Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация

Достоинства оптоволокна

Оптоволоконный провод намного легче и компактнее, чем аналог с медным сердечником. Развернутые оптоволоконные сети проще укладывать и масштабировать. Кроме того, за счет них обеспечивается более стабильный и защищенный сигнал. Это возможно из-за таких нескольких особенностей:

  • Фотоны внутри световодов движутся на скорости близкой к скорости света, что обеспечивает максимально быструю передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с.
  • Оптические данные не чувствительны к радио- и электрошумам.
  • Информацию сложно перехватить.
  • Даже при больших расстояниях фиксируются минимальные потери информации.
  • Расстояние между двумя приемниками может достигать 800 км.

Такие характеристики оптоволокна делают его идеальным вариантом для создания коммуникационных сетей любого назначения.

3.67

(Голосов: 3, Рейтинг: 3.67)

Конструкция и материалы

Определившись с тем, что такое оптоволокно, перейдем к описанию его устройства. Чтобы лучше понять структуру оптического волокна, рассмотрим процесс его производства:

  • нагретый кварцевый песок протягивают через сканер, проверяющий диаметр получающейся нити;
  • затем в камеру охлаждения;
  • и наконец в ванну с полимером, который налипает и формирует внешний защитный слой;
  • в конце вертикального конвейера находится бобина, на которую со скоростью 3 км/с наматывается остывшее волокно;
  • его транспортируют на завод, где осуществляется покраска каждой нити, чтобы их затем можно было различить в зависимости от канала передачи данных;
  • на специальном станке из них формируются пучки, которые затем запаиваются в кожух из полиэтилена;
  • пучки пережемаются с армирующим стеклопластиковым стержнем, а затем упаковываются во внешнюю изоляцию. Так формируется строение конструкции оптоволоконного кабеля.

В зависимости от сценария использования кабеля, его конструктивные особенности могут меняться, но общий принцип остается один. Для понимания расположения элементов оптоволокна кабеля, фото в разрезе окажется наиболее удобным способом продемонстрировать их на самом распространенном примере:

  • сердечник из оптического волокна — самая хрупкая часть кабеля;
  • гидрофобный заполнитель обеспечивает защиту посредством амортизации;
  • эту конструкцию опоясывает центральная трубка;
  • промежуточная полиэтиленовая оболочка обеспечивает дополнительную защиту сердцевины;
  • как правило, в кабеле присутствует броня (существует множество разновидностей);
  • все перечисленные элементы закрывает наружная оболочка.

Основные характеристики оптического кабеля. Его преимущества и недостатки

Преимущество оптического кабеля перед кабелем обычным несомненно. Среди наиболее очевидных моментов хотелось бы выделить:

  • Невероятно высокая пропускная способность. Оптический кабель способен передать за малый отрезок времени значительное количество информации.
  • Оптоволокно не излучает электромагнитные волны. Соответственно, оно и не способно подвергаться воздействию электромагнитного излучения. В результате сигнал защищен от искажений.
  • Кабель надежно защищен от несанкционированного подключения. Попытка несанкционированного подключения вызывает нарушение целостности кабеля и прекращение передачи данных. Скрыть ее становится невозможно.
  • Очень незначительный показатель затухания сигнала. Современное волокно оптического кабеля при длине волны в 1500 нм обладает показателем затухания около 0,3 дБ/км. Это дает возможность расположить соседние повторители и усилители на расстоянии до 100 км.
  • Оптический кабель обладает меньшим весом и объемом, чем обычный. Например, диаметр 900-парного телефонного кабеля 7,5 см. Его успешно заменит оптический кабель диаметром около 1,5 см. При этом большую часть кабеля составят всевозможные защитные оболочки. Диаметр непосредственно оптоволокна составит 0,1 см.
  • При использовании оптического кабеля нет необходимости в заземлении оболочки. Это связано с изолирующими свойствами оптоволокна.
  • Возможность использования на предприятиях с повышенным риском. Связано с такой особенностью оптоволокна, как отсутствию искрообразования. Именно благодаря ей оптический кабель – пожаробезопасный материал.
  • Оптический кабель – весьма экономичный материал. Для изготовления оптоволокна используется кварц, элемент весьма недорогой и распространенный. В результате и стоимость самого оптического кабеля не отличается от стоимости кабеля обычного.
  • Долговечность. Ничто не вечно. Со временем теряют свои свойства все материалы, в том числе и оптический кабель. Возрастает затухание. Однако эти процессы происходят очень медленно. Скорость потери свойств оптического кабеля значительно ниже по сравнению с иными видами кабелей. Срок бесперебойной работы оптического кабеля составляет не менее 25 лет.

Невзирая на большое количество положительных моментов, использование оптического кабеля имеет и ряд недостатков:

  • Высокая стоимость коммуникаций с оптическим кабелем. Правда, это связано с использованием дополнительного дорогого оборудования. Стоимость самого оптического кабеля не слишком отличается от стоимости кабеля обычного.
  • Сложность монтирования сетей с оптическим кабелем. Разъемы необходимо устанавливать буквально с микронной точностью. Само соединение должно быть выполнено очень точно, ровно. Наличие зазоров недопустимо. Поверхность стыка необходимо гладко отполировать. При несоблюдении вышеуказанных требований не избежать потерь в скорости и качестве передаваемого сигнала.
  • Соединения выполняются сваркой или склеиванием. При склеивании используется особый гель, обладающий тем же значением коэффициента преломления, что и стекловолокно.
  • В процессе работы с оптическим кабелем используются специальные инструменты. Монтаж оптических сетей осуществляется исключительно высококвалифицированными специалистами.
  • Возможна порча оптического кабеля из-за резкого перепада температур. Стекловолокно трескается. Для решения данной проблемы в производство запущены оптические кабели, в процессе изготовления которых используется радиационно стойкое стекло. К сожалению, это приводит к значительному увеличению стоимости.
Популярные статьи  Можно ли для освещения использовать двухжильный кабель?

Как видим, недостатки не столь существенны. Популярность оптических сетей растет с каждым днем. Одновременно снижается стоимость материала и растет число специалистов, работающих с оптическим кабелем. При такой тенденции в ближайшем будущем указанные недостатки себя изживут.

Виды

Существует множество видов оптоволоконных кабелей в зависимости от характера их применения. Они представлены в двух «режимах»: многомодовом и одномодовом.

Многомодовое волокно (MMF) имеет сердечники двух размеров: 50 мкм и 62,5 мкм. Широкое ядро позволяет передавать несколько потоков данных одновременно. В многомодовом волокне в качестве источника света используется светоизлучающий диод (LED) или лазер с вертикальной полостью, излучающий поверхность (VCSEL). Из-за высокой скорости рассеивания и затухания он обычно используется для передачи большого объема данных на относительно короткие расстояния .

Одномодовое волокно (SMF) имеет гораздо меньший диаметр сердцевины – 8,3 мкм или 9 мкм и единственный световой путь, который может проходить на большие расстояния. Одномодовые волокна обычно используются для более длинных участков, таких как сети передачи данных университетского городка, передачи кабельного телевидения и телекоммуникационные сети.

То, как будет прокладываться кабель, определяет его конструкцию. Наиболее распространенными типами оптических кабелей по их применению являются:

  • для внутреннего монтажа;
  • для установки в кабельные каналы, с броней или без нее;
  • для укладки в грунт;
  • подвесной, с тросом или без него;

Тип волокна определяет параметры брони, наличие подвесного троса и других характеристик оптического кабеля. Условия среды могут быть агрессивными, будь то грунт или вода. Наиболее частые поломки линии вызваны механическими повреждениями. Например, во время ремонтных работ кабель может быть поврежден крупногабаритными машинами, или подводные сети оборваны субмаринами или кораблями. Под каждый сценарий применения подбирается соответствующий вид кабеля.

Принцип работы

В основе устройства кабеля из оптоволокна лежат стеклянные световоды. Это своеобразные трассы для транспортировки лучей света от источника до приемника. По привычному нам медному проводнику, который по сей день повсеместно используется в локальных сетях, движутся электроны. Информация кодируется единицами и нулями: если электрический импульс есть, значит он трансформируется сетевой картой в значение «1», и наоборот, если его нет — в «0».

С оптикой ситуация выглядит примерно таким же образом. В ней со скоростью света движутся его пучки — моды. Их присутствие определяет передаваемый бит информации, только со значительно большей скоростью (более 10Гбит/с).

Для отправки светового сигнала применяется лазер, луч которого направлен в сердцевину кабеля. При помощи системы зеркал он экранируется, что позволяет ему проходить изгибы и неровности канала. Концом пути светового потока является конечное оборудование, такое как медиаконвертер или роутер с поддержкой PON.

Его задача заключается в превращении оптического сигнала в электрический и наоборот. От него прокладывается стандартная витая пара и подключается к сетевому оборудованию, например, домашнему роутеру.

Новая маркировка оптических кабелей связи и расшифровка

Пример маркировки для кабеля ОКГМ: ОКГМн-HF-01-3x4E3-7,0-Т

Маркировка:

  • ОКГМ: ОК — Оптический кабель, Г — Грунт, М — Многомодульной конструкции.
  • ОКГЦ: ОК — Оптический кабель, Г — Грунт, Ц — Одномодульной конструкции с центральной трубкой.
  • ОККМ: ОК — Оптический кабель, , К — Канализация, М — Многомодульной конструкции.
  • ОККЦ: ОК — Оптический кабель, , К — Канализация, Ц — Одномодульной конструкции с центральной трубкой.
  • ОКТМ: ОК — Оптический кабель, Т — Трубы пластмассовые, М — Многомодульной конструкции.
  • ОКТМн: ОК — Оптический кабель, Т — Трубы пластмассовые, М — Многомодульной конструкции, Н — Негорючая оболочка.
  • ОКТЦ: ОК — Оптический кабель, Т — Трубы пластмассовые, Ц — Одномодульной конструкции с центральной трубкой.
  • ОКСМ: ОК — Оптический кабель, С — Самонесущий, М — Многомодульной конструкции.
  • ОКСД: ОК — Оптический кабель, С — Самонесущий, Д – Диэлектрический.
  • ОКПМ: ОК — Оптический кабель, П – Подвесной, М — Многомодульной конструкции.
  • ОКПЦ: ОК — Оптический кабель, П – Подвесной, Ц — Одномодульной конструкции с центральной трубкой.

Оболочка кабеля из материала, не распространяющего горение:

  • н — при одиночной прокладке
  • нг — при групповой прокладке

Тип кабеля с внешней оболочкой, не распространяющей горение:

  • LS — полиэтилен (ПЭ), не содержащий галогенов с пониженным дымо- и газовыделением
  • HF — полиэтилен (ПЭ), не содержащий галогенов и не содержащий коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении

Конструктивное исполнение:

  • 00 — одномодульный, центральный силовой элемент (ЦСЭ) отсутствует
  • 01 — многомодульный, центральный силовой элемент (ЦСЭ) (выносной силовой элемент (ВСЭ) — для ОКПМ и ОКПЦ) – стеклопластиковый стержень
  • 02 — многомодульный, центральный силовой элемент (ЦСЭ) (выносной силовой элемент (ВСЭ) — для ОКПМ и ОКПЦ) – стальной трос
  • 03 — многомодульный, центральный силовой элемент (ЦСЭ) (выносной силовой элемент (ВСЭ) — для ОКПМ и ОКПЦ) – стальная проволока
  • 04 — многомодульный, выносной силовой элемент (ВСЭ) — для ОКПМ и ОКПЦ – арамидные нити

Количество оптических модулей (ОМ) х количество оптических волокон (ОВ) в оптическом модуле (ОМ). Тип оптического волокна (ОВ):

  • Е1 — одномодовое оптическое волокно (ОВ) с несмещенной дисперсией по рекомендации ITU-T G.652.B
  • Е3 — одномодовое оптическое волокно (ОВ) с дополнительным окном прозрачности по рекомендации ITU-T G.652.D
  • Е5 — одномодовое оптическое волокно (ОВ) с ненулевой дисперсией по рекомендации ITU-T G.655
  • М1 — многомодовое оптическое волокно (ОВ) 50/125
  • М2 — многомодовое оптическое волокно (ОВ) 62,5/125
Популярные статьи  Что такое оболочка (электрического оборудования) и в чём её назначение?

Типы оптических кабелей

По вопросу о том, для чего нужен оптический кабель, можно коротко упомянуть, что этот способ построения информационных сетей обеспечивает максимальную скорость передачи данных. Кабели и арматура для оптических сетей занимают перспективное отраслевое направление.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация
Оптический кабель. Применение

Применение волоконно оптического кабеля возрастает одновременно с расширением и насыщенностью интернета. Цифровизация процессов требует передачи все увеличивающихся объемов данных. Охват вовлечения нельзя не признать в сферах услуг, транспорта, образования, науки, коммунального хозяйства. Новые материалы, инновационные виды оптических кабелей позволяют прокладывать все более эффективные сети по воздуху, под землей, в канализациях, под водой в различных климатических зонах и местностях.

Типы волоконно-оптических кабелей

Тип волокна оптического кабеля во многом определяет назначение:

• магистральная передача на большие расстояния; • распределение сети; • абонентская линия.

Это связано с особенностями приема/передачи сигналов по оптическим волокнам на разных расстояниях. Оптические нити изготавливаются по нескольким технологиям, со стеклянными волокнами-сердечниками диаметром 8,3/50/62,5/ 100* микрон в полимерных оболочках с наружным диаметром 125/145* мкм и защитным покрытием с диаметром 200-250 мкм. Волокна диаметром 8,3 мкм спаивать в полевых условиях затруднительно, поэтому они применяются чаще для промышленного изготовления готовых цепей, датчиков.

Волокна диаметром 50 мкм и более, способные передавать одновременно несколько световых сигналов с разными волновыми характеристиками, многомодовые. Волокна, передающие один сигнал, одномодовые. Благодаря низкой дисперсии и меньшему затуханию сигнала одномодовые волокна подходят для магистральных кабелей с высокоскоростной передачей данных на большие расстояния. Международный союз электросвязи МСЭ-Т проводит исследования и разрабатывает рекомендации для применения выпускаемых оптических волокон в кабелях различного назначения.

Необходимое (заказчику) количество нитей разбивается на подходящие пучки — модули с гидрофобным заполнением свободного внутреннего пространства. Количество волокон в модуле может быть от одного до двухсот, число модулей ― от одного до тридцати.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация
Помимо различий по применяемым волокнам следующие типы волоконно-оптических кабелей распределяются по способу и условиям прокладки:

Для прокладки по технологическим каналам зданий: число волокон обычно не более 12; с легким арамидным или стекловолоконным силовым элементом; с оболочкой из полимеров, не распространяющих горение, или полиуретана.

Для канализации: а) не бронированный, для прокладки без риска механического повреждения; б) с легкой броней из гофрированной стальной ленты или стекловолоконных прутков; с полиэтиленовой оболочкой.

Для прокладки в грунте: на растягивающую нагрузку до 20 кН с броней из одного повива стальной проволоки; на нагрузку до 80 кН с броней из двух повивов стальной проволоки; с оболочкой из полиэтилена.

Подвесной самонесущий, в зависимости от силового несущего элемента (и климатических условий), может прокладываться по воздушным линиям с пролетами 100 и более метров: с облегченным силовым элементом из стеклопластиковых или арамидных волокон в центре; с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена или безгалогенных композиций.

Подвесной со стальным несущим тросом для воздушной прокладки с пролетами до 70 метров: с легкой броней (или без); есть конструкции с навивным грозозащитным тросом.

Для подводной прокладки: с медной или алюминиевой гидроизоляционной трубкой; с усиленной одноповивной или двухповивной проволочной броней; промежуточной оболочкой и гидрофобным заполнением; внешней усиленной оболочкой из полиэтилена.

Все виды волоконно оптических кабелей рассчитаны на длительный срок службы 25 лет и более.

Достоинства и недостатки оптических кабелей

К несомненным плюсам оптических кабелей, определившим широкое распространение таких линий связи, относятся:

  • высокая помехозащищенность – на световой сигнал не оказывает воздействие бытовое и промышленное электромагнитное излучение, да и сама линия не излучает (это затрудняет несанкционированный доступ к передаваемой информации и не создает проблем электромагнитной совместимости);
  • полная гальваническая развязка между приёмной и передающей стороной;
  • малый уровень затухания – намного меньше, чем у проводных линий;
  • длительный срок службы;
  • большая пропускная способность.

В современных реалиях имеет значение также то, что кабель не привлекает похитителей металла.

Оптика не лишена и недостатков. В первую очередь это сложность монтажа и подключения, что требует специального оборудования, инструментов и материалов, а также предъявляет повышенные требования к квалификации персонала, осуществляющего монтаж и обслуживание линий. Большинство неисправностей в ВОЛС связано с ошибками в монтаже, которые могут проявлять себя не сразу. Изначально стоимость собственно линии также была высокой, но развитие технологий позволило снивелировать этот недостаток до конкурентоспособных уровней.

Оптические линии связи заняли серьезный сектор на рынке коммуникационных материалов. В обозримом будущем серьезной альтернативы им не видно, если не случится технологического прорыва.

Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется

Маркировка проводов и кабелей и расшифровка марки

Что такое силовой электрический кабель и из чего он состоит?

Основные технические характеристики силового кабеля АВВГ

В чём отличие кабеля от провода и что выбрать

Технические характеристики и область применения силового кабеля ВВГ

Монтаж

Процесс подключения Интернета через оптоволокно сложнее, чем кажется на первый взгляд. Все преимущества скорости света заключены в хрупком сердечнике, требующего бережного отношения. По сравнению с медной витой парой, обслуживание таких коммуникаций требует повышенной квалификации работников, занятых монтажными работами и подключением абонентского оборудования. Особенно это касается профессиональных бригад, обслуживающих магистрали провайдера. Будь то срочный ремонт или плановое подключение участка — сетевой инженер всегда имеет при себе целый набор инструментов для обслуживания оптоволоконного кабеля для Интернета.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация
Продвинутые модели оснащены ЧПУ, который регулирует угол и наклон сварки для достижения наилучшего результата. Проблема заключается в том, что даже небольшая погрешность может оказать негативное влияние на скорость передачи данных по оптоволокну. Процесс монтажа:

  1. Сначала необходимо подготовить кабель. При помощи специального инструмента срезается внешняя и внутренняя изоляция, а также зачищается сердечник.
  2. Зачищенное волокно необходимо обработать спиртосодержащим веществом, а затем укоротить до нужной длины при помощи резака.

    Затем место сварки покрывается термоусадкой и нагревается до высокой температуры.

  3. Для подключения готового кабеля к конечному оборудованию его нужно обжать. Процесс обжима оптоволокна различается в зависимости от его типа. Если говорить о бытовом использовании, то в продаже можно найти готовые патч-корды.

В случае домашнего использования не обязательно приобретать дорогостоящее оборудование. Зачищающий инструмент и резак всё-таки понадобятся, но стоят они недорого (в пределах 1000 рублей), а без сварочного аппарата можно обойтись. Его заменит недорогая клипса, в которую вкладываются и закрепляются подготовленные концы кабеля. Этого вполне достаточно, чтобы световой поток проходил через канал.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация

Недостатки оптоволоконного кабеля

Основным недостатком оптоволоконного кабеля является сложность его установки, так как точность установки оптоволоконного кабеля влияет на показатель затухания. При монтаже разъемов пользуются сваркой или склеивают волокна посредством специального геля, который по физическим свойствам соответствует материалу кабеля и способен так же преломлять световые потоки.

Для работы с подобным видом кабеля необходимо иметь определенные навыки и умения, только квалифицированному персоналу под силу правильно установить оптоволоконный кабель в необходимом месте.

Выпуск кабеля со стекловолокном происходит в кусках различной длины, на обоих концах которых уже расположены необходимые разъемы.

Вторым недостатком оптоволоконного кабеля является его слабая прочность по сравнению с электрическим. На прозрачность стекловолокна может оказать влияние даже находящееся рядом ионизирующее излучение.

Повреждение волокна может происходить в результате перепада температур окружающей среды. Современные технологии позволяют производить кабель с применением стекла, стойкого к воздействию радиации. Но стоимость такого продукта будет намного дороже обыкновенного.

Сильное влияние на оптоволоконные кабели оказывает и различного рода механическое воздействие. С целью его уменьшения при изготовлении кабеля были применены мягкие оболочки из звукопоглощающего материала.

Соединение волокон между собой возможно во множестве вариантов, среди которых часто встречается дуговая сварка.

В качестве оборудования используется сварочный аппарат специального назначения. Он состоит из микроскопа, зажимов, дуговой сварки, термоусадочной камеры и микропроцессора.

Оптический кабель для задувки в трубы

Способ прокладки в трубы достаточно перспективен по причинам удобства и практичности технологии. Конструкция кабеля очень простая (рис.2), в качестве дополнительных силовых элементов на сердечник накладываются стеклонити, а поверх внешняя оболочка. Плотная труба защищает кабель от возможных механических повреждений. В последнее время, популярное направление задувка микротрубок в канализацию. Для микротрубок был разработан микрокабель, где нет дополнительной защиты, кроме внешней оболочки. Такой вариант меньше по размеру (кстати, в этом варианте возможно использование ОВ с уменьшенным диаметром, 200-микронное волокно SMF-28 Ultra 200, чтобы также уменьшить диаметр модулей в ОК).

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация

Рис. 2 ОК для задувки в трубы

Разновидности и классификация оптических волокон

Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.

Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.

  1. Материал. Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
  2. Количество распространяющихся мод. В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).

Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно

На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:

  1. Кварцевое многомодовое волокно.
  2. Кварцевое одномодовое волокно.
  3. Пластиковое, или полимерное, оптическое волокно (POF).
  4. Кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS).

Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: