, вставленого в штифт, що взагалі дозволяє виключити процедуру остаточної обробки. Хоча установка цих роз'ємів дійсно трохи простіша, нікому не слід боятися і стандартного методу монтажу з використанням епоксидної смоли і поліруванням торця світловода. На рис. 6 показана послідовність установки типового роз'єму ST на оптоволоконний кабель.

Мал. 6. Етапи монтажу роз'єму ST на оптоволоконний кабель

Також поширені оптичні роз'єми SMA, SC і FCPC. Всі вони подібні в сенсі використання штифта, прецизионно поєднувати з таким же штифтом в відповідної частини роз'єму, а відрізняються тільки конструкцією механічного з'єднання. Роз'єми всіх типів їх виробники постачають простий покроковою інструкцією по монтажу на оптоволоконний кабель.

DSP-платформи для управління багатоканальними аудіосистемами

Раніше для їх налаштування був потрібний цілий рік обладнання, а сьогодні з цим справляється єдиний прилад - DSP-платформа.

Аналогові конференц-системи VS цифрові: за що варто платити?

Сучасні конференц-системи здатні вирішувати широкий спектр завдань, забезпечуючи зручність проведення дискусії.

Якщо ви працюєте в сфері аудіовізуальних або IT-технологій, то напевно чули про таке поняття як "AV / IT конвергенціяquo.

Digital Signage зробить вас лідером ринку. розповідаємо як

Детальний розбір всіх можливостей Digital Signage і того, як грамотно налаштувати систему під свої потреби.

Чек-лист для замовника: як обладнати офіс для ВКС

Шпаргалка, представлена нижче, дозволить замовникам уникнути глобальних помилок при побудові систем ВКС.