Hàn nối và đo kiểm cáp quang

LỜI NÓI ĐẦU---  ---Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong những năm gần đây,các hệ thống thông tin liên lạc phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết.Để đáp ứng nhu cầu truyền tải th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO KHÓA HỌC VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI: Hàn nối và đo kiểm cáp quang

Giảng viên hướng dẫn : Vũ Ngọc ChâmSinh viên thực hiện : LÊ ĐÌNH YÊN

Lớp: Đ6 – ĐTVT1

Hà Nội – 2015

LỜI NÓI ĐẦU

- 

 -Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong những năm gần đây,các hệ thống thông tin liên lạc phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết.Để đáp ứng nhu cầu truyền tải thông tin ngày càng tăng các công nghệ truyền dẫn mới đã được nghiên cứu và phát triển trong đó có hệ thống truyền dẫn quang Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác, truyền tải quang đã và đang khẳng định vai trò quan trọng của mình và trở thành công nghệ nền tảng để xây dựng mạng truyền tải có khả năng cung cấp dung lượng cực lớn và tiết kiệm năng lượng nhằm đáp ứng sự bùng nổ của nhu cầu lưu lượng hiện tại và tương lai

Thành phần cơ bản của các hệ thống truyền dẫn quang là hệ thống cáp quang được chế tạo chủ yếu từ các sợi quang Thông thường các thông số của sợi quang đã được xác định do nhà sản xuất tuy nhiên khi lắp đặt, thi công và nhất là khi hàn nối khắc phục sự cố của tuyến quang ta cũng cần phải xác định đo đạc lại vài thông số cần thiết :như suy hao toàn tuyến,suy hao ghép nối ,khoảng cách của tuyến quang … Trong đó quang trọng nhất là việc xác định một các chính xác vị trí xảy ra sự cố trên tuyến từ đó có thể thực hiện công tác sửa chữa và bảo dưỡng

Một trong các phương pháp để xác định các thông số của tuyến quang là sử dụng thiết bị OTDR để đo Trong báo cáo này sẽ giới thiệu cách thức sử dụng máy

đo OTDR và máy hàn quang FSM – 50S để phát hiện vị trí và khắc phục khi có sự

cố xảy ra trên tuyến quang

Báo cáo này gồm 3 phần :

Chương I: Tổng quan về sợi quang

Chương II:Kỹ thuật sử dụng máy đo OTDR

Chương III:Quy trình hàn cáp quang sử dụng máy hàn quang FMS-50S

Do thời gian thực hiện và kiến thức tìm hiểu còn nhều hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến, bổ sung, sửa đổi của quý thầy cô giáo, các bạn, để bài báo cáo hoàn chỉnh hơn, thiết thực hơn

Xin chân thành cảm ơn !

Mục lục

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Thí nghiệm mô tả tia sáng phản xạ trong dòng nước 4

Hình 5: Các kiểu truyền dẫn tín hiệu trên sợi quang 7

Hình 14: Các thành phần của máy FSM-50S 17

Hình 16:Kỹ thuật cắt dây gia cường 19

Hình 17: Bật nguồn máy hàn cáp quang 19

Hình 18: Hiệu chỉnh độ sáng màn hình 20

Hình 19: Thiết lập kích thước khoang nung 21

Hình 20: Luồn sợi quang vào ống co nhiệt 22

Hình 25: Kiểm tra sợi quang bằng hình ảnh 24

Hình 28: Đưa mối hàn ra khỏi máy hàn 27

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG

1.Lịch sử phát triển:

Việc sử dụng ánh sáng như một phương tiện truyền thông và trao đổi thông tin

đã trải qua những mốc lịch sử như sau:

-1790 : CLAU DE CHAPPE kĩ sư người Pháp đã xây dựng hệ thống điện báo gồm một chuỗi tháp với các đèn báo hiệu

-1842 :Daniel Colladon lần đầu tiên mô tả "đài phun nước ánh sáng" hay "ống

ánh sáng " trong một bài báo có tựa đề “On the reflections of a ray of light inside

a parabolic liquid stream”

Hình 1: Thí nghiệm mô tả tia sáng phản xạ trong dòng nước chảy

-1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người ANH đã chứng minh ánh sáng có thể được dẫn theo vòi nước uống cong với nguyên lý phản xạ toàn phần

-1880: ALEXANDER GRAHAM BELL người Mỹ, giới thiệu hệ thống photophone.tiếng nói được truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường không khí.Nhưng chưa được sử dụng vì quá nhiều nguồn nhiễu

-1934 :NORMAN R.FRENCH , người Mỹ nhận bằng sáng chế chệ hệ thống thông tin quang sử dụng thanh thủy tinh để truyền

-1962: Laser bán dẫn và Photodiode bán dẫn được thừa nhận vấn đề còn lại là phải tìm môi trường truyền dẫn quang thích họp

-1966: CHARLES H KAO và GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications của Anh , đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng Nhưng do công nghệ chế tạo sợi quang thời đó còn hạn chế nên suy hao quá lớn (ỏ khoảng lOOOdB/Km)

-1970: Hãng Corning Glass Work chế ttoạ thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ hom 20 [dB/km] ở bước sóng 1310nm

-1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 [dB/km]

-1983: Sợi đơn mode(SM) được xuất xưởng tại Mỹ

Ngày nay loại sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi với độ suy hao chỉ còn khoảng 0,2 [dB/km] ở bước sóng 1550nm

2.Cáp sợi quang:

Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu

Sợi cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính:

Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi

Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi

Lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating hay còn gọi coating, primary buffer)

Bảo vệ sợi cáp quang là lớp vỏ ngoài gồm nhiều lớp khác nhau tùy theo cấu tạo, tính chất của mỗi loại cáp Nhưng có ba lớp bảo vệ chính là lớp chịu lực kéo

(strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) – tùy theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar Buffer thường làm bằng nhựa PVC, bảo vệ tránh va đập, ẩm ướt Lớp bảo vệ ngoài cùng là Jacket Mỗi loại cáp, tùy theo yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác nhau Jacket có khả năng chịu va đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ướt và các ảnh hưởng từ môi

trường

Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer)

Loose-tube thường dùng ngoài trời (outdoor), cho phép chứa nhiều sợi quang bên trong Loose-tube giúp sợi cáp quang “giãn nở” trước sự thay đổi nhiệt độ, co giãn

tự nhiên, không bị căng, bẻ gập ở những chỗ cong

Hình 2: Sợi quang loose-tube

Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công

Hình 3: sợi quang tight buffer

3.Phân loại cáp quang

Cáp quang Singlemode (SM) có đường kính core khá nhỏ (khoảng 9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xuyên suốt vì vậy tín hiệu ít bị suy hao và có tốc

độ khá lớn SM thường hoạt động ở 2 bước sóng (wavelength) 1310nm, 1550nm Cáp quang Singlemode truyền được dữ liệu với khoảng cách không giới rất xa, được các đơn vị viễn thông sử dụng để truyền dữ liệu trong hệ thống của họ Hiện nay các dịch vụ viễn thông hiện nay được rất đông đảo người dân sử dụng nên các nhà cung cấp dịch vụ liên tục phải mở rộng hệ thống truyền dẫn quang của họ để có thể đáp ứng nhu cầu của khách hàng, do vậy đã làm cho cáp quang Singlemode trở nên rất phổ dụng, hạ thành hạ đi rất nhiều

Cáp quang Multimode (MM) có đường kính core lớn hơn SM (khoảng 50µm, 62.5µm) MM sử dụng nguồn sáng LED (Light Emitting Diode) hoặc laser để truyền tia sáng và thường hoạt động ở 2 bước sóng 850nm, 1300nm; MM có

khoảng cách kết nối và tốc độ truyền dẫn nhỏ hơn SM

Cáp quang Multimode hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền

dữ liệu với khoảng cách ≤ 5Km, thường được các doanh nghiệp, cơ quan sử dụng trong các hệ thống mạng nội bộ, truyền thông trong công nghiệp

Hình 4: Phân loại sợi quang

MM có hai kiểu truyền: chiết xuất bậc (Step index) và chiết xuất giảm dần (Graded index) Các tia sáng kiểu SI truyền theo nhiều hướng khác nhau vì vậy có mức suy hao cao và tốc độ khá chậm Step index ít phổ biến, thường dùng cho cáp quang POF Các tia sáng kiểu Graded index truyền dẫn theo đường cong và hội tụ tại một điểm Do đó Graded index ít suy hao và có tốc độ truyền dẫn cao hơn Step index Graded index được sử dụng khá phổ biến

Truyền dẫn tín hiệu trên cáp quang có hai dạng đơn công (simplex) và song công (duplex) Simplex truyền tín hiệu chỉ 1 chiều Duplex có thể truyền nhận tín hiệu 1 chiều bán song công (half-Duplex) hoặc cả 2 chiều song công toàn phần (full-Duplex) Duplex ở cùng thời điểm tùy theo cách cấu hình

Hình 5: Các kiểu truyền dẫn tín hiệu trên sợi quang

4 Ưu điểm của cáp quang

Dung lượng lớn

Kích thước và trọng lượng nhỏ do đó dễ dàng lắp đặt

Không bị nhiễu bởi các tín hiện điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng Tính cách điện do được làm từ thủy tinh, không chứa vật chất dẫn điện nên rất an toàn khi sử dụng trong các môi trường đòi hỏi tính an toàn cao

Tính bảo mật cao do không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường

Độ tin cậy cao do cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu đựng được

những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thậm chí có thể hoạt động ở dưới nước

Tính linh hoạt do các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, vv

Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát quang còn hệ thống cáp sợi quang vẫn có thể được giữ nguyên

5 Các thành phần cơ bản khi đấu nối thuê bao quang

a Đường dây cáp quang: Dẫn từ tủ cáp quang gần nhất về thuê bao Đường dây

này phải đạt tiêu chuẩn không gấp khúc (gãy), tại một điểm uốn phải có độ cong tiêu chuẩn

Hình 6:Cáp quang

b Hộp phối quang (OPTICAL DISTRIBUTION FRAME) :

Cuối đường dây cáp quang vào nhà bạn và trước các thiết bị khác là nơi lắp đặt hộp phối quang Thông thường sử dụng là hộp phối quang treo

Hình 7 : Hộp phối quang

c Bộ chuyển đổi (Converter): Tính hiệu ánh sáng sẽ được bộ chuyển đổi chuyển

thành tính hiệu điện trước khi vào Router

Hình 8: Bộ chuyển đổi

d Router: router thường có 2 cổng ký hiệu WAN và LAN Cổng WAN được kết

nối đến Bộ chuyển đổi bằng cáp đồng qua đầu nối RJ45 Cổng LAN được kết nối đến Switch cũng bằng cáp đồng qua RJ45

Hình 9 : Router

e Đầu nối: Là nơi kết nối các thiết bị truyền nhận quang Thường có hai dạng

Vuông hoặc Tròn

Hình 10: Đầu nối

f Dây nhảy quang (Patchcord): Kết nối giữa hộp phối quang và bộ chuyển đổi là

2 dây nhảy quang qua 4 đầu nối

Hình 11: Dây nhảy

g Cáp đồng và đầu nối RJ45: Kết nối giữa ngõ ra bộ chuyển đổi và ngõ vào

WAN của Modem, giữa ngõ ra LAN của Modem và ngõ vào của Switch

Chương II:Kỹ thuật sử dụng máy đo OTDR

1.Nguyên lý làm việc của máy đo OTDR:

Máy đo OTDR-optical time-domain reflectometer là một thiết bị quang điện tử

thường được sử dụng để xác định đặc tính của một sợi quang Máy OTDR bơm vào một loạt các xung quang vào trong sợi quang cần kiểm tra và nó cũng đưa ra tại đầu cuối của sợi quang đó, Ánh sáng được phân tán và bị phản xạ trở lại tại điểm chỉ số phản xạ thay đổi Cường độ của xung phản xạ được đo và tích hợp như một hàm thời gian và được phác họa thành hàm theo độ dài của cáp

Máy OTDR có thể sử dụng để ước lượng độ dài sợi quang và suy hao tổng trên toàn sợi, bao gồm suy hao của mối hàn và các đầu connector Nó cũng được sử dụng để xác định lỗi, như gãy và đo suy hao phản xạ quang

OTDR có thể đo được tại nhiều bước sóng và kiểu sợi quang khác nhau, thông thường là các bước sóng hay sử dụng như 850, 1310 hay 1550 nm, được sử dụng

để xác định suy hao gây ra bởi các đầu connector hoặc các mối hàn

2.Một số mức suy hao cho phép:

Dưới đây là các thông số tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng của một tuyến quang

do công ty CMC Telecom cung cấp

-Quỹ công suất toàn trình (Switch to Switch): 28dBm

Suy hao toàn trình: Yêu cầu <28 dBm (khuyến cáo nên <25dBm, 3dBm dự phòng công suất suy giảm theo thời gian)

Suy hao mối hàn < 0,1 dBm (Thực tế suy hao < 0,05dBm)

Các suy hao do đấu nối connector < 0,5 dBm ( Đối với loại đầu connector SC/APC

< 0,3dBm)

Hình 12: Máy đo OTDR

3.Quá trình đo OTDR:

A.Thiết lập bài đo:

-Đo tại bước sóng 1310 và 1490/1550nm ( IN service đo tại bước sóng 1625nm)-Thiết lập thời gian phát quang: 30÷60s

-Độ rộng xung:

-Tuyến quang - bài đo HR : tùy thuộc vào khoảng cách tuyến ta thiết lập bài đo cho phù hợp, các giá trị thiết lập: bước sóng (Wavelengh), độ rộng xung (Fulse width),

cự ly đo (Distance range), giá trị suy hao (Attenuaition)

-PON - bài đo ER : Thiết lập độ rộng xung 100< t < 500ns

-Đo Real time: là bài đo được áp dụng cho việc tìm điểm sự cố trên tuyến

B:Đọc trace OTDR và các event:

Hình 13: Mô tả trace và các event

Dựa vào biểu đồ hiển thị mẫu ở hình 13 để nhận biết các Event trên tuyến

quang:suy hao do bộ chia,suy hao do đầu nối, kết thúc tuyến quang hoặc bị đứt ,suy hao toàn tuyến…

Nếu event nào có mức suy hao lớn hơn mức cho phép thì phải khắc phục triệt để

Chương III:Quy trình hàn cáp quang sử dụng máy hàn quang

FMS-50S

1.Nguyên lý hoạt động và cấu tạo :

Máy hàn quang dựa trên nguyên lý đốt nóng chảy sợi quang bằng cách phóng hồ quang điện để có thể gắn kết hai sợi quang vào với nhau

Hình 14: Các thành phần của máy FSM-50S

Ngoài ra còn có các thiết bị khác cần có trong quán trình hàn nối cáp:-Ống co nhiệt :để gia cố mối hàn

-Bộ dụng cụ tuốt vỏ sợi quang

-Máy cắt sợi quang

-Bộ dụng cụ làm sạch sợi quang:cồn và khăn lau

2 Quy trình hàn nối sợi quang

Hình 15: Chu trình hàn sợi quang

A.Chuẩn bị sợi :

-Sử dụng các dụng cụ như kìm cắt ,cắt bỏ từ 1-2 m cáp ở phần đầu sợi quang để loại bỏ các lỗi gẫy dập sợi quang trong quá trình thi công

-Lồng các gá hoặc chốt hãm cáp vào sợi cáp quang

-Bóc tách phần vỏ cáp để tách riêng các ống chứa sợi quang ra khỏi phần nhựa bảo

vệ và các lớp giấy hoặc nilong quấn bên trong cáp.Phần cáp được bóc ra có chiều dài từ 1,5-2m Yêu cầu các ống chứa sợi quang không bị gẫy dập

-Cắt bỏ các ống đệm không chứa sợi quang ,yêu cầu cắt sát lớp vỏ bảo vệ tại vị trí

mổ cáp

-Cắt bỏ phần lõi gia cường của cáp,phần lõi còn lại từ 10-15cm tính từ phần vỏ bảo

vệ cáp tại vị trí mổ cáp

Hình 16:Kỹ thuật cắt dây gia cường

B.Đặt các chế độ trên máy hàn

Bấm nút và giữ cho đến khi đèn LED trên bàn phím sáng Màn hình chờ

“READY” sẽ hiển thị sau khi sau khi tất cả các motor đã được đưa về vị trí khởi đầu Kiểu nguồn cung cấp sẽ được hiển thị Nếu sử dụng nguồn pin, trạng thái điện năng còn lại của nguồn pin sẽ được chỉ thị

Hình 17: Bật nguồn máy hàn cáp quang

Thiết lập kích thước khoang nung

Mở nắp khoang nung, trượt thanh định cỡ đến giá trị thích hợp với loại ống co nhiệt

sử dụng

Hình 19: Thiết lập kích thước khoang nung

C.Chuẩn bị sợi quang để hàn

Luồn ống co nhiệt vào sợi quang

Luồn một trong hai sợi quang vào ống co nhiệt (Fiber protection sleeve)

Hình 20: Luồn sợi quang vào ống co nhiệt Tuốt và làm sạch sợi

Tuốt lớp áo ngoài sợi quang khoảng 30 đến 40 mm đầu sợi bằng dụng cụ tuốt sợi Làm sạch kỹ

lưỡng sợi bằng gạc tẩm hay vải mỏng tẩm cồn Cồn sử dụng phải là loại 99% trở lên

Hình 21: Tuốt và làm sạch sợi Cắt phẳng đầu quang

(1) Để mở khoá đe dao, ấn nhẹ lắp dao xuống Tiếp theo, gạt núm khoá sang vị trí

“unlock” để mở đe dao

Hình 22: Mở nắp dao cắt sợi quang

(2) Đặt phần sợi đã tuốt vào rãnh chữ V trên dao cắt Điều chỉnh chiều dài thích hợp

(3) Ấn lắp dao từ từ cho đến khi lưỡi dao trượt đến vị trí sợi quang

(4) Ấn lắp dao nhanh khi lưỡi dao cắt qua sợi quang

(5) Thả nắp dao từ từ Lò so hồi vị sẽ đẩy nắp dao mở ra