МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 15 по МДК 05.03 для специальности 11.02.09


МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ, ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СВЯЗИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Ставропольский колледж связи имени Героя Советского Союза В.А. Петрова»
Утверждаю
Заместитель директора по учебной работе
________________ Г.А. Белоусова
«___» _____________2015 г.
Цикловая комиссия Многоканальные системы передачи
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ № 15
по профессиональному модулю – МДК 05.03
Эксплуатация аппаратуры мультиплексирования
(полное наименование учебной дисциплины или проф. модуля с кодом по учебному плану)
Тема: Изучение типов соединений оптических волокон
СогласованоРазработчик: преподаватель Варфоломеев Д.В.
МетодистОбсуждено на заседании цикловой комиссии
________________ И. В. ЧеркасоваМногоканальных систем передачи
«___»_____________ 2015 г. Протокол №___ «___»_____________2015 г.
Председатель цикловой комиссии
______________/О.А. Гавриленко
Ставрополь, 2015
Тема: Изучение типов соединений оптических волокон
1. Вводная часть
1.1 Учебная цель – Изучить типы соединений оптических волокон.
1.2 Связь с другими дисциплинами:
– МДК 02.02 Технология монтажа и обслуживания транспортных систем;
– МДК 02.03 Технология монтажа и обслуживания сетей доступа;
– МДК 02.04 Технология обслуживания инфокоммуникационных сетей связи;
– МДК 01.02 Технология монтажа и обслуживания цифровых и волоконно-оптических систем передачи;
– основы телекоммуникаций.
1.3 Перечень вопросов, используемых для подготовки к занятию:
Что из себя представляют волоконно-оптические мультиплексоры (демультиплексоры)?
Изобразите структуру двухканального одномодового демультиплексора.
Что лежит в основе демультиплексора?
Какие требования предъявляются при изготовлении демультиплексора?
Как изготавливается одномодовый сплавной демультиплексор?
Назовите основные характеристики демультиплексора.
Поясните методику изготовления демультиплексоров.
Назовите основные технологические параметры при изготовлении разветвителей.
Для чего необходима оптическая изоляция каналов демультиплексора?
Какова температура нагрева зоны сплавления волокон?
1.4 Перечень литературы для подготовки к занятию:
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебное пособие для вузов. 3-е изд. - Издательство: БХВ-Петербург, 2010 – 810 с.
2. Основная часть
2.1 Краткое изложение основных положений:
Соединение при помощи сплавления
Соединение оптических волокон — соединение одного оптического волокна с другим оптическим волокном или с оборудованием при помощи различных способов и приспособлений.
Оптические волокна могут быть связаны друг с другом или с оборудованием соединителями. Сами волокна могут соединяться между собой непосредственно, чтобы сформировать непрерывный оптический волновод. Общепринятый метод соединения — соединение при помощи сплавления электрической дугой (сварки), которая сплавляет концы волокна вместе. Для более быстрого соединения оптических волокон используются механические соединения, при которых заранее подготовленные торцы соединяемых волокон (прецизионно сколотые или пришлифованные и затем отполированные) соосно ориентируют и плотно вводят в контакт друг с другом.
Сва́рка опти́ческого волокна́ — процесс соединения оптических волокон с помощью их сплавления при высокой температуре. В настоящее время сварку оптического волокна производят при помощи специальных сварочных аппаратов, которые позволяют в автоматическом режиме провести работу по измерению параметров скола волокон, совмещения торцов свариваемых волокон, сварки, отжига, оценки параметров стыка, проверки механической прочности сварного стыка, термоусадки защитной гильзы на место стыка.
Современные сварочные аппараты состоят из следующих элементов:
Прочный корпус в котором расположены все элементы аппарата.
Микроскоп или видеокамера с оптической системой (зеркала, призмы) — применяются для точного позиционирования волокон друг относительно друга. В настоящее время чаще используют две видеокамеры закреплённые в двух плоскостях (под углом 90°). При этом отпадает необходимость в прецизионных зеркалах и призмах совмещающих изображение двух плоскостей на один экран.
Сварочная камера — объединяет в себе подвижные манипуляторы с зажимами для волокон (для юстировки и сведения их под микроскопом), электроды создающие дугу для сварки и крышку, защищающую место сварки от внешних воздействий.
Тепловая камера (печь) — необходима для термоусадки защитной муфты на сваренный участок.
Блок электронного управления работой аппарата.
Процесс сварки:
Разделка оптического кабеля и очистка волокон от гидрофобного материала.
На волокна одного из кабелей надеваются специальные гильзы — КДЗС (комплект для защиты стыка), состоящие из полиэтиленовой трубки и стального силового стержня, размещённых внутри внешней термоусаживаемой оболочки.
С концов волокон (2-3 см) снимается первичное буферное покрытие и волокна промываются изопропиловым спиртом с использованием безворсовых салфеток.
Подготовленное волокно скалывается специальным прецизионным скалывателем. Плоскость скола волокон должна быть строго перпендикулярна оси волокна. Допустимое отклонение — не более 1,0° на каждый скол.
Волокна, предназначенные для сварки, укладываются под зажимы сварочного аппарата в (V-образные канавки).
Под микроскопом или под контролем видеокамер, механически (в V-образных канавках) или с помощью подвижных зажимов, происходит совмещение (юстировка) волокон. В современных сварочных аппаратах юстировка происходит автоматически.
Электрическая дуга разогревает до установленной температуры концы волокон, далее торцы волокон совмещаются микродоводкой держателя одного из волокон. При этом, благодаря силам поверхностного натяжения, происходит «схлопывание» поверхностей торцов волокон. Пока стык не остыл, сварочный аппарат продолжает юстировать сердцевины волокон, в это время температура дуги понижается до определённой температуры, для «отжига» (снятия механических напряжений) места сварки.
Аппарат проверяет затухание, вносимое сваренным стыком. Существует несколько методов проверки: от оценки качества сварки по оптическому изображению горячего волокна (в ИК области), до непосредственного измерения путём введения в одно волокно опорного излучения и отводом его части из другого волокна.
Аппарат осуществляет проверку механической прочности соединения приложением растягивающего усилия (обычно 200 — 400 гр.).
КДЗС сдвигается на место сварки и этот участок помещается в тепловую камеру (печь), где происходит термоусадка КДЗС.
Сваренные волокна укладываются в сплайс пластину (кассету), оптическую муфту или оптический кросс.
Оптический сплайс (Fiber Optic Mechanical Splice) - механическое устройство (соединитель) для соединения оптических волокон между собой или для соединения оптического волокна с приёмо-передающей аппаратурой.

Рис. 1 Оптические сплайсы CORELINK производства компании АМР

Рис. 2 Удаление защитных оболочек с оптического волокна

Рис. 3 Подготовка торца оптического волокна скалыванием

Рис. 4 Установка оптических волокон в сварочный аппарат

Рис. 5 Сварка оптических волокон

Рис. 6 Отображение параметров результата сварки оптических волокон

Рис. 7 Установка комплекта для защиты стыка (КДЗС) оптических волокон

Рис. 8 Термоусадка КДЗС на сварном стыке оптических волокон

Рис. 9 Укладка оптических волокон с КДЗС в сплайс кассету

Рис. 10 Установка сплайс кассеты в оптический бокс и его окончательная сборка

Рис. 11 Общий вид волоконно-оптического кабеля предназначенного для внешней прокладки в кабельной канализации
Механическое соединение волокон коннектором
Оптический коннектор (оптический разъём) - механическое устройство для соединения оптических волокон между собой или для соединения оптического волокна с приёмо-передающей аппаратурой. Оптическое разъёмное соединение состоит из двух оптических коннекторов, совмещаемых вместе внутри втулки по принципу соединения торцов встык.
Соединители механически ориентируют, выравнивают сердцевины волокон и соединяют их так, чтобы свет мог пройти из одного волокна в другое с минимальными потерями. Волокна закреплённые в двух соединителях находится в плотно прижатом состоянии, соприкасаясь друг с другом по прямой линии (физический контакт). При этом место соединения торцев волокон не должно иметь даже воздушного зазора в зоне контакта, который может создать высокие потери при передачи информации через место соединения.
Существует много типов оптических коннекторов. В настоящее время используются стандартные соединители типов: ST, SC, FC, LC, E2000, LSA-DIN, SMA, D4, EC, BICONIC, ESCON, FDDI, MT, MT-RJ, MPO. Также существует большое количество специальных соединителей.
Типы соединителей различаются в основном: устройством, габаритами и методами механического соединения. В настоящее время чаще используют малогабаритные соединители: например Е2000, LC для одномодового волокна, а также соединители LC, MT-RJ, MPO) для многомодовых волокон. Малогабаритными соединителями часто заменяют традиционные соединители (например SC), главным образом для того, чтобы установить больше количество соединителей на ограниченную размерами лицевую панель и таким образом увеличить плотность размещения коннекторов, уменьшив габариты системы.

Рис. 12 Оптические коннекторы типа LC/PC (слева) и SC/PC (справа)
Основными деталями любого оптического коннектора являются:
центратор (ferrule - штекерный штифт),
корпус коннектора,
обжимная гильза,
защитный колпачок.
Центратор представляет из себя прецизионную втулку с отверстием для волокна в середине. Внешний диаметр этой втулки обычно равен 2,5 мм. В современных малогабаритных коннекторах (например LC) применяют центраторы с внешним диаметром 1,25 мм. От качества и точности изготовления центратора зависит качество оптического коннектора. Штифты могут быть металлические, керамические и даже пластмассовыми. Лучшим материалом для центратора считается керамика на основе диоксида циркония. Оптическое волокно надёжно фиксируется в центраторе оптического коннектора и торец центратора с волокном тщательно приполировывается.
Существует много различных технологий оконцовки оптического волокна коннектором. Основными технологиями являются:
вклейка волокна в центратор эпоксидными компаундами с последующими шлифовкой и полировкой торца;фиксация волокна в центраторе заранее введенным в капилляр центратора термоклея - Hot Melt (3М) с последующими шлифовкой и полировкой торца;
механическая фиксация оптического волокна в центраторе Light Crimp (АМР) с последующими шлифовкой и полировкой торца;
центраторы с уже вклеенным и приполированным кусочком волокна, и механической фиксацией оптического волокна с другой стороны центратора Light Crimp Plus (АМР). Не нуждается в последующей шлифовке и полировке торца;
центраторы с уже вклеенным и приполированным кусочком волокна, совмещённые с другой стороны с оптическим сплайсом MT-RJ (АМР). Не нуждается в последующей шлифовке и полировке торца.
Первый тип технологии является классическим. Оконцовкой волокна занимаются на предприятиях где производят пигтейлы и патчкорды. Остальные технологии были разработаны для быстрой, оперативной, оконцовки волокна непосредственно на объектах. Качество оптического коннектора зависит от качества полировки поверхности торца волокна в центраторе. Различают несколько степеней полировки торцов оптического волокна, которые измеряются в уровне отражённого от торца волокна сигнала:
PC (physical contact) < -30 dB,
SPC (super physical contact) < -45 dB,
UPC (ultra physical contact) < -55 dB,
APC (angle physical contact) < -65 dB.
Качество полировки торца оптического коннектора принято указывать после указания типа оптического коннектора через слэш, например: ST/PC, SC/SPC, FC/UPC, SC/APC и т. д. Стоит отметить, что уровень отражённого сигнала < -65 dB можно получить только при условии, что торец волокна в центраторе оптического коннектора не перпендикулярен оси волокна, а скошен под углом равным 8º. Это сделано для того, чтобы отражённый сигнал отражался не обратно в волокно, а под углом в нашем случае равным 16º и уходил мимо сердцевины. Такие оптические коннекторы обычно используют при передаче аналоговых сигналов например в телевидении и окрашивают такие оптические коннекторы в зелёный цвет.

Рис. 13 Соединители типа ST/PC на многомодовом волокне
Оптический адаптер (розетка) - механическое устройство для соединения оптических коннекторов между собой или для соединения оптического коннектора с приёмо-передающей аппаратурой.
Существует много типов оптических адаптеров. В настоящее время используются стандартные адаптеры типов: ST, SC, FC, LC, E2000, LSA-DIN, SMA, D4, EC, BICONIC, ESCON, FDDI, MT, MT-RJ, MPO. Любой адаптер состоит из двух основных деталей:
корпус адаптера;
центрирующая втулка (трубка);
От качества и точности изготовления центрирующей втулки зависит качество адаптера. Центрирующие втулки могут быть металлическими (чаще всего из бронзы) или керамическими. Лучшим материалом для втулки считается керамика на основе диоксида циркония.
Также существует большое количество специальных адаптеров и специальных соединителей.
Например: Fiber Optic Test Universal Adapters - это адаптеры для измерительных приборов (рефлектометров, измерителей мощности, излучателей). Они представляют собой адаптер в котором расположена центрирующая втулка, но отсутствует какой либо ключ (фиксирующий положение вилки относительно оптической оси розетки) и элемент фиксации самой вилки в адаптере. Это позволяет подключать к такому адаптеру любой тип оптического коннектора (с диаметром центратора соответствующим центрирующей втулке адаптера).

Рис. 14 Оптические адаптеры (розетки) различных типов
Механическое соединение волокон механическим сплайсом
Существуют два вида сплайсов для механического соединения оптического волокна - одноразовые и многоразового использования. Обычно сплайсы представляют из себя калиброванную трубку (капилляр) с внутренним диаметром равным внешнему диаметру оптического волокна, снабжённую по краям зажимами. Кроме этого, есть сплайсы состоящие из двух пластинок с прецизионными V - образными канавками, при сжатии этих пластинок, волокно находящееся в V - образных канавках самоюстируется, совмещая по оси, сердцевины соединяемых волокон. Соединяемые оптические волокна вводятся в сплайс с противоположных сторон до механического соприкосновения торцами. После этого происходит фиксация волокон по краям сплайса. Для уменьшения отражённого сигнала из-за влияния границы раздела сред в точке соприкосновения, в середину сплайса вводят небольшое количество иммерсионного оптического геля, показатель преломления которого близок показателю преломления сердцевины оптического волокна. При соединении оптических волокон механическим сплайсом необходимо обеспечить идеальную перпендикулярность торца волокна и высокую чистоту поверхности. Это возможно получить только при использовании прецизионногоскалывателя оптического волокна.
Существует много типов оптических сплайсов. В настоящее время используются сплайсы производимые несколькими известными компаниями например, Corelink Splice (AMP), ULTRASplice (ACA), Fibrlok (3M). Так-же существует большое количество специальных соединителей например для быстрого подключения к волокну измерительного оборудования.
Бесконтактные оптические соединения через воздушный зазор
Часто возникает необходимость выровнять оптическое волокно по отношению к другому оптическому волокну, или к кристаллу оптоэлектронного устройства, например, светоизлучающего диода (СИД), лазерного диода (ЛД), или модулятора. Это может потребовать тщательного нивелирования положения волокна относительно устройства с использованием линзы, позволяющей произвести фокусировку оптического излучения через воздушный промежуток. В некоторых случаях конец волокна оплавляется или полируется в форме сферической линзы, которая выполняет функцию линзы, чтобы позволить сфокусировать световой поток через воздушный промежуток (зазор).
План выполнения практического занятия:
2.2.1 Изучить соединение при помощи сплавления.
2.2.2 Изучить механическое соединение волокон коннектором.
2.2.3 Изучить механическое соединение волокон механическим сплайсом.
2.3 Форма отчета по практическому занятию: выполнение заданий в рабочей тетради с графическим отображением схем, защита отчета по практической работе.
3.1 Перечень контрольных вопросов:
Для чего осуществляется сварка волокна?
Назовите основные элементы сварочного аппарата.
Поясните процесс сварки оптического волокна.
Что такое оптический сплайс?.
Назовите детали оптического коннектора.
Для чего необходимо выравнивание оптического волокна?
Назовите типы оптических сплайсов.
Как осуществляется оптическое соединение через воздушный зазор?
3.2 Задание для самостоятельной работы – подготовить ответы на контрольные вопросы.
3.3 Список литературы для самостоятельной работы:
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учеб. пособие для вузов. 3-е изд. - Издательство: БХВ-Петербург, 2010 – 810 с.

Приложенные файлы

  • docx file11
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 2