NguyenHuuTung_Hàn nối sợi quang

PHƯƠNG PHÁP HÀN NỐI SỢI QUANG Do hạn chế kỹ thuật chế tạo cáp sợi quang, phương pháp lắp đặt nên chiều dài cuộn cáp nói chung có hạn Khi thi cơng muốn ghép nối đoạn cáp ngắn lại với • Khoảng cách hai trạm thông tin thường dài chiều dài cuộn cáp Do cần phải nối cuộn cáp lại với • Xử lý cố đứt cáp quang Ngồi trạm thơng tin cần phải nối linh kiện sợi quang với linh kiện thu phát quang Có nghĩa ta cần nối hai cáp sợi quang với nối dây cáp quang dây pig tail Định nghĩa hàn nối sợi quang “Hàn nối sợi quang yêu cầu tạo đường liền mạch thông suốt phía lõi sợi cáp quang việc truyền dẫn ánh sáng từ đầu đen đầu đoạn chiều dài sợi quang.” Từ định nghĩa trên, ta thấy khác với cáp kim loại, sợi quang hàn nối cách xoắn sợi quang lại với Việc hàn nối sợi quang lại phức tạp, tốn thời gian tốn nhiều Các mối nối quang suy hao công suất lớn cáp đồng từ 10 đen 100 lần thiet ke hệ thống truyền dẫn quang suy hao mối nối cần phải xem xét tính tốn Bởi suy hao mối nối ảnh hưởng tới cự ly tối đa máy phát máy thu, thiết kế cần đạt suy hao phản xạ quang mối nối nhỏ Nguyên nhân gây đứt sợi quang  Q trình sản xuất: - Việc khơng đảm bảo nhiệt độ trình nung làm cho sợi thủy tinh chảy - không dẫn đến việc bị đứt thành đoạn Do lực kéo, lực cắt ngang lực uốn cong bị giản nở lớn tác động lực kéo thường xuyên, tốc độ lão hóa châm - Do q trình sản xuất bị dừng đột ngột yếu tố  Quá trình vận chuyển: - Do lăn, đè lên sợi làm sợi bị dập, nát phải nối thay đoạn sợi quang khác Đặc tính sợi quang quyet định vât liệu chế tạo sợi lớp bảo vệ bên Nếu tác động lực kéo lực uốn cong mà sợi bị đứt có nhiều ngun nhân, người ta chia loại sau đây:  Đứt lực kéo lớn, khoảng 40N ngun nhân cấu trúc thạch anh hay bề mặt sợi có chỗ bị rạn vỡ  Đứt lực kéo trung bình, khoảng từ 15N đen 40N, thường tạp chất nằm vỏ sợi, gây nên chỗ khuyết tật  Đứt lực kéo 15N, thường khuyết tật bề mặt, bọt khí, có tạp chất lớp bảo vệ, phủ lớp bảo vệ Khi quấn sợi để tạo thành cáp xuất lực kéo vài Niuton, sợi rơi vào trường hợp thứ ba nguy hiểm, vây để bảo đảm chế tạo cáp chắn để q trình thí nghiệm cáp bền vững, sợi phải chịu đựng lực kéo khoảng - 5N thời gian 1s Nếu sợi phủ lớp bảo vệ nhựa Acrylat mét phải chịu lực thử 50 N Khi có khả kéo sợi có chiều dài đen 10 km Các yếu tố ảnh hưởng đến suy hao mối nối sợi quang Có số yếu tố ảnh hưởng đến suy hao mối nối hai đầu sợi quang bao gồm: chất lượng mặt cắt đầu sợi, vị trí tương đối hai đầu sợi độ lệch tham số hai sợi quang Hình 1: Đầu sợi quang cắt khơng đảm bảo u cầu Các đầu sợi quang trước kết nối chuẩn bị đảm bảo chất lượng tốt để giảm thiểu suy hao kết nối Một đầu sợi quang tốt cần đảm bảo với bề mặt phẳng nhẵn vng góc với trục sợi Chất lượng đầu sợi xác định chủ yếu qua bước cắt đầu sợi, việc cắt đầu sợi không tốt làm cho đầu sợi bị sứt mẻ ghồ ghề gây suy hao lớn kết nối (a) Lệch tâm (b) Khe hở (c) Lệch trục Hình 2: Các lỗi xảy kết nối Hình 3: Sự chênh lệch tâm khe hở hai đầu sợi quang Trong trình kết nối hai đầu sợi quang, vị trí tương đối hai đầu sợi liên quan đến q trình đồng chỉnh ảnh hưởng có nghĩa đến chất lượng hàn nối Có ba kiểu lỗi đồng chỉnh hai đầu sợi cho thấy hình bao gồm lệch tâm, khe hở lệch trục Sự lệch tâm xảy trục hai sợi bị lệch khoảng d yếu tố thường gặp thực tế Sự lệch tâm làm giảm diện tích xếp chồng hai bề mặt đầu sợi cho thấy hình dẫn tới giảm lượng công suất quang ghép cặp từ sợi sang sợi Khe hở xảy sợi đồng chỉnh thẳng hàng trục có khe hở s hai đầu sợi làm cho phần công suất quang số mode bậc cao bị chặn sợi thu gây suy hao cho thấy hình Khi trục hai sợi bị lệch góc mối nối phần cơng suất quang khỏi sợi đầu nằm ngồi góc tiếp nhận sợi thu bị mát Mức tổn hao so sánh qua thực nghiệm gây lỗi đồng chỉnh thể qua hình sợi đa mode GI hai đường kính lõi 50 55µm Ở độ lệch tâm khoảng khe hởđược chuẩn hóa theo bán kính sợi a, cịn độ lệch trục chuẩn hóa theo độ số cực đại sợi Hình cho thấy ba lỗi đồng chỉnh suy hao chiếm nhiều gây lệch tâm Trong thực tế độ lệch trục chuẩn hóa hàn nối đạt nhỏ 1% (tương đương 10) mức suy hao tất lỗi nên nhỏ 0,5 dB Trong trường hợp hàn nóng chảy, suy hao khe hở bỏ qua, connector hai đầu sợi cách khe hở nhỏ để tránh cọ sát vào gây hỏng kết nối Khoảng cách khe hở thường phạm vi từ 0,025 đến 0,1 mm Hình 4: So sánh thực nghiệm suy hao lỗi đồng chỉnh Một yếu tố ảnh hưởng đến suy hao hàn nối khác biệt thơng số hai sợi kết nối khác đường kính lõi, khác đường kính vỏ, khác độ số hay có độ méo khác mơ tả hình Đây coi yếu tố khách quan sợi quang gây Sự khác biệt tham số không tránh khỏi kết nối sợi quang từ nhà sản xuất khác Các phương pháp hàn nối sợi quang 4.1 Hàn nối keo dính Phương pháp thực hồn tồn nhân cơng, khơng có giám sát, điều chỉnh, nên độ xác khơng cao áp dụng để nối sợi đa mode có đường kính ruột lớn Vật liệu để thực mối nối gồm ổ nối hình V, miếng đệm kẹp  Trình tự hàn nối keo dính gồm bước: - Bước 1: Tuốt lớp phủ bảo vệ hai đầu sợi Bước 2: Đặt hai đầu sợi vào đáy ổ chữ V Bước 3: Đặt miếng đệm lên đầu hai sợi, miếng đệm có lỗ để quan sát, điều chỉnh khoảng cách hai đầu sợi Tự hai đầu sợi nằm đáy o V - đồng trục với cách tương đối Bước 4: Đặt kẹp giữ vào để giữ chặt miếng đệm Bước 5: Nhỏ giọt keo dán qua lỗ miếng đệm xuống để nối hai đầu sợi Toàn o nối nằm miếng đệm vài cm, nên hai đầu sợi - giữ ổn định Bước 6: Sau o nối khô, đặt lại o vào máng đệm, dán chặt hai đầu - lại, có mối nối học bền Bước 7: Sấy nhiệt dung nguồn xạ cực tím để làm khơ keo dính Bước 8: Toàn mối nối bảo vệ ống nhựa co nóng nhờ nhiệt Trong phương pháp quan sát khả chỉnh đồng trục hai đầu sợi, nên hạn chế sử dụng Vì đường kính ruột vỏ bé nên muốn quan sát để chỉnh đồng trục cần phải có chỉnh tốt kính phóng đại lớn để quan sát Điều thực cấu hàn hồ quang 4.2 Hàn hồ quang Kỹ thuật hàn nóng chảy sử dụng để nối vĩnh viễn hai sợi quang với dọc tuyến truyền dẫn Hai đầu sợi quang sau làm cắt đảm bảo yêu cầu đặt vào giữ sợi rãnh chữ V máy hàn nóng chảy hình 2-53 Các đầu sợi đưa vào gần đồng chỉnh thủ công tự động Hiện hầu hết máy hàn nóng chảy có khả tự động đồng chỉnh đầu sợi nhờ hệ thống camera giám sát đo kiểm tự động máy hàn Kỹ thuật hàn nóng chảy sợi quang Sau đồng chỉnh tốt, hai đầu sợi đốt nóng tia hồ quang điện xung laser đến mức đầu sợi bị nóng chảy tức gắn kết với Q trình đốt nóng thực qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu đầu sợi đốt nóng mức cơng suất thấp để làm đầu sợi trước đốt nóng giai đoạn sau với mức cơng suất lớn để làm nóng chảy đầu sợi Kỹ thuật tạo mối hàn có suy hao thấp (có giá trị trung bình điển hình nhỏ 0,06 dB) Các bước thực hiện: - Bước 1: Tuốt lớp vỏ, lớp bảo vệ sợi đến thấy sợi quang, sau - làm sợi quang cồn dung dịch Bước 2: dùng kìm tuốt lớp bảo sợi quang cắt sợi quang cho - mặt cắt vng góc với trục Bước 3: cho sợi quang làm vào máy hàn, Điều chỉnh cho hai sợi - lại gần (đồng trục, đồng tâm) Bước 4: Đậy nắp máy hàn cho đóng mạch tia lửa điện Hai đầu sợi nóng chảy dính chặt vào Q trình xảy tự động Thời gian - phóng điện tính tốn phù hợp với loại sợi kích thước sợi Bước 5: kiểm tra mối nối qua hình Máy hàn tính tốn suy hao mối nơi Mối nối tốt có suy hao ≤0.05dB suy hao vượt giá trị cho phép máy hàn hiển thị thông báo hàn lại Mối hàn tốt nhìn - đoạn sợi thơng thường Bước 6: luồn ống co nóng vào mối hàn nung để bảo vệ mối hàn  Ưu, nhược điểm phương pháp hàn hồ quang: Trong trường hợp đòi hỏi mức độ ổn định cao, việc hàn sợi quang với đoạn cáp pig-tail xem giải pháp thay thích hợp Với phương pháp này, đầu sợi quang có mối hàn Tại hộp phối quang, đoạn cáp pig-tail lắp vào phía sau hộp phối quang Một số nhà sản xuất cáp có sẵn phối quang hỗ trợ kèm theo với cáp để sẵn sàng cho việc hàn sợi quang Ưu điểm: • Giảm chi phí vật tư: Phương pháp hàn với cáp pig-tail có chi phí thấp giải pháp dùng đầu nối quang • Hiệu suất cao suy hao: Những đoạn cáp pig-tail sản xuất nhà máy môi trường quản lý chặt chẽ chất lượng Kết chứng nhận tương ứng với số sê-ri dán lên sợi cáp Các đầu nối phương pháp hàn với cáp pig-tail mài bấm môi trường tự động nên hạn chế lỗi người gây Hàn xem phương pháp kết nối có độ suy hao thấp • Chiều dài cáp chừa cáp chùng không vấn đề: Trước lắp vào hộp phối quang, cáp trục cắt theo nhu cầu thực tế, khơng cần phải xác định trước chiều dài cáp loại bỏ nhu cầu chừa cáp chùng thiết kế • Có thể thao tác đến kết nối: Không giống connector, giải pháp hàn với cáp pig-tail cho phép thao tác đến sợi quang riêng lẻ • Khả quản lý tính linh hoạt cao hơn: Giải pháp hàn cần sử dụng khay hàn để quản lý cố định mối hàn Tùy theo vị trí hàn mà khay hàn đặt khu vực tập trung gần thiết bị Khi mối hàn cáp trục cố định khay hàn, thao tác MAC cần thực thông qua cáp đấu nối khu vực cross-connect Nhược điểm: • Tăng chi phí thi cơng u cầu chun mơn: Giải pháp địi hỏi nhân viên kỹ thuật phải có chun mơn, đào tạo cần nhiều thời gian hàn cáp quang • Chi phí đầu tư máy hàn cao: Với mức giá khoảng 12.000 USD, việc đầu tư máy hàn thật lãng phí cơng ty có mật độ sử dụng trung bình • Hạn chế mơi trường làm việc: Để hoàn tất mối hàn, nhân viên kỹ thuật cần phải cung cấp vị trí làm việc thuận lợi mặt phẳng đặt máy hàn quang, không gian rộng để thao tác, nguồn điện cho máy hàn • Khơng hỗ trợ cơng nghệ sợi quang song song: Cáp pig-tail tách riêng thành đầu nối riêng biệt nên không phù hợp cho công nghệ sợi quang song song hỗ trợ ứng dụng 40 100 Gb/s 4.3 Đầu nối quang a) Khái niệm Đầu nối (Connector): thiết bị để nối cáp sợi quang với thiết bị quang b) Phân loại Đầu nối thông dụng :SC/PC, SC/APC, SC/UPC, ST/UPC, FC/APC, FC/UPC, LC/UPC, LC/APC … ST (straight tip), FC (fiber connector) kiểu đầu nối quang có dạng hình trịn, SC (subscriber connector) đầu vuông to, LC đầu vuông nhỏ ) • • Các đầu nối chuyên dụng SMA 905,SMA906,D4, BICONIC, DIN c) Cấu tạo Bên đầu nối ferrule, giúp bảo vệ giữ thẳng sợi cáp quang Ferrule làm thủy tinh, kim loại, plastic gốm (ceramic) – chất liệu gốm tốt • Đỉnh ferrule làm nhẵn (polish) với ba dạng điểm tiếp xúc PC (Physical Contact), UPC (Ultra Physical Contact) APC (Angled Physical Contact), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ánh sáng bị bị • phản xạ PC: vạt cong, sử dụng với kiểu đầu nối FC, SC, ST PC, có giá trị suy hao phản xạ (optical return loss) 40dB • UPC vạt cong PC giảm return loss UPC có giá trị return loss 50dB (là giải pháp giúp giảm giá trị suy hao) UPC dùng với đầu nối FC, SC, ST, DIN, E2000 • APC vạt chéo độ, loại bỏ hầu hết phản xạ điểm ghép nối có giá trị return loss 60dB ( suy hao nhất) d) Dây nhảy quang, dây nối quang  Dây nối quang Dây nối quang – pigtaill: đoạn sợi quang có đường kính la 0.9 mm, gắn đầu với đầu nối quang, đầu lại để chờ, nhằm mục địch gắn vào cáp quang  Dây nhảy quang Dây nhảy quang đoạn sợi quang có đường kính thơng dụng 0.9, 2.0, 2.4, 3.0 mm, hai đầu gắn vào cáp quang, đầu nối dạng PC, UPC, APC thuộc chuẩn SC, ST, LC, MU, E2000, Dây nhảy quang dùng để kết nối từ hộp ODF đến thiết bị quang điện ODF với Sử dụng connector quang để kết nối có suy hao lớn so với mối hàn nóng chảy lại cho phép khả tháo lắp cách linh hoạt hệ thống Có nhiều loại connector quang khác sử dụng ứng dụng khác tiến triển theo phát triển hệ thống Một loại connector quang tốt có suy hao ghép nối thấp, ổn định sử dụng, độ tin cậy cao dễ dàng tháo lắp Các đầu connector quang kết nối với qua adapter quang tương ứng Hiện suy hao trung bình kết nối connector quang cỡ 0,3 dB Thông thường kết nối connector quang thực qua tiếp xúc vật lý (PC), có phần nhỏ ánh sáng bị phản xạ đầu sợi kết nối gây ảnh hưởng đến hệ thống Trong số hệ thống yêu cầu phần ánh sáng phản xạ điểm kết nối phải nhỏ, connector quang có đầu vát nghiêng (APC) sử dụng  Ưu, nhược điểm phương pháp dùng đầu nối: Ưu điểm: • Giảm chi phí thi cơng: Với khả plug-and-play, giải pháp đấu nối giúp tiết kiệm thời gian so với phương pháp hàn bấm đầu, khơng địi hỏi phải trang bị nhiều kiến thức dụng cụ chuyên môn cho đội ngũ thi cơng • Nâng cao hiệu suất: Các đầu nối sản xuất kiểm tra nhà máy môi trường quản lý chặt chẽ chất lượng Trên sợi cáp có dán kết chứng nhận tương ứng với số sê-ri sợi cáp • Q trình lắp đặt đơn giản dễ dàng: Việc thi công giải pháp đấu nối đơn giản thao tác cắm rút Cáp trục có cấu tạo bền nên khơng bị ảnh hưởng q trình thi cơng • Tương thích với ứng dụng tương lai: Các công nghệ 40 100 Gigabit/s sợi quang multimode đòi hỏi phải triển khai công nghệ sợi quang song song (parallel optical fiber)– liệu truyền nhận nhiều sợi quang Với thiết kế mang nhiều sợi quang, phương pháp đầu nối sẵn sàng hoàn toàn tương thích với cơng nghệ Nhược điểm: • Chi phí cao: Giải pháp dùng đầu nối có chi phí cao so với giải pháp khác • Mức độ suy hao lớn (return loss insertion loss): Giải pháp đấu nối có số lượng điểm kết nối cao so với giải pháp khác, làm gia tăng mức độ suy hao Với suy hao cho phép cát-sét 0,5 dB, cần phải hoạch định kỹ tổng mức suy hao trước triển khai hệ thống • Hạn chế thao tác với kết nối: Khi sử dụng cáp trục 12 sợi quang, khó khăn để thao tác với kết nối Tuy nhiên mơ hình đấu nối crossconnect, q trình lắp đặt hồn tất, việc thao tác với kết nối thật không cần thiết Cần phải xác định trước chiều dài cáp: cáp trục sản xuất nhà máy theo đơn đặt hàng VÌ vậy, cần hoạch định kỹ chiều dài cáp (kể cáp dự phòng) thời gian đặt hàng trước triển khai  Ngồi cịn số cách để hàn nối sợi quang khác, phương pháp khơng phù hợp với công nghệ Bấm đầu nối thủ công Khi sử dụng phương pháp bấm đầu nối thủ cơng, cáp quang kéo đến vị trí lắp đặt hộp phối quang nhân viên kỹ thuật phải thực thao tác bấm đầu cho sợi quang Phương pháp bấm đầu thủ công Thuận lợi: • Chi phí vật tư thấp– Do khơng cần trang bị dây đấu nối pig-tail, việc mua cáp đầu nối giải pháp tốn chi phí vật tư • Chi phí dụng cụ thi công thấp– Là giải pháp tối ưu cho doanh nghiệp nhỏ, mức độ sử dụng không nhiều với chi phí đầu tư khoảng 3.500 USD • Loại bỏ hạn chế môi trường làm việc– Không cần cung cấp nguồn điện cho thiết bị, thi cơng nơi có khoảng khơng hẹp, vị trí cao cột điện, tủ treo • Chiều dài cáp chừa cáp chùngkhơng vấn đề– Vì cáp trục cắt với chiều dài hợp lý trước bấm với đầu nối, khơng cần thiết phải xác định trước chiều dài cáp loại bỏ nhu cầu chừa cáp chùng thiết kế • Có thể thao tác đến kết nối– Khơng giống MPO, phương pháp bấm đầu thao tác đến kết nối sợi quang • Dễ dàng việc kéo cáp– Khi sử dụng phương pháp bấm đầu, việc kéo nhiều bó cáp từ điểm đầu đến điểm cuối điều dễ thực Hạn chế: • Chất lượng đầu nối bấm phụ thuộc vào đội ngũ thi công– Kỹ kinh nghiệm nhân viên bấm đầu nối ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chất lượng kết nối Trên thực tế, có nhiều rủi ro bấm đầu nối thủ cơng đầu nối bị hỏng hiệu suất tín hiệu thấp so với tiêu chuẩn • Trong trường hợp đầu nối bị hỏng, chi phí thi cơng tăng cao–tương đương với mức chi phí đầu tư đầu nối Phương pháp bấm đầu giúp giảm chi phí vật tư mua hàng, nhiên chi phí ngồi dự kiến khác phát sinh cao Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vố tuyến diện ... hao mối nối hai đầu sợi quang bao gồm: chất lượng mặt cắt đầu sợi, vị trí tương đối hai đầu sợi độ lệch tham số hai sợi quang Hình 1: Đầu sợi quang cắt không đảm bảo yêu cầu Các đầu sợi quang trước... đầu nối FC, SC, ST, DIN, E2000 • APC vạt chéo độ, loại bỏ hầu hết phản xạ điểm ghép nối có giá trị return loss 60dB ( suy hao nhất) d) Dây nhảy quang, dây nối quang  Dây nối quang Dây nối quang. .. quang – pigtaill: đoạn sợi quang có đường kính la 0.9 mm, gắn đầu với đầu nối quang, đầu lại để chờ, nhằm mục địch gắn vào cáp quang  Dây nhảy quang Dây nhảy quang đoạn sợi quang có đường kính