5.2. Аппараты для сварки оптических волокон, механические соединители оптических волокон

На величине оптических потерь, возникающих при соединении ОВ, сказываются:

• различие диаметров модового поля,

• различие апертуры,

• различие диаметров сердцевины и диаметров оболочки,

• некруглость сердцевины и/или оболочки,

• погрешность концентричности сердцевины относительно оболочки,

• радиальное, осевое и угловое смещения ОВ,

• загрязнение поверхности и плохое качество торцов ОВ,

• режим сварки, заданный оператором для конкретного ОВ.

Стационарные соединения ОВ выполняются сварочными аппаратами с микропроцес­сорным или с ручным управлением, что обеспечивает наиболее высокие характеристики со­единения ОВ в части вносимых потерь и механической прочности соединения.

Временные соединения ОВ (при выполнении измерений, проведении аварийно-восста­новительных работ и т.д.) выполняются как сваркой, так и механическими соединителями или оптическими соединителями в комбинации с адаптерами оптического волокна.

Юстировка соединяемых ОВ в сварочных аппаратах выполняется по оболочке или по сердцевине ОВ, вручную (с помощью микрометрических винтов) или автоматически (с по­мощью микропроцессорного управления).

Ручная юстировка ОВ является весьма трудоемкой и требует высокой квалификации оператора, к тому же не обеспечивает получения минимальных потерь в соединении (осо­бенно при отклонениях геометрии ОВ), которые могут быть достигнуты лишь при совмеще­нии сердцевин ОВ.

Качество сварного соединения зависит также от подготовки торцевой поверхности ОВ, обеспечиваемой устройством скалывания ОВ, и режима сварки, задаваемого операто­ром по одной из имеющихся в памяти сварочного аппарата программе или устанавливае­мого вручную.

Сварочные аппараты с автоматической юстировкой по оболочке волокон (как прави­ло, осуществляемой за счет позиционирования ОВ в прецизионных V-образных канавках) могут обеспечить достаточно низкие потери при сварке как многомодовых, так и одномодовых ОВ при хороших геометрических параметрах ОВ. Недостаточная точность юстировки одномодовых ОВ такими сварочными аппаратами компенсируется выравниванием ОВ в процессе сварки силами поверхностного натяжения. Поэтому такие сварочные аппараты могут быть использованы в качестве вспомогательного оборудования при измерениях ОК с одномодовыми ОВ в процессе входного контроля, при аварийно-восстановительных рабо­тах и т.д.

Сварочные аппараты с автоматической юстировкой ОВ по сердцевине обеспечивают минимизацию вносимых потерь соединений одномодовых ОВ. Такие аппараты, обеспечи­вающие автоматическую юстировку ОВ с коррекцией эксцентриситета ОВ, оснащены мик­ропроцессорным управлением весьма высокого интеллектуального уровня, позволяющим анализировать результаты оптических измерений, структуру ОВ, моделировать процесс сварки с установкой необходимых параметров с учетом типа свариваемого ОВ.

В современных сварочных аппаратах нашли широкое применение системы юстиров­ки ОВ по сердцевине LID (Local light Injection and Detection — локальный ввод излуче­ния и его обнаружение) и PAS (Profile Alignment System — система юстировки по про­филю волокна).

Система юстировки волокон LID (рис. 5.1) предусматривает изгиб свари­ваемых ОВ с малым радиусом, ввод в сердцевину одного из свариваемых волокон (через оболочку) оптического излучения, обнаружение его в сердцевине другого ОВ, что позволя­ет выполнить автоматическую, под управлением микропроцессора, юстировку ОВ до обес­печения максимального уровня принимаемого оптического сигнала. Система типа LID позво­ляет обеспечить юстировку ОВ по их сердцевинам, однако в результате действия сил поверх­ностного натяжения при сварке ОВ может происходить смещение предварительно отъюсти­рованных ОВ.

Рис. 5.1. Принцип системы юстировки оптических волокон LID: 1 — микропроцессор, 2 — сварочный генератор, 3 и 4 — оптические волокна, 5 — оптический передатчик, 6 — оптический приемник, 7 — устройство изгиба ОВ

Система юстировки волокон PAS (рис. 5.2) основана на получении в двух перпендикулярных плоскостях видеоизображений профилей соединяемых волокон (ОВ ве­дут себя как цилиндрические линзы при их освещении параллельным пучком света).

Рис. 5.2. Принцип системы юстировки оптических волокон PAS:

1 - источник направленного света; 2 - ОВ; 3 - сердцевина ОВ; 4 - видеокамера;

5 - широкая темная область; 6 - сердцевина; 7 - две тонкие темные линии

Микропроцессор, осуществляя анализ оптической интенсивности (яркости) видеоизоб­ражений профилей ОВ, получает информацию об их структуре и задает при необходимости такой предварительный сдвиг ОВ, чтобы обеспечивалось совмещение сердцевин ОВ с уче­том возможных смещений свариваемых ОВ под действием сил поверхностного натяжения.

Рис. 5.3. Сварочный аппарат FSM-40S фирмы Fujikura

Большинство современных сварочных аппара­тов имеет встроенный контроль качества сварного соединения, набор стандартных программ сварки для ОВ различного типа, память на несколько сотен выполненных сварок, встроенное устройство нагре­ва для усадки термоусаживаемых защитных гильз сростков ОВ, цветной жидкокристаллический дис­плей и т.д. Это сказывается и на стоимости таких аппаратов, поэтому они применяются преимущест­венно при сварке одномодовых ОВ.

Лидерами производства аппаратов для сварки ОВ в настоящее время являются фирмы Fujikura, Furu-kawa, Corning Cable Systems, Ericsson. Общий вид сва­рочного аппарата FSM-40S фирмы Fujikura представ­лен на рис. 5.3, основные технические характеристики типовых сварочных аппаратов приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Основные параметры аппаратов для сварки ОВ

Изготовитель	Fujikura (Япония)	Fujikura (Япония)	Furukawa (Япония)	Corning Cable Systems (ФРГ)	Элетех (Россия)
Марка аппарата	FSM-16S	FSM-40S	Fitel S175	Х77	Сова-20
Типы сваривае­мых ОВ	SM, MM, DS	SM, MM, DS, NZDS, CS, ED, РМ и т.д.	SM, MM, DS	SM, MM, DS	SM, ММ
Средние потери соединения ОВ, дБ	0,05 — SM 0,02 —ММ 0,08 — DS	0,02 — SM 0,01—ММ 0,04 — DS	0,02 — SM 0,01 — MM 0,01—DS	0,03 — SM 0,01 — MM	0,03 — SM 0,01—ММ
Метод юстиров­ки ОВ	Автомат, по внешним оболочкам	Автомат, PAS	Автомат, PAS	Автомат, PAS + LID	Автомат, LID или ручной
Средство про­смотра стыка ОВ	Телекамера и 5" ЖК дисплей	2 телекамеры и 5" ЖК дисплей	Телекамера и 5" ЖК дисплей	Телекамера и 56 42 мм ЖК дисплей	Микроскоп
Направление просмотра свар­ного соединения	Оси X и Y одновременно	Оси X и Y одновременно или раздельно	Оси X и Y одновременно	Оси X и Y одновременно	Оси X и Y
Увеличение при просмотре	110	264 или 132	264	50	70
Сохранение результатов сварки	Последние 300 сварок	Последние 2000 сварок	Последние 400 сварок	Последние 250 сварок	—
Проверка механической проч­ности сварного соединения, г	200	200,440	200,440	150	—
Встроенный нагреватель для термоусадки защитных гильз	+	+	+	—	+

Электропитание от сети перемен­ного тока, В	110...240	110...240	110...240	90...260	220
Электропитание от внешнего источника постоян­ного тока, В	10,5...14	10.5...14	10,5...14	Номин. — 12 Макс. — 13,8	12...27
Встроенный акку­мулятор 12 В	+	+	+	+	—
Типичное время сварки, с	25	15	20	10...50	—
Защита от ветра, м/с	до 15	до 15	—	—	—
Размеры (дл. х шир. х вые), мм	150 150 150	186 172 180	181 285 181	173 185 100	203 281 160
Масса, кг	3	4,4	6,4	9	4,8
Условия эксплуа­тации: температура, °С отн. влажность воздуха, %	-10...+50 до 95	-10...+50 до 95	-10...+50 до 90	-5...+45 до 93	-10...+40
Условия хранения: температура, °С отн. влажность воздуха, %	-40...+80 до 95	-40...+80 до 95	-40...+60 до 90	-40...+70	—

Сварные соединения ОВ защищают от внешних воздействий преимущественно термоуса-живаемыми защитными гильзами. Термоусаживаемая защитная гильза предствляет собой от­резок термоусаживаемой трубки, внутри которой размещены трубка из сополимерного клея-расплава и упрочняющий стержень в виде отрезка проволоки из нержавеющей стали.

Набор инструмента для разделки ОК и подготовки ОВ к сварке включает в себя как ти­повые, так и специализированные инструменты и устройства.

В набор такого инструмента входят:

• кусачки для обреза силовых элементов (тросокусы);

• стриппер для удаления 250 мкм покрытия ОВ;

• стриппер для удаления 900 мкм буферного покрытия ОВ;

• роликовый нож для резки оптических модулей;

• плужковый нож для разделки оболочки ОК;

• ножницы для резки арамидных нитей;

• скалыватель для выполнения перпендикулярного оси волокна скола ОВ;

• дозатор для спирта;

• пинцеты, отвертки, рулетка, маркеры;

• пассатижи, нож, гаечные ключи, кусачки, ножовка по металлу;

• расходные материалы и др.

Типовой набор инструмента для разделки ОК и ОВ представлен на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Типовой набор инструмента для разделки ОК и ОВ

Высокие технологические характеристики имеют стрипперы фирмы Miller (США): Miller T-type для удаления 900-мкм буферного покрытия ОВ, Miller для удаления 250-мкм покрытия ОВ. Современные скалыватели (например, СТ-07 с ресурсом лезвия 12000 скалы­ваний и СТ-20 с ресурсом лезвия 48000 скалываний фирмы Fujikura — рис. 5.5) обеспечива­ют скол ОВ под углом 90±0,5° к оси ОВ.

Рис. 5.5. Скалыватели ОВ фирмы Fujikura: а) СТ-07, б) СТ-20

Механические соединители ОВ обеспечивают юстировку ОВ по оболочке, основанную, как правило, на наличии в конструкции механического соединителя прецизионных V-образ-ных канавок, прецизионной капиллярной трубки или же на обеспечении фиксации ОВ меж­ду тремя прецизионными стержнями. Снижение вносимых оптических потерь из-за воздуш­ного зазора на стыке ОВ в механическом соединителе обеспечивается за счет ввода иммер­сионного геля, имеющего коэффициент преломления, согласованный с коэффициентом пре­ломления материала ОВ.

В связи с ухудшением со временем характеристик за счет деградации иммерсионного геля, а также температурной зависимости потерь механические соединители применяются, в основном, при проведении аварийно-восстановительных работ, а также для временных подключений к волокнам ОК при проведении измерений.

Потери, вносимые механическим соединителем, определяются в основном геометриче­скими характеристиками самих ОВ и прецизионностью конструкции соединителя.

Основные параметры типовых механических соединителей ОВ приведены в табл. 5.4, а общий вид — на рис. 5.6.

Таблица 5.4. Основные параметры механических соединителей ОВ

Тип соединителя, изготовитель	Нормируемое количество соединений	Вносимые потери, дБ	Величина обратного отражения, дБ	Диапазон рабочих температур, °С	Габаритные размеры, мм	Масса, г
СМУ-1 ЦНИИС, Россия	≤100	≤0,1	-50	-45...+120	4,0 L = 65	0,9
Fibrlok 11-2529 ЗМ, США	1	≤0,1	-45	-45...+80	38 3,8 6,4	1,25
CSL Light splice AT&T, США (рис. 5.6)	1	≤0,2	-50	-45...+85	37,8 5 5,7	1,0
Corelink AMP, США	≤10	≤0,1	-55	-45...+80	51 7,7 3,3	1,5
CamSplice Corning/RXS США	1	≤0,1	-45	-45...+80	4,2 L = 44	1,5

Рис. 5.6. Механический соединитель CSL Light splice фирмы AT&T (США)