Кабель оптический связь волокно трасса

- длина волны, мкм

 

Критическая частота определяется:

ƒо=Рnm*со / π*d *√n1-n2

ƒо=2,405*300000/3,14*10-6*√1,48-1,475=3,25*1014 Гц

где Рnm=2,405 – для одномодовой передачи:

со = 300000 км/с - скорость света.

 

Критическая длина волны определяется:

λо = π*d *√n1-n2 / Рnm*n1

λо=3.14*10*10-6*√1,48-1,475/2,405*1,48=0,624 мкм  
3.5  Расчет потерь на стыковке

 

В многомодовых стекловолокнах внутренние потери зависят от направления распространения света .

          При распространении света слева - направо потери на стыке равны  нулю, при обратном направлении  распространения света часть  его переходит в оболочку 50 мкм  волокна и теряется.

Данные потери зависят от характера распределения оптической мощности по торцу волокна. При этом различают однородное распределение мощности, когда она одинакова во всех точках торца волокна, и равновесное распределение, когда мощность сконцентрирована в центре сердечника световода.

В одномодовых световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых волокон .  Внешние потери обусловлены четырьмя основными причинами: радиальное смещение волокон, угловое смещение, осевое смещение и качество торцов. Кроме того, необходимо учитывать деформации сердечника и соответствие между показателями преломления волокон. Для получения малых потерь на стыке торцов волокон должны находиться в тесном физическом контакте друг с другом, или зазор между ними должен быть заполнен веществом (иммерсионной жидкостью) в точности соответствующим показателям преломления сердечников волокон.

В реальных соединениях необходимо учитывать воздействие суммарных, т. е. полных потерь, определение которых зависит от типа сопрягаемых волокон.

В многомодовых световодах полные потери на стыке волокон обычно меньше, чем сумма отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято считать, что потери на стыке многомодовых волокон не зависят от длины волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые присходят вследствии того, что принимающее волокно не может принять все моды от передающего . Кроме того, потери на стыке зависят от относительного положения стыков. Стыки имеют тенденцию влиять на распределение мощности, и поэтому потери на конкретном стыке зависят от потерь на предыдущем.

Если волокно А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет равновесное распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает потери части мощности на конце распределения и перераспределяет мощность к внешним краям сердечника второго волокна. Если волокно Б короче, чем требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то осевое смещение на втором стыке вызовет большую, чем на первом стыке потерю мощности.

В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически соответствуют сумме внешних и внутренних потерь. Более того, такие волокна имеют только одну моду, и поэтому на их стыке отсутствуют пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии отражения потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны, что обусловлено ростом диаметра поля моды.

Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе, измерении и воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.

Если в процессе соединения оптических волокон присутствует хотя бы одно из рассмотренных смещений, то часть оптической мощности отражается от места соединения. Такое явление получило название Френелевского отражения. Отражение на границе раздела двух сред (рис. 6а) характеризуется параметром R, который представляет собой отношение мощности отраженной волны к мощности падающей волны, и рассчитывается по формуле:

 

,

 

где n1 и n2 - показатели преломления соответствующих сред. В результате мощность на выходе волокна уменьшается по сравнению с падающей мощностью. Такие потери за счет отражения получили название Френелевских потерь, рассчитываемых по формуле:

          Например, потери на границе волокно-воздух, учитывая, что n1=1,46, a n2=1, составляют 0,15 дБ.

Соединения волокон, кроме того, вызывает изменение во времени взаимодействие передаваемых мод друг с другом, что приводит к флуктуации оптической мощности и появлению, так называемых, межмодовых шумов. Межмодовые шумы проявляются как в многомодовых, так и в одномодовых волокнах.

Взаимодействие мод, зависящее от времени, происходит вследствие ряда причин: изменение во времени длины волны излучения и параметров лазеров, характеристик волоконного световода.

Модовый шум можно увидеть, заглянув в торец относительно короткого многомодового волокна, возбуждаемого лазером. Различимые темные и светлые пятна - спеклы- являются следствием интерференции различных мод. Изменение спекл-картины на несовершенном стыке приводит к изменению потерь.

Интерференция мод зависит от временных соотношений между модами, поэтому лазерные источники излучения, способные сохранять временные свойства своего излучения, создают больший межмодовый шум, чем некогерентные источники излучения (светодиоды). С увеличением длины волоконного световода спекл-картина исчезает, что способствует уменьшению межмодовых шумов.

В идеальных одномодовых световодах межмодовый шум отсутствует. Однако реальные одномодовые волокна допускают распространение моды второго порядка, которая возникает на стыках сопрягаемых волокон. Благодаря разнице во времени распространения основной моды и моды второго порядка происходит интерференция мод и появление межмодового шума.

 

Этот этап проектирования заключается в расчете полных потерь αtot. Определяются следующие типы потерь:

Потери в оптоволокне αFO, которые вызваны процессов рассеивания и поглощения внутри ОВ. Метод расчета этих потерь был предъявлен выше. Единица измерения - dB / km.

Потери на регенерационном участке: 100∙0,22 = 22

Потери в оптоволоконном кабеле (αCO). Лишнее затухание обусловлено потерями в кабеле, которые состоят минимум из семь типов коэффициентов затухания.

 

αco = ,

 

где:

α1 – появляется в результате применения термомеханических действий в процессе производства оптоволоконного кабеля (ОК);

α2 – появляется в результате зависимости коэффициента преломления материала ОК от температуры;

α3 – обусловленный микроизгибов ОК;

α4 – появляется в результате нарушения линейного характера ОК (выкручивание);

α 5 – появляется в результате выкручивание ОК соответственно своей оси;

α6 – появляется в результате неоднородного покрытия ОК;

α7 – появляется в результате потерях в защитные оболочки ОК.

Таким образом, лишние потери определяются, в общем, процессами рассеяния энергий, вызванные неоднородностями в результате феноменов выше отмеченных.

Значений коэффициентов затухания в ОК представлены в спецификациях производителей.

Значение потерь в оптоволоконном кабеле зависит от технологических факторов таких как: строительная длина, условия прокладки, условия эксплуатации.

 

4. Выбор типа кабеля и описание конструкции

 

Выбираю оптический кабель магистральной связи типа ОМЗКГ-10-1-0,7-4.

 

1 – волокно;

2 – силовой элемент;

3,5 – внутренняя и внешняя  полиэтиленовые оболочки;

4 – армирующие нити из стеклопластика.

Кабель оптический магистральный и внутризоновый, разработки 1, с центральным профилированным элементом, в пазы которого уложены одномодовые ОВ с диаметром модового поля 10 мкм, гидрофобным заполнителем, броней из неметаллических армирующих элементов в виде стеклопластиковых стержней и стеклонитей, в полиэтиленовой оболочке, коэффициентом затухания до 0,7 дБ/км и четырьмя ОВ.

ОМЗКГ пригоден для прокладки в кабельной канализации, грунте и под водой.

Условия эксплуатации:

 Пониженная температура в  стационарном состоянии минус 40°С.

  Пониженная рабочая температура  среды, при которой допускаются  монтажные изгибы - минус 10°С.

  Максимальная рабочая температура 50°С.

  Пониженное атмосферное рабочее  давление 53 кПа (400 мм рт.ст.).

  Повышенная относительная влажность  воздуха до 98% при температуре 35°С.

  Кабели устойчивы к воздействию  специальных факторов: плесневых  грибов, росы, дождя, инея, соляного  тумана, солнечного излучения, к повреждению грызунами.

  Монтаж кабеля допускается  с помощью любых приспособлений  и крепежных элементов, исключающих  воздействие, которое может привести  к повреждению кабеля. Допустимый  радиус изгиба кабеля при прокладке и монтаже не менее 250 мм.

Кабели соответствуют требованиям ТУ 16.К71-081-88

 

 

Таб. № 7 Основные характеристики кабеля

Марка кабеля	Диаметр центрального элемента, мм	Диаметр по внутр. Оболочке, мм	Наружный диаметр кабеля	Коэффициент затухания, дБ/км	Диаметр модового поля, мкм	Число ОВ
ОМЗКГ	6,0±0,3	8,0±0,5	18,0+2-1	0,7	10	4

Кабель оптический магистральный и внутризоновый, разработки 1, с центральным профилированным элементом, в пазы которого уложены одномодовые ОВ с диаметром модового поля 10 мкм, гидрофобным заполнителем, броней из неметаллических армирующих элементов в виде стеклопластиковых стержней и стеклонитей, в полиэтиленовой оболочке, коэффициентом затухания до 0,7 дБ/км и восемью ОВ

 

5. Прокладка и монтаж кабеля

 

Технология прокладки оптоволоконного кабеля и его конструкция принимается исходя из следующих параметров: климатических условий, наличия подземных сооружений, состояния трассы и пр. Сам процесс происходит с постоянным контролем параметров оптического кабеля на каждом этапе прокладки в грунт и контроль монтажных соединений. Непосредственно в грунт прокладывают оптический кабель, имеющий броню из стальных проволок или ленточную броню. Обязательным является соблюдение мер по защите ВОЛС от воздействия грозы и влияния излучения линий электропередач. В местах повышенного риска прокладывают диэлектрический кабель.

При строительстве магистральной волоконно-оптической линии связи возможны следующие варианты прокладки кабеля:

Прокладка ОК в грунт кабелеукладчиком

Этот способ является основным благодаря высокой производительности и эффективности.

Он широко применяется на трассах с различными рельефами местности и разными грунтами. Для прокладки используются кабелеукладчики с активными и пассивными рабочими органами. С помощью ножевого кабелеукладчика в грунт прорезается узкая щель, и кабель укладывается на ее дно на заданную глубину залегания (0.9….1.2 м). При этом на кабель действуют механические нагрузки. Кабель на пути от барабана до выхода из кабеленаправляющей кассеты подвергается воздействию продольного растяжения, поперечного сжатия и изгиба, а в случаях применения вибрационных кабелеукладчиков - вибрационному воздействию. В зависимости от рельефа местности и характера грунтов, конструкции и технического состояния кабелеукладчиков, а также режимов работы механические нагрузки на кабель могут изменяться в широких пределах.

Для предотвращения превышение допустимых нагрузок на ОК при его прокладке необходимо обеспечить:

• Принудительное вращение барабана в момент начала движения кабелеукладчика и синхронизированную его размотку;
• Ограничение боковых давлений на кабель за счет применения различного рода мероприятий и конструкций, снижающих трение;
• Допустимый радиус изгиба ОК от барабана до укладки на дно щели на всем участке подачи кабеля через кассету;
• Исключение случаев засорения кассеты кабелеукладочного ножа и остановок вращения барабана при движении кабелеукладчика.

 

Прокладка в защитной пластмассовой трубе с задувкой

Способ прокладки ОК с использованием защитного трубопровода весьма эффективен в тех случаях, когда на трассе имеются многочисленные преграды, расположенные близко друг от друга, затруднен доступ, а также в грунтах с твердыми включениями и в районах с повышенным влиянием внешних электромагнитных полей (районах повышенной грозодеятельности, сближения с ЛЭП, с электрифицированными железными дорогами и т.д.), где ОК металлическими элементами могут повреждаться в результате действия наводимых на элементов токов и напряжений. Одним из способов защиты ОК является применение защитного трубопровода.

Защитная полиэтиленовая труба (ЗПТ) – современная альтернатива традиционной асбестоцементной трубе кабельной канализации. ЗПТ может быть использована как для увеличения емкости традиционной кабельной канализации с одновременным приданием ей новых характеристик (путем прокладки ее в каналы существующей кабельной канализации), так и для прокладки непосредственно в грунт, фактически выполняя функции междугородной кабельной канализации. ЗПТ представляет собой трубу 25-63 мм (строительная длина в среднем 4 км) из полиэтилена высокой плотности с имеющимся на внутренней поверхности антифрикционным покрытием, что обеспечивает снижение коэффициента трения примерно вдвое по сравнению с поверхностью из обычных композиций полиэтилена, нормируемый срок службы ЗПТ составляет не менее 50 лет. Прокладка ЗПТ осуществляется по обычной технологии прокладки кабеля связи (кабелеукладчиками, в траншею, затягиванием в каналы существующей кабельной канализации). Применение ЗПТ при сооружении волоконно-оптических линий передачи позволяет, однократно выполнив прокладку нескольких каналов ЗПТ, эффективно затем ее использовать, проводя последующую прокладку оптического кабеля в резервные каналы ЗПТ или же производя по мере необходимости замену ОК без необходимости проведения земляных работ. Прокладка ОК в ЗПТ, как правило, осуществляется методом пневмопрокладки с использованием специализированного оборудования, обеспечивающим возможность «задувки» в ЗПТ максимальных строительных длин ОК (величиной 4 … 6 км), без необходимости их разрезания и перемотки на участках пересечения с подземными сооружениями.