Оптическая линия связи на участке Новый Ургал-Тында Дальневосточной железной дороги

- потери энергии на макроизгибы и микроизгибы составляющие кабельные потери.

пс/(км нм)

где - длина волны, мкм;

- относительная разность показателей преломления.

Подставив нужные значения в данные формулы, получаем:

Подставляем значение коэффициента удельной волновой дисперсии в основную формулу и получаем значение волновой дисперсии:

Полное же уширение импульса за счет материальной и волноводной дисперсий, приходящееся на 1 км оптической магистрали, определится:

, пс/(км нм)

Подставив нужные значения в данную формулу, получим:

Используя формулу (Гц км.) определяем максимальную ширину полосы пропускания на 1 км оптической линии. После подстановки нужных значений в данную формулу, получим:

8. Расчет волнового сопротивления и скорости передачи по световодам

Волновое сопротивление волоконного световода может быть представлено через компоненты электромагнитного поля. Мы воспользуемся предельными значениями волнового сопротивления сердечника и оболочки для плоской волны. Воспользуемся интервалом:

, Ом

где - волновое сопротивление идеальной среды,

- относительная магнитная проницаемость, , Гн/м;

- относительная диэлектрическая проницаемость,

, Ф/м

После всех подстановок, получаем величину волнового сопротивления:

Исходя из основного уравнения передачи, коэффициент фазы находится в пределах

, рад/км

где - волновое число оболочки;

- волновое число сердечника.

Волновое число идеальной среды k₀ рассчитывается по формуле:

,

где - угловая частота, 1/с;

- длина волны, мкм.

Исходя из этого фазовая скорость рассчитывается по формуле:

, км/с

где - коэффициент фазы.

При больших значениях длин волн, близких к критической, энергия распространяется в оболочке с фазовой скоростью , при уменьшении длины волны вся энергия концентрируется в сердечнике, которой соответствует скорость распространения .

Подставив соответствующие значения величин, получаем:

С увеличением длины волны фазовая скорость уменьшается от значения скорости в оболочке до значения скорости в сердечнике световода. Скорость распространения волны по световоду всегда меньше скорости света.

Групповая скорость распространения по световоду определяется выражением:

. км/с

Подставив соответствующие значения величин в вышеуказанную формулу, получим следующее значение:

9. Определение длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры передачи определяется характеристиками оптического кабеля: затуханием и дисперсией. Затухание лимитирует длину участка по потерям в тракте передачи. Дисперсия приводит к расширению импульсов, которое возрастает с увеличением длины линии.

Уровень оптического сигнала с увеличением расстояния от начала регенерационного участка уменьшается и определяется по графику, представленному в методических указаниях. Из данного графика следует:

где _. - минимально допустимая мощность на входе

фотоприемника, дБ м;

- уровень мощности генератора излучения, дБ м;

- потери в разъемном соединении используются для

подключения приемника и передатчика к оптическому

кабелю, дБ;

- потери при вводе и выводе излучения из волокна, дБ;

- потери в неразъемных соединениях, дБ;

- коэффициент ослабления оптического волокна, дБ/км;

- строительная длина оптического кабеля, км.

Из последующего выражения можно определить длину регенерационного участка, определяемого затуханием линии:

 км,

Величина носит название энергетического потенциала аппаратуры и определяется типом источника излучения и фотоприемника. Она равна 53 ( П=53 ).

После всех подстановок, получаем длину регенерационного участка:

В данном случае длина регенерационного участка определяется по величине затухания.

Рассмотрим способ определения длины регенерационного участка по пропускной способности оптического кабеля.

Дисперсионные явления в волоконном световоде приводят к появлению межсимвольной интерференции, для уменьшения которой необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:

где В - скорость передачи информации;

- уширение импульса в кабеле длиной 1 км.

Тогда длина регенерационного участка определится:

, км

Подставив соответствующие значения величин в вышеуказанную формулу, получим следующее значение:

За основу берем меньшую длину регенерационного участка, следовательно значение величины участка регенерации составит:

10. Строительство волоконно-оптической линии связи

При строительстве волоконно-оптических линий связи выполняются следующие работы: разбивка линии; доставка кабеля и материалов на трассу; испытание и прокладка кабеля; монтаж кабеля и устройств ввода.

При прокладке кабеля в полевых условиях кабель укладывается непосредственно в землю или подвешивается на опорах контактной сети.

До начала поступления кабеля на строительство ВОЛС должны быть выполнены работы по обследованию будущих трасс прокладки оптического кабеля, определению мест и помещения для проведения входного контроля кабелей.

После окончания электрических измерений оптические волокна соединяются последовательно методом сварки, для образования шлейфа, по которому при механизированной прокладке будет контролироваться целостность кабеля. Затем концы кабеля герметично заделывают и барабан с проверенной строительной длиной отправляется на трассу.

Так же проводится группирование строительных длин в пределах регенерационного участка, которое осуществляется по конструктивным данным и передаточным параметрам оптического кабеля: затуханию и дисперсии.

Группирование состоит в поиске такого варианта соединения волокон, при котором достигается ослабление случайных составляющих заданного параметра передачи волокна, т.е. приближение его значения к среднему во всех оптических регенерационных участках ВОЛС.

Известны два варианта системы прокладки оптических кабелей:

- традиционная схема прокладки;

- специализированная схема прокладки (созданная специально для ОК).

При традиционной системе прокладки (кабельные барабаны располагаются сзади трактора) кабель подается непосредственно с барабана в кассету без изгибов и не испытывает дополнительных напряжений.

При специализированной системе прокладки (кабельный барабан монтируется спереди трактора) кабель проходит над кабиной трактора через квадратную конструкцию с роликами или направляющими трубками, а затем через блок с гидроприводом, обеспечивающий размотку кабеля с барабана и подачу его в кассету. Кабель совершает один полный виток вокруг блока, скорость вращения которого должна превышать линейную скорость перемещения базового трактора. Все ролики или направляющие приспособления в системе, вызывающие изменения направления прохождения кабеля, должны соответствовать минимальному допустимому радиусу изгиба данного кабеля. Допустимый минимальный радиус изгиба оптического кабеля должен в 20 раз превышать диаметр кабеля.

Траншейная прокладка оптического кабеля в грунт аналогична прокладке электрических кабелей. Однако при прокладке ОК необходимо соблюдать большие меры предосторожности, обеспечивающие допустимые пределы растяжения, изгибов, закручивания и истирания кабеля.

Сравнивая траншейный способ прокладки с прокладкой кабелеукладчиком, следует отдать предпочтение последнему. Прокладка кабеля с помощью кабелеукладчика более производительна и сокращает трудоемкость в 10-20 раз. При использовании кабелеукладчика практически одновременно производится образование траншеи, размотка и укладка кабеля. Поэтому траншейный способ применяется лишь там, где использование кабелеукладчика невозможно по условиям местности. Траншея отрывается механизмом (экскаватором) или вручную.

Размещение оптического кабеля в пластмассовом трубопроводе позволяет повысить механическую прочность и влагостойкость кабеля, не обладающего наружными металлическими покровами, и защитить его от грызунов.

Предварительно пластмассовый трубопровод диаметром 40 или 50 мм укладывается в траншею на глубину 1,2 м традиционным способом. Операция по затягиванию оптического кабеля в трубопровод проводится таким же способом, как в случае прокладки электрических кабелей в кабельную канализацию. Вначале протягивается трос, а затем прикрепленный к нему кабель. При прокладке в трубопровод кабель предварительно смазывается. Затяжка кабеля в трубопровод производится в направлении, противоположном направлению прокладки трубопровода. В точках размещения сростков необходимо оставлять достаточный запас кабеля для последующего сращивания вне котлована.

При прокладке оптического кабеля вдоль электрифицированных железных дорог широкое применение получил способ подвески кабеля на опорах контактной сети. При этом кабель испытывает большие растягивающие усилия, поэтому в его конструкцию должны входить дополнительные силовые элементы или использовать самонесущий кабель. Кроме того, широкое распространение получил способ подвески оптического кабеля прикрепленного к несущему тросу.

Расчет механической прочности.

Механическую прочность принято выражать через нагрузки, действующие на ОК (удельные нагрузки).

В расчете используют следующие виды удельных нагрузок.

1. Удельная нагрузка от силы тяжести (собственного веса) оптического кабеля

, н/м³

где - удельная масса оптического кабеля, кг/м;

- площадь поперечного сечения кабеля, м²;

- ускорение свободного падения, = 9,81 м/с².

2. Удельная нагрузка от наличия на воздушных конструкциях льда при гололеде

, н/м³

где - толщина стенки льда на кабеле, м (5-20 мм в

зависимости от метеорологических условий местности);

- плотность льда, = 900 кг/м³;

- наружный диаметр оптического кабеля, м.

3. Удельная нагрузка от силы тяжести оптического кабеля и силы тяжести отложившегося на нем льда

. н/м³

4. Удельная нагрузка от давления ветра на воздушные конструкции при отсутствии гололеда

, н/м³

где - скорость ветра, м/с.(10м/с).

5. Удельная нагрузка от давления ветра на оптический кабель, покрытый гололедом

, н/м³

где - скорость ветра при гололеде, м/с.(5м/с).

6. Удельная нагрузка от силы тяжести оптического кабеля и давления ветра при отсутствии гололеда

. н/м³

7. Удельная нагрузка от силы тяжести оптического кабеля, льда и давления ветра на воздушные конструкции, покрытые гололедом

. н/м³

Целью расчета является определение напряжения растяжения в оптическом кабеле

, Мпа

где - длина пролета, м;

- суммарная удельная нагрузка (₆ или₇), Мн/м³;

- стрела провеса оптического кабеля в пролете, м

11. Монтаж оптического кабеля

Монтаж оптических кабелей является наиболее ответственной операцией, которая определяет качество и дальность связи по ВОЛС. Соединение волокон и монтаж кабелей производятся как в процессе производства, так и при строительстве и эксплуатации кабельных линий.

Монтаж подразделяется:

1) Постоянный (стационарный) [выполняется на стационарных кабельных линиях, прокладываемых на длительное время].

2) Временный (разъемный) [выполняется на мобильных линиях, где приходится неоднократно соединять и разъединять строительные длины кабелей].

Соединители оптических волокон, как правило, представляют собой арматуру, предназначенную для юстировки и фиксации соединяемых волокон, а также для механической защиты сростка.

При монтаже оптической магистрали осуществляется неразъемное соединение отдельных строительных длин кабеля.

Соединение оптических волокон осуществляется следующим образом:

До начала соединения двух волокон требуется некоторая подготовка торцов волокон, которая заключается в удалении первичного защитного покрытия волокон с последующей заготовкой гладкого их торца путем скалывания или полировки. Для удаления первичного покрытия с волокна можно использовать химические и механические способы зачистки. Для химической зачистки применяются растворители красок, которые содержат в качестве активного вещества метилен хлорид. Подготовку торца волокна с нанесением царапины и последующим разломом называют скалыванием. Для нанесения царапины используется алмазное лезвие. После нанесения царапины волокно растягивается и скалывается. Обе эти операции можно выполнить с помощью специального устройства. Зачищенное волокно вставляют в данное устройство, зажимают его, давлением на рычаг царапают волокно, захватывая и растягивая его зажимом ломают. Качество скола торца волокна зависит от скалывающего устройства и опыта оператора.

Сращивание оптических волокон в полевых условиях осуществляется методом сварки.

Сварка заключается в местном нагреве границы раздела двух состыкованных и предварительно отцентрированных торцов волокон, в результате которого волокна сплавляются друг с другом. В качестве источника энергии используется электрическая дуга, возникающая между электродами, пламя газовой горелки или лазер. Наибольшее распространение получила электрическая дуга, поскольку она позволяет довольно просто регулировать нагрев и работать в полевых условиях.

При сварке проделывают следующие операции:

1) Очищенные и сколотые торцы волокон зажимают на позиционных платформах с определенным зазором, который позволяет их центрировать вручную или автоматически.

2) После выравнивания производится скругление торцов волокон (предварительное оплавление) маломощной дугой, выжигая при этом посторонние вещества.

3) После этого увеличивают температуру дуги и нагретые торцы волокон сводят вместе, вдавливая друг в друга на определенную длину (длину хода сжатия). Вдавливание (обычно несколько микрон) предотвращает образование горловины в месте сращивания.

4) После вдавливания температуру дуги постепенно уменьшают до полного выключения установки.

5) Образовавшийся сросток подвергают проверочным испытаниям, затем восстанавливают защитное покрытие и, при необходимости, усиливают.

Монтаж оптического кабеля осуществляется в соединительных муфтах. Типовой порядок операций по разделке оптического кабеля и монтаже соединительных муфт заключается в следующем.

Концы сращиваемых ОК очистить от внешних загрязнений на длине около 3 метров при помощи ветоши, смоченной в бензине. При помощи ножовки и специальных кусачек, входящих в комплект монтажного инструмента, отделить от концов сращиваемых ОК отрезки по 1 метру. Раскрыть муфту и удалить из нее кассеты и другие съемные узлы, мешающие механическому закреплению в ней силовых элементов ОК. На расстоянии около 2 м от конца ОК определить место крепления муфты на оптическом кабеле. Это место на участке длиной 15-20 см должно быть зачищено шкуркой и тщательно обезжирено. Затем закрепить ОК в кабельном вводе муфты в строгом соответствии с Инструкцией по монтажу принятого вида муфт.

При помощи монтажного инструмента удалить внешнюю полиэтиленовую оболочку ОК на длину около 2 м, обнажив внешние силовые элементы (арамидные нити, стальные проволоки и т.д.). При помощи ветоши, смоченной в бензине удалить гидрофобный наполнитель. Монтажным ножом удалить внутреннюю полиэтиленовую оболочку ОК, обнажив модули с оптическими волокнами. Удалить гидрофобный наполнитель, промыв модули в бензине и протерев их ветошью.

Ввести в кабельные вводы муфты концы сращиваемых ОК на длину около 2 м. Закрепить в петле силовые элементы ОК в соответствующих крепежных узлах муфты. Излишки силовых элементов удалить.

С помощью специальных инструментов удалить модули на длине около 1 м, оголив оптические волокна. Салфеткой, смоченной в бензине, удалить гидрофобный наполнитель с поверхности оптических волокон. Закрепить концы оптических модулей на кассете в местах их крепления.

Руководствуясь цветом оптического модуля и цветом защитного покрытия стекловолокон, выбрать соответствующие оптические волокна от соединяемых строительных длин для сварки. На один из световодов надеть гильзу комплекта для защиты сварки (КДЗС). Соответствующим стриппером удалить защитное покрытие оптических волокон на длине около 60 мм, оголив собственно кварцевый волоконный световод. Салфеткой, смоченной в спирте, протереть концы кварцевых световодов до "скрипа".

Уложить одно из оптических волокон в устройство для скола таким образом, чтобы после скола зачищенная от защитного покрытия часть световода имела длину около 20 мм. Произвести скол световода и закрепить подготовленное оптическое волокно в зажиме аппарата для сварки световодов. При этом волокно должно быть установлено без перекосов, симметрично относительно электродов, и расстояние между торцами волокон должно составлять около 1 мм.

Произвести аналогичные операции для второго оптического волокна. В случае неудовлетворительного качества подготовки оптических волокон к сварке, подготовительные операции следует повторить.

12. Сметно-финансовый расчет

Сметная стоимость строительства оптической магистрали на участке проектирования определяется с учетом затрат на производство строительных работ, стоимости самого кабеля и расходов на его монтаж.

Кроме расходов, связанных непосредственно со строительством оптической магистрали, сметой предусматриваются также накладные расходы и плановые накопления в соответствующих размерах.

Смета на строительство ВОЛС на участке Новый Ургал-Тында Дальневосточной железной дороги.

3- эталонный световод (протяженность 3 метра);

4-эталонная соединительная розетка;

5-фотоприемник;

6-осцилограф.

I Этап:

tвых

II Этап: tвых