Особенности и пошаговый алгоритм сварки оптоволокна

Сегодня в РФ для передачи сигнала одновременно с металлическим кабелем применяется оптическое волокно (ОВ). Материал обладает многими преимуществами, однако работать с ним сложнее. Для монтажа оптоволоконной сети применяется метод высокоточной сварки, для проведения которой требуется специальное оборудование. Сварка оптоволокна проводится людьми с большим опытом, а новички могут выполнять ее только под присмотром более опытных работников. Какое оборудование для сварки оптоволокна необходимо для проведения работ? Какие технологические особенности нужно учитывать? И какие ошибки может допустить новичок? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Что такое оптоволокно — краткие сведения

Сварка оптоволоконного кабеля — сложный процесс, для проведения которого нужно знать базовые сведения о конструкции оптоволокна. Поэтому мы сперва кратко рассмотрим вопрос того, что представляет собой этот материал и какими особенностями он обладает. Итак, оптическое волокно (ОВ) — это направляющий канал очень малого диаметра (обычно 125 микрометров), обладающий круглым сечением. Внутри канал является полым, а по нему может проходить электромагнитное излучение с минимальными потерями. Материал активно применяется для передачи сигнала в оптоволоконных линиях связи.

Для генерации сигнала обычно передается свет видимого или инфракрасного диапазона. Свет проходит по каналу под углом, однако за счет полного отражения он не искажается и не затухает. Для создания ОВ-сети применяется оптоволоконный кабель, который состоит из нескольких пучков-жил, в состав которых входит множество направляющих каналов (обычно несколько десятков). Также в состав ОВ-кабеля входят вспомогательные элементы, выполняющие дополнительные функции (защитные, экранирующие, придающие материалу механическую жесткость).

Конструкция оптического волокна

Примерная конструкция ОВ-кабеля выглядит так:

• Несущий трос. Трос делают стекла или упругого металлического сплава, который сверху покрывается тонким слоем лака. Трос выполняет вспомогательные функции — он собирает оптоволоконные и вспомогательные жилы вместе, а также обеспечивает их механическую упругость (чтобы они не сломались и не повредились).
• Двухслойное оптоволокно. Он обеспечивает передачу электромагнитного сигнала по трубкам на любые расстояния. Материал может собираться в пучки, которые часто покрываются цветным лаком. Цвет лака часто указывает на функцию той или иной жилы. Цвет не регулируется государственными правилами, поэтому о назначении той или иной жилы нужно читать в руководстве к материалу.
• Пластиковые трубки. Применяются для сбора оптоволоконных нитей в толстую жилу. В состав одной трубки может входить десятки и даже сотни оптоволоконных полос (на практике их обычно 32-128 штук). Изнутри стенки трубок покрываются гидрофобным гелем. Он обеспечивает отражение лучей свет внутрь материала (скажем, при повреждении кабеля). Также он защищает материал от посторонних сигналов (отталкивает газы и жидкости, которые могут попадать в трубку).
• Кевларовые, стальные защитные нити. Обладают прямоугольной формой и обеспечивают кабелю качественную защиту. Назначение этого слоя — защита материала от растяжения и деформации под действием внешних факторов. Скажем, на открытом воздухе часто есть сильный ветер, который может растягивать материал, что плохо повлияет на качество передачи сигнала. Благодаря металлическим и кевларовым нитям этого не происходит, а кабель сохраняет свою форму в течение длительного времени.

Сигнал при прохождении через оптоволокно может затухать. В идеальных условиях это происходит только из-за естественного затухания, которое возникает из-за поглощения материалом электромагнитного излучения. На степень затухания влияют и другие факторы — наличие повреждений, острые изломы, деформированные участки, нетипичный температурный режим. В случае сбора качественной ОВ-сети степень затухания составляет 2-3 децибел на 1 километр (в случае применения света с длиной волны 0,8 микрометров). В случае длинной протяженной сети допускается использование более длинных волн — это уменьшит степень затухания волны, однако повысит расходы электричества.

Особенности сварки оптоволокна

Для сварки ОВ применяется специальный сварочный аппарат, который способен соединить тонкие жилы в одну нить. Использование обычных сварочных аппаратов в данном случае категорические невозможно — ОВ-каналы обладают очень маленьким диаметром, поэтому применение обычного оборудования в данном случае невозможно. Аппарат для сварки оптоволокна имеет вид небольшой коробки, в которую с двух сторон вставляются края ОВ, а потом выполняется их соединение за счет точечного нагрева.

Сварочный аппарат работает в автоматическом режиме, а большинство операций он проводит без участия оператора. Для сварки понадобится дополнительное оборудование для сварки оптоволокна. Это стриппер, скалыватель (часто выходит в состав сварочной машины), емкость со спиртом (для протирки кабеля), салфетки без ворса, пакетик (для сбора поврежденных мусора или поврежденных оптических волокон), защитные гильзы КДЗС. При необходимости от этого оборудования можно отказаться, однако это снизит качество сварки.

Пошаговый алгоритм ОВ-сварки

Сварка оптоволокна выполняется так:

1. Зачистите волокно от лака с помощью стриппера. Обмакните салфетку в спирт, зачистите поверхность материала (обратите внимание, что использовать салфетку повторно не рекомендуется).
2. Аккуратно положите край ОВ в аппарат-скалыватель. Класть провод нужно в специальную канавку (линейка на устройства подскажет оптимальную длину). Потом нажмите специальную кнопку, чтобы выполнить скол.
3. Достаньте обработанное волокно из скалывателя и поместите его на активную зону сварочного аппарата. Обратите внимание, что к обработанному краю нельзя прикасаться, его нельзя обрабатывать.
4. Сколотые фрагменты обязательно соберите в отдельный пакет для сбора мусора. Для удобства утилизации фрагментов можно использовать изоленту или скотч.
5. Обработайте второй ОВ-кабель аналогичным образом, положите его на сварочную зону. Наденьте на края защитную гильзу КДЗС, зафиксируйте конструкцию в сварочной зоне с помощью канавок-фиксаторов.
6. Выполните запуск аппарата. Устройство автоматически выполнит дополнительную фиксацию, а также очистит края ОВ от частичек пыли и мусора с поверхности с помощью слабого электрического тока.
7. Теперь сварочный аппарат сводит края друг с другом, а также проверяет качество сколов. Если все хорошо, то в активную зону посылается мощный электрический разряд, который сплавляет края, формирует прочное соединение.
8. Сварочный аппарат тестирует качество полученного соединения и отправляет сигнал оператору. Также выполняется ряд тестов — на затухание, на прочность и другие.
9. Оператор достает спайку из сварочного аппарата. Соединение почти готово — чтобы оно получилось прочным, нужно задвинуть КДЗС, поместить конструкцию в печку для сушки (там гильза расплавляется и зафиксирует края).

Нужно ли покупать тестер для ОВ-сварки?

Для пайки купите тест-оборудование, которое покажет, насколько эффективной была сварка. Примеры оборудования — рефлектометры, тестеры, мультиметры и другие. Новичкам следует покупать рефлектометры, поскольку это оборудование дешевое, эргономичное. Еще одно крупное преимущество, которым обладает прибор хорошая чувствительность к затуханию. По ГОСТ нормальным затуханием после сварки признается значение 0,05 децибел. Чувствительность рефлектометров составляет не более 0,01 дБ, поэтому это устройство без проблем определит некачественную сварку.

Рефлектометр выполняет следующие функции:

• Оценивает общее качество сварки, проверяет сеть на наличие мелких дефектов и повреждений.
• Оценивает качество связи при сборке системе, отслеживает все технические параметры сети с высокой точностью, достоверностью.
• Определяет степень затухания сигнала на линии. При обнаружении аномального отклонения (более 0,05 дБ) устройство найдет точку, где происходит наиболее интенсивное затухание.

Популярные ошибки при сварке оптоволокна

При сварке оптического волокна можно допустить много ошибок. Это приводит к проблемам — помехи при прохождении сигнала, появление задержек и даже полное исчезновение сигнала. Чтобы этого не произошло, сварщик должен обладать нужным опытом и квалификацией. Если к работе приступает новичок, то варить ОВ он должен под присмотром более опытного товарища, который сможет поправить или остановить его в нужный момент.

Во время сварочных работ также нужно избегать ошибок, из-за которых могут появиться проблемы с сигналом. Примеры популярных ошибок — помутнение кабеля из-за нарушения правил его хранения, использование кустарно изготовленного стриппера, неправильное хранение сварочного аппарата и другие. В статье популярные ошибки будут рассмотрены и проанализированы, чтобы Вы не допускали их во время сварочных работ. Для удобства чтения и восприятия текста все ошибки будут разделены на несколько категорий.

Подготовительные ошибки

В эту группу попадают ошибки, которые возникают на подготовительном этапе перед проведением сварочных работ, а также на начальном этапе зачистки проводов. Перечислим их:

1. Оставление кабеля под открытым небом на долгое время. Кабель под открытым небом нужно хранить в специальной защитной капе. Она минимизирует контакт края кабеля с окружающей средой. Если защитную капу не использовать, то проводные жилы могут впитать в себя влагу и химически активные вещества из окружающей среды. Если Вы все же забыли надеть капу, то перед монтажом/сваркой нужно отрезать от края 1 метр кабеля с каждого конца, чтобы избавиться от потенциально поврежденных жил.
2. Применение некачественного стриппера. Инструмент должен пройти юстировку на заводе на финальном этапе изготовления. Юстировка помогает сделать стриппер точным, чтобы во время зачистки кабеля не оставались заусеницы и необработанные участки. Инструменты без юстировки обладают многими недостатками. Самая популярная проблема — при обработке не происходит аккуратного срезания внешнего покрытия, поэтому для удаления оболочки приходится часто двигать стриппером туда-сюда. Из-за это повреждается кабель и снижается качество зачистки.
3. Зачистка жил кабеля с помощью стриппера под прямым углом. Подобный способ зачистки является неправильным, поскольку в таком случае легко повреждаются жилы, что может сделать кабельную сеть неработоспособной. Если зачистка выполняется при отрицательных температурах (скажем, зимой), то зачистка под прямым углом может привести к полному слому кабеля.
4. При удалении лакового покрытия частички лака остаются на стриппере. Во время зачистки такие частички нужно сразу же удалять с поверхности стриппера. Если этого не сделать, то при зачистке на кабеле могут образовываться микротрещины, из-за которых будет ухудшаться качество сварки. В случае маленьких трещин сигнал по сварному кабелю будет проходить с большими искажениями и задержками. При образовании больших трещин сварная конструкция и вовсе может рассыпаться во время сварки.
5. Применение стриппера не по назначению (скажем, для обработки обычного пластика). По техническому регламенту инструмент-стриппер используется только для одной цели — обработка, удаление тонких оптоволоконных жил диаметров до 125 микрометров. Если использовать инструмент для зачистки более толстых объектов (скажем, пластик или металл), то острые части стриппера быстро затупятся, а сам инструмент станет бесполезным.

Ошибки зачистки проводов

Ошибки можно также допустить и при обработке проводов для сварки:

1. Использование грязных салфеток для протирки жил. Перед сваркой многие люди протирают жилы с помощью маленьких чистых салфеток, которые снимают остатки грязи и мусора с поверхности провода. Это правильный подход — так увеличивается качество сварочных работ, что делает соединение более прочным. Однако для протирки каждой новой жилы нужно использовать новую салфетку, чтобы старый мусор не попадал на новые чистые жилы.
2. Вы зачистили жилу, но прикоснулись к ней после зачистки. Это крупная ошибка, поскольку частички пыли плохо повлияют на качество сварного шва. Если Вы все же прикоснулись, то можно протереть провод чистой салфеткой, чтобы сделать его чистым. Если на жилу что-то капнуло, то рекомендуется срезать этот фрагмент и выполнить зачистку заново (использование салфетки будет малоэффективным, поэтому лучше удалить грязный фрагмент, чтобы не рисковать).
3. Срезание поврежденных фрагментов с помощью ручных инструментов. Еще одна популярная ошибка, которую часто допускают сварщики-новички. Срез нужно делать с помощью устройства-срезателя, который обычно входит в состав сварочного агрегата. Для среза нужно поместить провод в устройство и закрыть срезатель до щелчка (в результате должен получиться цилиндрический ровный срез без углов или сколов). На старых сварочных инструментах срезатель может отсутствовать — тогда его нужно купить и использовать отдельно.
4. Не выполняется отдельный сбор срезанных кусочков. Срезанные фрагменты оптоволокна могут обладать маленькими размерами (размером с мизинец или даже меньше). Все эти фрагменты нужно собрать и положить в специальных мешочек (сейчас такие мешочки часто продаются вместе с оптоволокном или сварочными устройствами). Почему это так важно? Дело в том, что оптоволокно обладает очень высокой прочностью. Если человек случайно наступит на фрагмент провода, то он может загнать его к себе под кожу или сильно пораниться.
5. Зачистка оптоволокна после скалывания или его дальнейшее использование. Остатки волокна следует обязательно утилизировать. Поскольку жилы могут вступать в контакт с химически активными веществами из окружающей среды (это может быть вода, атмосферный воздух и так далее). Поэтому не дальнейшее использование материалов не допускается (запрещается также протирание спиртом, дополнительная обработка и так далее).

Сварочные ошибки

Новички могут не знать технические особенности оптоволокна, поэтому при сварке они часто допускают следующие ошибки:

1. Открытие сварочного аппарата перед зачисткой. Сварочные устройства обычно продаются со специальным кожухом, который защищает его от мусора, механических повреждений и мусора. Новички-сварщики часто снимают кожух сразу же после доставки оборудования на участок, где будет проводится сварка. Это большая ошибка — если зачищать провода над разобранным аппаратом, то частички мусора могут попасть в аппарат, что снизит качество обработки либо полностью выведет его из строя.
2. Игнорирование КДЗС. Комплект динамической защиты соединения (КДЗС) представляет собой две полые трубочки, внутри которых располагается штифт, выполненный из стали. Это устройство помогает зафиксировать жилу, что положительно скажется на качестве сварки. Монтировать КДЗС нужно аккуратно, чтобы жилы попали точно в металлическую жилу.
3. КДЗС не покрывает полностью зачищенное волокно. При таком сценарии жесткость соединения будет низкой. Последствия печальны — деформирование сварного соединения, что приведет к снижению уровня сигнала, ухудшению качества передачи. Особенно это критично в случае работы с большими сетями, к которым подключено множество автономных абонентов.
4. Полное доверие сварочному оборудованию. В случае долгого использования сварочного аппарата устройство может начать показывать неточные данные. Поэтому для контроля рекомендуется также купить рефлектометр, с помощью которого можно повысить точность сварки. Использование рефлектометра минимизирует риск высокого затухания сигнала, поскольку он позволяет получить точную картинку вокруг оптического волокна.
5. Удаление неостывшей муфты из активной зоны сварки. Подобная операция часто выполняется новичками, поскольку она является практичной и удобной. С ее помощью можно ускорить обработку, а жилы в данном ситуации не переплетаются. Особенно критична такая ошибка, если муфта кладется на ложемент. Из-за этого деформируются стенки жилы (высокая температура делает ее гибкой). Получившаяся сварная конструкция будет некачественной, а качество передаваемого сигнала будет низким.

Заключение

Подведем итоги. Оптоволоконный кабель — сложная конструкция, главным элементом которой являются ОВ-каналы, передающие электромагнитное излучение. Сварка оптоволоконного кабеля осуществляется в несколько этапов специальным аппаратом для сварки оптоволокна. Он имеет вид небольшой коробочки, которая работает преимущественно в автоматическом режиме. Сварочный аппарат выполняет следующие функции — сводит края, выполняет точечную сварку, оценивает качество работ. Перед сваркой следует выполнить зачистку материала с помощью стриппера и скалывателя. По завершении конструкцию следует поместить в печь для расплавления КДЗС-гильзы.

Используемая литература и источники:

• Статья на Википедии
• Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003.
• Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. — М.: Техносфера, 2008.
• Hecht, Jeff. City of Light, The Story of Fiber Optics. — New York: Oxford University Press, 1999.