基于微机技术的光纤熔接研究
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摘 要:第四代光纤熔接机是微机技术在光纤熔接中应用典范,熔接损耗已达0.02 dB左右。从第二代光纤熔接机引入微机技术开始,发展到第四代,第五代的熔接机在光纤通信领域起着骨干作用,自动化程度比较高,熔接损耗已经很小,但尚未解决的问题包括微机远程熔接控制和使用人工智能进行全自动光纤熔接,这些可以作为以后的研究探讨方向。
关键词:微机技术;光纤通信;光纤熔接;熔接损耗
中图分类号:TN818 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)21-055-03
Fiber-optic Fusion Research Based on Computer Technology
TIAN Guodong,GUO Ni
(Xi′an Railway Vocational & Technical Institute,Xi′an,710014,China)
Abstract:4G optical fusion welding machine is a classic application of microcomputer technology on optical fiber fusion welding and loss is about 0.02dB.5G machine has been improved since microcomputer technology was introduced into 2G machine.The 4G machine plays an important role in fiber communication system with high automation and low loss.Problems which can′t be solved,such as remote control of computer and fully automated optical fusion welding using artificial intelligence technology can be discussed.
Keywords:microcomputer technology;fiber-optic communication;fiber-optic fusion;fusion loss
0 引 言
光纤通信是以光波作载波以光纤为传输媒介的通信方式。由于其传输距离远、信息容量大、通信质量高等特点成为当今信息传输的主要手段,是“信息高速公路”的基石。一个实际的光缆通信系统有成百上千公里,而光缆的标准生产长度只有2 km,因此需要若干盘光缆串接而成。每根光缆中包含几十芯光纤,因此工程施工中光纤接续工作量非常大。要加快光纤接续速度减小光纤接续损耗必须应用微机技术\。
1 微机技术在光纤熔接中的应用历程
光纤接续分为非熔接法和熔接法两大类,目前工程施工中多采用熔接法。光纤熔接机是进行光纤熔接的主要仪器,按技术发展水平分为五代机型。第一代手动光纤熔接机没有引入计算机技术,而且光纤熔接损耗很大(0.2 dB左右),现在已经被淘汰;第二代是采用微机控制的自动光纤熔接机,光纤熔接损耗明显减小(0.05~0.1 dB),目前技术相对滞后;第三代光纤熔接机特征是除自动对准、自动熔接外,另加上了荧屏显示,因而又称为芯轴直视式光纤熔接机,第三代光纤熔接机的荧屏显示是利用机内装的显微摄像机与微处理机对光纤进行摄像及电子显示,并可自动熔接和估算连接损耗,光纤熔接损耗进一步减小(0.02~0.05 dB);第四代光纤熔接机其特点是:不仅可以对光纤进行自动对准、熔接和连接损耗检测,而且具有热接头图像处理系统,对熔接的全过程进行自动监测,摄取熔接过程中的热图像加以分析,判断光纤纤芯的变形、移位、杂质和气泡等与连接损耗有关的信息,因此能更全面、准确地估算出接头损耗,光纤熔接损耗很小(0.02 dB左右);第五代光纤熔接机又称为全自动熔接机,它在微机控制下可以自动进行“除去第二层被覆层――切断――除去第一层被覆层――对准――熔接――补强”等全环节操作过程,目前还在研制阶段没有得到普遍推广使用。由此可见从第二代光纤熔接机到第五代光纤熔接机的发展与进步,都在不断加强微机技术的应用。
第三代光纤熔接机和第四代光纤熔接机是今天光纤通信工程施工中的主力机型。自动光纤熔接机是微机技术与精密机械加工技术的完美结合,是高科技高精度光纤通信仪器\。第四代S176自动光纤熔接机在科研单位、大专院校和施工现场都有使用。国产熔接机价格为8~10万元/台,进口熔接机价格为10~15万元/台。下面以第四代S176自动光纤熔接机为例,研究与探讨微机技术在光纤熔接中的应用。
2.1 S176自动光纤熔接机基本操作程序
S176自动光纤熔接机基本操作程序有42个,主要有电弧放电检测程序、选择程序、熔接程序、保护套管加热程序、被熔光纤尺寸测定程序、接续损失资料查寻程序、管理程序以及调整日期/时间程序。在这些程序中尤其重要的是被熔光纤尺寸测定程序和熔接程序。在使用S176自动光纤熔接机时,可以直接运用以上基本操作程序,也可调整某些操作程序,还可以制定操作程序。
2.2 被熔光纤尺寸的准确测定
熔接前光纤端面的处理会直接影响到熔接损失值,因此熔接前必须注意到光纤端面是否切割良好、V型槽是否干净。光纤端面制作标准为:
(1) 剥除光纤涂敷层大约35～50 mm;
(2) 用(药棉或)无尘试纸沾上无水酒精将单模光纤擦拭干净;
(3) 使用自动光纤切割器(或切割刀)切割光纤,保留16 mm左右,两侧光纤端面倾斜角均小于0.5°。
由于光纤的结构尺寸很小,纤芯直径为8~10 μm,包层直径为100~150 μs。手动切割一般很难达到要求,自动切割之后还要用被熔光纤尺寸测定程序进行测试。由于第四代S176自动光纤熔接机中的微型计算机将光纤尺寸测定标准储存在数据库里,因此使用被熔光纤尺寸测定程序就可很快确定光纤测试结果\。图1是某次合格光纤尺寸测定结果。
2.3 选择并执行S176自动光纤熔接机熔接程序
在选择S176自动光纤熔接机熔接程序时,如表1所示,根据学院技能培训和中国铁通陕西分公司的干线光纤施工实际,选择单模光纤(SM)的熔接程序以及60 mm保护套管(S921)的加热器程序。图2为自动光纤熔接流程图。它是8个子程序的联合使用,是第四代S176自动光纤熔接机的核心部分\。
按下第四代自动光纤熔接机START键(即“！奔), S176自动光纤熔接机会自动执行全部熔接程序,11 s后完成全部熔接工作,并在显示屏上显示熔接时间、熔接次数和熔接效果,如图3所示。
图2 微机控制下的光纤熔接流程图
图3 熔接完成
可以看到熔接时间是10:50:55,熔接次数是第00524次,熔接效果是0.00 dB。如果需要暂停熔接动作可再按START键,第三次按START键时又可恢复先前动作,继续执行熔接程序。若因准备工作不足或出现故障S176自动光纤熔接机会中途停止工作,并用红色字体提示: 左、右光纤找不到或越界; 左、右光纤端面不良。这两点很关键。左、右光纤找不到或越界是放置光纤的问题,这是一个极为细致的工作,要保持周围环境清洁,工作人员应身着工作服,两手要保持干净。步骤如下:
(1) 轻轻打开防压盖及光纤夹具。
(2) 小心翼翼将光纤由上而下放置于光纤夹具及V型沟槽中,并露出2 mm查看光纤端面是否接近于电极棒处,切勿超过两个电极棒之中线。
(3) 平稳放置光纤夹具并固定光纤听到发闷声音“砰”(左右端动作相同)。
(4) 轻轻盖上防压盖。
左、右光纤端面不良是光纤端面制作质量问题,由被熔光纤尺寸测定程序进行测试,如果不合格必须重新进行光纤端面处理\。
2.4 熔接质量统计与分析
光纤熔接质量主要体现在光纤接头损耗上,表2是2008年使用S176自动光纤熔接机在学院内部科研、实训以及在中国铁通陕西分公司通信施工现场熔接单模光纤1 567次的光纤接头损耗质量统计。光纤接头损耗在0.02 dB及以下为优,计1 367次占87.2%;光纤接头损耗在0.05 dB及以下为良,计172次占11%;光纤接头损耗在0.05 dB以上为差,包括熔接失败、断纤计28次占1.8%。可以看出第四代自动光纤熔接机具有很高的科技含量,很小的光纤接头损耗。以上数据是自动光纤熔接机的推定损耗,通过数据接口将所有光纤熔接资料传送到管理中心数据库。在光纤通信技术中通常采用设在测试中心的光时域反射仪(OTDR)对光纤接头损耗进行远程测试\,由光时域反射仪(OTDR)的测试结果最终确定光纤熔接质量。
3 微机技术在中外光纤熔接机中的应用之比较
第四代自动光纤熔接机在科研单位、大专院校和施工现场使用比较广泛。学院光纤实训基地和中国铁通陕西分公司常用的第四代自动光纤熔接机主要有中国生产依爱AV6491A、日本生产古河S175、古河S176、古河S177。它们都具有计算机图形操作界面,分别是LINUX,LINUX,LINUX和Windows;自动光纤熔接时间越来越短,从20 s,17 s,11 s到5 s;存储的光纤熔接数据越来越多,分别是100组、400组、2 000组和2 000组;光纤熔接损耗越来越小,分别是SM0.03 dB,SM0.02 dB,SM0.02 dB,SM0.02 dB;屏幕显示分别是5英寸单屏光纤图像放大264倍、5英寸双屏光纤图像放大264倍、5英寸双屏光纤图像放大264倍、5英寸双屏光纤图像放大608倍;数据接口分别是BNC,RS 232C,RS 232C,USB 1.1;光纤端面分辨率相同,都是倾斜角小于0.5°;适用光纤都一样G.651~G.655\。可以看出国产第四代自动光纤熔接机和进口第四代自动光纤熔接机从技术水平上、微机技术应用上有一定的差距,在使用上差别不大,在价格上却有很大的优势,只有进口机的一半。
4 结 语
第四代光纤熔接机在微机技术的支持下,在光纤熔接中显示出很高的自动化水平,目前国内外机型的光纤熔接损耗已经很小。光纤熔接的质量优良率虽然超过90%,但仍有两个问题没有得到完全解决。第一是光纤端面的处理,使用自动光纤切割器切割光纤也受到操作人员的技术影响,不能保证百分之百的合格。通过光纤尺寸测定程序进行测试之后,对不合格的光纤端面要重新进行处理。第二是人工放置光纤,由于光纤细如发丝在Z轴上几十微米的偏差就会导致光纤找不到或越界。不久的将来随着第五代全自动光纤熔接机的投入市场,微机技术会在光纤熔接中应用的更加完善,以上两个问题必定迎刃而解\。另外使用大型计算机对光纤熔接实现远程控制和引入人工智能技术使光纤熔接实现人性化智能化指日可待,再通过OTDR实现光纤熔接远程测试就会使光纤熔接速度更快、损耗更小、质量更好。
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作者简介 田国栋 男,1959年出生,山西万荣人,副教授。研究方向为光纤通信。
郭 妮 女,1975年出生,陕西泾阳人,西安铁路职业技术学院电子信息系讲师。