Типи апаратів за методом юстування (вирівнювання) оптичних волокон: зведення по серцевині (PAS), активні V-подібні канавки, зведення по оболонці

Короткий вступ

У цій статті ми докладно розглянемо одну з головних характеристик зварювального апарату для оптоволокна. метод юстування оптичних волокон (Також використовують терміни: зведення або вирівнювання волокон). Чому ця характеристика така важлива? Тому що вона визначає клас зварювального апарату і істотно впливає на його вартість і на якість зварного з'єднання, що отримується.

У переважній більшості сучасних моделей будь-яких виробників використовується один із трьох методів вирівнювання волокон: точне вирівнювання по серцевині (технологія PAS), простіша вирівнювання V-подібними канавками, що рухаються. і найпростіший метод - зведення волокон по оболонці за допомогою фіксованих V-подібних канавок. Раніше застосовувалося ще кілька методів вирівнювання (наприклад, LID та ін), але в сучасних моделях вони практично не використовуються. Отже, докладно в цьому розберемося.

Оптична система розпізнавання волокон

Для того, щоб виконати вирівнювання та зварювання волокон, апарату необхідно отримати їх зображення. Адже саме за зображенням апарат визначає типи волокон, що виконує їх зведення, регулює параметри дуги під час зварювання та оцінює втрати отриманого зварного з'єднання.

На малюнку нижче показано спрощену схему оптичної системи розпізнавання волокон більшості сучасних апаратів (її також називають "Оптичний шлях апарату"). Розберіться в тому, як вона функціонує, оскільки це знадобиться для розуміння відмінностей між апаратами, а також для будь-якої практичної роботи по зварюванню волокон.

Два волокна (ліве та праве) розміщуються у V-подібних канавках і фіксуються зверху двома притисками. Волокна просвічуються двома світлодіодами, що розташовані над волокнами під кутом 90°. Світло, проходячи крізь волокна, формує їх зображення на двох камерах (X і Y), які знаходяться нижче за рівень волокон і орієнтовані також під кутом 90°. Аналізуючи обидва зображення, апарат отримує всю інформацію, необхідну йому роботи. На цій фотографії показано, як це виглядає на екрані зварювального апарата Fujikura 80S. У верхній частині екрана розташовується зображення лівого та правого волокон, отримане X-камерою, а в нижній частині екрана зображення тих же волокон перпендикулярної проекції, отримане Y-камерою.

Такий метод отримання зображень волокон використовується у всіх апаратах поточної лінійки Fujikura (моделі 80S, 62S, 22S, 12S та ін), а також у багатьох моделях інших виробників. У старих моделях апаратів використовувався складніший спосіб, при якому світло від світлодіодів спочатку прямувало на два дзеркала і, відбившись від них, проходило крізь волокна. Незалежно від того, як просвічуються волокна (безпосередньо світлодіодами або через дзеркала) на камерах завжди формується два зображення, які являють собою дві проекції волокон, розташовані під кутом 90°. А тепер, коли ми розібралися як апарат "бачить" волокна, перейдемо до розгляду трьох методів, за допомогою яких волокна зводяться.

Зведення волокон по оболонці за допомогою фіксованих V-подібних канавок

Перший і найпростіший метод – це зведення оптичних волокон по оболонці за допомогою фіксованих V-подібних канавок. Цей метод використовується в недорогих та компактних апаратах, призначених для зварювання мереж доступу, PON, FTTx та СКС. Типовий представник: модель Fujikura 12S. У таких апаратах волокна укладаються в дві нерухомі V-подібні канавки, геометричні розміри і форма яких забезпечують дуже точне центрування волокон по відношенню один до одного. На цій фотографії показано два оптичні волокна, укладені у сині V-подібні канавки моделі Fujikura 12S.

Під час зварювання кінці волокон розплавляються дуговим розрядом і зводяться разом в одне ціле. Коли дуга апарату відключається, розплавлене скло остигає і рахунок сил поверхневого натягу відбувається додаткове самовирівнювання волокон.

Головна перевага апаратів з юстуванням за допомогою фіксованих V-подібних канавок - це простота конструкції. У таких апаратах використовується лише два мотори, які просто зводять волокна один до одного в точку зварювання. Оскільки конструкція не складна, апарати мають компактні розміри, низьку вартість та підвищену надійність. Типові втрати на зварному з'єднанні двох одномодових волокон становлять 0,05 дБ, що повністю підходить для будівництва будь-якої мережі доступу.

Однак простота конструкції має і зворотний бік. Оскільки V-подібні канавки зафіксовані, їхнє забруднення порушує центрування волокон. Тому такі апарати треба містити в чистоті і періодично протирати спиртом V-подібні канавки та притискання волокон.

Друга особливість: якщо оптичні волокна мають вигин (наприклад, через тривале зберігання у зігнутому стані) або якщо волокна поганої якості та їх серцевина розташовується не зовсім у центрі (є ексцентриситет серцевини щодо оболонки), то втрати на зварюванні збільшаться, так як апарат не зможе підрівняти одне волокно по відношенню до іншого.

Третя особливість: у камер таких апаратів фіксований фокус (докладніше про систему фокусування дивіться нижче). Отже, точність оцінки втрат, які вийшли на зварюванні, не така висока, як у апаратів із змінним фокусуванням камер.

Зведення волокон за допомогою активних (рухаються) V-подібних канавок

У таких апаратів також фіксована фокусна відстань, зате V-подібні канавки можуть рухатися у двох площинах. Це означає, що апарати більш стійкі до забруднення та неідеальності геометричних розмірів самих волокон. В англомовній документації такий метод вирівнювання називається Active V-Groove.

Конструкція апаратів складніша, ніж у попередньої категорії, а вартість приблизно в 1,5 рази вища. Для переміщення V-подібних канавок використовуються два додаткові двигуни, що злегка збільшує розмір. Всього в системі зведення волокон таких апаратів використовується 4 мотори: два для руху волокон назустріч один до одного і два для зведення волокон у площинах X та Y. Типовий представник цієї категорії: модель Fujikura 22S. На цій фотографії показані активні V-подібні канавки цієї моделі (два елементи синього кольору у центрі фотографії).

Апарати зі зведенням волокон за допомогою активних V-подібних канавок, що рухаються, ідеально підходять для будь-яких оптоволоконних мереж масштабу міста. Типові втрати на зварному з'єднанні двох одномодових волокон становлять лише 0,03 дБ. Ці апарати займають проміжне положення між простими моделями з фіксованими канавками і топовими моделями з точним зведенням по серцевині.

Головна їхня відмінність від топових моделей, таких як Fujikura 80S і Fujikura 62S, це фіксована фокусна відстань камер. Камери "дивляться" на центр волокна, через що зображення серцевини одномодового волокна виходить тонким і не таким деталізованим як у старших моделей. Тому точність зведення волокон і точність оцінки втрат, які вийшли на зварюванні, не така висока.

Наочно побачити різницю можна на фото нижче. У верхній частині фотографії показано зображення пари одномодових волокон, отримане за допомогою старшої моделі Fujikura 80S, а в нижній частині фотографії показано зображення цієї пари одномодових волокон, отримане за допомогою моделі з фіксованою фокусною відстанню камер Fujikura 22S. Зверніть увагу, що зображення волокон у верхній частині фотографії чіткіше і детальніше.

В цілому, апарати, які зводять волокна за допомогою активних (рухаються) V-подібних канавок являють собою відмінний компроміс між вартістю та характеристиками. Але якщо Вам необхідні максимальні характеристики, то вибирайте один із зварювальних апаратів з точним вирівнюванням по серцевині та змінною фокусною відстанню (технологія PAS). Далі ми докладно про них розповімо.

Точне зведення волокон по серцевині (технологія PAS)

Найдосконалішими з технічного погляду є апарати, у яких реалізована технологія точного зведення оптичних волокон по серцевині з використанням профілю їхньої яскравості PAS (скорочення від Profile Alignment System). У цих апаратах використовується два додаткові двигуни для переміщення камер X і Y, що дозволяє змінювати площину їх фокусування. Всього в системі зведення волокон таких апаратів використовується 6 моторів: два для руху волокон назустріч один до одного, два для зведення волокон у площинах X та Y і два для зміни фокусної відстані камер X та Y.

Використання профілю яскравості оптичних волокон для їхнього взаємного вирівнювання добре показано на цьому малюнку. У правій частині зображено поперечний переріз одномодового волокна з серцевиною в центрі. Паралельні промені світла надходять від світлодіода і, проходячи крізь волокно, переломлюються, оскільки скляне волокно має властивості лінзи.. Жовта вертикальна лінія на малюнку – це площина фокусування відеокамери апарата. Як бачите, площина фокусування проходить не через серцевину волокна, як у простіших моделей, а ближче до краю волокна. Це дає збільшене зображення серцевини та тонку смужку підвищеної яскравості, яка з'являється в самому центрі за рахунок накладання світлових променів. Мікропроцесор зварювального апарату, аналізуючи таке зображення, може дуже точно визначити положення серцевини волокна, а також інші його характеристики, наприклад тип волокна: одномод, багатомод, зі зміщеною дисперсією, нечутливе до вигинів та ін.

Якщо Ви варите не тільки одномодові (G.652) та багатомодові (G.651) волокна, але й інші типи, наприклад, нечутливі до згинів (G.657) або магістральні (G.653 і G.655), то бажано використовувати зварювальні апарати, що можуть аналізувати профіль яскравості. Це зумовлено двома причинами. Перша причина - це найвища якість зварювання. Для японських апаратів типові втрати на зварному з'єднанні двох одномодових волокон нормуються лише на рівні 0,02 дБ, а реальності близько 0,01 дБ. Таке зварювання навіть не можна побачити за допомогою рефлектометра. Друга причина - кожен тип волокна має унікальний профіль яскравості. Профілі яскравості для волокон всіх стандартів зберігаються в пам'яті апарату та в процесі розпізнавання волокон, апарат може точно визначити їх тип та підібрати оптимальну програму зварювання.

На цій фотографії показаний екран зварювального апарату Fujikura 80S, в який встановлено два різні волокна: ліворуч нечутливі до вигинів (G.657), а праворуч - звичайний одномод. Як бачите, зображення волокон відрізняються (на лівому волокні є горизонтальні смужки) і деталях цих зображень апарат коректно визначив їх типи (BIF і SM).

Весь процес точного зведення волокон по серцевині та їх зварювання в режимі "Повний автомат" показано в цьому короткому відео. Перша частина відео (17 секунд) відтворюється на повній швидкості, а в другій частині показано те ж зварювання, але з уповільненням в 5 разів і покроковими коментарями, щоб Ви могли добре розглянути всі етапи: 1 - дуга, що очищає, 2 - попереднє зведення волокон, 3 - зміна фокусу для аналізу профілю яскравості волокон; 4 - визначення типу волокон; 5 - точне зведення волокон на частки мікрометра (практично не помітно); 6 - основна дуга; 7 - оцінка втрат.

Теоретично зведення волокон по серцевині із застосуванням технології PAS виглядає просто. Але не дарма зварювальні апарати цієї категорії вважаються найпросунутішими і найдорожчими. Подивіться ці фотографії, ними добре видно технічну складність реалізації. Зліва показаний розібраний апарат Fujikura FSM-60S, який є попередником сучасного флагмана Fujikura 80S. А праворуч його верхня частина у перевернутому положенні. На правій фотографії виділено 6 моторів, які відповідають за рух волокон один до одного (1, 2), вирівнювання волокон у площинах X та Y (3, 4) та за зміну фокусної відстані двох камер апарату (5, 6).

Мікропроцесорна плата (внизу) та модуль фокусування та зведення волокон Fujikura FSM-60S

Модуль фокусування та зведення волокон зварювального апарату Fujikura FSM-60S

Тепер, коли ми докладно розглянули особливості та відмінності трьох основних методів юстування оптичних волокон, давайте узагальним цю інформацію, щоб добре розуміти апарат якого типу оптимально підходить для конкретного завдання.

Узагальнення інформації щодо типів апаратів

Апарати з точним вирівнюванням по серцевині (за технологією PAS) підходять для будівництва та обслуговування будь-яких типів сучасних оптичних мереж, як міських, так і міжміських. Вони швидко і з мінімальними втратами зварюють будь-які типи волокон: одномодові (G.652), багатомодові (G.651), нечутливі до вигинів (G.657) та магістральні (DSF G.653 та NZDSF G.655). Типові представники цієї категорії: Fujikura 80S і Fujikura 62S.

Апарати з вирівнюванням волокон за допомогою V-подібних канавок, що рухаються. можуть зводити волокна в трьох площинах, але не можуть змінювати площину фокусування своїх камер, тому якість зварювання у них трохи нижча. Ці апарати позиціонуються як оптимальне рішення будь-яких мереж масштабу міста. Типовий представник цієї категорії: Fujikura 22S.

Апарати з вирівнюванням волокон по оболонці за допомогою фіксованих V-подібних канавок є найпростішими з технічного погляду. Вони просто точно зводять два волокна до точки зварювання. Ці апарати позиціонуються як оптимальне рішення для мереж доступу, мереж PON, СКС та подібних, де кількість зварювань в одному лінку (від передавача до приймача) невелика (зазвичай менше 10). Типовий представник цієї категорії: Fujikura 12S.

Додаткова інформація на цю тему

На цій сторінці докладно описано основні методи юстування (вирівнювання) оптичних волокон, які використовуються в сучасних апаратах для зварювання оптоволокна більшості виробників. Цей матеріал допоможе Вам краще розбиратися в конструкції різних апаратів та принципах їхньої роботи.

Щоб дізнатися більше про зношування електродів і максимальну кількість зварок, подивіться цю статтю. А щоб ознайомитись із повним переліком моделей японської компанії Fujikura, переходьте на головну сторінку зварювальних апаратів для оптоволокна.

Якщо Вам потрібна докладна інформація щодо цін або технічна консультація щодо вибору оптимального зварювального апарату для Вашого завдання, просто зателефонуйте нам або напишіть нам по Електронна пошта і ми з радістю відповімо на Ваші запитання.