Światłowód przeznaczony jest do prowadzenia światła przez bardzo mały rdzeń szklany o niskim tłumieniu. Jednakże, gdy włókno jest zgięte lub odkształcone mechanicznie, część kierowanej mocy optycznej może wysunąć się z zamierzonej ścieżki propagacji. Rezultatem jestutrata zgięcia włókien, co może zmniejszyć margines łącza, a w poważnych przypadkach przyczynić się-do długotrwałej awarii mechanicznej.
Gięcie włókien jest zwykle omawiane w dwóch kategoriach:makrozgięcieImikrozgięcie. Makrozginanie obejmuje widoczną krzywiznę lub pętlę we włóknie lub kablu. Mikrozginanie polega na znacznie mniejszych, często mikroskopijnych odkształceniach wzdłuż osi włókna, spowodowanych miejscowym ciśnieniem lub naprężeniami mechanicznymi. Oba mogą zwiększać tłumienie, ale ich przyczyny, wygląd i metody kontroli są różne.
Makrozgięcie a mikrozgięcie: jaka jest różnica?
| Czynnik | Makrozgięcie | Mikrozgięcie |
|---|---|---|
| Skala | Stosunkowo duże, widoczne zagięcie lub pętla | Mikroskopijne lub bardzo małe odkształcenie osiowe |
| Typowe przyczyny | Ciasne prowadzenie, małe pętle, ostre rogi, nadmierne zaginanie zamknięć lub paneli | Lokalne ciśnienie, naprężenie powłoki, ciśnienie w strukturze kabla,-skurcz związany z temperaturą, zgniatanie lub naprężenia instalacyjne |
| Czy zwykle można to zobaczyć? | Często tak | Zwykle nie |
| Główny efekt optyczny | Promieniowanie kierowanej mocy optycznej, gdy zakręt staje się zbyt ciasny | Sprzężenie modów spowodowane małymi zakłóceniami, z pewnym sprzężeniem mocy optycznej w modach promieniowania lub płaszcza |
| Typowa wskazówka diagnostyczna | W przypadku ciasnego zakrętu może pojawić się zlokalizowane zdarzenie straty | Może wyglądać jak rozproszona nadmierna strata na dłuższym odcinku, a nie na jednym oczywistym fizycznym zakręcie |
| Profilaktyka pierwotna | Przestrzegaj podanego promienia zgięcia i prawidłowo poprowadź kabel | Ciśnienie sterujące, konstrukcja kabla, zachowanie powłoki, naprężenia temperaturowe i siły montażowe |
To rozróżnienie jest przydatne przy rozwiązywaniu problemów, ale w rzeczywistych systemach kablowych te dwa mechanizmy mogą się nakładać. Nieprawidłowa instalacja może spowodować zarówno widoczne ciasne zgięcie, jak i mniejsze odkształcenia- wewnątrz kabla.
Co to jest strata makrozginania?
Makrogęcie ma miejsce, gdy światłowód lub kabel-optyczny jest prowadzony po krzywiźnie, która jest zbyt wąska w stosunku do jego konstrukcji. Zakręt zmienia warunki, w których tryby prowadzone pozostają ograniczone. W miarę jak zagięcie staje się coraz ciaśniejsze, rosnąca część pola optycznego może promieniować od rdzenia, powodując dodatkowe tłumienie.
Typowym przykładem jest kabel krosowy owinięty wokół ostrego rogu wewnątrz stojaka, ramy dystrybucyjnej, obudowy złącza lub puszki ściennej. Podobne problemy mogą wystąpić, gdy nadmiar kabla jest przechowywany w pętlach o promieniu mniejszym niż zalecany przez producenta kabla.
Aby zapoznać się z praktycznym porównaniem produktów przeznaczonych do trudniejszych warunków trasowania, zobacz przegląd HengtongCharakterystyka strat-włókna G.657.
Dlaczego straty makrozginania zwiększają się przy dłuższych długościach fal?
Światłowód jednomodowy-z reguły staje się bardziej wrażliwy na zginanie przy dłuższych falach, ponieważ mod optyczny wnika głębiej w płaszcz. Zgięcie wpływa zatem na większą część pola optycznego, co powoduje słabsze zamknięcie, gdy promień zgięcia staje się mały.
PrądZalecenie ITU-T G.657wyraźnie zauważa, że optyczne straty zginania rosną wraz z długością fali. Z tego powodu wydajność makrozginania jest powszechnie określana przy 1550 nm i/lub 1625 nm, gdzie czułość zginania jest bardziej wymagająca niż około 1310 nm.
Ta zależność od długości fali jest ważna podczas rozwiązywania problemów. Zagięcie, które powoduje jedynie niewielką zmianę przy 1310 nm, może spowodować bardziej oczywistą stratę przy 1550 nm lub 1625 nm. ITU-T G.650.1 również zauważa, że straty na makrozgięciach silnie rosną wraz z długością fali i opisuje pomiary przy dłuższych falach stosowane do oceny strat-zginania światłowodu jednomodowego-.
Aby uzyskać szersze spojrzenie na kategorie-włókien jednomodowych i ich zamierzone zastosowania, Hengtong'sPorównanie G.652D, G.657A1 i G.657A2zapewnia użyteczny kontekst.
Minimalny promień zgięcia: dlaczego to ma znaczenie
Theminimalny promień zgięciato najmniejszy promień, na jaki-kabel światłowodowy powinien być zgięty w określonych warunkach. Nie jest to jeden uniwersalny numer dla każdego kabla optycznego. Prawidłowa wartość zależy od konstrukcji kabla, rodzaju włókna, średnicy kabla, warunków instalacji, obciążenia rozciągającego i danych kwalifikacyjnych producenta.
Powszechnie stosowaną praktyczną zasadą inżynierską jest wyrażanie promienia zgięcia jako wielokrotności zewnętrznej średnicy kabla. Wartości około 10-krotności zewnętrznej średnicy kabla są typowe dla niektórych warunków bez obciążenia lub pracy, podczas gdy instalacja pod napięciem ciągnącym może wymagać większego promienia. To tylko praktyczna zasada:Zalecane przez producenta promienie zgięcia przy montażu i działaniu powinny mieć pierwszeństwo.
Na przykład kabel 3 mm miałby promień 30 mm, gdyby zastosowano regułę 10× średnicy zewnętrznej-. Obliczenia tego nie należy traktować jako uniwersalnego wymagania dla każdego patchcordu 3 mm. Konkretny kabel może wymagać innej wartości w zależności od jego budowy i zastosowania.
Dlaczego promień zgięcia może wzrosnąć pod napięciem
Kabel pod napięciem ciągnącym przenosi już naprężenia mechaniczne. Jednoczesne zginanie go ciasno zwiększa lokalne naprężenia w kablu i włóknie. Dlatego w wielu specyfikacjach kabli rozróżnia się większepromień gięcia instalacjii mniejszyroboczy lub statyczny promień zgięciapo usunięciu obciążenia ciągnącego.
Dlatego dobra praktyka instalacyjna łączy kontrolę-promienia zgięcia z kontrolą-naprężenia rozciągającego. Hengtongaprzewodnik instalacji-kabla światłowodowegojest przydatnym odniesieniem przy planowaniu prowadzenia i obsługi kabli.
Co to jest strata mikrozgięciowa?
Mikrozgięcie spowodowane jest bardzo małymi, często niewidocznymi odchyleniami wzdłuż osi włókna. Odkształcenia te mogą powstać w wyniku nacisku otaczających elementów kabla, nierównych powierzchni styku, naprężeń powłoki, skurczu termicznego, zgniecenia, ciasnego mocowania lub innych zlokalizowanych sił mechanicznych.
Mechanizm jest dokładniej opisany jakosprzężenie trybówniż jako zmiana podstawowej różnicy-współczynnika załamania światła pomiędzy rdzeniem a płaszczem. Mikroskopijne zakłócenia mogą łączyć moc optyczną z modów kierowanych z innymi modami, w tym modami promieniowania lub płaszcza, co powoduje nadmierne straty.
To zachowanie było badane od dziesięcioleci w badaniach-włókien optycznych. JakiśArtykuł optyczny dotyczący strat na zginaniu w światłowodachopisuje mikrozginanie jako proces sprzęgania, który może redystrybuować moc pomiędzy modami kierowanymi i łączyć moc prowadzoną w mody promieniowane.
Co powoduje mikrozginanie w rzeczywistych kablach?
- Zlokalizowana kompresja:zaciski kablowe, opaski zaciskowe, zszywki, rolki lub otaczające je elementy kablowe mogą powodować skoncentrowany nacisk.
- Zmiana temperatury:różne zachowanie się rozszerzalności cieplnej lub kurczenia się szkła, powłok, buforów i materiałów kabla mogą powodować naprężenia we włóknie.
- Zachowanie powłoki lub bufora:nieodpowiedni system powłok lub zła kontrola wymiarów mogą spowodować przeniesienie niewielkich odkształceń na szkło.
- Ciśnienie okablowania:elementy wzmacniające, rurki, przędze lub inne elementy kabla mogą naciskać na włókno, jeśli struktura kabla jest słabo kontrolowana.
- Nieprawidłowa instalacja:zgniatanie,-zbyt mocne mocowanie lub wciskanie kabla w ograniczoną ścieżkę może powodować rozproszone mikrozgięcia.
Dlatego też powłoka z włókien odgrywa ważną rolę mechaniczną, oprócz ochrony powierzchni szkła. Więcej informacji można znaleźć w artykule Hengtonga na tematwpływ warstwy powłokowej na właściwości użytkowe włókien.
Czy można symulować mikrozginanie za pomocą papieru ściernego?
Umieszczenie włókna pomiędzy szorstkimi powierzchniami i wywarcie nacisku może zademonstrować podstawową ideę mikrozginania-wywołanego ciśnieniem. Należy to jednak opisać jakodemonstracja lub symulacja, a nie jako uniwersalna, znormalizowana metoda testowa.
TheReferencje stowarzyszenia Fiber Optic Association na temat makro- i mikrozgięćzauważa, że próbowano stosować papier ścierny, siatkę drucianą i podobne metody, ale ich wyniki nie były wystarczająco powtarzalne, aby można było ustalić ogólny standardowy test mikrozginania.
Do formalnej oceny makrozginania, znormalizowane metody wykorzystują kontrolowaną geometrię zgięcia, taką jak nawijanie włókna wokół trzpienia o określonym promieniu. ITU-T G.657 odwołuje się do metod IEC 60793-1-47 służących do oceny wydajności makrozginania.
Jak wygląda zginanie na śladzie OTDR?
Reflektometr optyczny-w dziedzinie czasu może pomóc w zlokalizowaniu problemów z instalacją, ale zapis należy interpretować ostrożnie. Zlokalizowane makrozgięcie może pojawić się w określonej odległości jako-nieodblaskowe zdarzenie utraty. Porównywanie śladów przy różnych długościach fal może być szczególnie przydatne, ponieważ utrata zgięcia jest zwykle bardziej wyraźna przy dłuższych falach.
Mikrozgięcia mogą być trudniejsze do wyizolowania, ponieważ mogą być rozłożone na odcinku włókna, a nie skupione w jednym wyraźnie widocznym zgięciu. Rozproszone naprężenia mogą zwiększyć nachylenie lub widoczną stratę na długości włókna. Wynik nie powinien być automatycznie oznaczony jako mikrozgięcie bez sprawdzenia historii kabla, zależności od długości fali, zdarzeń na złączach, jakości spawów i konfiguracji OTDR.
Jeśli potrzebujesz odświeżenia interpretacji śladów, zobacz HengtongaZasada testowania OTDR. Stowarzyszenie Fibre Optic Association zauważa również, że nadmierne naprężenie lub zbyt ciasne zagięcie może pojawić się na OTDR jako zdarzenie powodujące utratę w nieoczekiwanym miejscu.
Jak zginanie-niewrażliwego włókna zmniejsza straty makrozginania
Światłowód jednomodowy-niewrażliwy na zginanie został zaprojektowany tak, aby zapewniał lepsze zamknięcie optyczne przy małych promieniach zgięcia niż światłowód konwencjonalny. Nie należy go opisywać jako posiadającego jedną uniwersalną konstrukcję wewnętrzną. Producenci stosują różne profile-współczynnika załamania światła i podejścia projektowe, aby osiągnąć wymaganą wydajność zginania przy jednoczesnym zachowaniu kompatybilności i charakterystyki transmisji.
ITU-T G.657 to kluczowa międzynarodowa rekomendacja dotycząca zginania-niewrażliwych-strat światłowodów i kabli jednomodowych. Wydanie 2024 definiuje kategorie wydajności, w tym G.657.A1, G.657.A2 i G.657.B3, z różnymi wymaganiami dotyczącymi makrozginania przy określonych promieniach zgięcia, długościach fal i liczbie zwojów.
Na przykład norma określa limity makrozginania-włókna nieokablowanego w określonych warunkach laboratoryjnych. Wartości te są specyficzne dla-kategorii i nie należy ich interpretować jako obietnicy, że każdy ukończony kabel będzie mógł zostać zgięty do tego samego promienia w każdej instalacji. Konstrukcja kabla może albo ograniczać, albo modyfikować rzeczywiste zagięcie, jakiego doświadcza włókno.
Hengtong oferuje kilka opcji światłowodów G.657, w tymŚwiatłowód jednomodowy G.657.A2-do zastosowań, w których wymagana jest lepsza wydajność zginania.
Jak zapobiegać utracie zgięcia włókien
1. Postępuj zgodnie ze specyfikacją-promienia producenta kabla
Nie należy polegać na jednym ogólnym mnożniku-promienia zgięcia, jeśli w karcie produktu podano dokładne ograniczenia dotyczące instalacji i eksploatacji. Zwróć szczególną uwagę na małe obudowy, narożniki szaf, tacki połączeniowe, skrzynki dostępowe i pętle serwisowe.
2. Kontroluj napięcie ciągnięcia i nacisk na ścianę boczną
Kabel, który jest dopuszczalny w stanie spoczynku, może zostać poddany nadmiernym naprężeniom podczas ciągnięcia za narożnik. Stosuj określone napięcie ciągnięcia, odpowiednie krążki lub rolki oraz trasę zapobiegającą ostrym zmianom kierunku.
3. Unikaj zgniatania i-zbyt ciasnych elementów złącznych
Opaski kablowe, zaciski i zszywki powinny unieruchomić kabel bez wytwarzania skupionego nacisku. Nadmierna kompresja może przyczynić się do mikrozgięć, nawet jeśli cała trasa kabla wygląda prosto.
4. Pozwól na stres-związany z temperaturą
Wewnętrzne i zewnętrzne konstrukcje kablowe podlegają zmianom wymiarowym wraz ze zmianą temperatury. Wybierz konstrukcje kabli dostosowane do oczekiwanego środowiska i unikaj instalacji, które uniemożliwiają normalny ruch termiczny kabla.
5. Używaj światłowodu niewrażliwego na zginanie, gdzie nie da się uniknąć ciasnego poprowadzenia
FTTH,-dystrybucja w budynkach, kompaktowy sprzęt terminujący i-zarządzanie światłowodami o dużej gęstości często wymagają ściślejszego trasowania niż tradycyjne ścieżki zewnętrzne-zakładu. W tych zastosowaniach włókno kategorii G.657 może zapewnić dodatkowy margines makrozgięcia. Nie eliminuje to konieczności stosowania dobrej praktyki instalacyjnej.
6. Przetestuj po instalacji i sprawdź-długość fali w zależności od straty
Jeśli łącze wykazuje niewyjaśnione tłumienie, porównaj pomiary optyczne z warunkami trasy i, w stosownych przypadkach, śladami OTDR dla różnych długości fal. Strata, która staje się znacznie bardziej wyraźna przy 1550 nm lub 1625 nm, może być silną wskazówką, że ma to miejsce zginanie.
W przypadku-paneli krosowych i urządzeń-w szafach montażowych obsługa kabli jest szczególnie ważna, ponieważ zworki są często przesuwane i przekierowywane. Hengtongakabel krosowy-światłowodowysekcja zawiera przykłady zestawów używanych w tych środowiskach.
Praktyczny przykład rozwiązywania problemów
Załóżmy, że łącze jednomodowe-przechodzi kontrolę-straty wstawiania przy 1310 nm, ale wykazuje zauważalnie większe straty przy 1550 nm po zmianie układu sprzętu. Ślad OTDR ujawnia nowe-nieodblaskowe zdarzenie utraty w pobliżu panelu dystrybucyjnego. Następnie kontrola stwierdza, że pętla kabla krosowego jest mocno zaciągnięta za drzwiczkami panelu.
W tym przypadku połączenie nowej zmiany fizycznego routingu, zlokalizowanego zdarzenia-nieodblaskowego i większej utraty na dłuższych falach wskazuje na makrozgięcie. -Ponowne poprowadzenie kabla krosowego o większym promieniu i powtórzenie pomiaru to praktyczny sposób potwierdzenia diagnozy.
Inny przypadek może wykazywać stopniowy wzrost strat na odcinku kabla po wystawieniu na działanie silnego zimna, bez widocznego zewnętrznego zagięcia. Ten wzór uzasadniałby sprawdzenie rozłożonego naprężenia mechanicznego, skurczu kabla, nacisku mocowania i potencjalnego mikrozgięcia, zamiast zakładać pojedyncze makrozgięcie.
Często zadawane pytania
P: Jaki jest minimalny promień zgięcia-kabla światłowodowego?
Odp.: Nie ma uniwersalnego minimalnego promienia zgięcia dla wszystkich-kabli światłowodowych. Użyj specyfikacji producenta dla dokładnego kabla i rozróżnij warunki instalacji pod napięciem i warunki pracy po instalacji. Wielokrotność zewnętrznej średnicy kabla jest użyteczną praktyczną zasadą inżynierską tylko wtedy, gdy specyfikacja produktu nie określa czegoś bardziej szczegółowego.
P: Czy zginanie światłowodu powoduje utratę sygnału?
O: Tak. Wystarczająco ciasne makrozgięcie może spowodować, że prowadzona moc optyczna będzie promieniować poza obszar rdzenia. Mikroskopijne odkształcenia mogą również powodować sprzężenie modów i nadmierne tłumienie. Wielkość strat zależy od konstrukcji włókna, długości fali, geometrii zgięcia, konstrukcji kabla i naprężeń mechanicznych.
P: Dlaczego utrata zginania włókna jest często większa przy 1550 Nm niż przy 1310 Nm?
Odp.: Przy dłuższych falach mod optyczny sięga głębiej w płaszcz i jest ogólnie mniej ciasny. To sprawia, że włókno jednomodowe-jest bardziej wrażliwe na krzywiznę. Dlatego też aktualne wytyczne ITU-T oceniają skuteczność strat-zginania przy dłuższych falach, takich jak 1550 nm i 1625 nm.
P: Jaka jest różnica między makrozgięciem a mikrozgięciem?
Odp.: Makrozgięcie to stosunkowo duże, zwykle widoczne zagięcie światłowodu lub kabla. Mikrozginanie polega na mikroskopijnych odkształceniach osiowych spowodowanych miejscowym ciśnieniem lub naprężeniami mechanicznymi. Obydwa zwiększają tłumienie, ale wynikają z różnych warunków fizycznych i mogą dawać różne wzorce diagnostyczne.
P: Czy OTDR może wykryć zagięcia światłowodu?
Odp.: OTDR może pomóc w zidentyfikowaniu strat związanych z-zgięciem, zwłaszcza gdy makrozgięcie powoduje lokalne,-nieodblaskowe zdarzenie. Porównanie śladów na więcej niż jednej długości fali może wzmocnić diagnozę. Rozproszone mikrozgięcia mogą być trudniejsze do wyizolowania i należy je oceniać łącznie z historią instalacji i stanem kabli.
P: Co to jest włókno-niewrażliwe na zginanie?
Odp.: Światłowód niewrażliwy na zginanie został zaprojektowany tak, aby uzyskać mniejsze straty makrozgięciowe przy mniejszych promieniach niż włókno konwencjonalne. ITU-T G.657 definiuje kategorie światłowodów jednomodowych-niewrażliwych na-zginanie-i wymagania dotyczące ich wydajności. Odpowiednia kategoria zależy od projektu sieci, ograniczeń routingu, wymagań dotyczących kompatybilności i specyfikacji producenta kabla.
Wniosek
Utrata zgięcia włókna nie jest pojedynczym rodzajem awarii.Makrozgięciekojarzy się głównie z widocznymi krągłościami, które są zbyt ciasne, natomiastmikrozgięciepowstaje w wyniku małych zaburzeń mechanicznych i lokalnego ciśnienia. Obydwa mogą zmniejszyć moc optyczną i margines sieci.
Najbardziej niezawodne podejście polega na przestrzeganiu specyfikacji producenta kabla-zgięcia i wytrzymałości na rozciąganie, kontrolowaniu ciśnienia w instalacji, użyciu odpowiedniego sprzętu-do zarządzania kablami i wyborze włókna-niewrażliwego na zginanie, gdy częścią projektu jest ciasne prowadzenie. Podczas rozwiązywania problemów pomiary zależne-długości fali i ślady OTDR mogą dostarczyć przydatnych dowodów, ale zawsze należy je interpretować w kontekście rzeczywistej trasy kabla i warunków instalacji.