Практика оконечивания оптического кабеля

Техника и технология монтажа волоконно-оптических линий связи хорошо отработана и изучена. Не смотря на это, специалисты зачастую упускаются некоторые моменты, чрезвычайно важные для обеспечения беспрепятственной передачи сигнала по оптоволокну. В этой статье описываются места на волоконных линиях, в которых наиболее часто возникают неисправности, также способы предотвращения неисправностей, возникающих в процессе оконечивания оптического кабеля.

Ограниченный бюджет мощности

По мере развития волоконно-оптических технологий более жестким становится и бюджет (энергетический баланс) линии связи. При передаче данных из точки А в точку В на сигнал отрицательно влияют различные факторы. Некоторые из них можно прогнозировать. Это касается, например, потерь в кабеле или потерь в местах сварки, изгибов, установленных соединителей, а также потерь из-за старения источников излучения в передатчиках. Другие же факторы абсолютно непредсказуемы, например, когда речь идет о неправильном обращении с кабелем. В проведенном компанией Fluke Networks опросе достаточно хорошо отражены некоторые источники возникновения незапланированных отказов. Список составлен в последовательности от наиболее распространенных к наименее распространенным причинам возникновения неисправностей. Список состоит из следующего перечня:  

• загрязнение торцевой поверхности волокон,
• плохая полировка,
• сломанные соединители,
• неправильная маркировка,
• трещины и сколы на торцевой поверхности,
• низкое качество сварки,
• чрезмерный изгиб волокна.

Кроме бюджета потерь ужесточаются требования к предельным потерям в линии связи. В новом стандарте 568.3-D для увеличения максимально допустимого расстояния между передатчиком и приемником Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) снизила максимально допустимое затухание сигнала в оптоволоконном кабеле с 3,5 дБ/км до 3,0 дБ/км.

На некоторых оптоволоконных системах может присутствовать несколько подобных точек, каждая из которых вносит свои собственные потери.

Эта иллюстрация Ассоциации волоконно-оптической связи (Fiber Optic Association) разъясняет структуру бюджета мощности и потерь в оптической линии связи.

Чистота оптических коннекторов

Как утверждает  Б. Вудворду в своем руководстве по медным и оптоволоконным сетям (Bill Woodward, «Cabling: The Complete Guide to Copper and Fiber-Optic Networking»), до 85 процентов потерь на затухание приходится на грязную торцевую поверхность оптического волокна. Загрязнение происходит в различных формах, включая частицы пыли, притягиваемые к поверхности наконечника оптического коннектора  в результате проникновения влаги (например, при использовании насыщенного влагой изопропилового спирта), частицы пыли, притягиваемые к поверхности статическим электричеством, втирание частиц пыли, приводящее к появлению царапин, а также жирные следы от прикосновения пальцев.

Если во время тестирования проводится несколько измерений, зачастую причиной получения противоречивых результатов являются загрязненные торцевые поверхности. Кроме того, к получению ошибочных результатов измерений или необычно высоким потерям могут привести грязные  патчкорды. Грязь  не только может  попасть в разъем, но и существует риск проталкивания загрязнение  внутрь розетки ответного разъема (порт). А это уже может привести к появлению на поверхности царапин и сколов, которые часто просто невозможно устранить. Крошечную сердцевину волокна очень легко перекрыть частицами грязи, следами от пальцев и другими загрязнениями, являющимися результатом неправильного обращения. Загрязнения способны заблокировать источник света (или приемник), а также создать зазор между двумя торцевыми поверхностями, что приведет к рассеиванию излучения  и, в конечном счете, к прерыванию связи и возникновению неисправности сети. Таким образом, перед тестированием кабеля очень важно очищать оба разъема в каждом соединении, причем, независимо от того, были ли на них надеты пылезащитные колпачки.

Микроскопы и специальные средства для очистки

Чаще всего для визуального контроля торцов соединителей технические специалисты используют микроскопы с увеличением не менее 100x. Такого увеличения  хватает для визуального обнаружения частиц пыли. Однако, для проверки торцевой поверхности после полировки или для обнаружения  мельчайших царапин, способных ухудшить рабочие характеристики соединения, этого может быть недостаточно. Имеющие диаметр порядка десятков микрон дефекты лучше видны при увеличении до 250х; в частности, это верно для крошечных размеров одномодовых волокон. В приложениях высокой мощности (примером могут быть кабельное телевидение или некоторые телефонные сети) важно использовать микроскоп с фильтром, блокирующим любое лазерное излучение. Не смотря на то, что чаще источником света является светодиод, а не лазер, прямое попадание излучения в глаза приведет к необратимому повреждению сетчатки.

Простые наборы для очистки оптических разъемов обычно включают в себя растворитель для удаления масляных загрязнений и не оставляющую ворса салфетку. Обычно используется изопропиловый спирт и салфетки. Как уже упоминалось выше, одним из моментов, связанных с использованием изопропилового спирта, является то, что со временем спирт начнет накапливать влагу. Поэтому использующий его техник может заметить, что поверхность волокна дольше высыхает, оставаясь восприимчивой к грязи. Поэтому, лучше использовать одноразовые пропитанные спиртом салфетки или расходуемые ленты. Отличные результаты дает применение чистящего карандаша. Подробнее об этих материалах и приспособлениях см. в этом разделе. В частности, палочки с безворсовыми наконечниками и чистящие карандаши позволяют удалять грязь в розетках адаптеров, например, типов SC, LC, MU, MPO.

Jonard FCC-120 - очиститель оптических коннекторов и портов MPO, безворсовая лента, 500+ очисток

Неправильно установленные соединители

Правильная процедура оконечивания оптического кабеля различна для разных материалов, конструкции коннекторов и размеров оптоволоконного кабеля. Существует несколько вариантов установки соединителей. Некоторые предполагают использование эпоксидного клея и полировки, в то время как другие поставляются предварительно отполированными, но требуют точного скалывания. Как правило, основным местом возникновения неисправности в концевой заделке оптического волокна является неправильно отполированный торец волокна. Скорее всего, это связано с тем, что полировка разъема требует определенного умения, и, следовательно, напрямую связана с уровнем подготовки специалиста. Процесс полировки преследует две основные цели: придание наконечнику требуемой формы и получение гладкой поверхности для обеспечения минимального преломления света.

Используется обычное плоское полирование, полировка PC (физический контакт, вариант плоской полировки), UPC (более качественный вариант плоской полировки) и APC (полировка под углом).

1) PC, Обратное отражение < -40 дБ, 2) ULTRA PC, Обратное отражение < -50 дБ, 3) 8° ANGLED PC Обратное отражение < -60 дБ

Специалист может отполировать соединитель вручную, при этом качество полировки в большой степени зависит от используемых материалов и приспособлений. 

Профессиональный металлический универсальный диск для ручной полировки оптических коннекторов

Предотвращение неправильной установки оптических коннекторов

Радикальное средство от ошибок при оконечивании - это применение оптических коннекторов не требующих вклейки волокна и полировки разъема. Как правило, разъемы без эпоксидного клея или без полировки (NoEpoxy/NoPolish, NENP) исключают вероятность возникновения неисправности из-за плохой полировки и обеспечивают очень быструю концевую заделку. Для монтажа таких соединителей необходим специфический набор инструментов, отличающийся особым скалывателем волокна. Например, скалыватель Jonard FC-220 позволяет не только обеспечить ровный и строго перпендикулярный скол, но и задать с большой точностью расстояние скола от среза буферного слоя. Из всех операций установки подобных коннекторов наиболее сложной задачей является чистое скалывание волокна. Для остальных манипуляций достаточно небольшого специализированного набора инструментов, например, Jonard TK-350.

Набор инструмента Jonard TK-350 для снятия внешней оболочки кабеля, обрезки кевларовых армирующих нитей и удаления буферного слоя.

Опытному специалисту, скорее всего, потребуется практически одинаковое время для установки нескольких соединителей EP (с вклейкой волокна и полировкой) и нескольких соединителей NENP. Кроме того, соединитель NENP, как правило, значительно дороже соединителя EP. Те мне менее, этот тип разъемов гораздо менее подвержен ошибкам монтажа и не требует никаких расходных материалов,  чего нельзя сказать о расходниках для разъемов EP (клей, салфетки, тех. жидкости, полировочные пленки и пр.), запас которых требует постоянного пополнения.

Проверка и осмотр оптического волокна

После оконечивания оптоволоконного кабеля оценить качество соединения можно двумя способами: визуальный осмотр и измерение отражательной способности. При измерении отражательной способности (или обратного отражения) соединителя определяется количество света, отраженного обратно к источнику из-за недостаточно качественной полировки поверхности. При плохой полировке большая часть сигнала будет отражаться назад, что приведет к повышению потерь в соединителе и, в конечном итоге, во всей системе. Тщательный визуальный осмотр разъема, вероятно, позволит установить причину низкого качества монтажа. Однако специалисты с недостаточным опытом скорее всего будут не в состоянии на глаз определить качество оптического соединения. Поэтому дополнительная проверка не будет лишней. Таким образом, для снижения уровня брака при обучении новых монтажников измерители мощности, визуальные дефектоскопы и тестеры целостности полезно использовать не только в больших установках, но и при проведении любых монтажных работ.

Ниже в табл. 1 приведены приборы, инструменты и материалы, используемые для определения состояния оптических разъемов и их чистки.

Таблица 1. Микроскопы  для определения состояния оптических разъемов и средства для чистки коннекторов

Важно! Безопасность при оконечивании оптических кабелей

При работе с волоконно-оптическими кабелями необходимо соблюдать меры предосторожности. В процессе монтажа соединителей при скалывании или случайном разломе волокна образуются мелкие и мельчайшие осколки. Эти осколки опасны и неправильное обращение с ними чревато серьезными последствиями. Такие осколки зачастую очень трудно увидеть. Попадание осколков на поверхность кожи или внутрь организма человека способно вызвать серьезные раздражения и даже внутренние кровотечения.

При выполнении концевой заделки кабеля установщику необходимо надевать защитные очки и защитную одежду, например, фартук. Кроме того, после или в процессе работы, прежде чем прикасаться к лицу (протереть глаза или почесать за ухом) или пище, обязательно нужно вымыть руки. Обнаружить осколки волокна помогут черные рулонные маты, которые удерживают на месте полирующие пластины. Осколки нужно с помощью пинцета собрать и сложить в специальный контейнер и утилизировать. Поскольку осколки трудно обнаружить, лучше сразу предполагать, что они неизбежно появятся в процессе работы и заранее предпринять необходимые меры!

Подготовлено по материалам Cabling Installation & Maintenance
Paul Hospodar, L-Com Global Connectivity.

Примеры оборудования

2 способа сократить время тестирования оптоволокна вдвое

IBYC – методика поддержания чистоты высокоскоростных оптических соединений

5 практических рекомендаций по тестированию ВОЛС