Đồ án: Nghiên cứu Cáp Sợi Quang

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6 TỔNG QUAN 7 1. Lịch sử phát triển 7 2. Cấu trúc một hệ thống thông tin quang đơn giản 9 3. Ưu điểm của thông tin quang 10 CHƯƠNG 1: SỢI QUANG 12 1.1 Những ứng dụng của sợi quang 12 1.2 Ưu điểm của thông tin sợi quang 12 1.3 Lý thuyết chung về sợi dẫn quang 13 1.3.1. Phổ của sóng điện từ 13 1.3.2. Chiết suất của môi trường 14 1.3.3. Hiện tượng phản xạ ánh sáng toàn phần 15 1.4.Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 16 1.4.1. Nguyên lý truyền dẫn chung 16 1.4.2. Sự lan truyền các mode trong sợi quang 17 1.5. Phân loại sợi quang 20 1.5.1. Sợi có chiết suất nhảy bậc(SI) và sợi có chiết suất biến đổi đều (GI) 20 1.5.1.1. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI: Step Index) 20 1.5.1.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI: Graded Index) 22 1.5.2. Các dạng chiết suất khác 23 1.5.3. Sợi đa mode và đơn mode 24 1.5.3.1. Sợi đa mode (MM: Multi Mode) 24 1.5.3.2. Sợi đơn mode ( SM: SingleMode ) 25 1.6. Các thông số của sợi quang 26 1.6.1. Suy hao của sợi quang 26 1.6.2. Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang 27 1.6.2.1. Suy hao do hấp thụ 28 1.6.2.2. Suy hao do tán xạ 29 1.6.2.3. Suy hao do sợi bị uốn cong 30 1.6.2.4. Một số suy hao khác 31 1.6.2.5. Đặc tuyến suy hao 31 1.6.3. Tán sắc (Dispersion) 33 1.6.4. Các nguyên nhân gây ra tán sắc 34 1.6.4.1. Tán sắc mode (Mode Despersion) 34 1.6.4.2. Tán sắc vật liệu 36 1.6.4.3. Tán sắc do tác dụng của ống dẫn sóng 37 1.6.4.5. Tán sắc bậc cao 39 1.6.4.6. Tán sắc mode phân cực 39 1.6.4.7. Độ tán sắc của một vài loại sợi đặc biệt 40 1.6.5. Dải thông của sợi quang 42 1.6.6. Bước sóng cắt 43 1.6.7. Đường kính trường mode (MFD:Mode Field Diameter) 43 1.7. Cấu trúc sợi quang 44 1.7.1. Cấu trúc của sợi quang 44 1.7.1.1. Lớp phủ 44 1.7.1.2. Lớp vỏ 45 1.7.2. Yêu cầu đối với sợi quang 47 1.8. Các phương pháp chế tạo sợi quang 48 1.8.1. Vật liệu chế tạo sợi 48 1.8.2. Các phương pháp chế tạo sợi quang 48 1.8.3. Các phương pháp chế tạo phôi sợi 49 1.8.3.1. Phương pháp thanh ống cổ điển 49 1.8.3.2. Phương pháp nồi nấu đôi (Double Orucible) 49 1.8.3.3. Phương pháp đọng hơi hóa chất 50 1.8.3.3.1. Phương pháp đọng hơi hóa chất: (chemical vapour deposition CVD) 50 1.8.3.3.2. Phương pháp đọng hơi hóa chất nhờ Plasma (Plasma chemical vapour Deposition PCVD) 52 1.8.3.3.3. Phương pháp đọng hơi hóa chất bên ngoài ( Outside Chemical Vapour Deposition OCVD) 52 1.8.3.3.4. Phương pháp đọng hơi hóa chất theo trục ( Vapour Axial Deposition VAD) 53 1.8.4. Quá trình kéo sợi 53 1.8.5. Nguyên tắc tạo ra sợi quang mới 54 1.9. Hàn nối sợi quang 54 1.9.1. Yêu cầu kỹ thuật 54 1.9.2. Các phương pháp hàn nối sợi quang 55 1.9.2.1. Phương pháp dùng keo dính 55 1.9.2.2. Phương pháp dùng hồ quang 56 1.9.3. Bảo vệ mối nối 58 CHƯƠNG 2 CÁP QUANG 60 2.1.1. Đặc điểm, yêu cầu đối với cáp quang 60 2.1.2. Khả năng của sợi và cáp quang 60 2.2. Cấu trúc cáp quang 61 2.2.1. Cấu trúc tổng quát của cáp quang 62 2.2.1.1. Phần lõi 62 2.2.1.2.Vỏ cáp 65 2.3.Phân loại cáp quang 66 2.3.1. Phân loại theo cấu trúc: 66 2.3.2. Phân loại theo mục đích sử dụng 67 2.3.3. Phân loại theo điều kiện lắp đặt 67 2.3.3.1.Cáp treo 68 2.3.3.2.Cáp đặt trong cống 68 2.3.3.3. Cáp chôn trực tiếp 69 2.3.3.4. Cáp đặt trong nhà 69 2.3.3.5. Cáp ngập nước và thả biển 70 2.4. Đo thử cáp quang và đo bảo dưỡng 71 2.4.1. Khái quát 71 2.4.2. Mục đích của đo thử 71 2.4.3. Đo thử bảo dưỡng 72 2.5. Các biện pháp bảo vệ cáp quang 73 2.5.1. Độ chôn sâu cáp 73 2.5.2. Chống mối và chống chuột 74 2.5.3. Chống ảnh hưởng của sét 75 KẾT LUẬN 76 Tài liệu tham khảo 77

1 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử MỤC LỤC Danh mục kí hiệu,chữ viết tắt - SI : Step-Index (Sợi có chiết suất nhảy bậc) - GI: Graded-Index (Sợi có chiết suất giảm dần) - MM : Multi Mode (Sợi đa mode) - SM : Single Mode (Sợi đơn mode) - Dispersion : Tán sắc GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử - Mode Dispersion : Tán sắc mode - MFD : Mode Field Diameter ( Đường kính trường mode) - Double Orucible : Phương pháp nồi nấu đôi - CVD : Chemical Vapour deposition (Phương pháp đọng hóa chất) - PCVD : Plasma Chemical Vapour Deposition (Phương pháp đọng hóa chất nhờ Plasma) - OCVD : Outside Chemical Vapour Deposition (Phương pháp đọng hóa chất bên ngoài) - VAD : Vapour Axial Deposition (Phương pháp đọng hóa chất theo trục) GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử LỜI NÓI ĐẦU Hiện hệ thống thông tin quang chiếm hầu hết tuyến truyền dẫn quan trọng mạng lưới viễn thông quốc tế, coi phương thức truyền dẫn có hiệu tuyến vượt biển xuyên lục địa Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn bùng nổ thông tin, mạng truyền dẫn đòi hỏi phải có phát triển mạnh quy mô trình độ công nghệ nhằm tạo cấu trúc mạng đại bao gồm hệ thống thông tin quang Các hệ thống thông tin quang thời gian tới phải đảm bảo có tốc độ cao, cự ly xa, độ tin cậy cao… Trong toàn hệ thống thông tin quang phần thiếu Cáp Sợi Quang Hệ thống thông tin quang có nhiều ưu điểm hệ thống khác phần nhờ môi trường truyền dẫn cáp sợi quang Vì vậy, em chọn đề tài Cáp Sợi Quang làm đồ án nghiên cứu giúp em tìm hiểu sâu Do thời gian hạn hẹp kiến thức thân có hạn đồ án em tránh thiếu sót Nên em mong thầy cô môn bạn lớp đánh giá đóng góp nhiều ý kiến để đề tài sâu phát triển đồ án mức cao Trong trình làm bài, em nhận hướng dẫn chi tiết thầy Trần Đình Thông góp ý bạn lớp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh Viên Nguyễn Thị Lưu GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử TỔNG QUAN Hệ thống thông tin hiểu cách đơn giản hệ thống để truyền thông tin từ nơi đến nơi khác Khoảng cách truyền tin hàng trăm km, hàng trục nghìn km xuyên qua đại dương Thông tin truyền qua sóng điện với dải tần số khác Hệ thống thông tin quang sợi hệ thống thông tin sóng ánh sáng sử dụng sợi quang để truyền tin Nó phát triển nhanh tiềm tàng khả lớn việc đại hoá mạng lưới viễn thông giới Lịch sử phát triển Trong tiến trình lịch sử phát triển nhân loại việc trao đổi thông tin người với người trở thành nhu cầu quan trọng, yếu tố định góp phần thúc đẩy lớn mạnh tiến quốc gia, văn minh nhân loại Cùng với phát triển hệ thống thông tin hữu tuyến vô tuyến sử dụng môi trường truyền dẫn dây dẫn kim loại cổ điển(cáp đồng) không gian.Thì việc sử dụng ánh sáng phương tiện trao đổi thông tin khai thác có hiệu Cùng với thời gian thông tin quang phát triển ngày hoàn thiện với mốc lịch sử sau: -1790 : CLAU DE CHAPPE, kĩ sư người Pháp, xây dựng hệ thống điện báo gồm chuỗi tháp với đèn báo hiệu Tin tức vượt qua chặng đường 200km vòng 15 phút -1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người Anh chứng tỏ ánh sáng dẫn theo vòi nước uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần Điều áp dụng thông tin quang -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL, người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone Tiếng nói truyền ánh sáng môi trường không khí Nhưng chưa áp dụng thực tế nhiều nguồn nhiễu - 1934: NORMAN R.FRENCH, người Mỹ, nhận sáng chế hệ thống thông tin quang Sử dụng thuỷ tinh để truyền dẫn - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR CHARLES H TOUNES, xây dựng phát triển Laser GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử - 1960: THEODOR H MAIMAN đưa laser vào hoạt động thành công - 1962: Laser bán dẫn Photodiode bán dẫn thừa nhận vấn đề lại phải tìm môi trường truyền dẫn quang thích hợp - 1966: CHARLES H KAO GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications Anh, đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng Nhưng công nghệ chế tạo sợi quang thời hạn chế nên suy hao lớn(ở khoảng 1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work chế tạo thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ 20 [dB/km] bước sóng 1310nm - 1972: Loại sợi GI chế tạo với độ suy hao [dB/km] - 1983: Sợi đơn mode(SM) xuất xưởng Mỹ Ngày loại sợi đơn mode sử dụng rộng rãi với độ suy hao khoảng 0,2 [dB/km] bước sóng 1550nm GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Cấu trúc hệ thống thông tin quang đơn giản Trạm lặp Nguồn tín hiệu Phần tử điện E O Biến đổi điện-quang O E E O O Phần tử điện E Biến đổi sợi quang Sợi quang Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống thông tin quang đơn giản Theo sơ đồ hệ thống ta có: - Nguồn tín hiệu thông tin: dạng thông tin thông thường hình ảnh, tiếng nói, fax tín hiệu đầu vào - Phần tử điện: phần chung hệ thống, để xử lý nguồn tin tạo tín hiệu điện đưa vào hệ thống truyền dẫn, tín hiệu Analog Digital - Bộ biến đổi E/O: Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang với mức tín hiệu điện biến đổi thành cường độ quang, tín hiệu điện ‘0’và ‘1’được biến đổi ánh sáng tương ứng dạng ‘không’ ‘có’ Sau tín hiệu quang đưa vào sợi quang truyền Bộ biến đổi điện quang thực chất linh kiện phát quang LED, Laser diode - Sợi quang: Để truyền dẫn ánh sáng nguồn xạ (E/O) điều biến, có vai trò kênh truyền dẫn - Bộ biến đổi O/E: thu quang, tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang đưa vào biến đổi trở lại thành tín hiệu điện tín hiệu phát đi, có vai trò giải điều chế -Trạm lặp: Khi truyền dẫn tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, tín hiệu đường truyền bị tiêu hao, dạng sóng (độ rộng xung) bị giãn nhiều nguyên nhân khác Vì vậy, để truyền xa cần có trạm lặp Hiện chưa thực khuếch đại hay tái sinh trực tiếp tín hiệu quang nên trạm lặp phải thực bước sau: + Chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện + Sửa đổi dạng tín hiệu bị méo tái sinh tín hiệu điện GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử + Chuyển đổi tín hiệu điện khuếch đại tái sinh thành tín hiệu quang để tiếp tục phát - Tải tin: Trong hệ thống thông tin điện tải tin sóng điện từ cao tần, hệ thống quang ánh sáng sóng điện từ song có tần số cao (10 14-1015Hz) tải tin quang thuận lợi cho tải tín hiệu băng rộng - Năng lực truyền dẫn: lực truyền dẫn hệ thống đánh giá qua hai đại lượng: + Độ rộng băng tần truyền dẫn + Cự ly trạm lặp độ dài chuyển tiếp Xu hệ thống truyền dẫn quang truyền dẫn dải rộng cự ly trạm lặp lớn Thực tế hệ thống quang vượt qua hệ thống điện hai yêu cầu Các đại lượng xác định nhiều yếu tố liên quan như: + Tiêu hao tán xạ truyền dẫn sợi quang + Công suất xạ khả điều biến linh hoạt sợi quang + Độ nhạy máy thu quang + Tiêu hao phụ xử lý phần tử toàn tuyến Ưu điểm thông tin quang So với hệ thống thông tin điện tử hệ thống thông tin quang có ưu điểm ưu điểm sau: Suy hao truyền dẫn thấp dẫn tới giảm trạm lặp, kéo dài cự ly truyền dẫn, cho phép truyền dẫn băng rộng, truyền tốc độ lớn cáp kim loại chi phí xây dựng mạng Băng tần truyền dẫn lớn, đáp ứng thuê bao dịch vụ dải rộng Sợi quang chế tạo từ nguyên liệu thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệu dồi rẻ tiền Sợi có đường kính nhỏ, trọng lượng nhỏ, xuyên âm dễ lắp đặt uốn cong Dùng cáp sợi quang kinh tế việc sản x uất lắp đặt bảo dưỡng Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ, không dẫn điện, không gây chập, cháy GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Tín hiệu truyền sợi quang không chịu ảnh hưởng nhiễu từ trường bên (như sóng vô tuyến điện, truyền hình, ảnh hưởng cáp điện cao ) dẫn đến tính bảo mật thông tin cao, không bị nghe trộm Nó sử dụng nơi có nhiễu điện từ mạnh nhà máy, nhà máy điện…mà không cần phải che chắn điện từ Một cáp sợi quang có kích cỡ với cáp kim loại chứa số lượng lớn lõi sợi quang lớn số lượng kim loại Sợi quang có tính bảo mật cao, việc đánh cắp thông tin sợi quang khó khăn Tuy nhiên hệ thống thông tin quang có số hạn chế như: + Khó khăn việc ghép nối + Không sử dụng vùng bị chiếu xạ Chính có ưu điểm mà hệ thống thông tin quang sử dụng rộng rãi mạng lưới viễn thông nhiều quốc gia Chúng xây dựng làm tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh Tại Việt Nam cáp quang lắp đặt với tuyến truyền dẫn đường dài liên tỉnh dùng cáp ngầm Tốc độ hệ thống thông tin quang mũi đột phá cự ly truyền dẫn cấu hình linh hoạt cho dịch vụ viễn thông cấp cao mạng lưới viễn thông GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử CHƯƠNG 1: SỢI QUANG 1.1 Những ứng dụng sợi quang Cùng với phát triển không ngừng thông tin viễn thông, hệ thống truyền dẫn quang – truyền tín hiệu sợi quang phát triển mạnh mẽ nhiều nước giới Do có nhiều ưu điểm hẳn hình thức thông tin khác dung lượng kênh truyền, tính kinh tế,…mà thông tin quang giữ vai trò việc truyền tín hiệu tuyến xuyên đường trục tuyến xuyên lục địa, xuyên đại tây dương Công nghệ ngày tạo thông tin quang phát triển thay đổi theo xu hướng đại kinh tế Đặc biệt công nghệ sợi quang đơn mode có suy hao nhỏ làm đơn giản việc tăng chiều dài toàn tuyến thông tin quang, kết hợp với công nghệ khuếch đại quang đời làm tăng chiều dài gấp đôi gấp n lần Chất lượng tín hiệu thu hệ thống cải thiện cách đáng kể Ở nước ta thông tin sợi quang ngày chiếm vị trí quan trọng, tuyến cáp quang hình thành, đặc biệt tuyến cáp quang Hà Nội – Hồ Chí Minh chiếm vị trí quan trọng thông tin toàn quốc Trong tương lai mạng cáp quang xây dựng rộng khắp Tuyến đường trục cáp quang rẽ nhánh tới tỉnh, huyện, xây dựng tuyến cáp quang nội hạt * Vị trí sợi quang mạng thông tin giai đoạn nay: - Mạng đường trục xuyên quốc gia - Mạng riêng công ty đường sắt, điện lực - Đường trung kế - Đường cáp thả biển liên quốc gia - Đường truyền số liệu, mạng LAN - Mạng truyền hình 1.2 Ưu điểm thông tin sợi quang So với dây kim loại sợi quang có nhiều ưu điểm đáng ý là: - Suy hao thấp cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận giảm số trạm tiếp vận 9 GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử - Dải thông rộng thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao - Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ - Hoàn toàn cách điện không chịu ảnh hưởng sấm sét - Không bị can nhiễu trường điện từ - Xuyên âm sợi dây không đáng kể - Vật liệu chế tạo có nhiều thiên nhiên - Dùng hệ thống thông tin sợi quang kinh tế so với sợi kim loại dung lượng cự ly 1.3 Lý thuyết chung sợi dẫn quang Trong hệ thống thông tin quang, thông tin truyền tải ánh sáng Trong phần này, nghiên cứu tới đặc tính ánh sáng cần thiết để hiểu lan truyền ánh sáng sợi quang nguyên lý dao động laser Ba vấn đề sau sở lý thuyết cho việc hình thành hệ thống thông tin quang: Phổ sóng điện từ Chiết suất môi trường Hiện tượng phản xạ toàn phần 1.3.1 Phổ sóng điện từ Các xạ điện từ nói chung có chất tự nhiên xem sóng hạt (photon) Tính chất sóng hạt bật vùng Đặc trưng nguồn xạ điện từ dải phổ xạ nó, tức dải tần số dao động điện từ hay gọi sóng điện từ sinh ra, dải bước sóng tương ứng Hai đại lượng tần số bước sóng tỷ lệ với theo công thức: C(m/s)=λ(m).f(Hz) E(ev) = h.f Trong : C vận tốc ánh sáng chân không [ C=3.108 m/s ] H số Planck [ h=6,25.10-34J/s ] Ánh sáng dùng thông tin quang vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ 800nm đến 1600nm Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng 850nm, 1300nm 1550nm 10 GVHD: Trần Đình Thông 10 SVTH: Nguyễn Thị Lưu a 62 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Bảng : Các đặc tính số vật liệu chế tạo phần tử gia cường : Trọng Vật liệu Dây thép Modul Ứng suất lượng đàn hồi cong riêng (kg/mm2) (kg/mm2) Độ dãn Ứng suất Độ dãn điểm gãy đứt cong(%) (kg/mm2) (%) 7,86 20×103 40÷150 0,2÷1 50÷300 20÷25 1,50 10÷2×104 150÷200 1÷1,5 150÷200 1,5 G-FRP 2,48 9×103 300 300 2,4 Sợi tơ 49 1,44 13×103 300 300 Sợi tơ 29 1,44 6×103 70 1,2 300 Sợi carbon Hình 2.2 : Sắp xếp phần tử gia cường cáp sợi quang Ống đệm khối đệm Hình 2.3 : Ống đệm lỏng sợi Hình 2.4 : Ống đệm chặt sợi 62 GVHD: Trần Đình Thông 62 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 63 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Hình 2.5 : Khối băng dẹt Hình 2.6: Đặt lõi rãnh chữ V c Chất độn chất điền đầy - Trong ống đệm lỏng: + Chất điền đầy phải trung tính để không tạo hydro, không đóng băng không dãn nở dải nhiệt độ từ -30 ÷ +70 0C +Là chất gien có đặc tính thể lỏng bị khuấy động thể đặc đứng yên - Trong lõi cáp: + Chất điền đầy có ứng suất cao, có thành phần không ảnh hưởng đến đặc tính phần tử khác, không làm phình vỏ PE có hệ số dãn nở tơng đối thấp Lớp chắn sản phẩm dầu mỏ có tính đàn hồi, chịu nhiệt kết dính bao bọc lõi cáp, vừa đóng vai trò chống thấm nớc, vừa gắn kết lõi vỏ cáp thành khối vững không làm giảm tính mềm mại cáp +Cáp nhà điền đầy lõi cáp Để bảo vệ phần tử bện lõi cáp sử dụng băng mỏng plastic để quấn quanh lõi + Ngoài đặt thêm băng giấy rộng khoảng 6mm lõi cáp suốt dọc chiều dài cáp, có ghi khoảng cách theo mét Cũng ghi chiều dài theo mét vỏ cáp • Bện phần tử bên lõi: 63 GVHD: Trần Đình Thông 63 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 64 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội - Khoa Điện Tử Khi sản xuất cáp sợi quang thường sử dụng công nghệ bện lớp lõi cáp Các phần tử bện sếp tập trung nhiều lớp xung quanh phần tử trung tâm - Các phần tử lớp bện xung quanh phần tử trung tâm theo kiểu lò xo kiểu đổi chiều ZS - Mối liên quan bước bện S, góc bện α chiều dài phần tử bện L:  2πR  L = S 1+    S  S α = arctan Chiều dài phần πR vi vòng tử bện L   L−S  2πR    ∆L = × 100% =  +  − 1 × 100% tròn bện 2R  − 1 × 100% =  S  S   sin α    2.2.1.2.Vỏ cáp Vỏ cáp sợi quang có chức bảo vệ cáp có tính chất định đến tuổi thọ cáp Vỏ cáp bọc đệm để bảo vệ lõi cáp khỏi bị tác động ứng suất học môi trường bên Các vật liệu chế tạo vỏ cáp như: - Vỏ PE: - + Vật liệu chịu nhiệt tổng hợp từ ethylene + Có mật độ thấp, dẻo, chịu lực căng tốt, màu đen Vỏ PVC: 64 GVHD: Trần Đình Thông 64 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 65 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử + Polyvinyl chloride (PVC) sử dụng chủ yếu cho cáp nhà màu xám + PVC thích hợp cho cáp trời lắp đặt nơi đất bị nhiễm bẩn có hoá chất ăn mòn + - Vỏ PVC có khả chống lửa cách tăng polymer halogen Vỏ halogen tự do: + Chế tạo từ vật liệu chứa ethylene vinylacetate (EVA) trộn thêm 50% trọng lượng aluminum trioxydhydrate (được chọn có yêu cầu chống lửa không bị halogen hoá) Trong trường hợp PE PVC không thích hợp + Dưới tác động lửa có nhiệt độ cao 250 0C nước tách khỏi aluminum trioxyhydrate Thông qua tách nước nước bốc làm cho lửa yếu dần Nhiệt độ giảm thấp nồng độ oxy giảm bổ sung nước nên lửa bị dập tắt Vỏ EVA có đặc tính vỏ PE có khả chống cháy tốt - Vỏ bọc kim loại: +Thường băng thép nhăn sợi thép sếp thành vỏ bọc +Các vỏ thường dùng cho loại cáp chôn trực tiếp để bảo vệ chống ứng suất học, gặm nhấm, chống phá huỷ côn trùng sinh vật 2.3.Phân loại cáp quang Người ta phân loại cáp quang theo nhiều loại khác để thuận lợi cho việc nghiên cứu 2.3.1 Phân loại theo cấu trúc: b Cáp có cấu trúc cổ điển: Các sợi nhóm sợi quang phân bố đối xứng theo hướng xoay vòng đồng tâm, loại cấu trúc phổ biến c Cáp có lõi trục có rãnh: Các sợi nhóm sợi đặt rãnh có sẵn lõi cáp d Cáp có cấu trúc băng dẹt: Nhiều sợi quang ghép băng ruột cáp có nhiều băng xếp chồng lên 65 GVHD: Trần Đình Thông 65 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 66 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội e Khoa Điện Tử Cáp có cấu trúc đặc biệt: Do nhu cầu, cáp có dây kim loại để cấp nguồn từ xa, để cảnh báo, để làm đường nghiệp vụ… cáp nhà cần hai sợi đủ… a) b) d) c) e) Hình 2.7: Các ví dụ cấu trúc cáp quang a.Cáp có cấu trúc đặc biệt c Cáp có cấu trúc băng dẹt b Cáp có lõi hình trục có rãnh d Cáp sợi quang dùng nhà e Cáp có dây đồng 2.3.2 Phân loại theo mục đích sử dụng f - Cáp dùng để mạng thuê bao, nội hạt, nông thôn g - Cáp trung kế tổng đài h - Cáp đường dài i j 2.3.3 Phân loại theo điều kiện lắp đặt k - Cáp treo trời l - Cáp đặt ống nước m - Cáp chôn trực tiếp 66 GVHD: Trần Đình Thông 66 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 67 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội n - Cáp ngập nước thả biển o - Cáp dùng nhà cáp nhảy Khoa Điện Tử 2.3.3.1.Cáp treo Hình 2.8 : Cấu trúc cáp treo Thường có cấu tạo ôm sát vào thành phần gia cường kim loại phi kim loại độc lập, dạng tự chịu lực Được dùng môi trường băng tuyết gió, có cự ly dài Cáp tự chịu lực đòi hỏi phải có sức bền cao cần phải dạng cấu trúc bọc lỏng để sợi có khoảng tự lớn 2.3.3.2.Cáp đặt cống - Cáp đặt cống phải chịu lực kéo xoắn, có trọng lượng nhẹ để dễ lắp đặt - Có tính mềm dẻo để dễ vượt qua chướng ngại kéo cáp - Chịu ẩm nước cống cáp bể cáp thường hay đọng nước Chính mà cấu trúc cáp thường có chất độn jelly thành phần chống ẩm kim loại Trong trường hợp cáp không độn đầy cần bơm cho cáp Lớp bọc thép sử dụng để chống gặm nhấm côn trùng Cáp kéo cống thường có tất dạng cấu trúc bọc chặt, bọc lỏng, bọc lỏng khe dạng băng bó sợi 67 GVHD: Trần Đình Thông 67 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 68 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử 2.3.3.3 Cáp chôn trực tiếp Hình 2.9 : Cấu trúc cáp chôn trực tiếp 1.sợi thép gai cường Dây xoắn bao quanh 2.Sợi quang Sợi khác Lớp thép bện 10.Vỏ PE 3.Chất độn, chất điền đầy 7.Vỏ bỏ PE 4.Ống lỏng (rỗng) Đai thép Các đặc điểm cáp chôn trực tiếp tương tự cáp đặt cống Nhưng thường cáp chôn trực tiếp bảo vệ tốt thể như: + Có vỏ bọc kim loại tốt để tránh phá huỷ đào bới đất tác động khác đất + Vỏ bọc thép bên gồm sợi thép băng thép Cáp chôn trực tiếp có đủ cấu trúc cáp đặt cống 2.3.3.4 Cáp đặt nhà Đặc điểm loại cáp như: - Thường có sợi dẫn quang - Kích thước bên nhỏ, mềm dẻo, cho phép uốn cong, dễ dàng thao tác hàn nối - Cáp có đặc tính chống gặm nhấm tốt - Cấu trúc thường dạng bọc chặt để đảm bảo cấu trúc nhỏ chắn 68 GVHD: Trần Đình Thông 68 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 69 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Vì loại cáp nhà cáp nhảy thường bám sát tường nhà thiết bị nên phải đảm bảo không dẫn lửa, không phát khí độc phòng, đảm bảo an toàn có cố 2.3.3.5 Cáp ngập nước thả biển a Cáp ngập nước Cáp ngập nước sử dụng để thả qua sông khu vực có nước ngập cạn, đầm lầy, …vì phải đáp ứng yêu cầu khắt khe sau: - Tính chống ẩm chống thấm nước vùng có áp suất đặc biệt lớn - Có khả chống dẫn nước dọc theo cáp - Có khả chịu kéo lắp đặt sửa chữa cáp - Chống lại áp lực thống kê - Cho khả hàn nối sửa chữa dễ dàng - Có cấu trúc tương thích với cáp đặt đất liền - Lớp kim loại tạo cáp cần phải ý đến ảnh hưởng hydro b Cáp thả biển Hình 2.10 : Cấu trúc cáp biển Cáp thả biển có cấu trúc phức tạp, thân cáp ngập nước có yêu cầu khắt khe loại cáp ngập nước gấp nhiều lần như: 69 GVHD: Trần Đình Thông 69 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 70 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử + Chống khả thâm nhập nước biển, phá hoại động vật biển, cọ sát tàu thuyền + Có khả sửa chữa cáp tàu + Tuổi thọ cáp cao Cáp biển có hai loại: loại thả nông loại thả sâu 2.4 Đo thử cáp quang đo bảo dưỡng 2.4.1 Khái quát Cũng thông tin điện, thông tin quang luôn phải đo thử Các đại lượng cần đo thử công suất, độ rộng băng truyền, tỷ lệ lỗi…v.v…có thể tách riêng công việc đo thử thành loại công tác đo sau: 1- Đo thử áp dụng phòng thí nghiện nơi chế tạo: Mục đích để tính toán, thiết kế, chế tạo cáp tối ưu Các phép đo thường phức tạp, chi phí lớn, thường dựa khuyến nghị CCITT tiêu chuẩn phương pháp đo 2- Đo thử áp dụng hệ thống xây lắp khai thác: Mục đích hoàn toàn khác phòng thí nghiệm, đối tượng đo thử phương pháp đo khác Người ta phải tính toán đến việc hài hoà việc đo thử chi phí lợi ích đo thử, đảm bảo cho hệ thống hoạt động tin cậy àm chi phí đo thấp 2.4.2 Mục đích đo thử Việc đo thử cáp quang xây lắp nhằm mục đích sau: 1- Xác định xem tổng tiêu hao truyền dẫn có thoả mãn theo thiết kế hay không 2- Xác định xem lắp đặt cáp có vấn đề ảnh hưởng tới tiêu hao sợi trình hoạt động sau cáp hay không 3- Tìm chỗ không đồng như: hàn nối xấu, chỗ tiêu hao sợi lớn, chỗ đấu nối (connector) 4- Xác nhận chỗ nối sợi tiêu hao sợi để nhằm thiết kế đoạn lặp tương lai 5- Lập bảng số liệu chuẩn cho công tác bảo dưỡng sau 70 GVHD: Trần Đình Thông SVTH: Nguyễn Thị Lưu 70 71 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử 6- Cung cấp thông tin phản hồi để tối ưu hoá việc thiết kế, chế tạo lắp đặt cáp 7- Tích luỹ kinh nghiệm để tối ưu công tác đo thử Yêu cầu phương pháp đo phải an toàn, hiệu quả, giá thành hạ mà thực đầy đủ mục đích đo thử Một số công tác đo thử như: đo tiêu hao tuyền dẫn, đo tổn hao mối nối, đo tán xạ… v.v 2.4.3 Đo thử bảo dưỡng Dùng máy đo phản xạ OTDR để đo thử bảo dưỡng Đặc tuyến suy hao máy thể ảnh in máy in cung cấp thông tin độ dài khoảng lặp, khoảng cách đến chỗ nối, khoảng cách thể loại chỗ nối không đồng như: chỗ có tổn hao lớn, hệ số tiêu hao lớn, chỗ phản xạ sợi bị đứt Hình 2.11: Phương pháp xác định chỗ đứt nhờ OTDR Gọi DA khoảng cách quang từ Ni tới chỗ đứt DB khoảng cách quang từ Ni+1 tới chỗ đứt D khoảng cách thực hai chỗ nối Từ xácđịnh khoảng cách từ chỗ nối đến chỗ đứt sợi 71 GVHD: Trần Đình Thông 71 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 72 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Khoảng cách từ Ni tới chỗ đứt là: DNi DNi = (DA.D)/(DA+DB) Khoảng cách từ Ni+1 tới chỗ đứt là: DNi+1 DNi+1 = (DB.D)/( DB+DA) Nhờ sử dụng máy vi tính thiết bị đo với chương trình đầy đủ đo thử nhiều nội dung cần thiết cách dễ dàng 2.5 Các biện pháp bảo vệ cáp quang Các cáp quang sau chế tạo có cấu trúc phù hợp theo phương pháp rải đặt cáp để treo, cáp chôn trực tiếp hay cáp thả nước Trong thi công tuyến cáp cần có biện pháp gia cường bảo vệ bổ xung để tránh thảm hoạ xảy cho cáp Trong loại đường cáp đường cáp chôn trực tiếp bị ảnh hưởng nhiều, chẳng hạn ảnh hưởng tác hại học phương tiện giao thông vận tải, ảnh hưởng loài gặm nhấm kiến, chuột, mối…và ảnh hưởng sét đánh Vì vậy, nêu số biện pháp chống thảm hoạ cho đường cáp chôn trực tiếp 2.5.1 Độ chôn sâu cáp Cáp chôn trực tiếp lòng đất Tuyến cáp qua nhiều loại địa hình khác đồi núi, đồng ruộng, đường giao thông đường sắt, đường Cáp cần phải có độ chôn sâu cần thiết để tránh tác độngc học bề mặt đất, tác động ảnh hưởng rung động phương tiện giao thông giới tuyến cáp chạy qua đường Các tác động học dễ làm sợi quang bị rạn, phát sinh tiêu hao phụ bị gãy sợi Hiện nhiều nước khuyến nghị chọn độ chôn sâu cáp 1,1 – 1,2m, có nước chôn cáp độ sâu 1,5m cáp luồn ống nhựa PE PVC Bên bên sợi cáp có dải lớp cát lớp đất mịn dầy phía 10cm để giữ sợi cáp thẳng, tránh chỗ uốn cong nhỏ, tránh tiêu hao phụ Bên sợi cáp 1cm đặt băng nhựa báo hiệu lót gạch nằm ngang rãnh cáp, bê tông để tránh đào hầm vào cáp 72 GVHD: Trần Đình Thông 72 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 73 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Hình 2.12: Mặt cắt cáp trực tiếp đất Trong trường hợp địa hình phức tạp, khó khăn, nhiều sỏi đá, không đào đủ độ sâu cần thiết cáp phải đặt lòng ống nhựa PVC đường kính 28-34mm cáp lẫn ống nhựa đặt lòng ống sắt đường kính 80-100mm, rãnh bê tông Khi cáp vượt qua đường giao thông, qua cầu, dọc hầm đường sắt v.v.thì phải dùng ống sắt ống nhựa 2.5.2 Chống mối chống chuột Cáp quang có vỏ PE nhựa mật độ thấp nên mối, kiến, loài gặm nhấm gặm nhấm vỏ nhựa Một số loài mối, kiến sống độ sâu 1m nên ăn vỏ cáp Bên lớp vỏ PE có băng thép mạ hình lượn sóng bao bọc Mối kiến gặm nhấm băng thép mạ, nhiên sau nhiều năm lớp thép bị rỉ bị ăn mòn vài chỗ nhỏ không ảnh hưởng đến sợi quang bên cáp Do vậy, ảnh hưởng kiến mối không đáng kể Các loài chuột gặm nhấm vỏ PE chúng gặp cáp đường đi, không gặm lớp vỏ thép, vỏ thép trần lâu ngày bị ăn mòn 73 GVHD: Trần Đình Thông 73 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 74 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Một biện pháp bảo vệ hữu hiệu dùng băng thép bọc nhựa quấn xung quanh cáp trần, cáp quang riêng lỗ cống bịt kín đầu lỗ cống lại không cho chuột chui vào, đoạn cáp trần bể bọc thép bọc nhựa 2.5.3 Chống ảnh hưởng sét Ở Việt Nam thường xuyên có sét đánh mùa mưa, cáp có thép quấn, sét đánh vào vùng đất bên cạnh dễ làm ảnh hưởng đến cáp Ảnh hưởng sét vào cáp phụ thuộc nhiều vào yếu tố điện trở suất đất, cường độ sét, tần suất sét đánh vùng, cần phải xem xét tỉ mỉ yếu tố ảnh hưởng để tính toán tỉ mỉ * Khả hư hỏng biện pháp bảo vệ Theo tính toán khả sét đánh vào vùng đất lân cận cáp lớn, nhiên thực tế khả hư hỏng cáp nhỏ số lý do: - Sét đánh vào mùa mưa nên điện trở suất cáp thấp, khả sét đánh vào cáp - Cường độ sét nói chung nhỏ giá trị tính toán 50KA, bên cạnh khả chịu đựng xung điện áp vỏ PE cáp cao, đạt giá trị 100KA - Ở vùng núi cao, đất có nhiều đá, điện trở suất cao, sét có xu đánh vào mô cao mỏm núi, cây…vv Rõ ràng khả hư hỏng cáp liên quan trực tiếp tới điện trở suất đất, điện trở xuất cao khả hư hỏng nhiều Ngoài ra, vùng đồng có điện trở suất thấp, vùng núi có điện trở suất cao, cần lưu ý xây dựng tuyến cáp quang vùng cụ thể Đoạn tuyến cáp quang chạy dọc đường sắt không cần có biện pháp chống sét bổ xung 74 GVHD: Trần Đình Thông 74 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 75 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử KẾT LUẬN Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật cáp quang sợi quang ngày phát triển nhằm phù hợp với môi trường khác nước, đất liền, treo không, đặc biệt gần cáp quang treo đường dây điện cao thế, đâu cáp quang sợi quang thể tin cậy tuyệt đối Đề tài giúp em hiểu thêm đặc tính kỹ thuật sợi quang cáp quang Để ứng dụng quang hệ thống thông tin sợi quang phải bọc thành cáp Với môi trường khác cấu trúc cáp quang khác để phù hợp với nhu cầu thực tế Do thời gian hạn hẹp kiến thức thân hạn chế đề tài em tránh thiếu sót Nên em mong thầy cô môn bạn lớp đánh giá đóng góp nhiều ý kiến để đề tài sâu phát triển mức cao Trong trình làm bài, em nhận hướng dẫn chi tiết thầy Trần Đình Thông góp ý bạn lớp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy bạn Sinhviên thực Nguyễn Thị Lưu 75 GVHD: Trần Đình Thông 75 SVTH: Nguyễn Thị Lưu 76 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử Tài liệu tham khảo: Hệ thống thông tin quang Ts.Vũ Văn San, Nhà xuất Bưu điện Sợi quang công nghệ SDH 76 GVHD: Trần Đình Thông 76 SVTH: Nguyễn Thị Lưu [...]... trên sợi đa mode thì có rất nhiều tải tin, mỗi tải tin ứng với một bước sóng nhất định 1.5 Phân loại sợi quang Để phân biệt sợi quang, người ta dựa vào các yếu tố của sợi quang mà phân biệt thành các loại sợi khác nhau Danh mục Loại sợi Sợi có chỉ số chiết suất phân bậc Phân loại sợi theo chỉ số chiết suất Sợi có chỉ số chiết suất Gradien Sợi đơn mode Phân loại theo mode truyền dẫn Sợi đa mode Sợi thuỷ... tinh Phân loại theo cấu trúc vật liệu Sợi chất dẻo Sợi thuỷ tinh đa thành phần Phân loại dựa theo các chức năng đặc Sợi lỗ không khí biệt Sợi duy trì phân cực Bảng 1: Bảng phân loại sợi theo các tiêu chí khác nhau 1.5.1 Sợi có chiết suất nhảy bậc(SI) và sợi có chiết suất biến đổi đều (GI) 1.5.1.1 Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI: Step- Index) Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết... linh kiện quang cũng phải tương đương và các thiết bị hàn nối sợi đơn mode phải có độ chính xác rất cao Các yêu cầu này ngày nay đều có thể đáp ứng được do đó sợi đơn mode đang được sử dụng rất phổ biến 1.6 Các thông số của sợi quang 1.6.1 Suy hao của sợi quang Công suất trên sợi quang giảm dần theo hàm số mũ tương tự như tín hiệu điện Sự thay đổi công suất quang trung bình truyền trong sợi tuân theo... trong sợi quang phụ thuộc vào tỷ số d k/λ nên dk lớn hơn λ nhiều thì sợi cho vô số mode truyền qua, còn khi d k rất nhỏ thì chỉ có một mode cơ bản được truyền qua (sợi đơn mode) Người ta định nghĩa tham số cấu trúc V hay còn gọi là tần số chuẩn hoá: V= π.d k n 1 2.∆ α Với sợi SI, nếu V ảnh hưởng tới việc mang dung lượng thông tin của sợi Ở đây n1 không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ khác nhau trên cùng một chiều dài sợi Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa một xung ánh sáng hẹp vào đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi Đây là hiên tượng tán sắc, do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền... tốc độ cao qua cự ly dài được Nhược điểm này có thể khắc phục được trong loại sợi có chiết suất giảm dần 1.5.1.2 Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI: Graded- Index) Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình parabol, vì chiết suất lõi thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần Hình 1.8 : Sợi GI ( Graded - Index) [ - ] n1 1 − ∆(r / a )α ; n( r ) =   n1 (1 − ∆) =... Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Tử - Các tia sáng phải đi từ môi trường chiết quang hơn (n 1) sang môi trường kém chiết quang hơn (n2) Hay là Chiết suất n1 > n2 - Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn 1.4 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 1.4.1 Nguyên lý truyền dẫn chung Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo gồm một lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một