Курсовая работа НСЭ. Лабораторная работа 2 Изучение конструкций оптических кабелей связи Литвинов В. А. Студ билет 5бин15012 Группа бмс1851
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики Кафедра направляющих телекоммуникационных сред Лабораторная работа №2 Изучение конструкций оптических кабелей связи Выполнил: Литвинов В. А. Студ. билет №5БИН15012 Группа №БМС1851 Вариант: 12 Проверил: Колесников О. В. Москва 2021 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение конструкций сердечников оптических кабелей, оптических волокон и оптических модулей, ознакомление со свойствами кабельных материалов, конструкциями оптических кабелей и их маркировкой. 2. ЗАДАНИЕ 1. Ознакомиться с принципами работы оптических волокон и их классификация. 2. Изучить конструкции оптических волокон и оптических модулей, используемых в оптических кабелях связи. 3. Изучить принципы конструктивного решения оптических кабелей связи, ознакомиться с примерами конструкций оптических кабелей, их маркировкой. 4. Ознакомиться с кабельными материалами, используемыми при производстве оптических кабелей. В оптических кабелях связи средой для распространения сигнала является оптическое волокно. В качестве материала волокна используется плавленый кварц (двуокись кремния, (SiO2) высокой степени очистки). Распространению сигнала способствует изменение величины диэлектрической проницаемости материала в поперечном сечении волокна. Основная доля энергии передаваемого сигнала сосредоточена в сердцевине, имеющей коэффициент преломления n1. Оболочка, имеющая меньшую величину коэффициента преломления n2, обеспечивает удержание энергии внутри сердцевины. Характеристики: коэффициент преломления n. Для немагнитных материалов, у которых магнитная проницаемость =1, n=√ε. Изменение этого коэффициента достигается за счет добавок к чистому кварцу определенных примесей. Чаще всего используют двуокись германия GeO2, уменьшающую величину n. Существует два основных типа волокон: многомодовые и одномодовые. Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125±1 мкм. Номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон 50 или 62,5 мкм. Диаметр сердцевины у одномодовых волокон 10мкм. Чертеж поперечного сечения оптического волокна.  Рисунок 1.-Поперечное сечение оптического волокна Рассмотрим кабель марки ОМЗКГЦ:  Рисунок 2 - Кабель марки ОМЗКГЦ 1 – оптические волокна; 2 – защитная трубка; 3 – бронепокров; 4 – защитный шланг.  Рисунок 3. – Поперечный разрез кабеля типа ОМЗКГЦ 1 – оптическое волокно; 2 – центральная трубка (модуль); 3 – стальная проволока; 4 – защитный шланг; 5 – гидрофобный компаунд ОМЗКГЦ – это кабель оптический магистральный и внутризоновый одномодульный с центральной трубкой, содержащей до двадцати четырех оптических волокон, броней из стальных круглых проволок защитным шлангом из полиэтилена, предназначен для прокладки в грунтах всех категорий, кроме подверженных мерзлотным деформациям, в кабельной канализации, трубах, блоках, коллекторах, тоннелях на мостах и шахтах, через неглубокие болота и несудоходные реки. Для прокладки этого кабеля подходит почва любого типа. Для монтажа не допускаются только грунты, склонные к сезонному промерзанию. Точная расшифровка аббревиатуры: О – кабель оптоволоконный, М –кабель магистральный; З – зоновый; К – для канализации; Г – грунтовой; Ц – модуль центрального расположения. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: диапазон рабочих температур – от -40° С до +70° С; температура прокладки/соединения кабеля – не ниже -10° С; мин. радиус изгиба кабеля – 20 размеров поперечника; размер поперечника – от 9 до 9,7 мм; заявленная масса – 144-162 кг/км; нагрузка прижимающая – от 600 Н/см; усилие растяжения – 8 кН; сопротивление поверхностного слоя (броня-земля) – не менее 2000 МОм/км; период эксплуатации кабеля – минимум 25 лет. Ответы на контрольные вопросы: Общее строение оптических волокон. Используемые материалы. В оптических кабелях связи средой распространения сигнала является оптическое волокно (ОВ). Обычно в качестве материала волокна используется плавленый кварц (двуокись кремния, (SiO2) высокой степени очистки. Типы волн, распространяемых в оптических волокнах. Лучевая модель процесса распространения волн. Волокна используются для передачи волн оптического диапазона. 3. Одномодовые и многомодовые оптические волокна. Волокна делятся на два основных типа: многомодовые и одномодовые. Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125±1 мкм. Номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон 50 или 62,5 мкм. Диаметр сердцевины у одномодовых волокон 10мкм. Существуют два варианта многомодовых волокон: со ступенчатым и градиентным профилем показателем преломления сердцевины. Многомодовые волокна оптимизированы для работы на длине волны 850 нм. Большая ширина полосы пропускания градиентных волокон (400…1000 МГц км) обеспечивается жестким технологическим контролем формы (параболической) профиля показателя преломления. Эти волокна, в основном, применяются в локальных и внутриобъектовых сетях. Типы одномодовых волокон отличаются друг от друга только формой профиля показателя преломления, они оптимизированы для работы на длинах волн 1300 нм и 1500 нм. В настоящее время существуют три основных типа одномодовых волокон: стандартные одномодовые волокна (SM), волокна со смещенной дисперсией (DS) и волокна с ненулевой смещенной дисперсией (NZDS). В волоконно оптических линиях передачи используются следующие волокна: G.652-стандартное одномодовое волокно, G.653-одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией, G.654-одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки, G.655- одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией, G.656-одномодовое волокно с ненулевой смещенной 7 дисперсией для широкополосной передачи данных, G.657- одномодовое волокно с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба для прокладки внутри зданий и сооружений. 4. Ступенчатые и градиентные оптические волокна. Ступенчатые и градиентные оптические волокна – виды многомодовых волокон. В многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется одновременно большое число мод – лучей, введенных в волокно под разными углами. Основным недостатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь. В градиентном волокне моды распространяются по параболическим траекториям и разность их путей, а следовательно и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем в многомодовом ОВ со ступенчатым профилем. 5. Основные принципы конструктивного выполнения оптических модулей в сердечниках кабелей. ОМ могут быть следующих типов: трубчатые; профилированные; ленточные. В трубчатом ОМ оптические волокна могут свободно укладываться либо без скрутки, либо путем скрутки вокруг центрального силового элемента, либо размещаться в плотном буферном покрытии. В профилированном ОМ в спиралеобразных пазах Vобразного типа, образуемых в полимерном стержне, ОВ (одно или несколько) свободно укладываются по спирали. Силовой элемент в центре профилированного стержня обеспечивает необходимые механические параметры и стойкость к температурным изменениям. В ленточном оптическом модуле оптические волокна от двух и более размещаются в линейный ряд, образуя линейный элемент. Фиксация ОВ в линейном элементе может осуществляться с помощью полимерного материала по длине элемента, выполняющего функцию вторичного защитного покрытия, или адгезивного слоя и наложенных поверх синтетических лент. 6. Примеры конструкций оптических кабелей. На рис.5 представлены конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником производства ЗАО «СОКК», а на рис.6 – конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником производства ЗАО «ОКС-01». ОК с круглопроволочной броней для прокладки в грунт выпускается многими кабельными заводами России.   Рисунок 5.- Конструкции ОК с многомодульным оптическим сердечником и круглопроволочной броней производства ЗАО «СОКК» марки ОКЛК: а) на 7, 10, 20 и 40 кН; б) на 80 кН: 1 – оптические волокна; 2 – ЦСЭ; 3 – кордель заполнения; 4 – поясная изоляция из лавсановой ленты; 5 – гидрофобный компаунд; 6 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 7 – броня из круглых оцинкованных проволок: а) в один слой; б) в два слоя; 8 – наружная полиэтиленовая оболочка  Рисунок 6.- Конструкции ОК с одномодульным оптическим сердечником с центральным оптическим модулем производства ЗАО «ОКС-01» марок ОПС, ОАС и ОА2: 1- полимерная трубка; 2 - оптическое волокно, сгруппированное в пучки; 3 – гидрофобный компаунд; 4 – водоблокирующая и алюмополиэтиленовая лента; 5 – броня из стальных оцинкованных проволок; 6 – наружная оболочка; 7 - наружная оболочка. 7. Материалы, используемые в оптических кабелях связи (общая характеристика). Гидрофобные заполнители. В качестве гидрофобных заполнителей (ГЗ), защищающих ОК от распространения влаги, преимущественно применяют гидрофобные гелеобразные компаунды. Заполнители на основе порошкообразных материалов, нити и ленты (выполняются, в основном, на основе распушенной целлюлозы, разбухающей при контакте с водой и образующей «пробку» для дальнейшего ее распространения) применяют значительно реже. Гидрофобные заполнители, используемые в качестве заполнителей оптических модулей, помимо задачи защиты ОВ от воздействия влаги выполняют также функцию амортизатора для ОВ при механических воздействиях на ОК, а также функцию смазки, уменьшающей трение между ОВ и стенкой оптического модуля. Они отличаются диапазоном рабочих температур и назначением: внутримодульные заполнители, применяемые для заполнения модулей с ОВ, и межмодульные заполнители, применяемые для заполнения свободного пространства в сердечниках ОК и в бронепокровах, выполняемых из стальных проволок или стеклопластиковых стержней. Внутримодульные заполнители характеризуются значительно более высоким предъявляемыми к ним требованиями и имеют меньшую вязкость по сравнению с межмодульными заполнителями. Основным материалом для скрепления элементов сердечника ОК повивной скрутки является полиэтилентерефталатная лента, обеспечивающая фиксацию элементов конструкции сердечника до наложения полимерной оболочки и предотвращающая вытекание из сердечника гидрофобного заполнителя. Силовые элементы. В качестве центрального силового элемента ОК повивной скрутки используют стеклопластиковый стержень, а также стальную проволоку или трос с полимерным покрытием. Для изготовления ОК, предназначенных для прокладки в грунт, в качестве центрального силового элемента преимущественно используются стеклопластиковый стержень, с целью повышения стойкости ОК к внешним электромагнитным воздействиям. Стеклопластиковые прутки, арамидные нити (наиболее широко известные торговые марки арамидных нитей – «кевлар» и «тварон») применяют, в основном, в качестве силовых элементов диэлектрических ОК, предназначенных для подвески на опорах ЛЭП, опорах контактной сети и автоблокировки электрифицированных железных дорог, а также для ОК, предназначенных для прокладки в условиях сильных электромагнитных воздействий. Бронепокровы. Для защиты ОК от механических повреждений на кабельный сердечник накладывается броня из круглых оцинкованных или из нержавеющей стали проволок в виде одного или нескольких слоев. Применяется также броня из продольно наложенной стальной гофрированной ленты, обеспечивающая защиту от грызунов, механических воздействий и поперечной диффузии влаги. Защитные оболочки. Поверх бронепокровов накладываются внешние пластмассовые оболочки, защищающие ОК от внешних воздействий и влаги. 8. Маркировка оптических кабелей. Оптические кабели, предназначенные для использования в одинаковых условиях, должны иметь 3 – 4 общих аббревиатур, остальные знаки могут отражать особенности их конструкции. Примеры: 1. Оптический кабель линейный для пневмозадувки в защитные пластмассовые трубы – ОКЛ-01-6-48-10/125- 0,36/0,22-3,5/18-2,7. ОК – оптический кабель; Л – линейный; 01 – центральный силовой элемент из стеклопластика; 6 – количество элементов в повиве сердечника; 48 – количество ОВ; 10/125: числитель – диаметр сердцевины одномодового ОВ до 10 мкм, знаменатель – диаметр отражающей оболочки; 0,36/0,22: числитель – коэффициент затухания в дБ/км на λ=1310 нм, знаменатель – на 1550 нм; 3,5/18: числитель – дисперсия в пс/нм·км на λ=1310 нм, знаменатель – на 1550 нм; 2,7 – статическая растягивающая нагрузка в кН. 2. Оптический кабель линейный для прокладки в телефонной канализации – ОКЛСт-01-8-64-10/125- 0,36/0,22-2,7. Ст – стальная гофрированная оболочка с водоблокирующей лентой под ней; остальные обозначения, такие же как и в первом кабеле. 3. Оптический кабель линейный для прокладки непосредственно в грунт – ОКЛК-01(02)-8-96-10/125- 0,36/0,22-3,5/18-20. Последняя буква в аббревиатуре К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок; (02) – центральный силовой элемент из стального тросика, покрытого полимерной оболочкой; остальные обозначения такие же, как и в предыдущих кабелях. 4. Оптический кабель диэлектрический самонесущий для подвески на опорах контактной сети железных дорог и городского электрохозяйства – ОКЛЖ-01-6-24-10/125- 0,36/0,22-3,5/18-10. Буква Ж – кабель для подвески на железных дорогах, остальные обозначения такие же, как и в предыдущих кабелях. 5. Оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос ЛЭП напряжением 35 кВ и выше – ОКГТ-МТ-36- 10/125-0,36/0,22-45. ГТ – кабель, встроенный в грозотрос; МТ – одномодульный оптический сердечник трубчатого типа MaxiTube, расположенный в центре кабеля, в котором размещаются ОВ; остальные обозначения такие же, как и в предыдущих ОК. 6. Оптический кабель для внутриобъектной прокладки при повышенных требованиях пожарной безопасности – ОКЛ-Н-01-6-48-10/125-0,36/0,22. Буква Н – наружная оболочка, выполненная из композиции полиэтилена, не поддерживающее горение; остальные обозначения такие же, как и в предыдущих ОК. 9. Сравнение оптических кабелей с электрическими кабелями связи. Оптоволокно обеспечивает стандартизованную производительность до 10 Гбит/с и выше. Волоконно-оптические линии связи обеспечивают более чем в 1000 раз большую пропускную способность, чем медные, и могут иметь длину больше чем в 100 раз. Типичное произведение ширины полосы и расстояния для многомодового волокна составляет 500 МГц / км, поэтому кабель длиной 500 метров может передавать 1 ГГц. В то время как витая пара, оптимизированная для высоких скоростей передачи данных, может передавать 500 МГц только на 100 метров. Кроме того, потери сигнала на расстоянии более 500 метров в оптоволокне незначительны, а медь имеет очень высокие потери на высоких частотах. Оптическое волокно, по сравнению с передачей данных по медному проводу, можно рассматривать как зависимость скорости фотонов от скорости электронов. Фотоны движутся со скоростью света, тогда как электроны, используемые в меди, движутся со скоростью менее одного процента от скорости света. Хотя оптоволоконные кабели не достигают скорости света, они всего на 31% медленнее. Кроме того, оптоволокно не имеет ограничения на расстояние в 100 метров, присущего неэкранированной медной витой паре без усилителя. Таким образом, расстояние может составлять от 550 метров для многомодового кабеля со скоростью 10 Гбит / с и до 40 км для одномодового кабеля. Поскольку оптическое волокно не передает электричество, оно не излучает сигналы и не может быть подключено - медь использует электричество и может быть взломана, что может привести к отказу всей системы. Разорванное или поврежденное оптическое волокно может быть обнаружено очень быстро с помощью ряда методов контроля, включая контроль фактической передачи мощности или передачи пилот-сигнала. С другой стороны, медный кабель, по которому проходит ток, может полностью закоротить или даже вызвать пожар, если он поврежден или изношен, без таких эффективных методов мониторинга. По сравнению со всеми другими кабелями для передачи жданных, оптоволоконные кабели очень малы в диаметре и чрезвычайно легки. Четырехжильный оптоволоконный кабель весит примерно 240 кг/км, а 36-основный оптоволоконный кабель весит примерно лишь на 3 кг больше. Из-за своих небольших по сравнению с традиционными кабелями с такой же пропускной способностью размеров их обычно проще устанавливать в существующих условиях, а время установки и стоимость в общем ниже, поскольку они легки и с ними проще работать. Традиционный кабель может весить от 800 кг/км для кабеля с 36 витыми парами до 5 т/км для высококачественного коаксиального кабеля большого диаметра. |