Изгиб волоконно оптического кабеля

Изгиб волоконно оптического кабеля

Следующий раздел описывает общие правила и процедуры монтажа, которым нужно следовать при развертывании волоконно-оптических кабельных систем. Для удобства ссылок они поделены на взаимосвязанные подразделы.

7.2.1. Радиус изгиба кабеля

Правила и общие технические характеристики кабеля, применявшиеся к минимальному радиусу изгиба кабеля при обсуждении главы 4, применяются и здесь.

Важнее всего при установке кабеля убедиться, что в процессе монтажа радиус кабеля все время превышает рекомендованный минимальный радиус изгиба при установке.

Абсолютно необходимо избегать острых изгибов вдоль маршрута прокладки. Острые края в кабельных лотках или каналах могут вызвать макро- или микроизгибы волокна, что сильно повлияет на ослабление сигнала.

Необходимо убедиться, что кабельный канал или лоток не содержат острых краев. Должны использоваться конструкции с изогнутыми компонентами, а не с компонентами с прямыми углами или Т-образными компонентами.

Кабели должны укладываться на плоскую поверхность, а впоследствии на них не должны «ложиться тяжелые предметы.

Рис. 7.2. Нужно избегать Т-образного соединения или соединения под углом 90° в кабельных каналах или лотках

Избегайте петель и скручивания кабеля. Для этого лучше всего вытягивать кабель прямо с катушки, а одного члена бригады поставить наблюдать за провисанием кабеля и недопущением образования петель.

Производители кабелей указывают в технических характеристиках минимальный радиус изгиба, допустимый во время прокладки, и минимальный радиус для конечной долговременной эксплуатации установленного кабеля. Долговременный радиус значительно больше, чем радиус при установке. После прокладки кабеля и устранения напряжений нужно убедиться, что радиус кабеля по всей его длине не меньше допустимого радиуса для долговременной эксплуатации.

Для каждого отдельного участка протягивания кабеля, будь то через кабельный канал, кабельный лоток или другим способом, должно быть не более трех 90° изменений направления. Если изменений направления на 90° больше трех, кабель нужно протягивать с использованием промежуточного пункта, как раз после третьего изменения’ направления на 90°, с использованием обратной связи.

В качестве общего эмпирического правила: волоконно-оптический кабель с диаметром, не превышающим 2 см, не выйдет за пределы минимального радиуса изгиба при установке, если ограничить минимальный радиус величиной 30 см.

Источник

Радиус изгиба оптического кабеля

Минимальный радиус изгиба кабеля

2015-10-14 Такая характеристика кабеля как минимальный радиус изгиба — требует внимания проектировщиков, так как нарушение её может вести к ухудшению рабочих свойств кабеля. В данной статье приведены допустимые радиусы изгиба разных типов кабеля.

Автор: Иван Миронов, ЭО №1 октябрь 2015

Необходимость соблюдения минимальных радиусов изгиба кабеля на основе витой пары обусловлена тем, что при изгибах кабеля в парах нарушается однородность симметричной среды передачи.

Это ведет, в первую очередь, к ухудшению рабочих характеристик кабеля. В случае сильного перегиба, скрутка пары нарушается, что приводит к заметному увеличению перекрестных наводок между парами в этой точке. Последующее распрямление кабеля в месте изгиба может не только не восстановить форму повива пары, но и привести к еще худшим результатам.

В случае использования волоконно-оптических кабелей, их изгиб с радиусом менее допустимого может привести к увеличению вносимых потерь вследствие макро- и микроизгибов и даже к перелому волокна.

Величина минимально допустимого радиуса изгиба кабеля зависит от его состояния: находится ли он в процессе монтажа, прокладки или протяжки, когда на кабель воздействуют силы натяжения, или в процессе эксплуатации.

Радиусы изгиба кабелей должны быть не менее следующих значений:

• Четырехпарные неэкранированные кабели на основе витой пары: при эксплуатации — 4 внешних диаметра кабеля, а при монтаже — 8;
• Четырехпарные экранированные кабели на основе витой пары: при эксплуатации — 8 внешних диаметров кабеля, а при монтаже — 10;
• Многопарные кабели на основе витой пары: при эксплуатации—10 внешних диаметров кабеля, а при монтаже — 15;
• Волоконно-оптические кабели внутреннего применения с количеством волокон 2 и 4: при эксплуатации — 25 мм, а при монтаже — 50 мм.
• Волоконно-оптические кабели внутреннего применения с количеством волокон более 4: при эксплуатации — 10 внешних диаметров кабеля, а при монтаже — 15.
• Волоконно-оптические кабели внешнего применения: при эксплуатации — 10 внешних диаметров кабеля, а при монтаже — 20.

Как видите, в кабельной сети все должно быть правильно сделано, чтобы она работала надежно. Вы можете узнать больше о тонкостях построения СКС на курсе NIKOMAX Базовый.

• Как сэкономить на сервере?
• Почему необходимо тестировать кабельную сеть?

Подпишитесь и узнайте!

Заполните форму, и мы доставим вам домой или в офис печатный экземпляр Ef-office, который вы сможете изучить, отдыхая от компьютера.

Советы по эксплуатации оптоволокна

1. Не допускайте перегибов оптико-волоконного кабеля более допустимого радиуса (если это не является дизайнерским решением). Допустимый радиус легко рассчитать.

1. Не допускайте перегибов световода или оптико-волоконного кабеля более допустимого радиуса (если это не является дизайнерским решением) Допустимый радиус легко рассчитать по следующей формуле: , где R — это допустимый радиус изгиба световода , D — диаметр кабеля Например, нить 0,75 мм: мм. Кабель SV75EG: мм. Кабель SV84: мм.
2. Обращайте внимание на качественную обработку волокон световода во входной головке. Если у вас нет опыта, лучше несколько раз потренироваться на образце кабеля. Все волокна должны быть чисто срезаны только горячим ножом, иметь правильный круглый срез, зеркальный на вид. Если нити на срезе приобрели овальный срез или имеют матовую поверхность, это недопустимо. Применение напильников, полировочных паст и наждачной бумаги не допускается и ведёт к оплавлению нитей в головке. Аналогичные последствия могут наблюдаться при загрязненной поверхности, в т. ч. при наличии следов от пальцев. Помните, что потери света на некачественно обработанной входной головке могут составить 40–50 %. При правильной обработке кабель бокового свечения должен испускать чистый белый свет.
3. По прошествии определенного времени (3–5 месяцев) может наблюдаться уменьшение яркости свечения. Как правило, это наблюдается в первую очередь на кабеле бокового свечения, при торцевом свечении это не так заметно. Основная причина уменьшения яркости свечения — это естественное загрязнение фильтров, отражателей, нитей во входной головке. Следует протирать их сухой мягкой тканью без волокон. Если вовремя не удалять осаждающуюся на волокнах пыль (особенно металлическую или из искусственных материалов), то при включении лампы под воздействием высокой температуры она может вплавляться в поверхность. Такое загрязнение трудно удалить. В этом случае необходимо срезать загрязненные волокна на 2–4 мм. В связи с этим рекомендуется оставлять так называемый «сервисный запас кабеля», т. е. лишние 50–70 см. Даже при профилактической обрезке раз в три месяца этой длины кабеля хватит на 15–25 лет.
4. При правильном фокусном расстоянии около 85–90 % светового потока от лампы фокусируется на входной головке диаметром 20 мм. Однако этот поток распределяется неравномерно и может различаться иногда на 15–25 %. Для достижения равномерности свечения тщательно смешивайте волокна световода от различных кабелей.
5. Рекомендуемая длина для кабеля бокового свечения, засвеченного с обоих концов, — 28–32 м, с одного конца — 12–14 м (при использовании в линейной подсветке). При использовании в вывесках (вместо неоновых трубок) — соответственно 18–22 м и 8–10 м. Это обусловлено потерей света на многочисленных изгибах. Вообще нельзя говорить категорично о том, что петля должна быть 30 м и не более; просто исходят из того, что потеря свечения на кабеле 1,0–1,2 % на метр. Нормальный человеческий глаз может начинать различать разницу в яркости свечения в 15–20 %. Речь идет только о том, что на 30 м в петле и соответственно 14 м при одном конце вы получите равномерное для восприятия нормального глаза свечение по всей длине. Если у вас кабель используется без загибов, то в некоторых случаях возможно достичь хороших результатов и на 35 м. В случае использования кабеля с многочисленными изгибами могут наблюдаться дополнительные потери, и равномерность свечения будет на 22–25 м.
6. После транспортировки источников света проверьте качество подсоединения кабеля к источнику света.

2.3 Физические основы возникновения потерь в изогнутых оптических волокнах

При прокладке и монтаже оптического кабеля невозможно избежать изгибов ОВ. Радиус изгиба оптического кабеля при его стационарной прокладке существенно влияет на его эксплуатационные характеристики. Изгиб кабеля вызывает соответственно изгиб оптического волокна, которое при определенных условиях может негативно отреагировать на данное механическое воздействие, увеличив потери на прохождение сигнала, или, в крайнем случае, разрушится. Изгибные деформации во многом определяют срок службы оптических волокон.

Характерные места изгибов оптических кабелей во внешней сети телекоммуникационных станций показаны на рис. 2.10. Кроме спиралеобразного изгиба в самом кабеле, другие самые существенные изгибы волокон происходят в многочисленных местах сращивания или разветвления кабелей и в различных внутристанционных распределительных щитах. Технология, применяемая в точках разветвления и распределения, идентична технологии, применяемой в соединительных муфтах на самой трассе кабеля.

Рис. 2.10. Места изгибов оптических кабелей на внестанционных участках оптических сетей.

В указанных на рис. 2.10 местах изгиба волокно обычно прокладывается в соответствии со строгими предписаниями относительно минимального радиуса изгиба. Однако правильность укладки волокна зависит от умения исполнителя и тщательности выполнения операции. Из-за финансового давления с точки зрения снижения стоимости трудовых затрат иногда возникают случайные ошибки, в результате которых короткие длины волокон подвергаются изгибам со значительно меньшим радиусом, чем предусмотрено. Это особенно характерно для трудоемких участков абонентских линий, где требуются многочисленные изменения из-за перехода абонентов к другому оператору, миграции сети и ее реконструкции. Очень часто требуется выполнить разводку абонентских линий в местах с ограниченным пространством, например в сетях внутри зданий. Поэтому неудивительно, что в связи со все более широким применением одномодовых волокон в абонентских линиях вновь возникает проблема, связанная с макроизгибами волокон. При использовании оптических волокон, малочувствительных к изгибам, характеристики сети в меньшей степени подвержены влиянию таких дефектов и в то же время выявляются другие преимущества монтажа линий – уменьшение габаритов устройств демонтажа ОВ (муфты, шкафы, монтажные платы и пр.).

Доминирующими внешними параметрами, чувствительными к наличию макроизгибов, являются длина волны и радиус изгиба, как показано на рис. 2.11, на котором представлена зависимость затухания стандартного одномодового волокна, соответствующего рекомендации G.652 ITU-Т, от длины волны и радиуса изгиба. Здесь отчетливо видно, что при больших длинах волн, когда оптический сигнал в меньшей степени зависит от сердечника одномодового волокна, потери на изгиб значительно возрастают. Они еще больше увеличиваются, если радиус изгиба уменьшается, как это показано на рис.2.11 справа.

Рис. 2.11. Зависимость потерь, связанных с макроизгибом.

В принципе это верно, так как уменьшение радиуса изгиба приводит к появлению дополнительных напряжений в наружной части волокна и силы сжатия на внутренней части волокна. Однако это дополнительное напряжение обычно достаточно мало по сравнению с 1%-ным удлинением, которому волокно подвергается в процессе производства. Кроме того, длина изогнутого волокна на трассе невелика.

Таким образом, правильно спроектированные и проложенные сети, магистральные или абонентские линии, явно не страдают от эффектов макроизгибов. Этому способствует и заметное распространение оптических волокон, менее чувствительных к изгибам.

Следующий вопрос – возникающие в результате изгибов изменения характеристик волокна, выявление этих изменений и, желательно, их предотвращение. Поскольку изгибы обычно вызывают дополнительные потери, то этот эффект будет обнаружен только при вводе кабельной трассы в эксплуатацию после прокладки или заполнения конфигурации линии связи. Если не принимать в расчет возможность изгибов с малым радиусом в самом кабеле, то изгиб, не соответствующий требованиям спецификации, всегда будет результатом соединения волокон при сращивании.

При прокладке кабеля обычной практикой является сращивание различных длин кабеля. Индивидуальный контроль мест сращивания проводится локально после выполнения операции сращивания. Общие потери проверяются при приемке всей трассы, когда каждая оптическая волоконная линия испытывается с помощью оптического рефлектометра. Если обнаруживается дефектное место сращивания, корпус соединительной муфты должен быть вскрыт и сращивание должно быть выполнено заново. Повторный демонтаж одной-двух соединительных муфт на канал связи – обычное дело при приемке на протяженных междугородных линиях связи и городских сетях. Количество обнаруженных дефектов также зависит от числа волокон в кабеле. Для кабеля со 192 волокнами вероятность одного дефекта на соединительную муфту намного выше, чем для простого кабеля, состоящего из 6 волокон. Процесс повторного монтажа соединительной муфты достаточно обременительный и дорогостоящий, так как необходимо дополнительное время для того, чтобы команда испытателей и монтажников выкопала, демонтировала корпус соединительного устройства и выполнила повторный монтаж. Особое значение при этом имеет испытательная длина волны. Потери на сращивание сами по себе вряд ли зависят от длины волны, в отличие от потерь, вызванных изгибами в месте хранения волокна при прокладке. Т.к. при помощи обычного оптического рефлектометра нельзя различить потери, возникающие из-за сращивания, петель, образующихся в месте хранения при прокладке или случайных изгибах с малым радиусом, то неудивительно, что расширенная проверка характеристик места сращивания при длине волны 1625 нм на действующих кабелях, прошедших приемосдаточные испытания при 1550 нм, выявила большое количество очень высоких потерь на сращивание при 1625 нм.

Анализ показал, что эти дефекты были вызваны как постоянной кривизной чувствительных к изгибам волокон в зоне места хранения, так и случайными изгибами из-за неквалифицированного обращения с оптическими волокнами.

Для случайных изгибов можно определить два предельных значения: предельный срок службы и предельное значение потерь. Что касается срока службы, то радиус единичного изгиба может быть очень малым, и это не повлияет на срок службы. Доминирующее значение имеет предельная величина потерь, установленная требованиями к потерям на сращивание. Потери вследствие случайных изгибов ниже или сравнимы с потерями на сращивание. Это означает, что можно избежать отбраковки волокна при приемосдаточных испытаниях. Величина этого минимального радиуса определяется в зависимости от чувствительности волокна к изгибам.

В главе 1 было описано, что при распространении света в оптических волокнах используется принцип полного внутреннего отражения лучей от границы раздела сердцевина/оболочка. Принцип соблюдается, если угол падения луча достаточно велик, т.е. свет падает полого к плоскости отражения (рис. 1.3). При изгибе волокна с каким-то малым радиусом нарушается угловое условие, и часть излучения уходит в оболочку, где потом и высвечивается.

С точки зрения электродинамики этот процесс можно объяснить по-другому. Поле распространяемого излучения, концентрируясь в сердцевине, частично выходит в оболочку (поэтому диаметр модового поля всегда немного больше диаметра сердцевины), затухая по экспоненциальному закону.

Потери при изгибании волокна возникают по двум причинам. Во-первых, потери возникают в месте соединения прямого и изогнутого волокна и при переходе от изгиба к прямому волокну. Они обусловлены тем, что в изогнутом волокне центр модового пятна смещен относительно оси волокна на некоторую величину d, зависящую от радиуса изгиба волокна (рис. 2.12.а). В результате модовые пятна прямого и изогнутого волокна в месте их соединения оказываются смещенными также на величину d (рис. 2.12.б). Поэтому только часть мощности моды прямого волокна (диаметром w) передается моде изогнутого волокна, а остальная мощность преобразуется в моды оболочки и в конечном счете теряется.

Рис. 2.12. Возникновение потерь.

Во-вторых, мощность теряется непосредственно в самом изогнутом волокне. Это происходит из-за того, что в изогнутом волокне периферийная часть моды распространяется со скоростью больше скорости света в среде (в оболочке). Эта часть моды излучается в оболочку волокна и в итоге теряется (рис. 2.13). Величина этих потерь тем больше, чем больше число витков волокна и чем меньше радиус изгиба волокна.

Рис. 2.13. Возникновение потерь в изогнутом волокне ( — точка, где скорость распространения фазового фронта превысила скорость света в среде).

Таким образом, потери в изогнутом волокне возникают из-за двух различных механизмов. В первом случае потери зависят только от радиуса изгиба волокна и не зависят от числа витков. А во втором – они зависят и от радиуса изгиба, и от числа витков.

Фрагменты рефлектограмм SM волокна, два витка которого намотаны на цилиндрическую оправку диаметром 23мм, представлены на рисунке 2.14.

излучения (λ), но и от радиуса сердцевина (а) и от разности показателей преломления между сердцевиной и кварцевой оболочкой (n1-n2). Из этих параметров можно образовать безразмерную комбинацию, часто используемую при расчетах и называемую параметром волокна V:

где k = 2π/λ – волновое число (в вакууме), – радиус сердцевины, NA=(n12 — n22)1/2– числовая апертура.

Параметр волокна V однозначно характеризует относительные мощности, распространяющиеся в сердцевине и в оболочке волокна (рис.2.15).

Рис. 2.15. Доли мощностей первой и второй мод, распространяющихся в оболочке волокна.

Из этого рисунка видно, что при V1 доля мощности основной моды, распространяющейся в оболочке, быстро уменьшается с ростом V, соответственно уменьшаются и потери при изгибе волокна. Дальнейшее увеличение параметра V нецелесообразно, т.к. при V>2,4 в волокне уже может распространяться вторая мода (рис.2.15).

Минимальная длина волны, при которой в волокне распространяется только одна мода, называется длиной волны отсечки. Следовательно, если волокно прямое, то в нем распространяются две моды. Но вторую моду можно отсечь, изогнув волокно.

В отличие от теоретической длины волны отсечки, которую можно рассчитать, эффективная длина волны отсечки, используемая на практике (стандарт ITU-T,G.650), зависит от длины волокна и наличия в нем изгибных деформаций. После укладки волокна в оптический кабель изгибных деформаций в волокне становится больше. Поэтому максимально возможная длина волны отсечки в кабеле всегда меньше максимально возможной длины волны отсечки в волокне.

Известно, что в стандартных одномодовых волокнах типа G.652 с ростом длины волны затухание на изгибах явственно увеличивается. Это объясняется тем, что, чем дальше от длины волны отсечки (1260 нм) проходящее излучение, тем больше оно выходит в оболочку, увеличивая диаметр модового поля.

Чем ближе рабочая длина волны к длине волны отсечки, тем лучше волокно «ведет» свет и тем меньше величина дополнительных потерь, возникающих при изгибах такого волокна.

Итак, полное внутреннее отражение, которое имеет место в прямолинейном волноводе, нарушается вследствие изгиба. При вычислении потерь на излучение будем использовать геометрическую оптику для определения траектории вытекающего луча внутри сердцевины изогнутого волновода и соответствующий коэффициент прохождения мощности при определении потерь в точках поворота или отражения. Полные потери на излучение равны сумме потерь вдоль всех траекторий вытекающих лучей. Для многомодовых волокон потери на изгибе пренебрежимо малы, т.к. радиус изгиба, как правило, чрезвычайно велик по сравнению с размерами сердцевины.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что при изгибах волокна по-прежнему требуется некоторая осторожность, но продолжающаяся оптимизация конструкций волокна обеспечивает его соответствие все более жестким требованиям к монтажу и прокладке.

Каждому производителю волокна приходится идти на компромисс при создании оптимальной конструкции оптического волокна. Оптимизация собственных параметров волокна, определяющих стойкость к макроизгибам, окажет влияние и на другие параметры волокна, такие как дисперсия, собственные потери волокна, и последний, но не менее важный параметр – производительность при изготовлении волокна. Кроме того, некоторые другие параметры, такие как точный профиль показателя преломления сердечника волокна и поперечное распределение механической нагрузки, также влияют на стойкость к изгибам, хотя и в меньшей степени, чем значение отношения диаметра модового пятна к длине волны отсечки.

Рис. 2.14. Рефлектограммы потерь в SM волокне на трех длинах волн.

Из рисунка видно, что в изогнутом волокне потери увеличиваются с увеличением длины волны. Объясняется это тем, что при этом увеличивается диаметр моды и все большая часть мощности моды излучается в оболочку волокна. Этот факт используется в рефлектометрии для поиска мест изгиба волокон.

Диаметр моды и, соответственно, относительные мощности, распространяющиеся в сердцевине и оболочке волокна, зависят не только от длины волны

минимальный радиус изгиба (кабеля) — это. Что такое минимальный радиус изгиба (кабеля)?

минимальный радиус изгиба —

8.2.2 Минимальный радиус изгиба Необходимость сохранения соблюдения минимального радиуса изгиба кабеля на основе витой пары проводников обусловлена тем, что при резких изгибах пары внутри кабеля деформируются и нарушается однородность симметричной среды передачи. Это ведет, в первую очередь, к серьезным изменениям такого параметра, как NEXT. Последующее распрямление изгиба может не только не восстановить форму пары, но и привести к еще худшим результатам. Радиусы изгиба кабелей горизонтальной и магистральной подсистем не должны быть менее: — 4 внешних диаметров кабеля для 4-парных кабелей на основе неэкранированной витой пары проводников (UTP) в состоянии эксплуатации; — 8 внешних диаметров кабеля для 4-парных кабелей на основе неэкранированной витой пары проводников (UTP) в процессе монтажа; — 8 внешних диаметров кабеля для 4-парных кабелей на основе экранированной витой пары проводников (FTP, ScTP, SFTP) в состоянии эксплуатации; — 10 внешних диаметров кабеля для 4-парных кабелей на основе экранированной витой пары проводников (FTP, ScTP, SFTP) в процессе монтажа; — 10 внешних диаметров кабеля для многопарных кабелей на основе витой пары проводников в состоянии эксплуатации; — 15 внешних диаметров кабеля для многопарных кабелей на основе витой пары проводников в процессе монтажа; — 25 мм для волоконно-оптических кабелей внутреннего применения с количеством волокон 2 и 4 в состоянии эксплуатации; — 50 мм для волоконно-оптических кабелей внутреннего применения с количеством волокон 2 и 4 в процессе монтажа; — 10 внешних диаметров кабеля для волоконно-оптических кабелей внутреннего применения с количеством волокон более 4 в состоянии эксплуатации; — 15 внешних диаметров кабеля для волоконно-оптических кабелей внутреннего применения с количеством волокон более 4 в процессе монтажа; — 10 внешних диаметров кабеля для волоконно-оптических кабелей внешнего применения в состоянии эксплуатации; — 20 внешних диаметров кабеля для волоконно-оптических кабелей внешнего применения в процессе монтажа. В случае если требования производителя к минимальному радиусу изгиба конкретного кабеля более жесткие, чем приведенные выше, они должны быть выполнены.

Для предотвращения возникновения растяжения, резких перегибов и перекручивания шнуров должны использоваться специальные средства и приспособления, такие как горизонтальные и вертикальные направляющие, устройства, регулирующие длину. В то же время должен быть обеспечен быстрый и простой доступ к шнурам для внесения изменений в систему коммутации и идентификации соединений.

Рекомендуется поддерживать радиус изгиба коммутационных и аппаратных кабелей (шнуров) в процессе эксплуатации не менее: — 4 внешних диаметров кабеля — для 4-парных шнуров на основе неэкранированной и экранированной витой пары проводников; — 25 мм — для волоконно-оптических шнуров. Для выполнения этих правил рекомендуется использовать специально предназначенные для этих целей средства, приспособления и устройства.

[ГОСТ Р 53246-2008]

• СКС (структурированные кабельные системы)
• изделие электромонтажное
• электропроводка, электромонтаж

• соблюдение минимального радиуса изгиба

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

Источник