Муфты обеспечивают размещение технологического запаса волоконных световодов, укладку защитных гильз или сплайсов сростков на специальных кассетах и защиту их от механических повреждений, предохранение внутреннего объема оптических кабелей от воздействия влаги. Смонтированные муфты укладываются в коллекторах и колодцах кабельной канализации, имеются варианты, допускающие укладку непосредственно в грунт, болото или под воду на глубину до 10 м, а также для подвески на столбах воздушных линий связи [8].

Основой муфты являются полимерный или металлический корпус в форме цилиндра или параллелепипеда (реже - диска), в котором размещается лоток с кассетами для укладки оптических сростков и механические фиксаторы кабелей. В конструкции муфты предусматриваются элементы герметизации внутреннего объема, а также обеспечения непрерывности броневых и упрочняющих элементов кабеля.

Корпус муфты может состоять из двух частей, разделенных в продольном направлении. Нижняя часть используется в качестве монтажного основания для лотка с кассетами, верхняя часть выполняет функцию крышки. На таких корпусах часто имеются внешние ребра жесткости. Во втором варианте корпус муфты представляет собой цельный цилиндр, который надвигается на лоток после завершения операций сращивания и укладки световодов. Такой корпус обычно закрепляется с двух сторон конусообразными переходами.

Герметизация муфты осуществляется холодным и горячим способами с помощью заливочной массы, термоусаживаемых трубок, прокладок и манжет, а также специальных мастик и герметизирующих лент. Некоторые типы муфт за счет применения в их конструкции высококачественных герметизирующих прокладок и манжет, а также крепления крышки на ботах допускают многократную сборку и разборку и за счет этого более технологичны в работе.

На рисунке 3.7 показана наиболее широко распространенная и хорошо зарекомендовавшая у нас в стране современная оптическая муфта МТОК 96Т-О 1-IV, эта муфта и будет использоваться при строительстве ВОЛС. Она имеет следующие характеристики:

Муфты МТОК 96Т-О 1-IV многократного применения предназначены для прямого и разветвительного сращивания строительных длин:

оптических подвесных самонесущих кабелей с повивом из синтетических (арамидных или кевларовых) нитей или с броней из стеклопластиковых прутков, подвешиваемых на опорах связи, ЛЭП, контактной сети железных дорог и освещения;

оптических кабелей 4-го типа с металлическим гофрированным бронепокровом или повивом из синтетических нитей, прокладываемых в канализации и в пластмассовых трубах;

оптических кабелей 2-го и 3-го типов с бронепокровом из металлической проволоки при прокладке их в грунте и в кабельной канализации.

Рисунок 3.8 - Конструкция муфты МТОК 96Т-О 1-IV: 1. Кожух; 2. Кассета для модулей; 3. Кронштейн; 4. Оголовник; 5. Патрубок для ввода проводов заземления; 6. Штуцер ввода ОК и крепления брони; 7. Детали комплекта: штуцер, гайка внутренняя, конус внутренний, наконечник; 8. Гайки для закрепления штуцера ввода ОК внутри муфты; 9. Узел крепления провода заземления; 10. Металлическая контактная пластина; 11. Изолирующая пластина; 12. Обечайка; 13. Пластмассовый хомут из двух половин; 14. Кассета КУ для выкладки ОВ; 15. Крышка кассеты; 16. Винт для крепления кассеты [8]

Очень важным этапом, от которого зависит надежность работы ОВ, являются выкладка их в кассете и фиксация защитных гильз. Для предотвращения выпадения гильз между фиксаторами вводят небольшое количество липкого полиизобутиленового компаунда. Корпус муфты закрывают крышкой и двух местах скрепляют липкой лентой. Одновременно к ней прикрепляют паспорт на смонтированную муфту.

Таблица 3.1 - Технические характеристики муфты МТОК 96Т-О 1-IV

Наименование	МТОК 96Т
Тип муфты	тупиковая
Максимальное число соединяемых ОВ, шт.	144
Максимальное число вводимых ОК, шт.	8
Диаметры соединяемых ОК, мм	22
Температура эксплуатации, °С	от -60 до +70
Относительная влажность (среднегодовое значение), %	до 80
Усилие сдавливания, кН/см	1,0
Удар, Н*м (Дж)	25
Габаритные размеры: диаметр, мм длина, мм	159 442
Масса, кг	2,6

Смонтированная муфта, будет помещаться в специальный шкаф, закреплённый на опоре [7].

Шкаф типа ШПМЗ для подвески муфт типа МТОК и запасов оптического кабеля. Предназначен для защиты тупиковых муфт, диаметром до 190 мм и длиной 500 мм с технологическим запасом оптического кабеля до 90 м., диаметром до 18 мм. Шкаф крепится на опорах при помощи стальной ленты с замками-фиксаторами. Технологический запас кабеля и муфта крепятся при помощи металлических стяжек Габариты: 700 х 900 х 260 мм. Масса: 21 кг

Рисунок 3.9 - Шкаф типа ШПМЗ

3.3.4 Ввод оптического кабеля в здания и сооружения связи

На промежуточных регенерационных пунктах станция Курозек и станция Шелек оптический кабель будет заводиться на пост ЭЦ. Для этого мы запроектируем прокладку линий привязки к этому зданию. На станции Курозек здание поста ЭЦ кирпичное, одноэтажное, расположено на расстоянии 15 м. от железной дороги. Для подвески ОК используем ту же самую арматуру и анкерные зажимы что и на линии ЭЖД. Ввод кабеля в здание узла связи выполнен на максимально возможной высоте от уровня грунта, около 5 м. Для крепления кабеля к стене здания в нее с помощью цемента вмуровывается железный крюк типа КН-16, изображенный на рис 3.9. Кабель крепится к крюку с помощью анкерного зажима и проходит в помещение аппаратной через отверстие, проделанное перфоратором в стене. В отверстие закладывается изолирующая керамическая трубка, и затем отверстие тщательно герметизируется с внутренней и внешней стороны с помощью силиконового герметика. Внутри здания, кабель прокладывается по существующему кабелеросту местной АТС до оптического кросса [11].

На станции Шелек расстояние от железной дороги до здания поста ЭЦ составляет 20 м. Прокладка линии привязки здесь осуществляется также как и на станции Курозек.

3.3.5 Ввод оптического кабеля в здание Жетыгенской дистанции сигнализации и связи

На стации Жетыген оптический кабель заводится в здание Жетыгенской дистанции сигнализации и связи, расположенного на расстоянии 600 м от железнодорожного вокзала. Трасса кабеля к зданию ШЧ проходит в кабельной канализации, принадлежащей ОАО "Транстелеком". Спуск оптического кабеля выполнен с опоры ЭЖД, расположенной ближе всего к кабельному колодцу телефонной канализации, порядка 5м [11].

Оптический кабель на оконечной опоре круглого сечения закрепляется с помощью узла крепления типа УК-Н-01 и ленточных хомутов. Для подвески кабеля используется зажим спиральный натяжной. Выходящий из зажима кабель, крепится к опоре шлейфовыми зажимами типа УК-П-01, которые в свою очередь крепятся к опоре ленточными хомутами. На высоте 4м от уровня грунта кабель заводится в стальную оцинкованную трубу диаметром 30мм, которая тоже крепится к опоре ленточными хомутами. Стальная труба закапывается в грунт на глубину порядка 2-х метров и на конце имеет изгиб под 90 градусов, для предотвращения повреждения кабеля при возможных подвижках грунта. Изогнутый конец стальной трубы вместе с кабелем заводится в асбоцементную трубу, по которой и прокладывается в кабельный колодец. Место стыка стальной и асбестоцементной труб герметизируются цементом и специальной мастикой. Ввод а/ц трубы в кабельный колодец герметизируется цементом. В кабельном колодце делается запас оптического кабеля, уложенного кольцами, который располагается на специальных кронштейнах и крепится к ним стяжными полиэтиленовыми хомутами. В кабельном колодце кабель укладывается на консоли, маркируется бирками и с помощью устройства УЗК по выделенному каналу протягивается в следующий колодец.

Таблица 3.2 - Описание натяжного крепления

№ п.п.	Наименование, тип	Ед. изм.	Кол-во	Масса, кг
				Ед.	Общ.
1	Узел крепления УК-Н-01	шт.	1	1,4	1,4
2	Узел крепления УК-П-01**	шт.	1	0,25	0,25
3	Талреп Т-10-01	шт.	1	0,7	0,7
4	Хомут ленточный (1,5 м х 2 + 1 замок) (1,5 м х 1 + 1 замок)	к-т.	2	0,4	0,8
		к-т.	6	0,2	1,2
5	Зажим шлейфовый ЗКШ	шт.	2	0,31	0,31
6	Зажим спиральный натяжной	к-т.	1	*	*
7	Труба стальная	м	*	*	*

Примечание:

1. Длина кабеля в шлейфе должна обеспечивать допускаемы и радиус изгиба кабеля в каждой точке шлейфа (R_{доп.изг.} >20d ОК)

2. Рабочая горизонтальная нагрузка УК-Н-01 - 10 кН

Трасса оптического кабеля на станции Жетыген проходит от кабельного колодца у здания железнодорожного узла связи и далее по существующей кабельной канализации по ул. Воскресенская до пересечения ее с пр. Ломоносова (400 м). Далее трасса кабеля поворачивает на пр. Ломоносова до вводного колодца у здания ШЧ. От вводного колодца кабель по выделенному каналу вводится в помещение кабельной шахты. В помещении кабельной шахты делается запас оптического кабеля 10м, уложенного кольцами, который крепится к стене шахты на металлических кронштейнах, затем кабель укладывается на консоли, крепится к ним полиэтиленовыми стяжками и маркируется. Из помещения шахты кабель по вертикальному кабелеросту поднимается на 4-й этаж здания МТС, где располагается помещение ЛАЗ. В помещении ЛАЗ кабель переходит с вертикального на горизонтальный кабелерост и по нему подводится к оптическому кроссу. После прокладки кабеля кабельные каналы герметизируются в помещении кабельной шахты и вводном кабельном колодце. Поскольку прокладываемый оптический кабель марки ОКМС - А - 4/2(2,4)Сп - 16(5) - "8 кН" не содержит металлических элементов, то не требуется выполнять заземления бронепокровов, кроме того, поскольку внешняя оболочка кабеля выполнена из негорючего трекингового полиэтилена, то его прокладывают по кабелеростам без защитной гофрированной трубки, что снижает трудозатраты и время. Не требуется также монтаж оптической муфты для перехода с линейного кабеля на станционный, в проекте кабель подводится прямо к оптическому кроссу [5].

На станции Коргас прокладка линии привязки осуществляется также как и на станции Жетыген с использованием кабельной канализации ОАО "Транстелеком".

3.3.6 Выбор типа и монтаж оптического кросса

Для ввода оптического кабеля и подключения станционного оборудования к линии используются оптические кроссы. Для реализации проекта строительства ВОЛС необходимо выбрать марку и емкость оптического кросса. Для оконечных пунктов, проектируемой ВОЛС в станции Жетыген и станции Коргас, необходимое количество розеток в кроссе составляет 16. На промежуточных пунктах станция Курозек и станция Шелек, где заводятся два кабеля, необходимо 32 розетки. Таким требованиям удовлетворяют оптические кроссы типа ПР-16 производства ОАО "2АСистем" г. Тула. На оконечных пунктах устанавливается по одному кроссу, на промежуточных по два (стороны А и Б), всего потребуется оптических кроссов 6 шт.[8].

Поскольку оптические пигтейлы заказываются отдельно, то выберем стандартные пигтейлы длиной 1м. с разъемами типа FS (соответственно оптический кросс будет комплектоваться также разъемами типа FS).

Оптический кросс (Fiber Cross) Панель распределительная ПР 16

Общие сведения.

Оптический кросс (Fiber Cross) панель распределительная ПР 16 обеспечивает:

- Ввод, размещение, крепление и хранение запасов станционных и линейных кабелей;

- Концевую заделку, соединение, переключение линейных и станционных кабелей с оптическими волокнами в сети связи общего пользования, в технологических сетях связи и сетях связи специального назначения;

- Подключение контрольно-измерительной аппаратуры;

- Возможность маркировки линейных и станционных цепей.

Технические характеристики оптического кросса.

Максимальное количество входящих линейных волоконно-оптических кабелей - 4 шт.

Максимальное количество оптических соединительных розеток на панели - 16 шт.

Габаритные размеры Оптического кросса (Fiber Cross) ПР 16 - 484 x 280 x 44мм

Масса Оптического кросса (Fiber Cross) панели распределительной ПР 16 - 2,4 кг.

Тип оптических портов - FC, SC, ST, FC/APC, SC/APC

Комплект поставки оптического кросса.

Оптический кросс (Fiber Cross) панель распределительная ПР 16 укомплектован согласно таблице 3.3

Таблица 3.3 - Комплект поставки оптического кросса

№ п.п	Наименование	Количество, шт.
1	Панель распределительная	1
2	Сплайс-пластина	1
3	Комплект винт-шайба-гайка	1 (поставляется по согласованию)
4	Стяжка 80мм	10
5	Стяжка 140мм	6
6	Площадки-органайзеры	2
7	КДЗС	По числу портов
8	Паспорт изделия	1

Примечания.

Допускается замена изделий, входящих в комплект поставки на аналогичные другие, не ухудшающие товарного вида, эксплуатационных характеристик и соответствующие требованиям по технике безопасности.

Поставляется по согласованию с заказчиком

Требования по технике безопасности оптического кросса.

Прежде, чем начинать работу, внимательно изучите настоящий паспорт.

Оптический кросс необходимо применять в соответствии с назначением, указанным в паспорте [19].

Устройство оптического кросса (Fiber Cross) ПР 16.

Оптический кросс представляет собой металлическую коробку, окрашенную по технологии порошковой окраски, что обеспечивает надежную защиту от внешних воздействий. Внутри оптического кросса расположена сплайс-кассета (сплайс пластина) для укладки гильз и запаса волокон (существует возможность размещения 24 волокон на одной сплайс-кассете)

Оптический кросс имеет четыре отверстия для ввода-вывода оптического кабеля. Отверстия закрыты резиновыми заглушками для предохранения внутреннего пространства оптического кросса от попадания пыли; при монтаже оптического кабеля (ОК) в ПР 16 можно выбрать одно из четырех отверстий для ввода ОК (или использовать все четыре в случае необходимости).

Инструкция по монтажу оптического кросса (Fiber Cross) ПР 16

Снятие упаковки - следите за тем, чтобы не повредить оптический кросс инструментом. После вскрытия упаковки проверьте внешнее состояние сборочных единиц и деталей кросса оптического, а также наличие всех принадлежностей согласно упаковочной ведомости [20].

Подготовка к монтажу

Прежде чем приступить к монтажу ОК, убедитесь в том, что крепежныекронштейны справа и слева по бокам оптического кросса жестко закреплены;

Поместите Оптический кросс (Fiber Cross) ПР 16 на рабочий стол для монтажа ОК.



Рисунок 3.10 - Общий вид панели распределительной Fiber Cross ПР 16 (на фото без верхней крышки с разъемами FC).

Разделка и ввод кабеля

Разделайте кабель в соответствии с рисунком 6.14.

Введите кабель в Оптический кросс (Fiber Cross) ПР 16 через отверстие, надрезав резиновую мембрану.

Закрепите ОК с помощью стяжек, входящих в комплект, Закрепите центральный силовой элемент с помощью скобы и винтов как показано на рисунке 3.12.

Наденьте термоусаживаемые гильзы на пигтейлы.

Рисунок 3.12 - Ввод оптического кабеля

Работы с оптическим волокном.

Зачистку волокон и сварку производите в соответствии с рекомендациями на используемое сварочное оборудование;

Пронумеруйте модули монтируемого кабеля;

Пронумеруйте пигтейлы и сварите их с соответствующими волокнами;

Запеките термоусаживаемые гильзы (термоусаживаемые гильзы входят в комплект);

Уложите гильзы и запасы волокон в кассету, согласно рисунку 3.14, 3.15. (рисунки ввода модулей кабеля и укладки пигтейлов разнесены для удобства чтения).

При укладке запасов волокон кабеля, гильз и пигтейлов следите за тем, чтобы радиус изгиба волокон и пигтейлов не превышал 30 мм

Закройте сплайс кассету прозрачной крышкой.

Подключите пигтейлы к адаптерам в соответствии с их номерами.

Рисунок 3.13 - Ввод модулей кабеля

Рисунок 3.14 - Схема укладки пигтейлов

Монтаж в стойку.

- Оптический кросс (Fiber Cross) панель распределительная ПР 16 закрепляется в 19 дюймовой стойке четырьмя винтами М 6 (крепежные винты не входят в комплект поставки).Уложите и закрепите запас кабеля в удобном месте [13].

Для оценки качества монтажа оптического кросса, снимаются рефлектограммы каждого ОВ на регенерационном участке. При нормальном оптическом затухании и отсутствии дефектов на сварных соединениях, станционное оборудование при помощи патчкордов подключается к линии.

Таблица 3.4 - Организация перемычек на оптическом кроссе узла доступа станции Курозек

Во всех пунктах связи на оптических кроссах производится коммутация 1-4 ОВ к оборудованию Huawei OptiX OSN 1500B. По 1-2 ОВ организован линейный тракт для работы цифровой системы передачи, 3-4 ОВ также подключены к цифровому оборудованию и используются для автоматического резервирования линейного тракта [14].

3.3.7 Измерения при строительстве волоконно-оптической линии связи

Измерение потерь в оптических волокнах и кабелях в настоящее время осуществляют одним из двух способов.

1) Двухточечный метод измерения, который подразделяется на три разновидности: метод обламывания, безобрывный и метод калиброванного рассеяния. Из них наиболее распространен безобрывный, как метод неразрушающего измерения. При измерении затухания ОВ или ОК входной торец тестируемого ОВ разделывают в оптический разъем. К этому разъему подключают эталонный излучатель со стабилизированной оптической мощностью и длиной волны. К выходному торцу ОВ подключают калиброванный измеритель оптической мощности. Поскольку значение мощности излучения эталонного источника известно - P, то, считая потери в ОР пренебрежимо малыми, можно считать, что Р_э = Р_вх. Измеренное значение выходной мощности - Р_вых. Затухание ОВ или ОК определяются из соотношения

, дБ.

Приборы, которыми производят такие измерения, являются составными частями оптического тестера. Оптические тестеры выпускаются в двух вариантах: l-й вариант - эталонный излучатель и измеритель оптической мощности размещены в одном корпусе; 2-й вариант - эталонный излучатель и измеритель оптической мощности выпускаются в разных корпусах, как два отдельных прибора. Измерители мощности в этих комплектах имеют две калибровки - в единицах мощности (мВт и нВт) и в дБм (дБм - уровень мощности в дБ относительно величины Р_опт = 1 м Вт). На практике удобнее пользоваться 2-й калибровкой. При этом измеряют уровень мощности на выходе излучателя в дБм, потом - уровень мощности на выходе ОВ или ОК. Вычитая второе показание из первого, получают искомый результат.

Описанный метод измерения отличается высокой точностью. Его основной недостаток - необходимость доступа к обоим концам ОК, что часто бывает неудобным при линейных измерениях.

2) Рефлектометрический метод измерения затухания, основанный на измерении той части рэлеевского рассеяния в ОВ, которое распространяется в обратном направлении. Для этого в волокно вводится периодическая последовательность оптических импульсов длительностью , периодом следования T_и. При этом к входному торцу ОВ будут возвращаться импульсы в каждый момент времени. Эти импульсы отстают во времени от входного (опорного импульса), отраженного от плоскости входного торца на период, равный времени двойного пробега импульса - в прямом и обратном направлениях. Если по оси абсцисс откладывать время (начиная с t =0 для опорного импульса), а по оси ординат - усредненные значения амплитуд этих импульсов для каждого значения времени, то получится так называемая рефлектограмма [8].

Если коэффициент затухания и коэффициент обратного рассеяния при заданной для тестируемого волокна постоянны по его длине, то кривая (рефлектограмма) убывает от начала ОВ по экспоненциальному закону. Рассеяние - процесс статистический. Поэтому значение амплитуды импульса (ординаты) для одного и того же значения оси времени (расстояния) будет иметь некоторый разброс при каждом отсчете (при периодическом повторении зондирующих импульсов). Благодаря статистическому усреднению большого числа отсчетов удается получить чистую линию (экспоненту) зависимости затухания от длины ОВ. Однако экспоненциальной кривой пользоваться неудобно и сложно. Поэтому после усреднения каждый отсчет подвергается операции логарифмирования, в результате чего экспонента (спадающая) превращается в наклонную прямую. При этом отсчеты по оси ординат градуируются в децибелах. В том случае, когда коэффициент затухания и обратного рэлеевского рассеяния имеют резкие локальные изменения, что свидетельствует о наличии в ОВ локальных неоднородностей, на рефлектограмме они проявляются в виде ступенек или импульсов.

Рисунок 3.15 - Рефлектометр ANDO AQ7250

Одно из достоинств рефлектометрического метода измерения состоит в том, что для этого достаточно иметь доступ к одному концу ОВ. Кроме того, с помощью рефлектометра можно определить расстояние до локальных неоднородностей, длину трассы, распределение неоднородностей по длине ОВ. Современные рефлектометры производятся рядом ведущих фирм мир: ANDO (Япония), НЕWLЕТТ PACKARD, WAVETEK WANDEL &GOLTERMANN и др. На рисунке 6.18 представлен общий вид рефлектометра производства фирмы ANDO [10].

Выводы по 3 главе

В 3 главе рассматривались методы улучшения качества передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи. Как известно для улучшения качества нужен хороший монтаж кабеля. Без хорошего монтажа кабеля есть возможность механических повреждений волокон. Что и случается при не качественном монтаже.

В 3 главе описали методы монтажа соответствующий для организации связи на железнодорожном транспорте. Монтаж описанный в данной главе очень подходит для железной дороги, и уменьшает цену прокладки. В монтаже видим эффективность волоконно-оптического кабеля для железнодорожного транспорта.

4. Сравнительные характеристики параметров волоконно-оптических линий связи

4.1 Расчет проектной длины регенерационного участка, полной длины оптического линейного тракта и определение его структуры

Длина регенерационного участка определяется суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией оптического кабеля. Суммарное затухание состоит из потерь мощности непосредственно в оптическом волокне и из потерь в разъемных и неразъемных соединениях [19].

Суммарные потери регенерационного участка, можно рассчитать по формуле:

, дБ (4.1)

где - количество разъемных соединителей на одном участке проектируемой ВОЛС, ; - потери в разъемных соединениях, дБ; - количество неразъемных соединений.

=,

где l_c - строительная длина в кабеле, ; 76 км, - длина самого большого по протяжённости участка проектируемой трассы ВОЛС станции Жетыген - станции Коргас. В дальнейшем расчёты будем проводить именно для этого участка трассы ВОЛС; - потери в неразъемных соединениях, вносимых сварочным аппаратом Fujikura FSM-11S SpliceMate, дБ; - допуск на температурные изменения затухания ОВ, дБ; - допуск на изменение характеристик компонентов РУ со временем, на трассы длиной до 200 км дБ; - коэффициент затухания ОВ, .

Суммарные потери регенерационного участка равны:

дБ

Длину регенерационного участка с учетом потерь мощности можно определить по формуле:

; (4.2)

где - энергетический потенциал волоконно-оптической системы передачи, определяемый по формуле:

, дБ

где - уровень мощности оптического излучателя 2 дБм; - чувствительность приемника, дБм.

Чувствительность приемника составляет -42 дБм. Таким образом, энергетический потенциал аппаратуры равен:

дБм

С учетом энергетического потенциала системы допустимые потери в волоконно-оптическом тракте составят:

.; (4.3)

В нашем случае, дБ

Тогда длина регенерационного участка будет составлять:

, (4.4)

км

На длину регенерационного участка накладывают ограничения дисперсионные характеристики волокна [12].

С учетом дисперсии оптического волокна длина регенерационного участка составит:

(4.5)

где D (пс/нм*км) - суммарная дисперсия одномодового оптического волокна, определяется хроматической дисперсией 2,5 пс/нм*км; d (нм) - ширина спектра источника излучения, для лазерного диода ML920J11S01 составляет 1 нм;

В (МГц) - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту - 622,08МГц.

Так как расстояние между станциями Жетыген - Шелек составляет всего 76 км, то устанавливать необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) между ними нет необходимости. Производить расчёт длин регенерационных участков для участков трассы: станция Жетыген - станция Шелек и станция Шелек - станция Алтынкол нет необходимости, так как длина этих участков трассы ВОЛС ещё меньше и соответственно в ходе расчётов, длины регенерационных участков получатся ещё больше. В нашем случае сигнал будет регенерироваться в помещениях ОРП размещённых на станциях Жетыген и Курозек [19].

4.2 Определение суммарных потерь в оптическом тракте

Оптическая линия связи соединяет оптические интерфейсы. В состав оптической кабельной системы входят все компоненты, обеспечивающие оптическое соединение передатчика одного интерфейса с приемником другого:

- оптический кабель;

- соединительные шнуры;

- оптические переключатели;

- разъемные соединители;

- неразъемные соединители.

При прохождении каждого из этих элементов оптический сигнал испытывает определенные потери. На компенсацию потерь в оптическом кабеле расходуется только часть энергетического потенциала приемопередатчиков оптических трансиверов. Оставшийся резерв распределяется на потери в неразъемных соединителях, коннекторах промежуточных и оконечных оптических кроссов, энергетический запас и так далее. В процессе проектирования следует учитывать требования стандартов к кабельным системам [16].

Параметры полной совокупности элементов кабельной системы должны удовлетворять следующему неравенству:

, (4.6)

где - общая длина отрезка оптического кабеля j - того типа, причем:

?L_j=L - длина оптического тракта, км, км; - коэффициент затухания оптического кабеля j - того типа, ; - потери при переходе с волокна с одним диаметром сердцевины на волокно с другим диаметром или при соединении волокон с одинаковым диаметром сердцевины, но с различной числовой апертурой; - количество точек перехода; - энергетический запас, принимаемый обычно равным 2-3 дБ и расходуемый в процессе эксплуатации волоконно-оптического канала связи на старение элементов, введение сростков новых неразъемных соединителей при ремонтах, модернизациях и т.д.; - энергетический потенциал аппаратуры, дБ.

1) Потери в оптическом кабеле.

Потери в ОК зависят от его длины и коэффициента затухания и указаны в таблице 2.1.

2) Потери в неразъемных соединителях [11].

В процессе создания и эксплуатации оптического тракта может возникнуть необходимость сращивания отдельных сегментов оптического кабеля. Обычно оно выполняется в виде неразъемных соединителей (сростков), которые изготавливаются с помощью сварочного аппарата или с использованием механических сплайсов. Потери в сростках при использовании сварочного аппарата () Fujikura FSM-11S SpliceMate - для волокна NZDSF составляют 0,02 дБ. Количество сварных швов:

= 76\6=12

3) Потери в разъемных соединителях.

Разъемные соединители применяются в оконечных разделочных муфтах и 19-дюймовых полках, а также в промежуточных кроссах. Потери в выбранных нами разъемных соединителях FibrlockTM11 составляют 0,2 дБ.

В результате, получим:

дБ.

В итоге 19,2<44, следовательно, условие (4.1) выполняется.

4.3 Расчет полного запаса мощности системы

Энергетический потенциал с учетом потерь на ввод и вывод энергии из волокна, или полный запас мощности системы, дБ, можно определить по формуле:

(4.7)

где: - уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ 2 дБм; , - потери в разъёмных соединениях на оптическом кроссе; - чувствительность приёмника, -42 дБм.

дБ

4.4 Расчет энергетического запаса

Энергетический запас системы определяют как разность между полным запасом мощности (4.7) и суммарным затуханием (3.4). Значение энергетического запаса работоспособной системы должно быть положительным [3].

(4.8)

где: - энергетический потенциал, 43,6 дБ; - суммарные потери регенерационного участка, 4,042 дБ.

Получим:

дБ

4.5 Определение отношения сигнал/шум или вероятности ошибки на данном участке

Отношение сигнал/шум или вероятность ошибки, отводимые на длину регенерационного участка, для цифровой волоконно-оптической системы связи определяется по формуле:

(4.9)

где - вероятность ошибки приходящаяся на 1 км оптического линейного тракта: (для магистральной сети 10^-11, для внутризоновой 1,67·10^-10, для местной 10^-9).

Для проектируемой ВОЛС:

4.6 Определение уровня передачи мощности оптического излучения на выходе передающего оптического модуля (ПОМ)

Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ (предающего оптического модуля), определяется по формуле:

, дБм (4.10)

где Р_с - уровень средней мощности оптического сигнала на выходе источника излучения; ДР - снижение уровня средней мощности, зависящее от характера сигнала (для кода NRZ 3дБ, для RZ 6дБ). В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т линейным кодом транспортных систем SDH является код NRZ [5].

В качестве передающего оптического модуля, выберем лазерный диод серии ML920J11S01, фирмы Mitsubishi. Это высококачественные, одночастотные (DFB - Distributed Feedback, на рус. РОС - с распределённой обратной связью) лазерные диоды, изготовленные на основе квантоворазмерных гетероструктур с интегрированной Брэговской решеткой. Они являются оптимальными источниками излучения для магистральных цифровых волоконно-оптических систем передачи информации, гибких оптических мультиплексоров, SDH-оборудования уровня STM-1/STM-4.

Рисунок 4.1 - Лазерный диод ML920J11S01 фирмы Mitsubishi.

Таблица 4.1 - Технические характеристики лазерного диода ML920J11S01

Параметр	Значение
Длина волны:	1550нм
Ширина спектра излучения	1 нм
Тип лазерного диода:	DFB
Рабочая скорость:	до 2,5 Гб/с
Мощность излучения на выходе:	5 дБм
Напряжение питания:	1,1/1,5В
Тип оптического разъема:	FC, ST, SC, LC
Тип оптического волокна:	DSF/NZDSF

Из технических характеристик лазерного диода ML920J11S01 (таблица 4.1) возьмем значение уровня мощности Р_с = 5 дБм.

Уровень передачи мощности оптического излучения на выходе ПОМ по формуле (4.10) равен:

дБм.

4.7 Определение уровня МДМ (порога чувствительности приемного оптического модуля - ПРОМ)

Одной из основных характеристик приёмника оптического излучения является его чувствительность, то есть минимальное значение обнаруживаемой (детектируемой) мощности оптического сигнала, при которой обеспечиваются заданные значения отношения сигнал/шум или вероятность ошибок [8].

Абсолютный уровень МДМ (порог чувствительности ПРОМ) определяется по формулам:

для pin-фотодиода

(4.11)

для лазерного диода:

(4.12)

дБм

4.8 Определение быстродействия системы

Выбор типа ОК может быть оценён расчётом быстродействия системы и сравнением его с допустимым значением.

Быстродействие системы определяется инертностью её элементов и дисперсионными свойствами ОК [9].

Полное допустимое быстродействие системы определяется скоростью передачи В, бит/с, способом модуляции оптического излучения, типом линейного кода и определяется по формуле:

, нс (4.13)

где - коэффициент, учитывающий характер линейного сигнала (вид линейного кода), для кода NRZ.

t_доп = нс.

Общее ожидаемое быстродействие ВОСП определяется по формуле:

t_ож= 1,111, нс (4.14)

где t_пер - быстродействие передающего оптического модуля (ПОМ), зависящее от скорости передачи информации и типа источника излучения; t_пер = 0,2 нс; t_пр - быстродействие приёмного оптического модуля (ПРОМ), определяемое скоростью передачи информации и типом фотодетектора (ФД), t_пр = 0,1 нс; t_ов - уширение импульса на длине РУ, которое определяется по формуле:

, (4.15)

где - дисперсия, определяемая в зависимости от типа волокна.

нс,

нс,

Так как t_ож = 0,77 нс < t_доп= 1,1 нс, то выбор типа кабеля и длины РУ сделан верно. Величина называется запасом по быстродействию.

нс

При t_ож < t_доп станционное и линейное оборудование ВОЛП будут обеспечивать безыскажённую передачу линейного сигнала.

4.9 Расчет надежности системы

По теории надежности отказы рассматриваются как случайные события. Интервалом времени от момента включения до первого отказа является случайной величиной, называемой "время безотказной работы" [18].

Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0…. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - равна:

(5.20)

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов , представляющая собой условную плотность вероятности отказов в момент , при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями и существует взаимосвязь.

. (4.16)

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае:

. (4.17)

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени [20].

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины "время безотказной работы".

час^-1 . (4.18)

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

; (4.19)

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов.

Пусть , ,… - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, n- количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов:

, (4.20)

где - интенсивность отказов системы, час^-1; - интенсивность отказа i-го элемента, час^-1.

Среднее время безотказной работы системы определяется:

, час. (4.21)

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых систем относится коэффициент готовности, который определяется по формуле:

; (4.22)

где - среднее время восстановления элемента (системы), он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени [13].

Линейный тракт, в общем случае, состоит из последовательно соединенных элементов (кабель, НРП, ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт), каждый из которых характеризуется своими параметрами надежности, и отказы в первом приближении происходят независимо, поэтому для определения надежности магистрали можно использовать приведенные выше формулы.

В нашем случае линейный тракт состоит из последовательно соединенных участков кабеля и мультиплексоров (ОРП). При проектировании ВОЛС должна быть рассчитана ее надежность по показателям:

коэффициент готовности и наработка на отказ. При этом полученные данные должны сопоставляться с показателями надежности для соответствующего типа сети: местная, внутризоновая, магистральная.

коэффициент готовности оборудования линейного тракта для внутризоновой линии максимальной протяженности = 1400 км должен быть больше 0,99; наработка на отказ должна быть более 350 часов (при времени восстановления ОРП или оконечного пункта (ОП) менее 0,5 часа и времени восстановления оптического кабеля менее 10 часов).

Интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля:

; (4.23)

где - интенсивности отказов НРП и ОРП; - количество НРП и ОРП; - интенсивность отказов одного километра кабеля; L - протяженность магистрали.

А так как участки кабельной магистрали не содержат НРП, а регенерация происходит в зданиях ОРП, то интенсивность отказов НРП не учитываем. Расчёт так же будем производить для самого большого по протяжённости участка проектируемой станция Жетыген - станция Шелек [19].

Средняя по Казахстану интенсивность отказов 1 км оптического кабеля равна =3,8810^-7 час^-1. Согласно техническому описанию, наработка на отказ мультиплексора аппаратуры OptiX 1500 равна 10 годам или 87600 часов, откуда интенсивность отказов будет равна .Значения необходимых для расчетов параметров возьмем из таблицы 4.1.

Таблица 4.2 - Показатели надежности

Показатели надёжности	ОРП	Кабель на 1 км
Интенсивность отказов , 1/ч	10-7	3,8810-7
Время восстановления повреждения,tв, ч	0,5	10,0

.

Определим среднее время безотказной работы линейного тракта:

.

Вероятность безотказной работы в течение суток часа:

.

В течение недели часов:

.

В течение месяца часов:

.

В течение года часов:

.

Рассчитаем коэффициент готовности. Предварительно найдем среднее время восстановления связи по формуле:

,ч (4.24)\

где - время восстановления соответственно НРП, ОРП и кабеля.

.

Теперь найдем коэффициент готовности:

.

Расчёты вероятности безотказной работы занесём в таблицу 4.3

Таблица 4.3 - Данные расчета вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы	Интервал времени t, ч
	0	24	168	720	8760
Р(t)	1	0,9993	0,9917	0,9564	0,7180

Выводы по 4 главе

В 4 главе провели анализ волоконно-оптической линии связи. Выбрали наиболее эффективный способ волоконно-оптического кабеля на железнодорожном транспорте. Для выбора параметров кабеля сделали соответствующие расчеты. Так же рассчитали поток информации передаваемый по кабелю. Провели расчет регенерационных участков. В результате расчетов можно сделать вывод, что проектируемая кабельная магистраль, способна выполнять заданные функции с необходимым качеством [16].

5. Охрана труда и экологическая безопасность при организации кабельных линий связи

5.1 Техника безопасности при техобслуживании ВОЛС

Правила предосторожности и безопасности, которые в соответствии с действующим положением должны быть соблюдены во время выполнения работ по техобслуживанию отдельных элементов ВОЛС, указаны в технической документации на каждый вид оборудования [25].

Особенностями по безопасности работ с оборудованием ВОЛС являются:

- Наличие невидимого и потенциально опасного для глаз человека лазерного излучения на оптических выводах мультиплексоров и волоконно-оптического кабеля (ВОК), подключенного к источникам оптического излучения, с длиной волны 1,55 или 1,31 мкм;

- Особенности работы с волоконно-оптическим кабелем: недопустимо работать с ВОК с металлической броней во время грозы, а также необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с оптическим волокном. Необходимо тщательно утилизировать отходы оптических жил после сварки оптических волокон из-за недопустимости их попадания в живые организмы;

- При работе с оборудованием необходимо соблюдать меры защиты оборудования от статического электричества (применять антистатическое покрытие пола, заземляющие браслеты, халаты из хлопчатобумажной ткани). Перед проведением измерений на оборудовании необходимо заземлять измерительные приборы.

Для предотвращения поражения лазерным лучом при случайном размыкании канала (например, при обрыве волоконно-оптического кабеля) каждое линейное оконечное устройство и линейный регенератор оборудованы схемой безопасной отсечки лазера, которая автоматически отключает лазерный передатчик неисправной секции.

Если на протяжении 500 мс. или более сигнал на оптическом приемнике отсутствует, то соответствующий лазерный приемник на дальнем конце автоматически выключается. Также выключается поврежденная регенерационная секция. Затем система пытается запустить передатчик на 2 секунды с интервалом 70 секунд. Если приемник принял переданный сигнал, то лазерный передатчик автоматически переходит в режим непрерывной работы.

Запрещается работать с оборудованием лицам, имеющим квалификационную группу по электробезопасности ниже третьей и не прошедших проверку знаний по технике безопасности.

Замену блоков, отключение разъемов и осмотр монтажа стоек необходимо производить при отключенном напряжении питания, если в конструкции оборудования не предусмотрена возможность проведения этих операций без отключения напряжения питания.

Замену перегоревших предохранителей на блоках питания стоек необходимо производить только при отключенном напряжении питания. Замену предохранителей необходимо производить в строгом соответствии с их номиналами, указанными гравировкой на лицевых панелях. Запрещается использование самодельных предохранителей [13].

Запрещается при поданном напряжении питания производить в аппаратуре пайку, а также чистку пыли внутри блоков.

Все производственные помещения должны быть снабжены необходимым противопожарным инвентарем и планом экстренного вывода персонала при пожаре.

При работе с оптическим волокном, его отходы при разделке (сколе) необходимо собирать в отдельный ящик, и после окончания монтажа освободить ящик в отдельно отведенном месте или закапывать отходы в грунт. Следует избегать попадания остатков оптического волокна на одежду. Работу с ОВ следует проводить в клеенчатом фартуке.

Рабочее место и пол после разделки ОВ следует обработать пылесосом и затем протереть мокрой тряпкой. Отжим тряпки следует производить в плотных резиновых перчатках.

5.2 Техника безопасности при монтажных работах ВОЛС

С целью обеспечения безопасности строительно - монтажных работ необходимо выполнение следующих требований:

- До начала работ корпус монтажно-измерительной лаборатории (машины или модуля) должен быть заземлен. Сварочный аппарат должен быть соединен заземляющим проводником с клеммой заземления, установленной на монтажном столе.

- Заземляющие проводники от заземлителя и заземляемого оборудования следует подключать к болтам и клеммам, обозначенным маркировочными знаками заземления.

- При выполнении работ в монтажно-измерительной лаборатории или модуле следует руководствоваться маркировкой клемм и гнезд токораспределительных устройств, свидетельствующей о подводимом напряжении и его полярности.

- При движении лаборатории на, размещённой в автомобиле, или транспортировании модуля находящаяся в них монтажно-измерительная аппаратура, приспособления и установочные устройства должны быть надежно закреплены, двери закрыты на замки.

Монтаж кабеля в салоне монтажно-измерительной лаборатории на автоходу или в модуле допускается производить при наличии двух ручных огнетушителей, которые должны быть заряжены, проверены и опломбированы.

- В процессе обработки волокон перед соединением и при монтаже коннекторов необходимо пользоваться защитными очками. Целесообразно применять очки с увеличительными стеклами. Работу по монтажу ВОК необходимо проводить в клеенчатом фартуке. Следует избегать попадания частиц оптического волокна на одежду.

- Рабочее место и пол после монтажа ВОК следует обработать пылесосом и затем протереть влажной салфеткой или влажной тканью (ветошью). Салфетку или ткань (ветошь) после протирки рабочего места следует положить в специальный контейнер.

- Запрещается использование сварочного аппарата, не снабженного паспортом, инструкцией по применению и сертификатом безопасности.

- При монтаже кабельных муфт, содержащих термоусаживаемые изделия, для их усадки следует пользоваться, как правило, специальными электрофенами.

- Запрещается пользоваться внутри салона автомобиля и модуля или в палатке легковоспламеняющимися, самовозгорающимися материалами, а также хранить и применять взрывчатые материалы и взрывоопасные устройства.

- Обрезки и осколки волокон следует складывать в специальный контейнер (например, бутылку с завинчивающейся пробкой). Осколки из контейнера должны ссыпаться в пластмассовый пакет, помещаемый в емкость для мусора с надписью: "Содержит осколки стекла". При выемке пакета из емкости его следует поместить во второй пакет. Пакеты с обрезками и осколками волокон следует складывать в специально отведенном месте.

- Категорически запрещается принимать пищу в местах работы с ВОК. Нельзя допускать, чтобы частицы волокон попадали на пол, на одежду, подхватывались потоком воздуха, так как это может вызвать повреждение открытых частей тела и дыхательных путей.

- Отходы кабеля (за исключением оптических волокон) и отработанную ветошь следует складывать в специальную тару, которую необходимо опорожнять в установленном администрацией месте.

- Сварочные аппараты, измерительные приборы и электроинструменты можно применять только при наличии исправных шнуров для подключения к сети электропитания.

- Очистители, применяемые для удаления гидрофоба с оптических волокон и для смывания загрязнений с рук, инструментов, приспособлений и оболочек кабелей, должны иметь паспорта. Использование очистителей без паспортов запрещается [25].

- При выполнении работ по монтажу и измерению кабелей следует пользоваться очистителями, находящимися в специальных емкостях или в аэрозольной упаковке.

- Для очистки оптического волокна при монтаже и очистки разъемов предпочтительным является применение пропитанных изопропиловым спиртом (изопропанолом) безворсовых салфеток и помазков. Следует избегать вдыхания паров изопропилового спирта и попадания его на кожу.

- Для защиты спецодежды от загрязнения клеящими составами и их компонентами необходимо применять нарукавники и фартуки из пленочных пластмассовых материалов. Руки следует защищать резиновыми перчатками двухслойными с льняным или хлопчатобумажным нижним слоем, защитными пастами и мазями (ХИОТ-6, мазь Селисского, "Ялот" и др.).

- При выполнении работ по монтажу кабелей во всех случаях в перерывах для принятия пищи и после работы, следует снять спецодежду и обязательно вымыть руки с мылом, если работа велась с припоем, содержащим свинец, перед приемом пищи, курением и по окончании работы необходимо тщательно вымыть руки теплой водой с мылом, предварительно ополоснув их 1%-ным раствором уксусной кислоты.

- Оставлять без присмотра зажженную паяльную лампу или газовую горелку запрещается. При обнаружении неисправностей (утечек газа, бензина и др.) следует немедленно прекратить работу.

- Газовые горелки не должны иметь утечек газа. Соединение горелки с баллоном должно осуществляться через редуктор, регулирующий давление газа, шлангом, не имеющим повреждений. Плотность соединения шланга с баллоном следует проверять с помощью мыльной воды.

- Для работы должны применяться горелки с исправными баллонами, обеспечивающие ровное горение газа синеватым пламенем без красных или желтых оттенков и полное сгорание газа без перебоев и копоти. При соединении или отключении шланга от газового баллона вентили редуктора и горелки должны быть закрыты. Газовые баллоны следует закреплять в вертикальном положении, не допускать их падения и ударов по корпусам.

При пользовании газовыми горелками запрещается:

- работать при наличии хотя бы незначительных утечек газа;

- оставлять без присмотра зажженную горелку;

- проверять плотность соединений с помощью открытого огня. По окончании работы следует сначала закрыть вентиль редуктора. Вентиль на горелке можно закрыть только после прекращения горения газа. После отсоединения от шланга на баллон должен быть надет колпак.

5.3 Мероприятия по пожарной безопасности

Правила пожарной безопасности на объектах связи разработаны Министерством связи и согласованы с главным управлением пожарной безопасности. Ответственным за соблюдением правил пожарной безопасности на предприятиях связи является руководитель в цехах, подразделениях, службах - их руководители, назначенные приказом по предприятию.

Причины пожаров при строительстве ВОЛС могут быть электрического или неэлектрического происхождения. С целью предупреждения пожаров электрического происхождения необходимо принимать следующие меры:

- вся электрическая проводка у машин, аппаратуры ЦСП, другого оборудования должна быть надежно изолирована, чтобы избежать коротких замыканий.

- все контакты в местах соединения проводов должны быть надежно закреплены и затянуты гаечным ключом, чтобы избежать нагрева плохого контакта до опасно высоких температур.

- сварочные работы с ВОК необходимо проводить при работающей вытяжной вентиляции, чтобы избежать возгорания горючих газов и паров, причиной которого может быть дуговой разряд.

- зарядку автомобильных аккумуляторных батарей необходимо проводить исправными зарядными устройствами в специально отведенных местах, оснащенных вентиляцией, чтобы избежать взрыва смеси водорода и кислорода.

С целью предупреждения пожаров неэлектрического происхождения необходимо принимать следующие меры:

- строго соблюдать технику безопасности при работе с паяльником и газовой горелкой.

- запрещается проводить заправку техники с работающими двигателями, курить во время заправки.

- вся техника и места для курения должны быть оборудованы огнетушителями. При этом тушение аппаратуры, находящейся под напряжением можно осуществлять только углекислотными огнетушителями, например, ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8 емкостью соответственно 2; 5 и 8 литров. Они проводятся в действие вручную. Эти огнетушители предназначены для тушения небольших очагов пожаров.

- горюче-смазочные материалы необходимо хранить в плотно закрытой таре [12].

5.4 Расчёт коэффициентов условий труда работников Кокшетауской дистанции сигнализации и связи

Оценим эффективность организации труда работников участка дистанции сигнализации и связи (ШЧ), с использованием коэффициентов уровня организации рабочих мест К_рм, безопасности К_бт и условий труда К_ут, трудоспособности К_тр, рациональности приемов и методов труда К_пт [15]

Среднесписочная численность работников ШЧ N_рб=220 человек, число рабочих мест в ШЧ n_м=149, число рабочих мест, не соответствующих требованиям безопасности труда, n_мн=5. В результате производственного травматизма потеряно n_пт=12 чел.дней в течение года; рабочее время, потерянное за год в результате травматизма и заболеваний, связных с профессиональной деятельностью, Т_пв=120 чел.дн. Нормативные затраты оперативного времени в течение смены составляют 80%, средние фактические затраты оперативного времени электромонтера ШЧ Т_оф=506 мин, сменный фонд рабочего времени Т_см=620 мин. Факторы, характеризующие условия труда работников ШЧ шести производственных подразделений, приведены в таблице 1.8. Определить возможный рост производительности труда в ШЧ при проведении мероприятий, позволяющих довести величину К_ут до 0,93.

...