Для чего необходимо юстировка волокон при сварке
Для чего необходимо юстировка волокон при сварке
На одну строительную длину оптического кабеля приходится примерно одно сварное соединение волокон и таких соединений на всем регенерационном участке линии передачи, учитывая большое число волокон в кабеле, может быть несколько сотен. Поэтому к качеству соединений волокон в линии передачи предъявляются очень высокие требования, так как от них зависит не только величина полных потерь в линии передачи, но и срок службы этой линии. Например, максимальные потери в соединении одномодовых волокон, по спецификациям РОСТЕЛКОМА, не должны превышать 0.05 дБ (на λ = 1550 нм).
Наиболее высокое качество соединений волокон достигается при их сварке. Средние потери в сростках одномодовых волокон составляют около 0.02 дБ, а прочность сростков волокон такова, что при прикладывании к волокну разрушающей нагрузки сросток волокон чаще всего остается целым. Однако для того, чтобы добиться столь малых потерь в месте соединения волокон смещение сердцевин волокон друг относительно друга (d) не должно превышать десятых долей длины волны. Так, например, при d ≈ 0.3λ, Δw ≈ 7λ и w = 0 с помощью формулы (1.1) получаем оценку: αd(дБ) = 0.01 дБ.
Создание сростков волокон с малыми потерями сильно осложняется из-за наличия эксцентриситета между сердцевиной и кварцевой оболочкой. Как видно из таблицы № 1.4, оси сердцевин волокон могут быть смещены относительно осей кварцевой оболочки примерно на 0.5 мкм. При сварке волокон силы поверхностного натяжения стремятся совместить оси оболочек и развести (при наличии эксцентриситета) оси сердцевин волокон (рис. А.1а). Поэтому, если не производить коррекцию эксцентриситета, то сердцевины волокон в сростках могут быть смещены друг относительно друга на величину порядка 1 мкм. Потери при таком смещении получаются очень большими: αd(дБ) ≈ 0.16 дБ (при d = 1 мкм, w = 10 мкм и Δw = 0).
Рис. А. 1. Сварки волокон обладающих эксцентриситетом (а) без коррекции (б) с коррекцией эксцентриситета
Рис. А.2. Схема юстировки волокон по интенсивности прошедшего света (LID система)
Наибольшее распространение получили система PAS (profile alignment system) и близкая к ней по идеологии система HDCM (high direct core monitoring). Система PAS применяется в варочных аппаратах японских компаний Furukawa S 175 и Fujikura FSM-40S, а система HDCM в аппаратах Sumitomo Туре-36 и Туре-37. Система PAS используется для грубой юстировки волокон в сварочных аппаратах FSU975 компании Ericson, а прецизионная юстировка в этих аппаратах осуществляется по изображению сердцевин волокон светящихся в дуге электрического разряда.
В PAS системе волокно действует как цилиндрическая линза (рис. А.3). При освещении волокна сбоку пучком параллельного света формируется изображение, в котором видны границы оболочки и сердцевины и, таким образом, содержится информация об эксценриситете соединяемых волокон. Программное обеспечение позволяет расшифровать полученное изображение, смоделировать, с учетом типа волокон, процесс их сварки и рассчитать расстояние, на которое надо предварительно развести сердцевины волокон так, чтобы силы поверхностного натяжения совместили их при сварке.
Рис. A.3. Схема юстировки волокон по сердцевине (а) Схема наблюдения изображения волокон (б) Схема формирования изображения сердцевины (с) Изображения волокон на дисплее
Прямое измерение потерь непосредственно с помощью сварочного аппарата возможно только при использовании LID системы. При юстировке волокон по их изображению потери в сростках волокон не измеряются, а производится только оценка величины этих потерь. При этом достаточно точную оценку потерь в сростках волокон удается получить при условии, что используются волокна высокого качества и сварочные аппараты с развитым программным обеспечением. В последних моделях сварочных аппаратов, например TYPE-37, за счет учета всех основных факторов, влияющих на величину потерь в сростках волокон, удалось добиться того, что оцененные потери практически совпадают с истинными потерями (рис. А.4).
Рис. А.4. Сравнение «истинных» потерь в сростках SM волокон с оценкой потерь получаемой с помощью PAS системы
Как уже говорилось, программное обеспечение сварочного аппарата позволяет расшифровать изображение, полученное с помощью PAS системы, и определить тип волокна. Зная тип волокна, оператор всегда может выбрать в памяти аппарата соответствующий режим сваривания волокон. Заметим, что распознать тип волокна непросто. Например, трудно отличить даже одномодовое волокно от многомодового. Трудность эта вызвана тем, что размеры оболочек у одномодового и многомодового волокна одинаковые, а их сердцевины без подсветки и достаточно сильного увеличения не видны.
Для создания высококачественного сварного соединения волокон недостаточно установить режим, соответствующий типу свариваемых волокон. Необходимо еще скорректировать мощность дуги и положение, торцевых поверхностей волокон относительно центра дуги с учетом изменения параметров окружающей среды, износа электродов, и разной температурной зависимости вязкости у свариваемых волокон. В последних моделях сварочных аппаратов функция самотестирования осуществляется автоматически, что позволяет, в частности, быстро подобрать нужные параметры при сваривании волокон разных производителей.
При соблюдении всех необходимых технологических условий фирмы, производящие сварочные аппараты, гарантируют среднюю величину потерь в сварном соединении высококачественных SM волокон порядка 0.02 дБ. В чем достаточно просто можно убедится, сваривая SM волокна в лаборатории. Все современные высокоточные сварочные аппараты позволяют быстро и качественно сваривать волокна в полевых условиях при минимальном участии оператора. Величина потерь в создаваемых с их помощью сварных соединениях и прочность этих соединений примерно одинаковы и различаются эти аппараты, в основном, своими эксплутационными характеристиками.
Главы из книги
Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон (скачать PDF)
Типу сварочных аппаратов посвящена на сайте страница «Сварка оптоволокна ВОЛС. Типы сварочных аппаратов
Методы сведения (юстировки) оптических волокон в сварочных аппаратах для оптоволокна
Метод сведения (юстировки) оптических волокон – это один из наиболее важных параметров сварочного аппарата для оптического волокна. Он во многом определяет стоимость аппарата, его назначение и эксплуатационные характеристики. Для понимания сути применяемых методов юстировки и связанных с этим последствий, рассмотрим структуру оптического волокна.
Структура оптического волокна
Оптическое волокно состоит из сердцевины, оболочки и буферного слоя. Световой поток, несущий информацию, распространяется в сердцевине, отражаясь (как от зеркала) от границы раздела сред “сердцевина-оболочка”. Диаметр сердцевина одномодового оптического волокна примерно равняется 9 мкм, диаметр многомодового 50 или 62,5 мкм (в зависимости от стандарта)
Оболочка оптического волокна обладает несколько другими характеристиками, нежели сердцевина, что и обеспечивает отражение светового потока и удержание его в пределах сердцевины. Диаметр оболочки одномодового и многомодового волокна равен 125 мкм
В связи с тем, что основным элементом в производстве оптического волокна является кремний (как и у обычного оконного стекла), оно тоже имеет схожие характеристики. А именно: достаточно большая прочность на разрыв и большая хрупкость в случае воздействия царапин. Поэтому еще на этапе производства для защиты от механических и химических воздействий оптическое волокно покрывают специальным лаком – буферным слоем. (его мы удаляем перед выполнением сварного соединения).
В случае, если структура оптического волокна близка к идеальной, сварочные аппараты обслуживаются и эксплуатируются надлежащим образом, то потери на сварном соединении будут одинаково хорошими, не зависимо от выбора способа их юстировки перед сваркой. К сожалению, в реальности не всегда так получается. Использование дешевого кабеля с волокнами невысокого качества, может привести к повышении потерь на сварном стыке. Это обусловлено несколькими причинами:
О принципах работы аппаратов для сварки волокон (часть I)
Введение
Думаю, что большинство связистов хоть раз в жизни пробовали сварить между собой два оптических волокна (ОВ) или, по крайней мере, видели, как это делается. Монтажники связи сталкиваются с задачей сварки ОВ практически каждый день, однако это еще не означает, что каждый делает это правильно (здесь имеется в виду не только соблюдение технологий, но и оптимальная последовательность всех выполняемых действий, сводящая к минимуму число совершаемых «телодвижений» и соответственно обеспечивающая высокую скорость работы с надлежащим качеством).
Действительно настоящих профессионалов по сварке ОВ не так уж много – еще меньше тех, кто знает, как работает сварочный аппарат: по каким алгоритмам действует, как распознает составляющие оптического волокна, как выравнивает ОВ и т.д. От того, какие технологии используются в конкретной модели сварочного аппарата, зависит очень многое. Например, качество сварного соединения во многом определяется используемой технологией юстировки ОВ. Поняв принцип работы сварочного аппарата, можно быстро разобраться, например, из-за чего аппарат выдает ошибку или вовсе не работает и быстро это устранить.
Пару слов о новой модели Fujikura
Сегодня на слуху уже более десятка фирм производителей сварочных аппаратов (разнообразие этого списка с недавнего времени стали активно пополнять китайцы и корейцы), однако по сей день вектор развития или, так сказать, моду на устройства задает тройка японских собратьев – Fujikura, Sumitomo и Furukawa (аппараты под маркой Fitel).
Среди данной тройки наибольшие заслуги имеет фирма Fujikura, образованная еще в 1885 году братьями Зенпачи и Томекичи Фуджикура. Они заработали свой первый капитал на производстве украшений для волос – шнурах и резинках, и затем переключились на производство изоляции электрических проводов, поскольку процесс изготовления был схож.
Последняя модель аппарата Фуджикуры FSM-80S очередной раз продемонстрировала нам новые тенденции развития сварочных аппаратов. Примечательно, что эта модель в России и Китае идет под названием FSM-80S, а в странах Европы – FSM-70S. Модель одна и та же, отличаются аппараты только цветом корпуса. Можно провести следующий любопытный эксперимент: зайти на официальный сайт Fujikura, в англоязычной форме сайта перейти в раздел сварочного оборудования. Вы увидите, что среди моделей аппаратов последней будет FSM-70S. Если переключиться на русскоязычную форму сайта – последней моделью будет FSM-80S. С чем это связано, трудно сказать, возможно, какой-то маркетинговый ход или защита от контрафактных поставок. Если сравнивать характеристики FSM-70S и FSM-80S, то они идентичны. Единственное, что в мануале 80-ки указывается возможность создания искусственного аттенюатора с затуханием до 15 дБ, а в мануале 70-ки этого пункта нет.
На рис. 1.1 изображены FSM-70S и FSM-80S, можно поиграть в игру «найдите 10 отличий». Как видно, для Европы модель идет в голубом корпусе.
а) аппарат для Европы
б) аппарат для России и Китая
Рис. 1.1 – Внешний вид аппаратов Fujikura FSM-70S и FSM-80S
О технологиях юстировки оптических волокон
В принципе, сплавить разрядом вольтовой дуги два оптических волокна большого труда не составляет. Температура электрической дуги в сварочном аппарате достигает 4800°С – температура размягчения кварцевого стекла 1400 °C, а температура плавления примерно 1665 °C. Сложность процесса сварки ОВ заключается именно в точном сведении ОВ во всех трех плоскостях (рис. 1.2а). Необходимо добиться того, чтобы они не просто совпали по оболочке, а чтобы совпали их сердцевины («совпали их сердца») – «светонесущие жилы» (рис. 1.2а). Поскольку именно по сердцевине передается информационный сигнал и именно из-за расхождения сердцевин в месте соединения ОВ часть оптического излучения попадает в оболочку и далее либо затухает, либо уходит в окружающее пространство. В связи с этим в месте стыка ОВ образуются потери мощности информационного сигнала.
Рис. 1.2 – К пояснению задачи юстировки ОВ: а) фотография под микроскопом волокон подлежащих юстировке; б) схематичное изображение этого процесса.
Никогда не задумывались, почему одна модель сварочного аппарата одной и той же фирмы стоит значительно дороже другой модели? Например, у фирмы Fujikura FSM-60S стоит значительно дороже, чем FSM-18S. Нет, это не из-за того, что FSM-18 более старая модель, а 60-ка – более новая. Все дело в том, что в этих сварочных аппаратах используется разная технология юстировки ОВ. Именно сложность используемой в аппарате технологии выравнивания ОВ напрямую влияет на его стоимость.
На сегодняшний день разработаны 4 основных принципа выравнивания ОВ, также существуют различные их модификации. В разных источниках некоторые методы называются по-разному, но их принцип действия один и тот же. Стоит отметить, что на российском рынке встречаются аппараты, работающие только по двум технологиям: по методу выравнивания по V-образной канавке и по методу выравнивания по профилю показателя преломления (метод PAS).
Помимо этих двух методов существует также метод LID, основанный на вводе излучения в одно ОВ и его последующего детектирования во втором ОВ и метод юстировки по тепловизионным изображениям (RTC метод). Метод LID был разработан компанией Siemens в 1984 г. и после выкуплен фирмой Corning. Поэтому данный метод используется в американских сварочных аппаратах фирмы Corning, например, в Corning OSLID-0SM-T-H, в Corning OS1-0SM-T-H-BK (рис. 1.3). Существует также упрощенный вариант метода PAS, называемый L-PAS (Lens Profile Alignment System), применяемый в тех же аппаратах Corning для грубой юстировки ОВ.
Рис. 1.3 Американские сварочные аппараты
Метод юстировки по тепловизионным изображениям используется в малоизвестных аппаратах шведской компании Ericsson. На рис. 1.4 представлен аппарат данной фирмы Ericsson FSU 15. Также по данному методу работают несколько моделей компании Corning.
Рис. 1.4 – Сварочный аппарат Ericson FSU 15 FI
Также, следует вспомнить о методе DACAS (Digital Analysis Core Alignment System) – системе выравнивания ОВ по сердцевине с применением методов цифровой обработки. Этот метод упоминается в характеристиках аппаратов INNO. Однако описание данного метода нигде не встречается, даже нет краткого пояснения его принципа. Скорее всего, это тот же метод PAS только с применение каких-либо дополнительных программных алгоритмов обработки изображения.
Далее мы акцентируем наше внимание на двух методах выравнивания: по V-образной канавке и по профилю показателя преломления (PAS), поскольку модели сварочных аппаратов, представленные на российском рынке, работают именно по ним.
Метод выравнивания по оболочке в V-образной канавке
По легкости исполнения данный метод на голову выше всех остальных. Он был разработан еще в 1977 г. в компании Fujikura. Метод не требует множества шаговых двигателей, способных смещать ОВ вправо/влево, вверх/вниз, не требует сложной системы управления этими двигателями. Поэтому его часто называют пассивным методом выравнивания. Сварочные аппараты, использующие данный метод юстировки, давно уже заняли определенную нишу и отлично подходят для тех ситуаций, когда к сварному стыку не предъявляют высоких требований по вносимым потерям.
Суть метода следующая. Два волокна укладываются в точно выровненные друг относительно друга V-образные канавки и фиксируются специальными зажимами (рис. 1.5).
Рис. 1.5 К пояснению метода выравнивания по V-образной канавке
Поскольку канавки по высоте находятся на одном уровне, два волокна оказываются также на одном уровне. Остается только их сдвинуть поближе друг к другу и можно начинать процесс сплавления. Ничего проще, кажется, придумать нельзя. Однако по известному закону жизни за простоту нам приходится платить качеством. Во-первых, волокна не будут лежать ровно, если в V-образную канавку попадет, так скажем, пылинка или частичка чего-либо (остатки защитного покрытия волокна, гидрофоб, ворсинка и т.д.). Во-вторых, канавки выравнивают волокна, однако совпадение волокон по оболочке не гарантирует точного совпадения их сердцевин. Дело в том, что при производстве оптического волокна, как и любом другом производстве, существуют допуски на нормативные значения (таблица 1). Кроме того, несовпадение сердцевин происходит вследствие эксцентриситета и некруглости оболочки.
Таблица 1. Параметры одномодового волокна согласно рекомендации G.652.D
В связи с перечисленными факторами, потери на сварном соединении для стандартных одномодовых волокон при таком методе выравнивания в среднем составляют 0.05 дБ. Сварочные аппараты такого класса находят свое применение в тех случаях, когда к сварному стыку не предъявляют высоких требований по вносимым потерям, и покупка дорогого сварочного аппарата нецелесообразна. К таким случаям относятся сети операторов связи небольшой протяженности: сети доступа, локальные компьютерные сети, структурированные кабельные системы офисов и т.д. Аппараты данной серии: Fujikura FSM-11S, Fujikura FSM-18S, ILSINTECH Swift-F1 (F2,F3), Sumitomo Type 25 и др.
В следующей части мы рассмотрим метод PAS, позволяющий произвести выравнивания ОВ по сердцевине. В заключение приведены несколько интересных фотографий.
Методы юстировки оптических волокон
Перед началом сращивания концы волокон помещают в V-образные металлические или керамические направляющие канавки блока юстировки и фиксируют магнитными прижимами. Процесс установки, начальное сведение волокон и контроль качества сростка осуществляется под визуальным контролем. В качестве устройства визуального контроля может быть использован обычный или проекционный микроскоп, а также встроенный телевизионный монитор размером экрана по диагонали до 4 дюймов. В случае применения встроенного монитора, как правило, устанавливается стандартный телевизионный выход для подключения к внешнему видеоконтрольному устройству. Оптическая система контрольных устройств имеет коэффициент увеличения до 200 раз. Для получения более высокой точности юстировки может использоваться уголковое зеркало или две телекамеры, позволяющие одновременно или поочередно наблюдать свариваемые волокна в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Существуют следующие способы юстировки оптических волокон:
1. Более простой по конструкции полуавтомат не производит пространственного выравнивания свариваемых волокон, которые центрируются только за счет укладки в прецизионнуюV-образную канавку (рис. 14). Полуавтоматика аппаратов этой группы осуществляет только линейное сведение волокон. В полуавтоматических сварочных аппаратах российского производства оператор дополнительно имеет возможность ручной визуальной юстировки концов световодов в двух плоскостях с помощью микроподвижек.
В отличие от полуавтоматов автоматические сварочные аппараты минимизируют потери в точке стыка волокон за счет их дополнительного выравнивания перед сваркой по двум координатам независимыми электромеханическими подвижками с точностью подачи до 0,1 мкм и с последующим сведением после подачи электрической дуги. Обычно одна из подвижек служит для линейных перемещений вдоль оси Z в процессе юстировки и сварки, тогда как вторая выполняет котировочные перемещения по осям X и Y. В аппаратах с выравниванием по оболочке аналогично полуавтоматам контроллер управляет только одной подвижкой, а юстировка производится за счет укладки в V-образную канавку. Дополнительные функции автоматики ограничены подачей волокон в зону сварки с установкой заданной величины зазора, контролем качества скола и расчетом ожидаемой величины потерь [6].
Рис. 14. Юстировка волокон меодом V-образных канавок
2. Непосредственное наблюдение волокон посредством зеркал или двумя взаимно перпендикулярными видеосистемами с фотоприемниками с высокой разрешающей способностью получило название HDCM-метод (High resolution Direct Core Monitoring).
3. В большинстве аппаратов применяется система выравнивания волокон по изображению в параллельном пучке света PAS-система (Profile Alignment System). При таком методе юстировки волокна освещаются сбоку параллельным пучком света так, что из-за разницы показателей преломления оболочка и сердцевина фокусируют свет, действуя как цилиндрические линзы (рис. 15). При этом формируется изображение, на котором видны границы сердцевины и оболочки волокна, что позволяет определить эксцентриситет в каждом из волокон. Анализ изображения линии, выполняемый с помощью телекамеры и встроенного контроллера сварочного аппарата, позволяет осуществить юстировку световодов. Одновременно контроллер системы управления аппарата оценивает качество скола торцевой поверхности волокон и в случае выявления каких-либо дефектов прекращает процесс сварки. Такая система особенно распространена в аппаратах японских производителей. Она используется и для грубой юстировки, и для тонкой подстройки волокон.
Рис. 15. Юстировка волокон меодом PAS
4. У европейских производителей PAS-система используется для грубой настройки. Тонкая юстировка осуществляется по максимуму мощности излучения, передаваемого через сварное соединение LID-системой (Local Injection and Detection). Этот метод основан на вводе контрольного оптического сигнала в сердцевину первого световода и съеме его из сердцевины второго с максимизацией выходного сигнала за счет перемещения волокон микроподвижками (рис.16).
Рис. 16. Юстировка волокон меодом LID
5. Метод юстировки по тепловизионным изображениям основан на управлении параметрами сварки на основе данных, полученных в результате анализа тепловых фотографий места стыка. В процессе сварки волокна излучают сигнал в ИК-диапазоне. Видеокамера через систему фильтров фиксирует изображения, которые запоминаются программой аппарата. Кроме того, информация обрабатывается численными методами и по команде отображается на дисплее. Таким образом, оператор получает достоверную информацию о состоянии волокон во время сварки, а не до или после нее, как в случае аппаратов с «холодным» изображением. По тепловым фотографиям вычисляются: профиль показателя преломления, градиент деформации сердцевины, диаметр модового пятна. Все значения вычисляются по двум осям. По этим данным можно определить тип волокна, отличить, эрбиевое волокно от волокна со смещенной дисперсией.
6. Кроме того, используется уникальный метод управления в режиме реального времени (RTC), с помощью которого можно получить хорошие результаты независимо от внешних условий и типа используемого волокна. Благодаря RTC удается измерить диаметры модовых пятен свариваемых волокон и изменить режим сварки таким образом, чтобы получить наилучший результат. Метод RTC основан на юстировке волокон способом CDS (Core Detection System) и начинается с короткого импульса, очищающего волокно. Затем следует более мощный импульс, который разогревает волокно до такой степени, что сквозь оболочку волокна становится видна сердцевина. Благодаря этому можно определить смещение сердцевины друг относительно друга. Определив смещение, сварочный аппарат совмещает волокна, учитывая при этом влияние поверхностного натяжения. Затем волокна сращиваются, причем сам процесс сварки отображается на экране дисплея. Если смещение сердцевины лежит в заданных пределах, а диаметры модовых пятен равны, то на этом сварка завершается. В противном случае волокна вновь разогреваются, и вносится очередная поправка. После проведения сварки волокна и оценки в двух плоскостях, можно вывести на экран два сохраненных тепловых изображения. Эти изображения показывают волокна в то время, когда возникает дуговой разряд. Оценки потерь могут отличаться от истинных из-за того, что существует задержка по времени между снимком и малыми перемещениями волокон в процессе сварки. Для оценки потерь и, чтобы учесть все факторы, действующие на волокно в критической зоне сварки (КЗС), необходимо выбрать изображение, на котором наиболее отчетливо видна сердцевина волокна. Метод CDS (Core Detection System) наиболее быстрый. Благодаря этому методу весь процесс сварки, включая юстировку, занимает несколько секунд, при этом получается качественный сросток [5].
Процесс сварки
Целью обеспечения высокого качества сварки предусматривается визуальная, а в ряде случаев и программная проверка устойчивости дуги в процессе разряда. Так, при контроле дуга должна быть прямой и стабильной, в противном случае электроды должны быть очищены или заменены. В связи с этим важным параметром является возможность самодиагностики износа электродов.
Учитывая, что параметры дуги зависят от климатических условий, в ряде сварочных аппаратов предусматривается автоматическая компенсация интенсивности разряда в зависимости от температуры, влажности и давления окружающей среды.
Если же сварочный аппарат не имеет подобной функции, то при изменении его места положения и условий окружающей среды, необходимо сделать калибровку дуги. После чего можно приступать непосредственно к процессу сварки.
Достижение высокого качества сварки невозможно без высокоточного позиционирования, которое осуществляется пьезокерамическими двигателями при юстировке и автоподаче волокон, позволяющими достичь максимального значения люфта системы юстировки, не превышающего 1 мкм. Точность центрирования посредством V-образной канавки достигается использованием стабильных материалов, в частности, керамической основы.
В результате юстировки волокна устанавливаются на расстоянии порядка 9 мкм, после чего разогреваются до температуры размягчения кварцевого стекла (ок. 1000 ºС). Размягченные волокна вдавливаются друг в друга на 5 мкм. Движению волокон при этом противодействует сила внутреннего трения (вязкость) и способствует сила поверхностного натяжения. Вытесненное из волокон при вдавливании расплавленное кварцевое стекло образует на поверхности волокон уплотнение близкое к сферической форме. По завершению сварки в еще нагретом состоянии волокно растягивается для того, чтобы уменьшить уплотнение на сростке.
Применение в сварочных аппаратах видеосистемы позволяет перед началом сварки визуально контролировать результат центрирования, тип сердцевины, качество торцов и микрозагрязнения свариваемых оптических волокон, а по окончании сварки оценить качество свариваемых соединений. Кроме того, ряд сварочных аппаратов представляет в цифровом виде значение угла скола и сдвиге осей оболочек (сердцевины) волокон до и после сварки, а также расчетное значение потерь в месте сварки. Однако такая оценка не учитывает всех возможных факторов, приводящих к возникновению потерь. Так, например, даже при высочайшем качестве сростка возможно возникновение дополнительных потерь, вызванных неравенством диаметров модовых пятен свариваемых волокон.
Результирующее значение потерь определяется либо косвенно по результатам осевых смещений сердечников при внешнем освещении волокна, либо прямым способом, когда центрирование волокон осуществляется по излучению, проходящему через оптические волокна.
Фундаментальными предпосылками обеспечения низкого значения потерь в месте сварки является концентричность сердечника и оболочки, хорошая подготовка торцевых поверхностей волокна.
После завершения сварки полуавтоматический и автоматический аппараты проверяют прочность сростка, растягивая волокна с усилием 200-250 г (стандартный тест) или 450 г(усиленный тест).
После сплавления волокон место стыка необходимо защитить. Наиболее популярной является термоусадка с помощью комплекта деталей защиты сростка (КДЗС) или защитной гильзы (protection sleeve). Этот комплект представляет собой термоусаживающую гильзу длиной 40 или 60 мм, внутри которой расположена трубка из материала с высокой текучестью (сэвилена) и металлический стержень диаметром 1 мм. Обычно внешняя трубка гильзы выполняется бесцветной, возможна поставка на заказ цветных защитных гильз.
Перед сваркой гильзу КДЗС надевают на один из сращиваемых концов волокна. После сваривания ее надвигают на место стыка и нагревают в печке сварочного аппарата до температуры 100. 120°С на протяжении 1–1,5 минуты. Для оптимизации процессов разогрева некоторые типы сварочных аппаратов позволяют выбрать одну из нескольких возможных управляющих программ. В процессе нагрева сэвилен расплавляется, заливая место стыка волокон и прочно сцепляясь со стеклом и буферными покрытиями, а термоусаживающая трубка плотно прижимает металлический стержень к сращенным волокнам, надежно защищая за счет этого область сростка от изгибающих воздействий. Необходимость применения металлического стержня, который играет роль упрочняющего элемента, обусловлена тем, что в процессе сварки из-за термического удара прочность волокон снижается примерно на 20–30 %. После выполнения усадки гильзу укладывают в организатор сплайсов настенной муфты или разделочной полки, который, наряду с механической фиксацией, обеспечивает также соблюдение заданного радиуса изгиба волокон. Для восстановления защитных оболочек ленточных кабелей применяются специальные гильзы, рассчитанные на 6 или 12 световодов ленты [7].
Большинство моделей сварочных аппаратов имеет интегрированную в них печку для усадки защитных гильз. В некоторых конструкциях применяется исполнение этого модуля в виде внешнего прибора с отдельным питанием.
Вместо гильз КДЗС в некоторых случаях могут применяться механические элементы защиты стыка (Mechanical Fusion Splice Protection Cover), которые представляют собой полимерный корпус из двух половин, соединенных пружинным шарниром с защелкой. Корпус надевается на место сварки, после чего шарнир закрывается под защелку. Выпускаемый американской фирмой АСА элемент ULTRASleeve этого типа может устанавливаться как на одиночное волокно в буферном покрытии 0,25 и 0,9 мм, так и на ленточные кабели максимум с 4 световодами. Время установки элемента не превышает 30 с.
При производстве волоконно-оптических компонентов, не допускающих использования КДЗС, применяют восстановитель защитного покрытия оптического волокна. Восстановитель покрытия Fujikura FSR-02 обеспечивает восстановление цветного или бесцветного защитного покрытия оптического волокна до исходного диаметра после выполнения сварки. Программируемое усилие при тестировании сварного соединения на прочность от 4 до 20 Н. Для сварного соединения, не прошедшего тест на прочность, фиксируется усилие в момент разрыва бракованных соединений. Время восстановления покрытия составляет 15 с – нанесение, 15 с – полимеризация.
Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 743 ; Мы поможем в написании вашей работы!