Оптический кабель в разрезе: Как устроен оптоволоконный кабель

Устройство и принцип работы оптического кабеля. | IT блоги

Появление волоконно-оптических кабелей (ВОК) стало революционным событием, позволившим практически мгновенно передавать гигантские объемы информации на любые расстояния. Технология изготовления оптоволоконных кабелей постоянно совершенствуется, давая возможность достигать все больших скоростей передачи данных без значительного удорожания кабельной продукции.

Как устроен оптический кабель

Основой оптоволоконного кабеля являются оптические волокна (ОВ), по которым передается информационный поток. Количество волокон варьируется от одного до нескольких сотен, в зависимости от назначения кабеля. Оптоволокно изготавливается из различных видов стекла с добавками легирующих материалов, изменяющих коэффициент преломления светового луча.

;

Оптическое волокно разделяется на сердцевину и оболочку с разными показателями преломления. Диаметр сердцевины составляет 9 микрометров (одномодовое ОВ), 50 или 62,5 микрометра (многомодовое ОВ). Диаметр первичной оболочки — 125 микрометров. Поверх оболочки наносится тонкий слой специального лака, улучшающий эксплуатационные характеристики стекловолокна.

Волокна группируются в оптические модули, защищающие стеклянные нити от внешних воздействий. Каждый модуль — это пластиковая трубка с волокнами внутри. ВОК может состоять из одного или нескольких модулей, что зависит от общего количества волокон. Модульная группировка ОВ в сочетании с цветовой маркировкой значительно упрощает их идентификацию на концах оптического кабеля.

По центру волоконно-оптического кабеля часто размещается силовой элемент — стеклопластиковый стержень, демпфирующий нагрузки, возникающие при монтаже и в процессе эксплуатации ВОК. В некоторых типах кабеля оптические модули покрываются гидрофобным гелем для защиты от влаги. Поверх гелевого наполнителя укладывается слой тонкой пленки из полиэтилена.

Следующей буферной прослойкой служит полиэтиленовая оболочка, отделяющая оптические модули от армирующей брони. Броня используется в оптических кабелях, предназначенных для прокладки в подземных коммуникациях и грунте. Броневое покрытие может быть:

• металлическим — из стальной проволоки или ленты;
• диэлектрическим — из стеклопластиковых прутков или слоя кевларовых нитей.

Бронирование эффективно защищает от грызунов и воздействия опасных механических нагрузок, таких как растяжение и раздавливание.

Первым и наиболее важным рубежом защиты оптоволоконного кабеля является наружная оболочка, изготавливаемая из негорючего полиэтилена повышенной плотности. Надежность внешнего покрытия напрямую влияет на длительность беспроблемной службы ВОК. Поэтому, к качеству его изготовления предъявляются самые жесткие требования.

Как работает оптический кабель

Работа оптического кабеля основана на передаче модулированного светового потока. Преобразование полезного электрического сигнала в свет (и обратное) выполняется в оптическом трансивере, являющемся составной частью оборудования, работающего на оптоволоконных линиях связи. Световой луч, формируемый лазером или полупроводниковым светодиодом, может входить в оптоволокно двумя способами:

• под углом 0° — одномодовое волокно, длина волны 1300 или 1500 нм;
• под небольшим углом — многомодовое волокно, длина волны 950 нм.

Лучи света, вошедшие в волокно под разными углами, распространяются в нем по разным траекториям (модам) и на разные расстояния. Свет, входящий под нулевым углом, проходит по центру сердцевины ОВ, образуя только одну моду. Распространение луча, вошедшего под углом, отличается многократными отражениями от оболочки волокна с образованием нескольких мод, достигающих конца оптического кабеля за разное время.

;

ВОК с одномодовыми волокнами обеспечивает большую дальность передачи без усиления/регенерации сигнала, благодаря меньшему затуханию. Сравним:

• одномодовое волокно — 10 км;
• многомодовое волокно — 500 м.

Скорость передачи:

• одномодовое волокно — предел еще не определен. Достигнута максимальная скорость 200 Тбит/сек;
• многомодовое волокно — до 10 Гбит/сек.

Таким образом, очевидна выгода использования одномодовых волоконно-оптических кабелей на магистральных линиях связи с большими расстояниями между пунктами восстановления полезного сигнала. Многомодовые ВОК можно применять при решении задач по созданию кабельных сетей на ограниченной территории.

Удешевление изготовления оптоволоконной кабельной продукции позволило использовать волоконно-оптические кабели на проектах любого масштаба, начиная от организации небольшой внутриобъектовой сети и «последней мили» до межгородских и международных коммуникационных магистралей. Новым шагом стало распространение технологии оптического мультиплексирования WDM, способной обеспечить работу нескольких десятков дуплексных каналов по одной паре волокон.

Смотрите также:

Трансокеанические подводные кабели связи / Хабр

И вновь привет, хабр.

Вчера мной был опубликован материал касательно прокладки компанией Google собственного оптоволоконного кабеля связи по дну Тихого океана, который свяжет дата-центры компании в штате Орегон, США, с Японией. Казалось бы, это огромный проект стоимостью $ 300 млн и длинной в 10 000 км. Однако, если копнуть немного глубже станет ясно, что данный проект является выдающимся только потому, что это будет делать один медийный гигант для личного использования. Вся планета уже плотно опутана кабелями связи и под водой их намного больше, чем кажется на первый взгляд. Заинтересовавшись этой темой я подготовил общеобразовательный материал для любопытствующих.

Истоки межконтинентальной связи

Практика прокладывания кабеля через океан берет начало еще с XIX века. Как сообщает википедия, первые попытки соединить два континента проводной связью были предприняты еще в 1847 году. Успешно связать Великобританию и США трансатлантическим телеграфным кабелем удалось только к 5 августа 1858 года, однако уже в сентябре связь была утеряна. Предполагается, что причиной стали нарушение гидроизоляции кабеля и последующая его коррозия и обрыв. Стабильная связь между Старым и Новым светом была установлена только в 1866 году. В 1870 году был проложен кабель в Индию, что позволило связать напрямую Лондон и Бомбей. В эти проекты были вовлечены одни из лучших умов и промышленников того времени: Уильям Томсон (будущий великий лорд Кельвин), Чарльз Уитстон, братья Сименсы. Как видно, почти 150 лет назад люди активно занимались созданием по протяженности в тысячи километров линий связи. И на этом прогресс, понятное дело, не остановился. Однако, телефонная связь с Америкой была установлена только в 1956 году, а работы длились почти 10 лет. Подробно об укладке первого трансатлантического телеграфного и телефонного кабеля можно прочитать в книге Артура Кларка «Голос через океан».

Устройство кабеля

Несомненный интерес представляет непосредственное устройство кабеля, который будет работать на глубине в 5-8 километров включительно.
Стоит понимать, что глубоководный кабель должен иметь следующий ряд базовых характеристик:

• Долговечность
• Быть водонепроницаемым (внезапно!)
• Выдерживать огромное давление водных масс над собой
• Обладать достаточной прочностью для укладки и эксплуатации
• Материалы кабеля должны быть подобраны так, чтобы при механических изменениях (растяжении кабеля в ходе эксплуатации/укладки, например) не изменялись его рабочие характеристики

Рабочая часть рассматриваемого нами кабеля, по большому случаю, ни чем особым от обычной оптики не отличается. Вся суть глубоководных кабелей заключена в защите этой самой рабочей части и максимального увеличения срока его эксплуатации, что видно из схематического рисунка справа. Давайте по порядку разберем назначение всех элементов конструкции.

Полиэтилен — внешний традиционный изоляционный слой кабеля. Данный материал является отличным выбором для прямого контакта с водой, так как обладает следующими свойствами:
Устойчив к действию воды, не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой.

Мировой океан содержит в себе, фактически, все элементы таблицы Менделеева, а вода является универсальным растворителем. Использование такого распространенного в хим. промышленности материала как полиэтилен является логичным и оправданным, так как в первую очередь инженерам было необходимо исключить реакцию кабеля и воды, тем самым избежать его разрушения под воздействием окружающей среды. Полиэтилен использовался в качестве изолирующего материала в ходе прокладки первых межконтинентальных линий телефонной связи в середине XX века.

Однако, в силу своей пористой структуры полиэтилен не может обеспечить полной гидроизоляции кабеля, поэтому мы переходим к следующему слою.

Майларовая пленка — синтетический материал на основе полиэтилентерефталата. Имеет следующие свойства:
Не имеет запаха, вкуса. Прозрачный, химически неактивный, с высокими барьерными свойствами (в том числе и ко многим агрессивным средам), устойчивый к разрыву (в 10 раз прочнее полиэтилена), износу, удару. Майлар (или в СССР Лавсан) широко используется в промышленности, упаковке, текстиле, космической промышленности. Из него даже шьют палатки. Однако, использование данного материала ограничено многослойными пленками из-за усадки при термосваривании.

После слоя майларовой пленки можно встретить армирование кабеля различной мощности, в зависимости от заявленных характеристик изделия и его целевого назначения. В основном используется мощная стальная оплетка для придания кабелю достаточной жесткости и прочности, а так же для противодействия агрессивным механических воздействиям из вне. По некоторым данным, блуждающим в сети, ЭМИ исходящее от кабелей может приманивать акул, которые перегрызают кабели. Так же на больших глубинах кабель просто укладывается на дно, без копания траншеи и его могут зацепить рыболовецкие суда своими снастями. Для защиты от подобных воздействий кабель и армируется стальной оплеткой. Используемая в армировании стальная проволока предварительно оцинковывается. Усиление кабеля может происходить в несколько слоев. Основной задачей производителя в ходе этой операции является равномерность усилия в ходе намотки стальной проволоки. При двойном армировании намотка происходит в разных направлениях. При не соблюдении баланса в ходе данной операции кабель может самопроизвольно скручиваться в спираль, образуя петли.

В результате этих мероприятий масса погонного километра может достигать нескольких тонн. «Почему не легкий и прочный алюминий?» — спросят многие. Вся проблема в том, что на воздухе алюминий имеет стойкую пленку окисла, но при соприкосновении с морской водой данный металл может вступать в интенсивную химическую реакцию с вытеснением ионов водорода, которые оказывают губительное влияние на ту часть кабеля, ради которой все затевалось — оптоволокно. Поэтому используют сталь.

Алюминиевый водный барьер, или слой алюмополиэтилена используется как очередной слой гидроизоляции и экранирования кабеля. Алюмополиэтилен представляет собой комбинацию из фольги алюминиевой и полиэтиленовой пленки, соединенных между собой клеевым слоем. Проклейка может быть как односторонней, так и двухсторонней. В масштабах всей конструкции алюмополиэтилен выглядит почти незаметным. Толщина пленки может варьироваться от производителя к производителю, но, к примеру, у одного из производителей на территории РФ толщина конечного продукта составляет 0.15-0.2 мм при односторонней проклейке.

Слой поликарбоната

вновь используется для усиления конструкции. Легкий, прочный и стойкий к давлению и ударам, материал широко используется в повседневных изделиях, например, в велосипедных и мотоциклетных шлемах, также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий, листовой вариант используется в строительстве как светопропускающий материал. Обладает высоким коэффициентом теплового расширения. Применение ему было найдено и в производстве кабелей.

Медная, или алюминиевая трубка входит в состав сердечника кабеля и служит для его экранирования. Непосредственно в эту конструкцию укладываются другие медные трубки с оптоволокном внутри. В зависимости от конструкции кабеля, трубок может быть несколько и они могут быть переплетены между собой различным образом. Ниже четыре примера организации сердечника кабеля:

Укладка оптоволокна в медные трубки которые заполнены гидрофобным тиксотропным гелем, а металлические элементы конструкции используются для организации дистанционного электропитания промежуточных регенераторов — устройств, осуществляющих восстановление формы оптического импульса, который, распространяясь по волокну, претерпевает искажения.

В разрезе получается что-то похожее на это:

Производство кабеля

Особенностью производства оптических глубоководных кабелей является то, что чаще всего оно располагается вблизи портов, как можно ближе к берегу моря. Одной из основных причин подобного размещения является то, что погонный километр кабеля может достигать массы в несколько тонн, а для сокращения необходимого кол-ва сращиваний в процессе укладки производитель стремиться сделать кабель как можно более длинным. Обычной нынче длинной для такого кабеля считается 4 км, что может вылиться в, примерно, 15 тонн массы. Как можно понять из вышеуказанного, транспортировка такой бухты глубоководного ОК не самая простая логистическая задача для сухопутного транспорта. Обычные для намотки кабелей деревянные барабаны не выдерживают описанной ранее массы и для транспортировки ОК на суше, к примеру, приходится выкладывать всю строительную длину «восьмеркой» на спаренных железнодорожных платформах, чтобы не повредить оптоволокно внутри конструкции.

Укладка кабеля

Казалось бы, имея такой мощный с виду продукт можно грузить его на корабли и сбрасывать в морскую пучину. Реальность же немного иная. Прокладка маршрута кабеля — это длительный и трудоемкий процесс. Маршрут должен быть, само собой, экономически выгодным и безопасным, так как использование различных способов защиты кабеля приводит к увеличению стоимости проекта и увеличивает срок его окупаемости. В случае прокладки кабеля между разными странами, необходимо получить разрешение на использование прибрежных вод той или иной страны, необходимо получить все необходимые разрешения и лицензии на проведение кабелеукладочных работ. После проводится геологическая разведка, оценка сейсмической активности в регионе, вулканизма, вероятность подводных оползней и других природных катаклизмов в регионе, где будут проводится работы и, в последующем, лежать кабель. Так же важную роль играют прогнозы метеорологов, дабы сроки работ не были сорваны. Во время геологической разведки маршрута учитывается широкий спектр параметров: глубина, топология дна, плотность грунта, наличие посторонних объектов, типа валунов, или затонувших кораблей. Так же оценивается возможное отклонение от первоначального маршрута, т.е. возможное удлинение кабеля и увеличение стоимости и продолжительности работ. Только после проведения всех необходимых подготовительных работ кабель можно загружать на корабли и начинать укладку.

Собственно, из гифки процесс укладки становится предельно ясным.

Прокладка оптоволоконного кабеля по морскому/океаническому дну проходит непрерывно из точки А в точку Б. Кабель укладывается в бухты на корабли и транспортируется к месту спуска на дно. Выглядят эти бухты, например, так:

Если Вам кажется, что она маловата, то обратите внимание на это фото:

После выхода корабля в море остается исключительно техническая сторона процесса. Команда укладчиков при помощи специальных машин разматывает кабель с определенной скоростью и, сохраняя необходимое натяжение кабеля за счет движения корабля продвигается по заранее проложенному маршруту.

Выглядит со стороны это так:

При каких-либо проблемах, обрывах, или повреждениях на кабеле предусмотрены специальные якоря, которые позволяют поднять его к поверхности и отремонтировать проблемный участок линии.

И, в итоге, благодаря всему этому мы можем с комфортом и на высокой скорости смотреть в интернете фото и видео с котиками со всего мира.

В комментариях к статье о проекте Google пользователь Lux_In_Tenebris предоставил список интересной по этой теме литературы, может быть, кому-то пригодится.

Так же пользователь YoMan предоставил ссылку на видео о корабле-кабелеукладчике «Tyco Resolute», спасибо.

http://youtu.be/GAmSfd01_6I

Уважаемые читатели. Статья является исключительно общеобразовательной. Если у вас есть что сказать на данную тему, дополнить или исправить — буду только рад. Сообщайте в ЛС, или комментариях.

Подвесной с выносным силовым элементом

Подвесной кабель с выносным силовым элементом в основном применяется для создания линий связи в черте города, где подвесные опоры расположены на небольших расстояниях друг от друга. В отличие от самонесущего кабеля, где силовой элемент находится в сердцевине конструкции, здесь силовой элемент вынесен за пределы сердечника. В разрезе такой кабель имеет форму восьмерки: верхняя часть — это несущий элемент, нижняя — сердечник с волокном.
Конструкцию с выносным силовым элементом проще монтировать. Специальные зажимы держат кабель за выносной элемент, поэтому риск повредить модуль с волокном минимален. С другой стороны, выносной элемент накладывает ограничения на допустимую растягивающую нагрузку. Максимально допустимая растягивающая нагрузка кабеля со стальным несущим тросом — 12 кН.

Завод Инкаб выпускает пять конструкций подвесного оптического кабеля с выносным элементом.

ДПОм – стандартная конструкция типа «8», содержит сердечник модульной конструкции с центральным силовым элементом – стеклопластиковым прутком, вокруг которого скручены модули с волокном (до 144 ОВ). В качестве выносного силового элемента используется стальной трос. Растягивающая нагрузка до 12 кН.

ДПОд отличается от предыдущей конструкции тем, что в качестве силового элемента используется диэлектрический стержень. Это полностью диэлектрическая конструкция, которую можно применять для подвеса на ЛЭП с максимальной величиной потенциала электрического поля до 25 кВ. Растягивающая нагрузка – до 6 кН.

ТПОм, ТПОд – легкие одномодульные конструкции со стальным тросом или диэлектрическим стержнем. Несмотря на уменьшенный вес и габариты ТПОм и ТПОд выдерживают те же растягивающие нагрузки что и многомодульные конструкции. Центральный оптический модуль может содержать не более 24 свободно уложенных волокон.

ТПОд2 – суперлегкая конструкция, один толстый силовой элемент заменен на два тонких. В центре — модуль с волокном, сверху и снизу — стеклопластиковые прутки, которые обеспечивают высокую стойкость к раздавливанию – до 1,4 кН/см. Такой кабель выдерживает растягивающую нагрузку от 1,3 до 3 кН и может содержать до 24 волокон.

Правильно подобранный и смонтированный кабель обеспечит стабильную передачу сигнала в течение всего срока эксплуатации.
Если вам нужна профессиональная помощь в подборе кабеля с оптимальными характеристиками под технические требования проекта и всех комплектующих к нему, специалисты Инкаб.PRO проведут необходимые расчеты для вашего проекта.

типы ОК, арматура, технологии монтажа

Технология прокладки волоконно-оптического кабеля на опорах заслуженно занимает первое место среди остальных способов строительства ВОЛС. Более 60% всех существующих оптических линий связи в нашей стране — подвес. А если говорить о строительстве, то в рамках реализации федерального проекта по устранению цифрового неравенства (УЦН), на сегодняшний день, методом подвеса ОК построено более 75% всех ВОЛС УЦН.

Нормативные документы, стандарты и правила:

Оптические кабели, используемые для подвеса

В качестве основных элементов в подвешиваемом ОК используются: арамидные нити и/или стеклонити (рис. 2 и 3) либо стеклопластиковые прутки и/или стальная проволока (рис. 5 и 6). Арамидные нити прочнее стеклонитей, и только кабель с арамидом разрешен для использования на линиях электропередачи ОАО «ФСК ЕЭС» (согласно СТО 56947007 33.180.10.175, п.п. 4.2.9).

В оптических кабелях встроенных в грозотрос ОКГТ (рис. 7 и 8) и самонесущих металлических ОКСМ (рис. 4), может применяться стальная проволока плакированная алюминием (исключает коррозию).

Кроме внешней изоляции (оболочки) кабеля (тут может использоваться специальный трекингостойкий полиэтилен), остальные элементы по сравнению с «обычными» оптическими кабелями не претерпели больших изменений, это — гидрофобные гели, оптические модули (в ОКГТ, ОКСМ используются стальные оптические модули, также заполненные гидрофобным гелем) и т. д. Трекингостойкий полиэтилен в конструкции ОК предотвращает деградацию оболочки кабеля под воздействием поверхностных разрядов (рис. 1), тем самым обеспечивая защиту оптического кабеля там, где это необходимо.

Рис. 1 Электротермическая деградация оболочки

Только оптические кабели в диэлектрическом исполнении допускается подвешивать на линиях электропередач и энергообъектах: тут не идёт речь про ОКГТ (оптический кабель встроенный в грозотрос), а ОК имеющие в своей конструкции металл во всех остальных случаях (согласно ПУЭ).

Кабели подвесные самонесущие (круглые)

Рассмотрим основные конструкции ВОК монтируемые на опоры.

Рис.2 Стандартный подвесной самонесущий кабель (ДПТ)

 

Рис. 3 Стандартный подвесной самонесущий (ДПТс)

 

Рис. 4 Легкий подвесной самонесущий (ДОТа)

 

Рис. 5 Легкий подвесной самонесущий (ДОТс)

 

Рис. 6 Оптический кабель самонесущий металлический (ОКСМ)

Более подробно о кабелях ДПТ (рис. 2), ДПТс (рис. 3), ДОТа (рис. 4), ДОТс (рис. 5) можно узнать в этой статье

Про ОКСМ (рис. 6) более подробно, можно прочитать в этом материале.

Также обратим ваше внимание, что все ОК подбираются из условий их будущей эксплуатации. Подробнее о выборе подвесного ОК читайте в специальной статье на эту тему.

Кабель подвесной с выносным силовым элементом (тип «восьмёрка»)

Также рассмотрим основные конструкции ВОК

Многомодульная конструкция кабеля:

Рис. 7 Стандартный подвесной с выносным силовым элементом (ДПОм)

 

Рис. 8 Стандартный подвесной с выносным силовым элементом (ДПОд)

Одномодульная конструкция кабеля:

Рис. 9 Легкий подвесной с выносным силовым элементом (ТПОм)

 

Рис. 10 Легкий подвесной с выносным силовым элементом (ТПОд)

Есть варианты оптического кабеля как с тросом (рис. 7 и 9), так и со стеклопластиковым стержнем (рис. 8 и 10). С последним кабель становится полностью диэлектрическим. Оба варианта выполняют роль основных выносных силовых элементов. В разрезе такой кабель имеет форму восьмёрки, за что и получил свое второе название. Существуют многомодульные (рис. 7 и 8), так и одномодульные конструкции (рис. 9 и 10). Одномодульные имеют относительно небольшую ёмкость ОВ.

Грозотрос, встроенный в фазный провод, навивной на фазный провод

Рис. 11 ОКГТ с центральным оптическим модулем (ОКГТ-Ц)

 

Рис. 12 ОКГТ с оптическим модулем в повиве (ОКГТ-С)

 

Рис. 13 Оптический кабель, встроенный в фазный провод (ОКФП)

 

Рис. 14 Навивной на фазный провод (ОМП-2Д-Э)

Данная линейка ОК (рис. 11, 12, 13, 14) применяется для организации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше.

О принципах подбора магистральных оптических кабелей, в том числе и подвесных можно подробно прочесть в этой статье.

Дроп-кабели («последняя миля» PON сетей)

Рис. 15 Кабель оптический ОКД-2Д

Рис. 16 Кабель оптический ОКДК-2Д

Читайте подробную статью, посвященную дроп-кабелю (рис. 15 и 16).

Проектирование ВОЛС на опорах ВЛ

Облегчить и упростить процесс проектирования подвесных ВОЛС помогут наши конфигураторы, они разработаны ЦТК «ВОЛС.Эксперт» при непосредственном участии ведущих технических специалистов заводов Инкаб и СвязьСтройДеталь. Конфигураторы — бесплатные онлайн-программы (для их использования требуется только регистрация на сайте).

Каждый конфигуратор функционально разбит на ряд последовательных шагов: на каждом этапе пользователь вносит исходные данные своего проекта и на выходе имеет результаты в виде соответствующих расчётов.

1. Конфигуратор ВОЛС на ВЛ с ОКГТ
2. Конфигуратор ВОЛС на ВЛ с ОКСН 

Другие конфигураторы в помощь

Технологии и особенности монтажа ВОЛС на опорах

Технологии монтажа ВОК методом подвеса:

• подвес самонесущего (ОКСН)* или 8-образного кабеля;
• подвес оптического кабеля, встроенного в грозотрос (ОКГТ)* или подвес оптического кабеля, встроенного в фазный провод (ОКФП)*;
• навивка оптического кабеля на грозотрос, на фазный провод, на диэлектрический трос, на оптический самонесущий кабель (ОМП)*;

* Для примера взята маркировка ОК кабельного завода Инкаб

Монтаж самонесущих кабелей (ОКСН, ОКГТ)

Процесс строительства подвесной ВОЛС (рис. 17) со стороны может показаться сложным процессом, но это не так.

Рис. 17 Монтаж ОКСН, ОКГТ

Раскатка и подвес ОК производится под натяжением предварительной протяжкой «троса-лидера» по раскаточным роликам. Устанавливаются специальные механизмы, которые обязательно должны быть надежно закреплены в грунте и заземлены. После барабана с кабелем ставится тормозная машинка (обеспечивает постоянное усилие), а в конце трассы, которая определяется строительной длиной ВОК — натяжная машинка (её усилием «трос-лидер» наматывается на её барабан). На опорах прохождения ОК монтируются узлы крепления, рядом с узлом подвешивается раскаточный ролик, который должен обязательно совпадать с диаметром подвешиваемого ОК. «Трос-лидер» разматывается с барабана лебедки навстречу барабану с кабелем и на каждой опоре пропускается через ролики. После того как «трос-лидер» доходит до тормозной машинки, он также пропускается через неё и соединяется с концом ОК на барабане с помощью монтажного (кабельного) чулка. В процессе раскатки и подвеса ОК должен осуществляться контроль, чтобы подвешиваемый ВОК проходил через все ролики.

После того как ВОК прошёл через все ролики плюс 15–20 метров, около тормозной машинки оптический кабель закрепляется с помощью натяжного зажима. Сводные концы ВОК с обеих сторон строительной длины (барабана) должны быть такой длины, чтобы этого запаса хватало на удобный монтаж оптических муфт на земле. Далее раскаточные ролики снимаются и на их место монтируется арматура с заданной длиной провеса в пролётах согласно проекту. При подвеске ВОК необходимо обязательно соблюдать допустимые значения монтажных натяжений и изгибов согласно спецификации завода изготовителя.

Монтаж оптического кабеля на опоры

Монтажные работы могут проводится с приставной лестницы необходимой длины, так и с автомобиля-вышки, когда высота работ достаточно большая. Все работы проводятся с соблюдением всех норм и правил, в том числе — техники безопасности и охраны труда.

Помимо этого может использоваться навивочная машинка, позволяющая быстро и оперативно смонтировать ОК на существующий подвес. Для примера смотрите видео монтажа от ЗАО «Тералинк»:

 

Арматура для подвесных линий связи

У нас есть отдельная статья с описанием всего разнообразия арматуры для подвесных ВОЛС — читаем.

Заключение

Залог долгой и бесперебойной работы подвесной ВОЛС — это правильно подобранная связка: оптический кабель-арматура-муфта.

Для примера: основным поставляемым материалом для реализации проекта по УЦН является арматура (около 2000 позиций!), и ее правильный выбор напрямую влияет на сроки строительства объектов связи.

Именно использование всего разнообразия наших конфигураторов, поможет сделать продуманный и рациональный выбор комплектующих для строительства подвесных ВОЛС.

Равиль Волков,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Оптоволоконный кабель HDMI для передачи 4K/8K видео и аудио

Сегодня HDMI является самым популярным интерфейсом для передачи мультимедийного контента высокой четкости. Причем применяться он может не только в условиях небольших помещений, но также на улице, в крупных выставочных залах, спортивных площадках и так далее.

В связи с этим достаточно часто возникает проблема с максимальной длиной кабеля, которая, согласно стандарту HDMI, не должна превышать 10 метров. Затухание сигнала в медных проводниках и влияние внешних помех не позволяют существенно увеличить эту длину, даже при использовании экранов и очищенной меди.

Единственный вариант – частичная или полная замена среды передачи сигнала с электрической на оптическую. То есть, в кабеле вместо всех или определенной части медных проводников (например, 40%) прокладываются оптические волокна. Поскольку световой сигнал не подвержен влиянию радио- и электромагнитных помех и практически не затухает, длина кабеля может достигать 300 и более метров. Кроме того, вес и диаметр оптических волокон намного меньше в сравнении с медными проводниками, что существенно упрощает прокладку кабелей.

Разумеется, имеются недостатки. Во-первых, оптоволоконный кабель HDMI в разы дороже медного с аналогичными характеристиками (например, 10-метрового). А во-вторых, из-за использования дополнительного преобразования сигнала может потребоваться внешнее питание. Чаще всего активный разъем питается от 18-го контакта HDMI (+5V). Если же этого недостаточно, используется дополнительное подключение к внешнему блоку питания или порту USB.

Выбор оптоволоконного кабеля HDMI

• Стандарт. Поскольку данный тип кабелей выходит за пределы официальных стандартов, то производители вместо версии HDMI указывают гарантированную пропускную способность. Например, 10 или 18 Гбит/сек. Следует помнить, что для передачи картинки Ultra-HD (4K) с частотой 60 Гц требуется канал шириной не менее 12,54 Гбит/сек.
• Конструкция и длина. Гибридные кабели с частичным использованием медных проводников стоят дешевле полностью оптических. Что касается длины, в настоящее время производители предлагают кабели длиной от 10 до 300 метров и более. Брать «с запасом» смысла нет, поэтому заранее определите точное расстояние между блоками аппаратуры.

Купить оптоволоконные кабели HDMI различной длины по привлекательной цене вы сможете в интернет-магазине Fobis.ru. Доставка товара осуществляется в любую точку Москвы.

На глубине — Интернет изнутри

В начале этого года я был на встрече новозеландской группы сетевых операторов (New Zealand Network Operators’ Group, NZNOG’20). И лично для меня одним из самых интересных докладов было выступление Беатти Лейн-Дэвис (Beatty Lane-Davis) из Cisco о современном состоянии технологии подводных кабелей. Есть что-то особенное в проектировании суперсовременного технологического продукта, который сбрасывают с корабля за борт и который потом без сучка и
задоринки работает в морской пучине следующие двадцать пять лет, а то и больше! В создании такого инфраструктурного чуда задействованы и современная физика, и технологии кораблестроения, и интересные инженерные решения.

Краткий экскурс в историю подводных кабелей глазами австралийца

Рис. 1. Пароход Great Eastern Исамбарда Кингдома Брунела: с него в 1866 году проложили первый «долгоиграющий» трансатлантический кабель.

После нескольких неудачных попыток, 5 августа 1856 года, американская компания «Атлантик Телеграф» завершила прокладку первого в истории трансатлантического телеграфного кабеля (см. рис. 1). С конструктивной точки зрения он был прост и незамысловат: семижильный медный проводящий сердечник в обмотке из трех слоев новомодного чудо-материала под названием гуттаперча (резина по-нынешнему). Поверх гуттаперчи шла обмотка из просмоленной пеньки, а потом еще спиральная обмотка из 18-жильных стальных тросов.

Прослужил этот кабель недолго, так как главный инженер-электрик компании, доктор Уилдмен Уайтхауз (Wildman Whitehouse), предпочитал бороться с затуханием сигнала повышением напряжения (в противоположность методу Уильяма Томпсона (William Thompson), будущего лорда Кельвина, который увеличивал чувствительность зеркальных гальванометров, служивших записывающими устройствами). Двух киловольт постоянного тока кабель не пережил: изоляцию пробило, и все было кончено.

В последующие годы технология шагнула вперед: появились релейные усилители, позволявшие передавать сигнал на более дальние расстояния, а технология обработки сигналов непрерывно совершенствовалась, расширяя возможности подобных систем. Телеграф уступил место телефонии, электронные лампы – транзисторам, а полимеры вытеснили резину, но по сути конструкция осталась той же самой: медный сердечник, герметичная изоляция и стальная обмотка для защиты кабеля на мелководье.

Рис. 2. Установка первого столба трансконтинентальной австралийской наземной телеграфной линии в Дарвине, 1870 г.

В Австралии первая телеграфная система, введенная в строй в 1872 году, состояла из 3200-километровой наземной линии, которая шла с юга на север через весь континент, от Аделаиды до Дарвина (см. рис. 2). Потом она короткими подводными сегментами соединялась с Сингапуром и дальше с Великобританией через Индию.

Такие кабели передавали только телеграфный сигнал. Трансокеанские телефонные системы поначалу использовали радиосвязь, и лишь через много десятилетий развитие электроники дошло до такого уровня, чтобы можно было передавать по кабелю речь.

В Австралии одна из первых таких систем появилась в 1962 году. COMPAC поддерживала 80 голосовых каналов по 3 кГц и соединяла Австралию через Новую Зеландию, острова Фиджи и Гавайские острова с западным побережьем Канады, дальше сигнал передавался по радиорелейной связи на восточное побережье, а оттуда в Великобританию шел кабель CANTAT. Для усиления сигнала использовались подводные ламповые реле. COMPAC проработал до 1984 года, когда вступил в строй кабель ANZCAN.

ANZCAN был проложен через Тихий океан примерно тем же маршрутом: «мокрые» сегменты шли от Сиднея до острова Норфолк, дальше на Фиджи, оттуда на Гавайи и дальше в Канаду. Это уже была аналоговая система на 14 МГц, с твердотельными релейными усилителями через каждые 13,5 км.

В 1995 году ей на смену пришла система кабелей PACRIM – опять аналоговая, но уже на 2×560 МГц. COMPAC прослужила 22 года, ANZCAN – 11 лет. PACRIM не проработала и двух, после чего ее срочно пришлось менять на оптоволоконные подводные кабели пропускной способностью 2,5 ГГц: с появлением Интернета возможности PACRIM стали просто смешны.

Сейчас в эксплуатации по всему миру находится почти 400 подводных кабелей общей протяженностью 1,2 млн км. На сайте Telegeography есть карта кабелей, показывающая все это богатство (см. рис. 3).

Рис. 3. Карта подводных кабелей с сайта Telegeography.com.

Владельцы

Первые кабельные системы были чудовищно дорогими по сравнению с размерами обслуживаемых экономик – и в строительстве, и в обслуживании. Поэтому для большинства потенциальных пользователей цена услуги оказывалась запредельно высока. Например, отправка телеграммы из 30 слов в Великобританию по только-только построенной трансконтинентальной линии стоила столько, сколько средний австралиец зарабатывал за три недели. Потому и пользовались телеграфом в основном власти и пресса.

Вдобавок к дороговизне телеграф изобиловал ошибками. Дело в том, что на наземном телеграфе имелись «промежуточные станции», где операторы вручную записывали поступающие сообщения и дальше вбивали их, опять же вручную, для передачи по следующему кабельному сегменту. С учетом того, сколько телеграфистов в Азии
знало английский, неудивительно, что перевиралось едва ли не каждое третье слово в сообщении.

Удивительно, пожалуй, то, что несмотря на все трудности система прижилась – и со временем становилась все надежнее и дешевле.

Большинство подобных проектов финансировалось государствами, а каждый кабель прокладывала и обслуживала своя компания. В конце XIX века их существовала масса: British Indian Submarine Telegraph Company, Eastern Extension Australasia and China Telegraph Company, British Australia Telegraph Company и так далее и тому подобное. Связь с государством была очевидна, особенно в те моменты, когда оно заявляло свои права: например, подчинив себе во время Первой мировой войны все кабельные линии, ведущие из Британии. Появление модели национальных телефонных операторов в первой половине прошлого века было зеркалом государственной принадлежности кабельных систем.

В таких рамках была разработана модель владения кабелем через консорциум: для прокладки кабеля образовывалось частное акционерное общество, которое собирало деньги на прокладку, залезая в долги к традиционным банковским учреждениям. Фактически компания принадлежала национальным операторам связи, которые покупали пропускную способность кабеля в пропорции, соответствующей их долевому участию в компании.

Как правило, покупка пропускной способности кабеля принимает форму неотъемлемого права пользования (англ. indefeasible right of use, IRU), которое дает владельцу IRU исключительный доступ к пропускной способности кабеля в течение фиксированного времени (обычно 15-25 лет, в зависимости от ожидаемого срока службы кабеля). Типовое IRU включает в себя и обязательство оплачивать соответствующую долю эксплуатационных расходов.

В годы, когда крупнейшими заказчиками подводных кабельных систем были национальные операторы связи, затраты по каждому IRU обычно делились поровну между двумя операторами на концах сегмента IRU. (Это было частью сбалансированного режима денежных расчетов между национальными операторами, при котором затраты на общую инфраструктуру, предназначенную для соединения национальных служб связи, делились поровну между соединяемыми сторонами.) Эта модель возникла в эпоху национальных монополий, но постепенное дерегулирование индустрии связи далеко не сразу подорвало систему консорциумов, и она оставалась неизменной еще не один десяток лет. В частности, модель деления расходов пополам между совладельцами одного IRU обосновывалась тем, что операторы сотрудничают в плане капитальных и текущих расходов на строительство и эксплуатацию оборудования – и при этом конкурируют в плане услуг.

Одним из важных элементов такого бюрократического стиля владения было то, что консорциум устанавливал цену пропускной способности кабеля по своему усмотрению. Делалось это для того, чтобы не допустить демпинга и сохранить высокую рыночную стоимость кабеля. В результате же получалась классическая ситуация ценового сговора с рационированием товара, при которой пропускная способность кабеля выводилась на рынок мелкими порциями, так, чтобы спрос всегда превышал доступное предложение в течение срока службы кабеля и цены оставались раздутыми.

Интернет-бум в начале девяностых совпал по времени с крупномасштабным дерегулированием на многих телекоммуникационных рынках. Поэтому права на прокладку кабелей во многих странах получили сторонние компании, а на рынке подводных кабелей появились «оптовики». Тогда же возник такой феномен как кабельная система в чьем-то единоличном владении. Поначалу на этих рынках доминировали оптовики, обслуживающие зародившийся сектор ISP, такие как Global Crossing, но относительно быстро к ним присоединились крупные провайдеры контента, такие как Google, Facebook и другие. Главным отличием такой модели является то, что цены теперь никто не диктует и они
могут отражать реальный баланс спроса и предложения.

Кабели

Базовая физическая конструкция подводного кабеля до сих пор практически не изменилась. Разве что носитель из медного стал оптоволоконным, в центральной части добавился стальной элемент жесткости, а вокруг носителя появилась гелевая обмотка для борьбы с истиранием. Получившийся сигнальный комплект заключен в медную оплетку, осуществляющую электропередачу, затем идет водонепроницаемый изоляционный слой (полиэтиленовая смола), затем защитные слои, подбор которых зависит от конкретного сегмента кабеля. Чем меньше глубина, на которой будет прокладываться кабель, и чем больше интенсивность судоходства в районе, тем больше количество защитных элементов, призванных защитить его от повреждения, если его кто-то случайно зацепит (см. рис. 4).

Рис. 4. Кабель в разрезе.

Как правило, кабель прокладывается прямо на донный грунт, но иногда на участках с оживленным судоходством кабель в стальной оплетке укладывается в специально прокопанную траншею, а если дно представляет собой каменный монолит, в некоторых случаях в нем вырубают канаву.

Рис. 5. Погрузка кабеля на судно.

Техника укладки кабелей ничуть не изменилась. Весь «мокрый» сегмент погружается на судно-кабелеукладчик, проверяется с начала до конца, а затем судно выходит в море и укладывает весь кабель в один проход. Скорость и местоположение судна определяется со всей тщательностью, чтобы не подвергнуть кабель чрезмерным нагрузкам при укладке. Корабль проходит весь маршрут прокладки кабеля за один прием, не останавливаясь, и по пути укладывает кабель на дно – в среднем на глубине 3600 м, но иногда она доходит и до 8 км. Кабель находится под натяжением вплоть до 8 км за кораблем.

Рис. 6. Судно-кабелеукладчик.

Ремонт кабелей тоже проблематичен. На шестикилометровой глубине требуется около 20 часов, чтобы сбросить вниз захват, подцепить кабель и подтянуть один его конец к поверхности. Глубже 6 км такая операция вообще невозможна, поэтому в более глубоких впадинах кабели не ремонтируют, а просто делают врезку по обе стороны впадины. Так или иначе, неисправность кабеля на очень большой глубине устранять долго, дорого и сложно.

Рис. 7. Релейный усилитель.

В ранних кабелях были только соединения «точка-точка», но коммерческие перспективы использования одной кабельной системы для соединения множества оконечных точек были так велики, что появились разветвители. Простейший вариант оптического разветвителя – разделение физических волокон в сердечнике. В наши дни чаще используются реконфигурируемые оптические мультиплексоры с вводом-выводом (ROADM). Эти устройства позволяют добавлять и/или удалять отдельные или несколько длин волн, несущих каналы данных, из транспортного волокна без необходимости преобразовывать сигналы по всем каналам WDM в электронные сигналы и обратно в оптические сигналы. Основные преимущества использования ROADM – не нужно планировать распределение всей полосы пропускания заранее, так как ROADM позволяют перенастраивать полосу по мере надобности. Такая перенастройка выполняется в любой момент и никак не влияет на трафик, уже проходящий через ROADM.

Рис. 8. Кабельный разветвитель.

Подводная система обычно называется «мокрым» (wet) сегментом, и эти системы соединяются с поверхностными на кабельных станциях. На станциях находится оборудование, обеспечивающее электропитание кабеля. Используется постоянный ток, причем в системах питания кабелей большой длины как правило подается 10 кВ постоянного тока с обоих концов. Кроме того, на кабельной станции обычно устанавливается оконечное оборудование для длины волны и оборудование контроля линии.

Оптические повторители

Название «оптические повторители», пожалуй, сейчас не совсем точно отражает суть дела. Ранние электрические повторители работали в режиме обычного повторения сигнала: ресивер преобразовывал аналоговый сигнал на входе в цифровой, затем опять в аналоговый — и пускал его по следующему сегменту кабеля.

Современные оптические повторители представляют собой фотонные усилители, которые работают на полной мощности на дне морском и рассчитаны на 25-летний срок службы. Световой поток накачки (с длиной волны 980 нм или 1480 нм) поступает в относительно короткий сегмент волокна, легированного эрбием, смешиваясь с входным сигналом. Ионы эрбия вызывают усиление входящего потока света с длинами волн порядка 1550 нм. Энергия накачки заставляет ионы эрбия перейти в возбужденное состояние (с повышенной энергией), и когда в систему входит фотон полезного сигнала, ион возвращается в исходное состояние и испускает квант избыточной энергии – еще один фотон, частота которого равна частоте исходного фотона. Усиленный таким образом сигнал по направлению и фазе совпадает с исходным. Подобные устройства называются EDFA-усилителями (см. рис. 9) (англ. Erbium Doped Fibre
Amplifiers – усилители на оптоволокне, легированном эрбием). Технология EDFA произвела настоящую революцию в конструкции подводных кабелей. Весь «мокрый» сегмент, включая повторители, как будто выносит передаваемый сигнал за скобки. Число используемых лямбд, кодирование-декодирование сигнала, полная пропускная способность кабеля – все это теперь регулируется на берегу: на кабельных станциях по оба конца кабеля. Таким образом удалось продлить срок службы оптических систем, так как можно извлечь дополнительную пропускную способность из существующих кабелей, просто заменив оборудование на концах кабеля, а сам кабель не трогать: он как лежал себе под водой, так и лежит, просто теперь по нему передается больше информации.

Рис. 9. EDFA-усиление.

Подводные оптические повторители рассчитаны на весь срок службы кабеля и не требуют последующего вмешательства. Их конструкция включает в себя элемент резервирования: если повторитель выходит из строя, пропускная способность кабеля несколько проседает, но
некритично.

Устройства EDFA отличаются ошибкой усиления по всему диапазону рабочих частот, поэтому необходимо добавлять пассивный фильтр к усиленному сигналу, чтобы получить более плоский спектр мощностей. Благодаря этому совокупная сумма линейных усилителей дает максимальную производительность сигнала по всему диапазону частот в кабеле. На значительном расстоянии и этого оказывается мало, потому в кабелях могут использоваться активные элементы, так называемые корректоры уровня усиления (англ. Gain Equalisation Unit) (см. рис. 10). Количество таких корректоров, расстояние между ними и параметры коррекции настраиваются для каждой кабельной системы отдельно.

Рис. 10. Коррекция уровня усиления EDFA.

В наземных системах управлять усилением можно динамически, и по мере добавления или удаления каналов усилители перенастраиваются так, чтобы выдавать оптимальный уровень. В подводных усилителях такого динамического управления нет, и они настраиваются на насыщение, т.е. всегда «на максимум». Чтобы избежать перегрузки подсвеченных каналов, все неиспользуемые каналы в спектре заняты сигналом «простой».

На повторители приходится значительная часть общей стоимости кабельной системы, поэтому приходится решать, разместить ли повторители поближе друг к другу – например, через каждые 60 км или около того – или же растянуть их до 100 км, чтобы сэкономить на общем числе повторителей в системе. Оборотная сторона медали в том, что чем больше вы готовы потратить на кабельную систему, тем выше будет ее пропускная способность.

Главная мысль здесь в том, что подводная кабельная система – это не конструктор, где все компоненты стандартны и соединяются между собой по единым конструкторским правилам, а индивидуальный продукт, где каждый компонент настраивается так, чтобы вся система в целом давала оптимальные показатели для конкретной среды применения. В сущности, каждый проект, связанный с прокладкой подводных кабелей, во многом разрабатывается с нуля.

Пропускная способность кабеля и кодирование сигнала

Самые ранние подводные оптоволоконные кабельные системы были разработаны в 80-х годах прошлого века и введены в строй в конце того же десятилетия. Эти первые кабельные системы были коаксиальными, и для регенерации и усиления сигнала в них использовалось электрооборудование. Усилители, как правило, располагались через каждые 40 км кабеля. Первое, что сделали для повышения пропускной способности кабеля, – это применили систему, которая давно и прочно прижилась в радиосвязи: частотное разделение каналов, или мультиплексирование с разделением по частоте (англ. frequency division multiplexing, FDM). Первые оптические кабели с электроусилением использовали FDM для создания нескольких голосовых контуров в одном и том же несущем коаксиальном кабеле. Такие кабели поддерживали 560 Мб/с всего, разделенные примерно на 80 тысяч голосовых контуров.

Несущую способность коаксиального кабеля в таких гибридных оптоэлектрических системах планировалось удвоить, но в этот момент появились полностью оптические системы EDFA, которые впервые были применены под водой в 1994 году. Такие кабели использовали тот же самый тип оптического мультиплексирования с разделением по частоте: каждый оптический кабель делился на несколько каналов с той или иной длиной волны (или «лямбд», по буквенному обозначению длины волны) в аналоговой общей структуре, получившей название WDM (Wave Division Multiplexing – мультиплексирование по длине волны, или спектральное уплотнение каналов).

С повышением несущей частоты сигнала на больших расстояниях стало играть заметную роль такое явление как хроматическая дисперсия. Дело в том, что на разных частотах свет в оптическом волокне движется чуть-чуть с разной скоростью. В результате этого прямоугольный импульс на входе превращается на выходе в сглаженный, а в какой-то момент искажения становятся столь велики, что цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС или DSP – digital signal processor) на выходе уже не может надежно декодировать сигнал. Для борьбы с хроматической дисперсией используются сегменты волокна с отрицательной дисперсией, легированные диоксидом германия для компенсации хроматической дисперсии. Идеальным, правда, такое решение не назовешь: хотя и можно спроектировать систему компенсации дисперсии на средней частоте полосы, по краям на длинных расстояниях дисперсия все равно будет значительной.

В полностью оптических системах первого поколения использовалась простейшая технология цифровой модуляции «включение-выключение» (one/off keying, OOK). Техника кодирования сигнала OOK применялась в системах WDM для скоростей сигнала до 10 Гбит/с на лямбду (этот потолок был достигнут в 2000 году), но для кабелей большей пропускной способности на длинных дистанциях этот метод непригоден из-за сочетания хроматической и поляризационной дисперсии.

В этот момент в цифровых процессорах обработки сигналов стали использовать методы модуляции когерентных радиочастот в сочетании со спектральным уплотнением каналов. Это стало возможно благодаря появлению усовершенствованных методов цифровой обработки сигналов, обогащенных наработками из мира радио, где приемник может обнаруживать быстрые изменения фазы
несущего сигнала на входе в дополнение к изменениям амплитуды и поляризации.

С помощью таких DSP становится возможно модулировать сигнал в каждой лямбде путем фазовой модуляции сигнала. Метод квадратурной фазовой манипуляции (Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) определяет четыре точки сигнала, отделенные друг от друга 90-градусным фазовым смещением (см. рис. 11), что позволяет закодировать 2 бита в одном символе. Сочетание QPSK и кодирования по 2-точечной поляризации позволяет иметь по 2 бита на символ. На практике получается, что в C-диапазоне система на оптическом носителе на 5 ТГц, использующая QPSK и DWDM, может быть настроена так, чтобы иметь общую пропускную способность примерно в 25 Тбит/с, в предположении, что соотношение сигнал/
шум будет приемлемым. Еще одно преимущество – столь высоких скоростей можно достичь с помощью гораздо более скромных компонентов. Канал на 100G состоит из восьми носителей по 12,5G.

Рис. 11. Фазово-амплитудное созвездие для QPSK.

Амплитудная модуляция позволяет еще больше доработать этот метод кодирования. Возможности QPSK расширяет 8QAM, добавляя к кодированию QPSK еще четыре точки, так как появляются дополнительные фазы по 45 градусов с половинной амплитудой. 8QAM позволяет кодировать группы по 3 бита на символ, но предъявляет более высокие требования к отношению сигнал/шум – 4 дБ. 16QAM, как можно заключить из названия, определяет 16 отдельных точек в фазово-амплитудном пространстве, позволяя
кодировать по 4 бита на символ, ценой повышения минимально приемлемого соотношения сигнал/шум еще на 3 дБ (см. рис. 12). Практическим лимитом количества точек кодирования в фазово-амплитудном пространстве является показатель отношения сигнал/шум для самого кабеля, так как чем сложнее кодирование, тем выше требования к декодеру.

Рис. 12. Созвездия адаптивной модуляции для QPSK, 8PSK, 16QAM и 64QAM.

Еще одна методика, которая помогает извлечь плотный сигнал из шумного аналогового носителя, – использование кодов прямой коррекции ошибок (Forward Error Correcting, FEC) в цифровом сигнале. Коды FEC позволяют обнаруживать и исправлять небольшое число ошибок на кадр FEC, жертвуя для этого частью пропускной способности.

В области FEC сейчас вершиной является полярный код, позволяющий каналу практически достичь предела Шеннона – теоретического максимума скорости передачи при заданной пропускной способности и заданном отношении сигнал/шум.

Сейчас можно и выгодно развертывать кабельные системы средней и большой дальности пропускной способностью под 50 Тбит/с в одном оптическом волокне. Но это не тот предел, которого можно достичь в плане пропускной способности таких систем.

Проектировщикам кабельных систем доступны два диапазона частот. Самый распространенный – это С-диапазон, охватывающий длины волн с 1530 нм по 1565 нм. Соседний с ним L-диапазон простирается от 1570 нм до 1610 нм. В аналоговых терминах каждый диапазон составляет примерно от 4,0 до 4,8 ТГц. Если задействовать оба диапазона с кодированием DWDM и QPSK, получатся кабельные системы, которые смогут передавать где-то 70 Тбит/с на волокно на расстояниях до 7500 км.

Подобная пропускная способность дается немалой ценой, так как устройства EDFA работают либо в C-диапазоне, либо в L-диапазоне – поэтому, если нам нужны оба, потребуется вдвое больше EDFA-усилителей (а значит, и вдвое больше мощности на кабельных станциях). Возможно, в какой-то момент конструкторы кабельных систем обнаружат, что дешевле увеличить число пар волокон в кабеле, чем использовать все более сложные механизмы кодирования – хотя имеются и ограничения общей мощности, которую можно «вкачать» в дальние подводные кабели, так что, как правило, подобные системы большой дальности содержат не более восьми пар волокон.

Совершенно другой принцип оптического усиления используют т.н. рамановские, или ВКР-усилители (англ. Fibre Raman Amplifier, FRA). В них используется вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР), известное также как эффект Рамана (Stimulated Raman Scattering, SRS). Активной средой является нелегированное оптоволокно, а мощность
преобразуется в оптический сигнал за счет нелинейного оптического процесса – комбинационного рассеяния света, открытого индийским физиком Ч. Раманом (и независимо от него Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом в МГУ. Поскольку Нобелевскую премию за это открытие получил один Раман, термин «эффект Рамана» весьма непопулярен среди физиков на постсоветском пространстве: у нас это называют просто «комбинационным рассеянием света» – прим. редакции). При столкновении фотона с молекулой стекла, сопровождающемся обменом энергией, электрон в молекуле возбуждается до виртуального состояния, а при обратном переходе в вибрационное состояние происходит вынужденная эмиссия. К преимуществам FRA относятся переменное усиление длин волн, совместимость с установленным одномодовым волокном и пригодность для продления EDFA. Для FRA-усиления требуются лазеры с очень высокой мощностью накачки и сложное регулирование усиления, но сочетание EDFA и FRA может дать снижение средних требований к мощности на сегменте. FRA-усилители работают в очень широком диапазоне сигналов (1280 нм – 1650 нм).

Однако все это верно лишь в предположении, что стекло является пассивной средой, подверженной лишь линейным искажениям (или шумам): если увеличить длину кабеля вдвое, то затухание сигнала, уровень хроматической дисперсии и т.д. вырастут тоже вдвое. Но если вкачать в стекло большой объем энергии в виде фотонов, оно начинает вести себя нелинейно, и чем выше уровень энергии, тем более выраженной становится эта нелинейность.

При накачке оптических систем лазером возникает оптический эффект Керра: высокая интенсивность света вызывает изменение показателя преломления стекла, что в свою очередь может привести к нестабильности модуляции оптических систем, особенно фазовой. Прохождение сильных потоков света сквозь стекло может вызвать в нем акустические вибрации, приводящие к возникновению крупных фононов низкой частоты, а эти фононы вызывают рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. В результате возникает ремодуляция светового луча, а кроме того, изменяются характеристики усиления и поглощения света.

Что получается? Для передачи сигнала высокой плотности по кабелю требуется большая мощность, а большая мощность приводит к нелинейному искажению сигнала (см. рис. 13), особенно фазовому. Приходится балансировать энергобюджет, хроматическое и фазовое искажение, а также пропускную способность кабеля. В современных кабельных системах иногда для оптимизации общей пропускной способности кабеля применяются разные алгоритмы кодирования для разных лямбд.

Рис. 13. Нелинейное искажение сигнала, модулированного по QPSK.

Начиная с 2010 года конструкторы кабельных систем по большому счету предоставляют DSP разбираться с дисперсией и отказываются от использования сегментов компенсации дисперсии в самом кабеле. DSP теперь выполняет компенсацию обратной связи. Благодаря этому повышается когерентность сигнала, пусть и ценой повышения сложности DSP. Кроме того, конструкторы наращивают диаметр стеклянного сердечника в SPF-волокне. Увеличение эффективного размера стеклянного сердечника снижает выраженность нелинейных эффектов в стекле, накачанном энергией, что позволяет увеличить полезную пропускную способность оптоволоконных систем с толстым сердечником в десять раз. Кроме того, разрабатываются более мощные DSP, которые могут выполнять больше функций. В определенной степени конструкторы при этом опираются на закон Мура. Наращивание числа элементов в микросхеме позволяет загрузить в чип DSP больший функционал, не выходя за рамки требований к мощности и охлаждению. DSP могут не только работать с компенсацией обратной связи, но и выполнять адаптивное кодирование и декодирование. Например, DSP может переключаться между двумя кодировками PSK для каждой пары символов. Пусть, например, каждый следующий символ был закодирован попеременно по 8QAM и 16QAM: тогда в результате мы получим по 7 бит на символ, что сократит значительное приращение между различными уровнями кодирования PSK. DSP также может тестировать различные фазово-амплитудные точки и сокращать их использование для символов с высокой вероятностью ошибки. Это так называемое вероятностное формирование созвездий (англ. Probabilistic Constellation Shaping, PCS). Если добавить к нему прямую коррекцию ошибок, отведя на нее примерно 30% полосы, можно получить в системе большой диапазон пригодных для использования уровней пропускной способности.

Кстати о пропускной способности современных кабельных систем: мощнейшим на сегодняшний момент является кабель MAREA, идущий от испанского Бильбоа до Вирджиния-Бич в США. Его рабочая пропускная способность составляет 208 Тбит/с.

Что дальше?

Эволюция подводных кабельных систем ни в коем случае не близится к концу, и все время возникают новые идеи о том, как сделать их мощнее и дешевле. В последние тридцать лет пропускная способность оптики каждое десятилетие увеличивалась примерно в сотню раз, и было бы глупо полагать, что такой бурный рост вдруг резко остановится – но нельзя и не признать, что поддержание его на прежнем уровне потребует немалого технологического новаторства в дальнейшем.

Замечу, что до сих пор основные усилия были сосредоточены на том, чтобы выжать максимум из одной оптоволоконной пары. Проблема здесь в том, что для этой цели мы загоняем систему в крайне неэффективный энергетически режим, поскольку значительная часть затрачиваемой энергии уходит в оптический шум, который потом еще и приходится отфильтровывать. Альтернативным вариантом является использование нескольких волокон в составе одного сердечника при гораздо более низкой мощности. Так можно повысить и пропускную способность системы, и ее энергоэффективность.

Будут продолжать совершенствоваться и DSP, но следует ожидать изменений в системах, отправляющих сигнал в кабель. Точно так же, как в векторных системах DSL используется предварительная компенсация запускаемого сигнала для того, чтобы скомпенсировать искажения в медном контуре, возможно, удастся использовать предварительное искажение в возбудителях лазеров – или, возможно, даже в сегментах EDFA – для того, чтобы вывести подводные
кабели еще на более высокий уровень производительности.

Источник: Internet Economics

Работа с оптоволокном: не так страшно, как кажется

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

В прошлом году мы проводили ряд семинаров, посвященных системам передачи информации по оптоволоконному кабелю. Общаясь со слушателями, часто сталкивались с ситуацией, когда люди готовы применять данные системы: у них есть проекты, преимущества решения превалируют над стоимостью — ставь и сдавай проект, получай деньги и уверенность в том, что у заказчика не будет претензий к качеству выполненных работ. Но тот факт, что у специалистов нет никакого опыта работы с подобным оборудованием, их останавливал. Все неоднократно слышали о сложностях, о необходимости высокой квалификации специалистов. Многие считают, что сварка оптоволокна и монтаж оборудования с использованием оптоволоконного кабеля — рискованный процесс, требующий дорогих материалов и высокооплачиваемых сотрудников, что это не для них.

С.А. Карачунский
Руководитель отдела маркетинга компании «В1 электроникс»

На самом деле, работа с оптоволокном хоть и требует определенного опыта и навыков, но их наработать — не такая сложная задача. Тем более что сейчас рынок предлагает большое количество инструментов и оборудования для разделки и монтажа кабеля. Этому вопросу и посвящена данная статья.

Вводная информация

Одно из главных требований при работе с оптоволоконными кабелями — внимательное отношение ко всем этапам процесса монтажа кабельной системы: укладке, разделке, соединению и оконцовке. Ошибка дорогого стоит — это затраты на поиск места повреждения и замена участка кабеля. Замена поврежденного участка не только увеличивает трудозатраты, но и снижает качество всей системы: каждый соединительный элемент, каждая спайка вносит свои искажения в передаваемый сигнал, уменьшает расстояние передачи сигнала, требует увеличения оптического бюджета системы. Для специалистов, которые только начинают свою работу по монтажу оптоволокна, рекомендуется приобрести готовый комплект основных инструментов и материалов, необходимых для проведения работ: тара, дозаторы, распределители, расходные материалы и защитные средства. Спустя некоторое время, когда вы получите начальные навыки работы с оптоволоконным кабелем и сформируете предпочтения в разнообразии используемых инструментов и материалов, вы сможете комбинировать набор «под себя».

Разделка волоконно-оптического кабеля

Волоконно-оптический кабель представляет собой несколько оптических волокон, которые вместе с армирующими нитями заключены в защитную полимерную оболочку. Для защиты от агрессивных внешних воздействий кабель помещают в броневую защиту из гофрированной алюминиевой или стальной защитной ленты либо из стальной проволоки. Из-за того, что оптическое волокно в достаточной степени чувствительно к осевым и радиальным деформациям, для его разрезания непригодны недорогие кабелерезы, которые используются для работы с медными кабелями. Рекомендуется использовать инструмент, лезвия которого рассчитаны на резку стали.

Начальный этап разделки волоконно-оптических кабелей — удаление верхнего слоя защитных и броневых покровов, выполняется теми же инструментами, что и разделка обычных кабелей. Полимерная изоляция и фольга вскрываются резаками, а стальная проволока выкусывается бокорезами. Рекомендуется применять кабельные ножи: они позволяют снимать полимерное покрытия с кабеля диаметром от 4 до 35 мм, и при этом кабельный нож имеет специальную насадку, ограничивающую глубину разреза оболочки, что исключает повреждение оптоволоконных жил.

Но в дальнейшей работе без специальных инструментов все равно не обойтись:

• ножницы или кусачки с керамическими лезвиями — используются для удаления армирующих нитей из кевлара. Обычные ножницы эти тонкие, гибкие и прочные волокна не режут, а выдавливают или гнут;
• стрипперы — предназначены для снятия буферного слоя. Их применение снижает риск повреждения оптического волокна: в первую очередь из-за того, что его рабочие поверхности имеют фиксированную настройку;
• скалыватель оптических волокон — применяется для отсекания лишнего отрезка волокна под углом 90 град. Скалыватели бывают ручные и автоматические. При подготовке оптоволокна для последующей сварки или соединения волокон при помощи сплайса рекомендуется использовать автоматические скалыватели, которые позволяют получить чистый и ровный скол без дефектов под углом 90±0,5 град. Например, скол с углом более 2 град. может привести к увеличению потерь в соединении до 1 дБ, что при оптическом общем бюджете системы в 15-25 дБ — зачастую непозволительная роскошь;
• микроскопы  позволяют  диагностировать разъемы оптических волокон на качество полировки жилы, наличие трещин, царапин;
• кримперы предназначены для обжимки наконечников, разъемов и контактов.

Способы соединения волоконно-оптического кабеля

Широко применяются три способа монтажа оптоволокна:

• сварка оптических волокон;
• соединение   при   помощи   механических разъемов;
• соединение при помощи сплайса.

Сварка оптических волокон

Осуществляется с помощью специальных сварочных аппаратов и обычно выполняется в три этапа:

• подготовка и зачистка кабеля, получение качественного торца;
• сваривание сварочным аппаратом;
• тестирование и оценка качества соединения. Сварочный аппарат осуществляет соединение оптоволокна с хорошими параметрами места соединения просто и быстро. Современные сварочные аппараты позволяют снизить потери в месте соединения до 0,04 дБ и менее. Аппарат автоматически выполняет все необходимые операции: юстирует оптоволокна, расплавляет концы оптоволокон, сваривает их. Наиболее функциональные (но и, к сожалению, более дорогие) модели также проверяют качество соединения. После чего место сварки защищают, обычно при помощи термоусаживающей трубки.
  

Соединение при помощи механических разъемов

Сварка оптического волокна также используется при оконцовке волокна коннекторами. Для этих целей используются готовые волоконно-оптические перемычки -пигтейлы (англ. pigtail — гибкий проводник). Пигтейл обычно изготавливается в заводских условиях, он представляет собой отрезок оптоволоконного кабеля, который имеет с одной стороны оптический коннектор. Волокно оптического кабеля сваривается с волокном пигтейла, а уже при помощи коннектора его подключают к оборудованию.

Соединение при помощи сплайса

Сплайс — устройство для сращивания волоконно-оптического кабеля без применения сварки. В сплайс через специальные направляющие навстречу друг другу вводятся подготовленные концы оптических волокон и фиксируются в нем. Для уменьшения вносимых потерь стык между волокнами помещают в специальный (иммерсионный) гель, который зачастую находится внутри сплайса.

Технология соединения при помощи сплайса включает в себя несколько этапов:

• разделка волоконно-оптического кабеля;
• обработка торцов;
• выполнение соединения;
• тестирование и оценка качества соединения;
• нанесение защитных покрытий, восстановление защитной оболочки и брони.

Применение сплайсов облегчает процесс сращивания оптоволокна, но работа с ними требует практических навыков. Вносимые потери при этом методе соединения волокон меньше, чем при использовании пары волоконно-оптических вилок и адаптера, но все же могут составлять 0,1 дБ и выше. Согласно требованиям стандартов на СКС IS0 11801, TIA EIA 568B вносимые потери в сплайсе не должны превышать 0,3 дБ. Для этого в ходе монтажа проводится корректировка положения волокон относительно друг друга, в процессе работ также необходимо проводить постоянный замер потерь на месте соединения.

Кроме того, следует принимать во внимание тот факт, что со временем потери в месте соединения при помощи сплайса могут увеличиться из-за смещения волокон в пространстве или высыхания иммерсионного геля.

Выводы

Материал, который здесь представлен, кому-то может показаться неполным, кому-то поверхностным. Я и не ставил себе задачу изложить всю информацию об инструментах и оборудовании, применяющихся при работе с оптоволокном — да и не уверен, что для этого хватит всего журнала: информации много, она разнообразна.

Но, для того чтобы приступить к работе, вполне достаточно начальных знаний и навыков. Читайте, спрашивайте, приходите на семинары и тренинги — поставщики оборудования должны быть сами заинтересованы в повышении вашей грамотности. Не боги горшки обжигали — и у нас все получится.                                

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #2, 2010
Посещений: 34577

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Основы волоконной оптики

SMA — из-за своей конструкции из нержавеющей стали и механизма фиксации волокон с низкой точностью, этот разъем используется в основном в приложениях, требующих соединения мощных лазерных лучей в многомодовые волокна с большой сердцевиной. Типичные области применения включают системы доставки лазерного луча в медицине, биомедицине и промышленности. Типичные вносимые потери разъема SMA превышают 1 дБ.

ST — коннектор ST широко используется как в полевых условиях, так и в оптоволоконных ЛВС внутри помещений.Его высокоточный керамический наконечник позволяет использовать его как с многомодовыми, так и с одномодовыми волокнами. Байонетный соединительный механизм с ключом и блокировкой соединителя при нажатии и повороте предотвращает чрезмерное затягивание и повреждение конца волокна. Вносимое затухание разъема ST составляет менее 0,5 дБ, при этом обычно достигаются типичные значения 0,3 дБ. Просверленные металлические разъемы ST с вносимыми потерями> 1 дБ используются с волокнами Newport с большой сердцевиной (> 140 мкм).

FC — FC стал предпочтительным соединителем для одномодовых волокон и в основном используется в волоконно-оптических приборах, волоконно-оптических компонентах SM и в высокоскоростных волоконно-оптических линиях связи.Этот высокоточный керамический соединитель с наконечником оснащен ключом, препятствующим вращению, что снижает повреждение торца волокна и снижает чувствительность волокна к центру вращения. Ключ также используется для повторяемого выравнивания волокон в оптимальном положении с минимальными потерями. Также доступны многомодовые версии этого разъема. Типичные вносимые потери разъема FC составляют около 0,3 дБ. Просверленные металлические соединители FC с вносимыми потерями> 1 дБ используются с волокнами Newport с большой сердцевиной (> 140 мкм).

SC — разъем SC становится все более популярным в одномодовом оптоволоконном телекоммуникационном и аналоговом кабельном телевидении, в полевых каналах. Конструкция высокоточного керамического наконечника оптимальна для юстировки одномодовых оптических волокон. Внешний квадратный профиль разъемов в сочетании с механизмом двухтактного соединения обеспечивает большую плотность упаковки разъемов в приборах и патч-панелях. Внешний корпус с шпонками предотвращает чувствительность к вращению и повреждение торца волокна.Также доступны многомодовые версии этого разъема. Типичные вносимые потери разъема SC составляют около 0,3 дБ.

Подготовка торца разъема

После того, как оптическое волокно будет заделано определенным соединителем, подготовка торца соединителя определит, какими будут возвратные потери соединителя, также известные как обратное отражение. Обратное отражение — это соотношение между светом, распространяющимся через соединитель в прямом направлении, и светом, отраженным обратно в источник света поверхностью соединителя.Сведение к минимуму обратного отражения имеет большое значение в высокоскоростных и аналоговых волоконно-оптических линиях связи, где используются источники с узкой шириной линии, такие как DFB-лазеры, которые подвержены скачкам мод и флуктуациям их выходного сигнала.

Оптоволоконный кабель

, вид в разрезе

Волоконно-оптический кабель, вид в разрезе

Оптоволоконный кабель

, вид в разрезе

На этом изображении вы можете найти оптоволоконный кабель в разрезе.

Наш ПОСЛЕДНИЙ YouTube-фильм готов к запуску.Просто взгляните, оставьте свой ценный совет, дайте нам знать и подпишитесь на нас! Большое спасибо!

Мы рады предоставить вам изображение под названием Оптоволоконный кабель в разрезе . Мы надеемся, что это изображение оптоволоконного кабеля в разрезе поможет вам в учебе и исследованиях. для получения дополнительных материалов по анатомии, подпишитесь на нас и посетите наш веб-сайт: www.anatomynote.com.

Anatomynote.com нашел оптоволоконный кабель в разрезе из множества анатомических изображений в Интернете.Мы думаем, что это самый полезный снимок анатомии, который вам нужен. Вы можете щелкнуть изображение, чтобы увеличить его, если не видите четкого изображения.

Изображение добавлено администратором. Спасибо за посещение anatomynote.com . Мы надеемся, что вы сможете получить именно ту информацию, которую ищете. Пожалуйста, не забудьте поделиться этой страницей и следить за нашими социальными сетями, чтобы способствовать дальнейшему развитию нашего веб-сайта. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам.

Если вы считаете эту картинку полезной, пожалуйста, не забудьте поставить нам оценку под картинкой!

Одна из наших целей собрать эти изображения — мы надеемся, что эти изображения не будут потеряны при удалении соответствующей веб-страницы.

Но вы также можете знать, что любое содержимое, товарные знаки или другие материалы, которые могут быть найдены на веб-сайте anatomynote.com, которые не являются собственностью anatomynote.com, остаются собственностью соответствующих владельцев. Anatomynote.com никоим образом не претендует на право собственности или ответственности за такие предметы, и вам следует запросить юридическое согласие на любое использование таких материалов от его владельца.

Анатомия — удивительная наука. Это может помочь вам лучше понять наш мир. Мы надеемся, что вы будете использовать эту картинку в своем исследовании и в своих исследованиях.

Этот пост «Оптоволоконный кабель , вид в разрезе » относится к следующим категориям / категориям. В этих категориях вы также можете найти более похожее и подробное содержание.

Патент США на механический интерфейс между оптоволоконным кабелем и оптоволоконным соединителем Патент (Патент № 10,754,102, выданный 25 августа 2020 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Это приложение является продолжением приложения Ser.No. 15/707252, поданной 18 сентября 2017 г., теперь пат. № 10 247 888, который является продолжением заявки сер. № 14/176940, поданной 10 февраля 2014 г., теперь пат. № 9,766,413, которая является отдельной заявкой сер. No. 12/782929, поданной 19 мая 2010 г., теперь пат. № 8646989 от 11 февраля 2014 г., в котором испрашивается преимущество предварительной заявки сер. № 61/179673, поданной 19 мая 2009 г., заявки которых полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к оптоволоконной передаче данных и, в частности, к системам соединения оптоволоконного кабеля.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Волоконно-оптические кабели широко используются для передачи световых сигналов для высокоскоростной передачи данных. Волоконно-оптические кабели включают оптическое волокно или оптические волокна. Оптические волокна служат для передачи световых сигналов (т. Е. Оптических сигналов). Типичное оптическое волокно включает внутреннюю сердцевину, окруженную оболочкой, покрытой покрытием.

Системы соединения оптоволоконных кабелей используются для облегчения подключения и отсоединения оптоволоконных кабелей в полевых условиях без необходимости сращивания.Типичная система соединения оптоволоконного кабеля для соединения двух оптоволоконных кабелей включает оптоволоконные соединители (т.е. оптоволоконные соединители), установленные на концах оптоволоконных кабелей, и адаптер для механического и оптического соединения оптоволоконных соединителей. Волоконно-оптические соединители обычно включают в себя наконечники, которые поддерживают концы оптических волокон волоконно-оптических кабелей. Торцевые поверхности наконечников обычно отполированы и часто расположены под углом. Адаптер включает коаксиально выровненные порты (т.е.е., розетки) для приема оптоволоконных соединителей, которые необходимо соединить между собой. Адаптер обычно включает в себя внутреннюю втулку, которая принимает и выравнивает наконечники оптоволоконных разъемов, когда разъемы вставляются в порты адаптера. Когда наконечники и связанные с ними волокна выровнены и упираются в гильзу адаптера, оптоволоконный сигнал может проходить от одного волокна к следующему соответствующему волокну через оптический интерфейс, созданный таким устройством.Адаптер также обычно имеет механическое крепежное приспособление (например, защелкивающееся приспособление, защелку и т. Д.) Для механического удержания оптоволоконных соединителей внутри адаптера.

Волоконно-оптические кабели в настоящее время проложены к помещениям клиентов (например, по оптоволоконным кабелям). Во время прокладки оптоволоконного кабеля в зданиях тяговые петли, прикрепленные к оптоволоконным разъемам, используются для протягивания оптоволоконных кабелей по каналам внутри здания. Использование проушин, прикрепленных к оптоволоконным разъемам, для протягивания оптоволоконных кабелей через кабелепроводы, создает напряжение на механических интерфейсах между оптоволоконными разъемами и соответствующими им оптоволоконными кабелями.Это может привести к выходу из строя механических интерфейсов под действием растягивающей нагрузки. Кроме того, во время прокладки оптоволоконных кабелей с коннекторами к оптоволоконным разъемам могут прилагаться боковые нагрузки / изгибающие моменты, вызывая поломку.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект настоящего раскрытия относится к механическому интерфейсу между оптоволоконным соединителем и оптоволоконным кабелем, который может без сбоев выдерживать относительно высокие нагрузки растяжения. В одном варианте осуществления механический интерфейс может выдерживать растягивающую нагрузку не менее 75 фунтов.

Другой аспект настоящего раскрытия относится к оптоволоконному соединителю, имеющему передний конец с наконечником и задний конец, приспособленный для механического соединения с оптоволоконным кабелем. Задний конец оптоволоконного соединителя сконфигурирован так, чтобы противостоять поломке, вызванной боковыми нагрузками / изгибающими моментами, приложенными к оптоволоконному соединителю.

Множество дополнительных аспектов изобретения будут изложены в нижеследующем описании. Аспекты изобретения могут относиться к индивидуальным признакам и к комбинациям признаков.Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и последующее подробное описание являются только иллюстративными и пояснительными и не ограничивают широкие идеи изобретения, на которых основаны раскрытые здесь варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 — вид в перспективе волоконно-оптического кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия сущности изобретения, вид в перспективе, показывающий проксимальный конец блока волоконно-оптического кабеля и соединителя;

РИС.2 — еще один вид в перспективе волоконно-оптического кабеля и узла соединителя, показанного на фиг. 1 — вид в перспективе, показывающий дистальный конец оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС. 3 — вид в разрезе оптоволоконного кабеля и узла соединителя, показанного на фиг. 1 — вид в разрезе в плоскости, показанной на фиг. 2;

РИС. 4 — увеличенная часть фиг. 3;

РИС. 5 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару контактов оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС.6 — увеличенная часть фиг. 5;

РИС. 7 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару контактов оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС. 8 — увеличенная часть фиг. 7;

РИС. 9 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару контактов оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС.10 — увеличенная часть фиг. 9;

РИС. 11 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару контактов оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС. 12 — увеличенная часть фиг. 11;

РИС. 13 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару штырей оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС.14 — увеличенная часть фиг. 13;

РИС. 15 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару штырей оптоволоконного кабеля и узла соединителя;

РИС. 16 — увеличенная часть фиг. 15;

РИС. 17 — вид в разрезе другого оптоволоконного кабеля и узла соединителя в соответствии с принципами настоящего раскрытия, вид в разрезе, сделанный через пару штырей оптоволоконного кабеля и узла соединителя; и

фиг.18 — увеличенная часть фиг. 17.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

РИС. 1 и 2 показан оптоволоконный кабель и узел соединителя 20, в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель и кабельный узел 20 включает в себя оптоволоконный кабель 22 , механически соединенный с оптоволоконным соединителем 24 на механическом интерфейсе 26 . Волоконно-оптический кабель 22 включает в себя множество оптических волокон 28 (т.е.g., 12 волокон, 24 волокна или любое другое количество волокон), имеющие концевые части, которые заканчиваются на наконечнике 30 оптоволоконного соединителя 24 . Концевые части оптических волокон , 28, обычно закреплены (например, эпоксидной смолой) в отверстиях, ограниченных наконечником 30 , и имеют полированные концы 32 (схематично показаны на фиг.2), расположенные на торцевой поверхности 34 наконечника 30 . Манжета 30, может включать в себя выравнивающие конструкции (например,g., штыри , 36, , приемники штифтов или другие конструкции) для совмещения наконечников двух соединителей, которые необходимо соединить вместе. Когда два оптоволоконных соединителя соединены вместе, полированные концы , 32, их соответствующих оптических волокон 28, предпочтительно располагаются соосно соосно друг с другом, так что оптические передачи могут легко передаваться от волокна к волокну.

Как показано на фиг. 3 и 4, оптоволоконный соединитель 24, включает в себя основной корпус 36 соединителя, имеющий дальний конец 38 , расположенный напротив проксимального конца 40 .Разъединяющая втулка 42 установлена ​​с возможностью скольжения вокруг корпуса 36 основного соединителя в месте между дальним концом 38 и проксимальным концом 40 . Разъемную втулку 42 можно отводить с возможностью скольжения на корпусе основного соединителя 36 для отсоединения оптоволоконного соединителя 24 от оптоволоконного адаптера. Манжета 30 устанавливается на дальний конец 38 корпуса основного разъема 36 , а пружинный толкатель 44 устанавливается на проксимальном конце 40 корпуса 36 основного разъема.Пружинный толкатель 44 зацепляет пружину 46 (показана только на фиг.3 для ясности), расположенную внутри корпуса 36 основного соединителя, которая смещает манжету 30 в дистальном направлении. Пружинный толкатель 44 прикреплен к корпусу основного соединителя 36 с помощью механического соединения, такого как соединение с защелкой.

Возвращаясь к фиг. 1, оптические волокна 28 оптоволоконного кабеля 22 содержатся внутри внешней оболочки 50 .Волоконно-оптический кабель 22 также включает в себя силовые элементы 52 , расположенные внутри внешней оболочки 50 и вокруг оптических волокон 28 . В одном варианте осуществления силовые элементы 52 сконфигурированы для обеспечения прочности на разрыв оптоволоконного кабеля 22 без существенного уменьшения гибкости оптоволоконного кабеля 22 . В качестве примера, силовые элементы 52, могут включать в себя множество гибких элементов, таких как арамидные нити (т.е.э., кевлар).

Механический интерфейс 26 включает в себя опорный стержень для обжима 54 (т. Е. Цилиндр), который выступает проксимально наружу из основного корпуса толкателя пружины 44 , обжимную ленту 56 и внешний пыльник 58 . Обжимная лента 56 может быть изготовлена ​​из деформируемого металлического материала. В одном варианте осуществления обжимная полоса 56 включает первую часть 60 , соединенную со второй частью 62 посредством радиального шага 64 .Первая часть 60 обжата на опорном выступе обжима 54 и имеет больший поперечный размер, чем вторая часть 62 . Первая часть 60 обжимной ленты 56 предназначена для крепления силовых элементов 52 оптоволоконного кабеля 22 к оптоволоконному соединителю 24 . В частности, силовые элементы 52 механически зажаты между первой частью 60 и внешней поверхностью опорного стержня 54 для обжима.Вторая часть 62 обжата на внешней оболочке 50 оптоволоконного кабеля 22 , чтобы прикрепить внешнюю оболочку 50 к оптоволоконному соединителю 24 . Внешний чехол 58 включает дистальный конец 66 , который устанавливается поверх обжимной ленты 56 , и проксимальный конец, который устанавливается поверх оптоволоконного кабеля 22 . Ботинок 58, может иметь коническую конфигурацию, которая переходит от большего поперечного размера рядом с дальним концом 66 к меньшему поперечному размеру рядом с проксимальным концом 68 .

После обжима обжимная лента 56 может иметь несколько различных форм поперечного сечения. В одном варианте осуществления обжимная полоса 56, может иметь многоугольную форму (например, шестиугольную форму) после обжима. Когда обжимная полоса 56 наматывается на опорный стержень 54 для обжима, опорный стержень 54 для обжима может деформироваться, чтобы соответствовать / совпадать с окончательной формой обжимной ленты 56 . Например, опорный стержень , 54, для обжима может иметь многоугольную форму после обжима.В других вариантах реализации обжимная полоса , 56, может включать в себя по меньшей мере части, которые после обжима обычно имеют цилиндрическую форму.

Желательно, чтобы механический интерфейс 26 выдерживал осевую растягивающую нагрузку не менее 75 фунтов без сбоев (т. Е. Без отрыва оптоволоконного соединителя 24 от оптоволоконного кабеля 22 ) . Чтобы улучшить способность механического сопряжения 26 выдерживать высокие растягивающие нагрузки, первая часть 60 обжимной ленты 56 включает внутреннюю поверхность 80 , включая элементы зажима или захвата силового элемента 82 , адаптированные для надежного зацепление силовых элементов 52 , когда силовые элементы 52 зажаты между первой частью 60 обжимной ленты 56 и опорным стержнем 54 для обжима.В некоторых вариантах осуществления захватные элементы , 82, могут включать спиральную резьбу, зубцы, накатку, выступы, неровности или другие структуры. В некоторых вариантах осуществления захватные элементы , 82, имеют волнообразную конфигурацию с относительно острыми выступами и впадинами, такими как те, которые образованы рисунком резьбы, нарезанным или иным образом сформированным внутри обжимной ленты 56, . В дополнительных вариантах осуществления элементы захвата, как описано выше, также могут быть предусмотрены на внешней поверхности опорного стержня , 54, для обжима.В таких вариантах осуществления захватные элементы обжимной ленты и захватные элементы опорного стержня для обжима взаимодействуют для закрепления силовых элементов между обжимным кольцом и опорным стержнем для обжима.

Для дальнейшего повышения способности механического интерфейса 26 выдерживать относительно большие растягивающие нагрузки, вторая часть 62 обжимной ленты 56 может быть снабжена элементами захвата 84 для захвата внешней оболочки 50 оптоволоконного кабеля 22 .Как показано на фиг. 3, захватные элементы , 84, включают сквозные отверстия, образованные радиально через вторую часть 62 обжимной ленты 56 . Когда вторая часть 62 обжимной ленты 56 загибается на внешнюю оболочку 50 , части внешней оболочки 50 перетекают или иным образом деформируются в сквозные отверстия 84 , тем самым обеспечивая механическую блокировку. который помогает поддерживать зацепление между внешней оболочкой 50 и второй частью 62 обжимной ленты 56 .В других вариантах осуществления захватные элементы на второй части 62, могут включать в себя выступы, выпуклости, углубления, углубления, зубцы или другие структуры.

РИС. 5 и 6 показан альтернативный оптоволоконный соединитель 124 . Оптоволоконный соединитель , 124, имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением конфигурации пружинного толкателя. В частности, пружинный толкатель 44 оптоволоконного соединителя 24 имеет прочную однородную формованную пластиковую конструкцию.Напротив, пружинный толкатель , 144, имеет композитную структуру, включающую металлическую вставку 150 , встроенную в формованную пластиковую деталь 152 . Металлическая вставка , 150, образует опорный стержень пружинного толкателя 144 . Кроме того, вставная деталь , 150, проходит через область 156 толкателя пружины 144 , тем самым обеспечивая область 156 структурным усилением.Таким образом, область 156 лучше выдерживает изгибающие нагрузки без разрушения.

РИС. 7 и 8 показан другой оптоволоконный соединитель 224 в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Волоконно-оптический соединитель 224 имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что были изменены пружинный толкатель и обжимная полоса. В частности, оптоволоконный соединитель 224 включает в себя пружинный толкатель 244 , определяющий внутреннюю кольцевую выемку 245 , которая окружает центральную ось оптоволоконного соединителя 224 .Выемка имеет открытый конец 247 , который обращен проксимально наружу от толкателя пружины 244 . Углубление 245 сконфигурировано для приема расширенной части 255 обжимной ленты 256 , так что обжимная лента 256 проходит в толкатель пружины 244 и корпус соединителя и усиливает его против изгибающих сил, приложенных к обжимной опорный заглушка. Обжимная полоса 256 также включает первую часть 260 , обжатую вокруг опорного шлейфа обжима, и вторую часть 262 , обжатую на внешней оболочке 50 оптоволоконного кабеля 22 .

РИС. 9 и 10 показан другой оптоволоконный соединитель 324 в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель 324 имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что были изменены пружинный толкатель и обжимная полоса. В частности, оптоволоконный соединитель 324 включает в себя обжимную ленту 356 и пружинный толкатель 344 . Обжимная полоса 356 включает в себя увеличенную часть 357 , которая проходит дистально за выступ, поддерживающий обжим, и подходит к увеличенной области 345 толкателя пружины 344 .Обжимная полоса 356 также включает первую часть 360 , обжатую вокруг опорного шлейфа обжима, и вторую часть 362 , обжатую на внешней оболочке 50 оптоволоконного кабеля 22 . Увеличенная часть 357 обжимной ленты 356 плотно прилегает к увеличенной части 345 толкателя пружины 344 и усиливает толчок пружины против изгибающих нагрузок, приложенных к опорному выступу обжима.Увеличенная часть 345 толкателя пружины 344 имеет меньший поперечный размер, чем поперечный размер основного корпуса соединителя 324 , так что уступ 390 определяется на дальнем конце пружины. толкать и проксимальный конец основного корпуса. Плечо 390 позволяет увеличенной части 357 обжимной ленты 356 быть заподлицо или почти заподлицо с внешней поверхностью основного корпуса оптоволоконного соединителя 324 .

РИС. 11 и 12 показан другой оптоволоконный соединитель , 424, в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель , 424, имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что были изменены пружинный толкатель и чехол. В частности, оптоволоконный соединитель , 424, включает в себя пыльник 458 и пружинный толкатель 444 . Пыльник 458 включает увеличенную часть 457 , которая проходит дистально за опорный стержень обжима и подходит к увеличенной области 445 толкателя пружины 444 .Пыльник 458 может включать внутренний усиливающий элемент 459 (например, втулку, такую ​​как металлическая втулка). Увеличенная часть 457 пыльника 458 плотно прилегает к увеличенной части 445 толкателя пружины 444 и усиливает толчок пружины против изгибающих нагрузок, приложенных к опорной стойке обжима. Увеличенная часть 445 толкателя пружины 444 имеет меньший поперечный размер, чем поперечный размер основного корпуса соединителя 424 , так что уступ 490 определен на дальнем конце пружины. толкать и проксимальный конец основного корпуса.Плечо , 490, позволяет увеличенной части 457 чехла 458 быть заподлицо или почти заподлицо с внешней поверхностью основного корпуса оптоволоконного соединителя 424 .

РИС. 13 и 14 показан другой оптоволоконный соединитель , 524, в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель , 524, имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что были изменены пружинный толкатель, обжимная полоса и основной корпус соединителя.Оптоволоконный соединитель 524 имеет конфигурацию, в которой обжимная полоса 556 обжата над пружинным толкателем 544 и включает обжатую часть, которая проходит внутри корпуса основного соединителя 536 оптоволоконного соединителя 524 . Во время сборки силовые элементы 52 оптоволоконного кабеля сначала обжимаются на толкатель пружины 544 , а затем нажимной элемент , 544 пружины защелкивается на заднем конце корпуса 536 основного соединителя.Таким образом, обжимная лента 556 может быть расположена для усиления толчка пружины 544 по отношению к изгибу, а в некоторых вариантах осуществления расстояние, на которое опорный стержень обжима выступает наружу от корпуса 536 основного соединителя, может быть сокращено. .

РИС. 15 и 16 показан другой оптоволоконный соединитель , 624, в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель , 624, имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что используется другое устройство обжима.Устройство обжима выполнено с возможностью быть короче в направлении вдоль продольной оси соединителя , 624, , тем самым, возможно, уменьшая изгибающий момент, прикладываемый к опорному шлейфу обжима, когда боковая нагрузка прикладывается к опорному шлейфу обжима через оптоволоконный кабель и ботинок. Обжимное устройство включает в себя первую обжимную ленту 656, , и для обжима силовых элементов 52 оптоволоконного кабеля 22 на опорной штыре для обжима, чтобы прикрепить силовые элементы 52 к соединителю 624 .Обжимное устройство также включает в себя вторую обжимную ленту 656 b для обжима оболочки кабеля 50 поверх первой обжимной ленты 656 b для прикрепления внешней оболочки 50 к соединителю 624 . Разъем 624 также имеет укороченный пыльник 658 .

РИС. 17 и 18 показан другой оптоволоконный соединитель , 724, в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Оптоволоконный соединитель , 724, имеет те же компоненты, что и оптоволоконный соединитель 24 , за исключением того, что используется другое устройство обжима.Обжимное устройство выполнено с возможностью быть короче в направлении вдоль продольной оси соединителя , 724, , тем самым, возможно, уменьшая изгибающий момент, прикладываемый к опорному шлейфу обжима, когда боковая нагрузка прикладывается к опорному шлейфу обжима через оптоволоконный кабель и ботинок. Обжимное устройство включает в себя обжимную ленту 756 для обжима силовых элементов 52 оптоволоконного кабеля 22 на опорной штыре для обжима, чтобы прикрепить силовые элементы , 52 к соединителю 724 .Волоконно-оптический соединитель , 724, также включает в себя укороченный чехол 758 , имеющий внутренний усиливающий элемент 759 , такой как металлическая усиливающая втулка. Пыльник 758 прижимает внешнюю оболочку 50 оптоволоконного кабеля 22 к внешней поверхности обжимной ленты 756 , чтобы прикрепить внешнюю оболочку 50 к оптоволоконному соединителю 724 .

A Рамановский волоконно-оптический пробник в сборе для использования во враждебных условиях (заявка на патент)

Шмукер, Джон Э., Фальк, Джон К., Арчер, Уильям Б. и Блази, Раймонд Дж. Узел рамановского волоконно-оптического зонда для использования во враждебных условиях . США: Н. П., 1998. Интернет.

Шмукер, Джон Э., Фальк, Джон С., Арчер, Уильям Б. и Блази, Раймонд Дж. Узел рамановского волоконно-оптического зонда для использования во враждебных условиях . Соединенные Штаты.

Шмукер, Джон Э., Фальк, Джон К., Арчер, Уильям Б. и Блази, Раймонд Дж.Пн. «Узел рамановского волоконно-оптического зонда для использования во враждебных условиях». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/782834.

@article {osti_782834,
title = {Узел рамановского волоконно-оптического зонда для использования во враждебных условиях},
author = {Шмукер, Джон Э. и Фальк, Джон К. и Арчер, Уильям Б. и Блази, Раймонд Дж.},
abstractNote = {Это изобретение обеспечивает устройство для рамановского спектроскопического измерения состава и концентраций во враждебной среде с использованием первого оптоволоконного кабеля в качестве средства направления монохроматического света высокой интенсивности от лазера во враждебную среду, а второго оптоволоконного кабеля - на получать рассеянный свет меньшей интенсивности для передачи на монохроматор для анализа.Чтобы избежать повреждения волоконной оптики, они защищены от агрессивной среды. Предпочтительный вариант волоконно-оптического зонда комбинационного рассеяния позволяет получать спектры комбинационного рассеяния агрессивных газов и растворов при температурах до 600 F и давлении до 2000 фунтов на квадратный дюйм. Падающий возбуждающий оптоволоконный кабель образует угол по существу 90 градусов с собирающим оптоволоконным кабелем. Эта 90-градусная геометрия минимизирует сигнал рэлеевского рассеяния, улавливаемый собирающим волокном, потому что интенсивность рэлеевского рассеяния самая низкая в направлении, перпендикулярном пути луча возбуждающего света, и поэтому геометрия 90-градусного рассеяния оптимизирует сигнал к коэффициенту шума.},
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/782834}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {1998},
месяц = ​​{9}
}

Полый оптоволоконный кабель обеспечивает передачу DWDM 10 Гбит / с по 10 км каналам

Поперечное сечение волокна Lumenisity

Lumenisity Limited

Автор: JOHN WALLACE — Производитель волоконно-оптических кабелей Lumenisity Limited (Ромси, Великобритания ) представила новый полый оптоволоконный кабель под названием CoreSmart для работы в режиме плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM) на каналах протяженностью более 10 км.

В волоконных световодах с полой сердцевиной свет распространяется в содержащей воздух сердцевине, образованной микроскопическими капиллярами. У них есть большое преимущество перед обычными твердыми стеклянными волокнами: данные передаются в полых волокнах на 50% быстрее, поскольку свет распространяется в воздухе. Распространение в воздухе дает возможность увеличить объем данных и расширить радиус действия за счет уменьшения в 1000 раз нелинейных оптических эффектов, вызванных мощностью, которые возникают в стекле.

Ключевой задачей было как проектирование, так и производственные процессы — в частности, изготовление волокон и разработка кабеля и процессов для бесшовной прокладки в полевых условиях в существующих и «зеленых» сетях.Lumenisity сообщает, что в сотрудничестве с Саутгемптонским университетом они решили многие из этих проблем, создав прочные кабели, предназначенные для развертывания значительной длины в городской сети.

Полый кабель CoreSmart компании Lumenisity использует технологию вложенного антирезонансного безузлового волокна (NANF), запатентованную компанией. Lumenisity заявляет, что другой тип конструкции с полой сердцевиной, оптоволокно с фотонной запрещенной зоной (PBGF), по своей сути является многомодовым и требует комплексных решений для уменьшения влияния паразитных мод на характеристики полой сердцевины, в то время как новое волокно Lumenisity является надежным одномодовым, обеспечивая непрерывная одновременная одномодовая передача на длине волны 1310 нм, а также в диапазонах C и L и за их пределами.

Технология NANF обещает достичь значений потерь на уровне или лучше, чем у обычных оптоволокон с твердой кремниевой сердцевиной, заявляет компания. Используемый в настоящее время полый кабель CoreSmart имеет потери около 2 дБ / км в широком диапазоне температур, что, по словам Lumenisity, является коммерчески доступным полым кабелем с наименьшими потерями.

Кабельная технология CoreSmart обеспечивает обратную совместимость с существующими сетями и системным оборудованием; он может быть соединен непосредственно в полевых условиях аккредитованными установщиками с коммерчески доступными сварочными аппаратами с использованием технологии адаптеров с полой сердцевиной и обычным волокном от Lumenisty (патентная заявка находится на рассмотрении).Соединения позволяют использовать вместе 10 составных сегментов и при этом удовлетворять требованиям к уровню ошибок телекоммуникационных сетей операторского уровня.

Кабельная технология была «тщательно протестирована и проверена в сложных условиях», — сообщает Lumenisity. Компания вместе со своими клиентами и партнерами развернула по всему миру несколько кабелей, которые передают производственный трафик в реальном времени в полевых условиях, причем некоторые из них передают трафик более трех лет.

Новый кабель, только что представленный Lumenisity, расширяет эту возможность до 10 км каналов с возможностью полного широкополосного DWDM со скоростью 10 Гбит на канал.Длина сегмента зависит от приложения. Кабели оцениваются на предмет более высоких скоростей передачи данных в ближайшие месяцы. Для получения дополнительной информации свяжитесь с [email protected].

ДЖОН УОЛЛЕС — старший редактор дочернего издания CI&M, Laser Focus World.

Pierside Cables — Optical Cable Corporation

Технические характеристики

Пирсайд

					Растягивающая нагрузка		Минимальный радиус изгиба
Количество волокон	Номер детали	Конфигуратор номера детали	Диаметр мм (дюйм)	Масса кг / км (фунты / 1000 футов)	Установка N (фунты)	Операция N (фунты)	Установка в см (дюймы)	Длительный срок, см (дюймы)
2	B-002C *** 5 км / с	Позвоните в OCC, чтобы получить помощь с заказом.	11,3 (0,44)	112,0 (75.0)	6 400 (1500)	1,200 (270)	17.0 (6,7)	11,3 (4.4)
4	B-004C *** 5 км / с	Позвоните в OCC, чтобы получить помощь с заказом.	11,3 (0,44)	112,0 (75.0)	6 400 (1500)	1,200 (270)	17.0 (6,7)	11,3 (4.4)
6	B-006C *** 5 км / с	Позвоните в OCC, чтобы получить помощь с заказом.	12,2 (0,48)	125,0 (84.0)	6 400 (1500)	1,200 (270)	18.3 (7.2)	12,2 (4.8)
8	B-008C *** 5 км / с	Позвоните в OCC, чтобы получить помощь с заказом.	13,6 (0,54)	153,0 (103.0)	6 400 (1500)	1,200 (270)	20.4 (8,0)	13,6 (5,4)
12	B-012C *** 5 км / с	Позвоните в OCC, чтобы получить помощь с заказом.	14,5 (0,57)	168,0 (113.0)	6 400 (1500)	1,200 (270)	21.8 (8,6)	14,5 (5,7)

×

Конфигураторы номеров деталей

Закрывать

Примечание: Доступны изделия с одинарной и двойной рубашкой для установки на стороне пирса.Доступны многомодовые, одномодовые и гибридные конструкции.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ЗАПРЕЩЕНИЯ ПРОНИКАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Данная заявка является продолжением заявки на патент США сер. № 15/864205, поданной 8 января 2018 г. и озаглавленной «ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ЗАПРЕЩЕНИЯ ПРОНИКАЮЩЕГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ», который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.

Аспекты настоящего раскрытия обычно относятся к оптической связи и, более конкретно, к оптоволоконным кабелям для использования в суровых условиях, таких как приложения для извлечения углеводородов при высоком давлении и высокой температуре.

С развитием волоконно-оптических датчиков для использования в суровых условиях возрастает потребность в волоконно-оптических кабелях, совместимых с суровыми условиями окружающей среды в скважинных нефтегазовых приложениях. Например, волоконно-оптические кабели, используемые в приложениях для обнаружения в скважине, должны быть способны надежно работать в условиях, которые могут включать температуры, превышающие 300 ° C, статическое давление, превышающее 138000 килопаскалей (кПа), вибрацию, химический состав коррозии и высоких парциальных давлений водорода.Водород имеет тенденцию ухудшать оптические свойства волокон в оптическом кабеле, вызывая нежелательное затухание, известное как водородное потемнение.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия предоставляют оптический кабель, пригодный для использования в скважине. Оптический кабель обычно включает в себя одно или несколько оптических волокон, внутреннюю трубку, окружающую одно или несколько оптических волокон, внешнюю трубку, окружающую внутреннюю трубку, и один или несколько полимерных уплотнительных элементов, расположенных в кольцевом пространстве между внешней трубкой и внутренней трубкой и прикреплен по меньшей мере к одной из внутренней или внешней трубы для предотвращения потока жидкости в кольцевом пространстве вдоль, по меньшей мере, части длины оптического кабеля.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия предоставляют оптический кабель, пригодный для использования в скважине. Оптический кабель обычно включает одно или несколько оптических волокон; внутреннюю трубку, окружающую одно или несколько оптических волокон; внешнюю трубку, окружающую внутреннюю трубку; наполнитель, расположенный по меньшей мере в одной из внутренней трубки или в кольцевом пространстве между внешней трубкой и внутренней трубкой, вдоль, по меньшей мере, части длины оптического кабеля; и множество проходных отверстий, сконфигурированных для инкапсуляции материала наполнителя по меньшей мере в одной из внутренней трубы или кольцевого пространства, при этом материал наполнителя выполнен с возможностью препятствовать потоку поступающей жидкости вдоль, по меньшей мере, части длины оптического кабель.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия предоставляют оптический кабель, пригодный для использования в скважине. Оптический кабель обычно включает в себя одно или несколько оптических волокон, внутреннюю трубку, окружающую одно или несколько оптических волокон, и внешнюю трубку, окружающую внутреннюю трубку, и сконфигурированную для образования одного или нескольких герметичных кольцевых уплотнений с внутренней трубкой для предотвращения потока жидкости. в кольцевом пространстве между внешней трубкой и внутренней трубкой, по меньшей мере, на участке длины оптического кабеля.

Таким образом, чтобы можно было подробно понять вышеизложенные признаки настоящего раскрытия, можно получить более конкретное описание, кратко изложенное выше, со ссылкой на различные аспекты, некоторые из которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. .Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные аспекты этого раскрытия и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку раскрытие может допускать другие не менее эффективные аспекты.

РИС. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе обычного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях.

РИС. 2A представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с герметичным кольцевым уплотнением, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 2B — вид в поперечном разрезе оптоволоконного кабеля, показанного на фиг. 2A через отрезок AA ‘.

РИС. 2С — вид в поперечном разрезе примерного оптоволоконного кабеля с герметичным кольцевым уплотнением и буферным слоем, расположенным между внешней трубкой и внутренней трубкой, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 3A представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с одним или несколькими полимерными уплотняющими элементами, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 3B — вид в поперечном разрезе оптоволоконного кабеля, показанного на фиг. 3A через отрезок BB ‘.

РИС. 3С — вид в поперечном разрезе примерного оптоволоконного кабеля с буферным слоем, расположенным между внешней трубкой и внутренней трубкой, и полимерным уплотнительным элементом, расположенным между внешней трубкой и буферным слоем, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. .

РИС. 4A представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с герметизированным в сквозной канал наполнителем, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 4B — вид в поперечном разрезе оптоволоконного кабеля, показанного на фиг. 4A через линейный сегмент CC ‘.

РИС. 5A представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с буферным слоем и наполнителем, заключенным в сквозной канал, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 5B — вид в поперечном разрезе оптоволоконного кабеля, показанного на фиг. 5A через отрезок DD ‘.

РИС. 6 представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с буферным слоем и наполнителем, заключенным в сквозной канал, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

РИС. 7 представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля, подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с наполнителем, заключенным в сквозной канал, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия.

Для облегчения понимания использовались идентичные ссылочные позиции, где это возможно, для обозначения идентичных элементов, общих для фигур. Предполагается, что элементы, раскрытые в одном аспекте, могут быть выгодно использованы в других аспектах без конкретного упоминания.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия предоставляют волоконно-оптические кабели, подходящие для использования в скважинных приложениях, с одной или несколькими характеристиками для предотвращения потока любой жидкости, пробивающей слой брони оптического кабеля.Предотвращая или, по меньшей мере, препятствуя потоку текучей среды, по меньшей мере, на участке длины оптического кабеля, любая разрывная текучая среда может быть ограничена небольшой областью кабеля, что может значительно снизить эффекты разрушения слоя брони. Эти эффекты могут включать коррозию и, как следствие, образование водорода, что может привести к потемнению оптических волокон из-за водорода.

РИС. 1 представляет собой вид в разрезе обычного оптоволоконного кабеля 100 , подходящего для использования в суровых условиях, например, в скважинных нефтегазовых приложениях.Волоконно-оптический кабель , 100, может быть аналогичен волоконно-оптическим кабелям, раскрытым в патентах США No. № 7646953, Dowd et al., Озаглавленный «Волоконно-оптические кабельные системы и методы предотвращения проникновения водорода» и опубликованный 12 января 2010 г., который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Волоконно-оптический кабель 100 включает в себя сердцевину из волоконной металлической трубки (FIMT) 102 , окруженную внешней трубкой 104 . Ядро FIMT 102 включает в себя внутреннюю трубку 106 , окружающую одно или несколько оптических волокон 108 .Хотя три оптических волокна 108 показаны расположенными внутри внутренней трубки 106 на фиг. 1, ядро ​​FIMT , 102, может включать в себя более или менее трех оптических волокон. Наполнитель , 114, расположен во внутренней трубке , 106, и по существу заполняет пустоты внутри внутренней трубки, окружающей оптические волокна 108 , чтобы поддерживать и предотвращать чрезмерное перемещение оптических волокон 108 внутри внутренней трубки . 106 .Наполнитель , 114, может также включать в себя материал, поглощающий / улавливающий водород, чтобы минимизировать влияние водорода на оптические характеристики оптических волокон 108 .

Буферный материал 112 расположен между внешней трубкой 104 и внутренней трубкой 106 . Буферный материал 112 обеспечивает механическое соединение между внутренней трубкой 106 и внешней трубкой 104 , предотвращая скольжение внутренней трубки 106 внутри внешней трубки 104 .Кроме того, буферный материал , 112, удерживает внутреннюю трубку 106 в целом по центру внешней трубки 104 и защищает внутреннюю трубку 106 и любые покрытия, образованные на ней, от повреждений из-за вибрации относительно внешней трубки 104 . Разделение между буферным материалом 112 и внешней трубкой 104 создает внешний кольцевой путь потока 110 , тогда как расстояние между внутренней трубкой 106 и буферным материалом 112 обеспечивает внутренний кольцевой канал потока 116 .Буферный материал , 112, изолирует внутренний кольцевой канал потока 116 от внешнего кольцевого канала потока 110 , по крайней мере, до тех пор, пока не потребуется пересечение.

Традиционные конструкции оптических кабелей могут быть подвержены утечкам во внешней трубе (например, через отверстия для штифтов в сварном шве или истирание брони). Такие утечки могут позволить жидкости проникнуть в оптический кабель, и эта прорывная жидкость может затем распространиться внутри кабеля. Распространение разрывной жидкости в кабеле может вызвать различные проблемы, такие как коррозия внутренних слоев, которая выделяет водород (что может привести к водородному потемнению оптических волокон, расположенных в нем), скопление волокон, вызывающее потери при изгибе, и повреждение любых полимерных материалов в кабеле. кабельные сборки.Например, если газообразный водород находится внутри кабеля, это может привести к распределенным потерям в оптических волокнах, которые негативно повлияют на систему измерения, особенно для распределенного измерения температуры комбинационного рассеяния (DTS).

Были предприняты попытки смягчить эту проблему и уменьшить количество входящих маршрутов различными способами. Например, (алюминиевый) буферный слой может быть введен в волоконно-оптические кабели для предотвращения проникновения жидкости через стенки трубы и образования водорода. Однако кабельные соединения и концевые заделки могут по-прежнему обеспечивать точку входа жидкости, которую может быть трудно герметизировать на любом конце каждой секции кабеля.Блокираторы жидкости с вводом волокон могут быть введены в кабельные муфты для предотвращения перемещения жидкостей и, в некоторой степени, газов за пределы заданного участка кабеля, но их может быть трудно сделать эффективными против водорода, установка может занять много времени и может не потребоваться. защитите участок кабеля, в котором действительно происходит проникновение.

Соответственно, существует потребность в оптоволоконном кабеле для использования в суровых условиях, который менее восприимчив к распространению проникающих жидкостей. Некоторые аспекты настоящего раскрытия предотвращают или, по меньшей мере, препятствуют потоку жидкости вдоль, по меньшей мере, части длины оптического кабеля, тем самым ограничивая любую жидкость, пробивающую кабель, его небольшой областью.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия обеспечивают герметичное механическое кольцевое уплотнение между слоем брони (например, внешней трубкой) и внутренней трубкой. Если какая-либо жидкость пробивает слой брони, пробивающая жидкость будет ограничена газонепроницаемым и непроницаемым для жидкости уплотнением между двумя слоями в небольшой области оптоволоконного кабеля, неспособной распространяться вверх или вниз по кабелю, в отличие от распространения. это может происходить в обычных конструкциях кабелей. Такое герметичное механическое уплотнение значительно снижает последствия пробоя брони в скважинном оптическом кабеле.

Для некоторых аспектов герметичное кольцевое уплотнение может быть выполнено во время процесса бронирования, например, протягиванием брони через матрицу или уменьшением валков, так что слой брони плотно прилегает к внутренней трубе. на желаемом участке длины кабеля. Что касается других аспектов, уплотнение может быть создано в процессе постбронирования, например, протягивая бронированную трубу через матрицу таким образом, чтобы слой брони (или, по крайней мере, его часть) уменьшался, чтобы плотно прилегать к внутренней трубе. кабель (e.g., внутренняя трубка) и для создания непроницаемого для жидкости уплотнения по длине кабеля (или, по крайней мере, его части). Для определенных аспектов в любой момент до образования уплотнения внутренняя трубка может быть покрыта материалом (например, фторированным этиленпропиленом (FEP)) для облегчения образования уплотнения с броневым слоем.

РИС. 2A и 2B иллюстрируют пример оптоволоконного кабеля 200 с герметичным кольцевым уплотнением в продольном и поперечном сечениях, соответственно, согласно некоторым аспектам настоящего раскрытия.Кабель 200 содержит волокно в металлической трубке (FIMT), сердечник 202 , расположенный в защитной внешней трубке 204 (например, слой брони). FIMT 202 содержит внутреннюю трубку 206 , окружающую одно или несколько оптических волокон 208 . Хотя три оптических волокна , 208, показаны на фиг. 2A и 2B, оптоволоконный кабель 200 может включать больше или меньше трех оптических волокон. Наполнитель , 210, может быть расположен во внутренней трубке , 206, для заполнения пустот, не занятых оптическими волокнами , 208, .

Для определенных аспектов внутренняя трубка 206 и внешняя трубка 204 могут состоять из одного и того же материала, такого как один и тот же металл или металлический сплав. В других аспектах внутренняя трубка 206 и внешняя трубка 204 могут содержать разные материалы, такие как разные металлы или металлические сплавы.

Внутренняя труба 206 может быть изготовлена ​​из коррозионно-стойкого материала. Примеры подходящих коррозионно-стойких металлических сплавов включают, помимо прочего, нержавеющую сталь 304, нержавеющую сталь 316, INCONEL® 625 и INCOLOY® 825.Примеры подходящих пластиков включают, среди прочего, фторполимеры, этилен-хлортрифторэтилен, фторэтиленпропилен, поливинилиденфторид, поливинилхорид, HALAR®, TEFLON® и TEFZEL®. Внешний диаметр внутренней трубки , 206, может находиться в диапазоне от примерно 1,1 до примерно 4,2 мм, например примерно 2,4 мм. Хотя внутренняя трубка 206 описана как имеющая от 1,1 до 4,2 мм в диаметре, внешний диаметр внутренней трубки 206 может варьироваться в зависимости от используемых материалов и количества размещаемых оптических волокон 208 . во внутренней трубке 206 .

В одном аспекте внутренняя трубка 206 имеет толщину стенки, подходящую для процесса сварки швом, используемого для изготовления трубки из рулона металлической полосы. Например, толщина стенки внутренней трубы из нержавеющей стали 304 может составлять около 0,2 мм для облегчения непрерывной лазерной сварки во время процесса формования трубы. В другом аспекте внутренняя трубка , 206, имеет толщину стенки, подходящую для изготовления путем экструзии пластика.

На некоторых участках оптоволоконного кабеля 200 для определенных аспектов внешняя трубка 204 имеет внутренний диаметр D, который больше внешнего диаметра внутренней трубки 206 .В этих секциях может быть зазор (например, кольцевой зазор) между внешней трубкой 204 и внутренней трубкой 206 . На других участках оптоволоконного кабеля 200 внешняя трубка 204 имеет внутренний диаметр d, равный внешнему диаметру внутренней трубки 206 . В одной или нескольких областях, где d равно внешнему диаметру внутренней трубки 206 , внешняя трубка 204 плотно окружает внутреннюю трубку 206 , образуя одно или несколько герметичных кольцевых уплотнений между внешней трубкой. 204 и внутренняя трубка 206 для предотвращения потока жидкости (например,g., поток газообразного водорода) между ними, по меньшей мере, вдоль участка (участков) оптоволоконного кабеля 200 с уплотнением (ами).

Для некоторых аспектов непроницаемые для жидкости кольцевые уплотнения могут быть распределены с перерывами по всей длине оптического кабеля (то есть внешняя трубка 204 периодически герметично контактирует с внутренней трубкой 206 по этой длине). Для других аспектов непроницаемое для жидкости кольцевое уплотнение может быть непрерывным, по меньшей мере, вдоль одной или нескольких частей оптического кабеля (т.е.(т.е. внешняя трубка , 204, непрерывно герметично контактирует с внутренней трубкой , 206, вдоль этих участков или по всей длине оптического кабеля). В некоторых аспектах как прерывистые, так и непрерывные герметичные кольцевые уплотнения могут использоваться в различных областях оптического кабеля.

Герметичное кольцевое уплотнение может быть выполнено или усилено дополнительным покрытием (не показано) для облегчения образования уплотнения между внутренней трубкой 206 и внешней трубкой 204 .Необязательное покрытие может быть расположено по меньшей мере на одной из внутренней поверхности 214 внешней трубки 204 или внешней поверхности 213 внутренней трубки 206 . Покрытие может быть нанесено на поверхности 213 , 214 в любой момент до уменьшения диаметра внешней трубки 204 для образования механического уплотнения. Покрытие может быть покрыто, гальванически или иным образом нанесено любым подходящим способом и может содержать материал с низкой проницаемостью для водорода, такой как олово (Sn), алюминий (Al) или другой подходящий материал.

Наполнитель 210 может быть расположен во внутренней трубке 206 и по существу заполняет пустоты внутри внутренней трубки 206 , окружающие оптические волокна 208 , чтобы поддерживать и предотвращать перемещение оптических волокон 108 чрезмерно внутри внутренней трубки 206 . Наполнитель 210 имеет достаточную вязкость, чтобы противостоять силам сдвига, приложенным к нему в результате веса оптических волокон 208 , когда они размещены в установке в вертикальном колодце при повышенных температурах, таким образом поддерживая оптические волокна 208 , не подвергая волокна до напряжения собственного веса.Наполнитель 210 имеет диапазон рабочих температур от примерно 10 до примерно 200 ° C. Однако кабель 200 можно использовать в более широком диапазоне температур.

Наполнитель 210 может также иметь конфигурацию, позволяющую оптическим волокнам 208 расслабляться и выпрямляться по отношению к внутренней трубке 206 из-за различий в коэффициентах теплового расширения оптического волокна 208 и внутренней трубки 206 и во время намотки, развертывания и использования кабеля 200 .Наполнитель 210 может также предотвратить истирание покрытий на оптических волокнах 208 в результате изгиба во время установки и вибрации кабеля 200 . Наполнитель 210 может также служить подушкой для оптического волокна 208 на поверхности внутренней трубки 206 , чтобы избежать потерь на микроизгибах на изгибах кабеля. Подходящие наполнители 210 включают тиксотропные гели или консистентные смазки, некоторые из которых обычно используются в волоконно-оптической кабельной промышленности для защиты от воды, заполнения и смазки волоконно-оптических кабелей.Необязательно, наполнитель , 210, может быть исключен для некоторых аспектов.

Оптические волокна 208 выбраны для обеспечения надежной передачи оптических сигналов по кабелю 200 , например, при размещении в стволе скважины. Подходящие оптические волокна 208 включают низкодефектную сердцевину из чистого кремнезема / волокно с вдавленной оболочкой. В качестве альтернативы подходящие оптические волокна , 208, включают в себя одномодовое волокно, легированное германием, или другое оптическое волокно, подходящее для использования в условиях высокой температуры и высокого давления.Оптические волокна , 208, , расположенные внутри внутренней трубки , 206, , могут состоять из материалов одного или разных типов. Общее количество волокон 208 и диаметр внутренней трубки 206 могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить достаточное пространство для предотвращения микроизгибов оптических волокон 208 во время обработки и развертывания кабеля 200 .

Поскольку оптоволоконный кабель 200 имеет рабочую температуру в диапазоне, по крайней мере, примерно от 10 ° C.примерно до 200 ° C или выше, на единицу длины внутренней трубки 206 могут быть расположены оптические волокна большей длины 208 , чтобы учесть различные коэффициенты теплового расширения (CTE), которыми обладают оптические волокна 208 и внутренняя трубка 206 . Внутренний диаметр внутренней трубки 206 выполнен с возможностью приема избыточной длины «змеевидного наполнителя» оптического волокна 208 внутри внутренней трубки 206 .В одном аспекте избыточная длина оптического волокна 208 может быть достигнута путем вставки волокна 208 , когда внутренняя трубка 206 находится при повышенной температуре, например, во время лазерной сварки внутренней трубки 206 . Температура внутренней трубы 206 регулируется таким образом, чтобы она приближалась к ожидаемому максимуму нормальной рабочей температуры для окончательной установки. В другом аспекте избыточная длина волокна , 208, может быть достигнута путем введения волокна , 208, с большей скоростью, чем внутренняя трубка 206 перемещается по линии сварки.Этот процесс может привести к избыточной длине волокна 208 до 2,0% или более внутри внутренней трубки 206 после охлаждения внутренней трубки 206 , но обычно в диапазоне от 0,3% до 0,6%.

Наружная трубка 204 может быть изготовлена ​​из коррозионно-стойкого материала, который легко рассеивает водород. Наружная трубка 204 может быть изготовлена ​​из того же материала, что и внутренняя трубка 206 , и может быть изготовлена ​​с покрытием из покрытия с низкой проницаемостью для водорода или поглощающим водород материалом или без него.Примеры материалов наружных трубок включают подходящие коррозионно-стойкие металлические сплавы, такие как, помимо прочего, нержавеющая сталь 304, нержавеющая сталь 316, INCONEL® 625 и INCOLOY® 825.

В одном аспекте внешняя труба 204 приварена швом к сердечнику 202 FIMT. Сварной шов внешней трубы 204 может быть изготовлен с использованием процесса сварки вольфрамовым инертным газом (TIG), процесса лазерной сварки или любого другого подходящего процесса для соединения внешней трубы 204 с сердечником FIMT 202 .

Кроме того, внешняя трубка 204 может быть скручена или стянута вниз по отношению к сердцевине FIMT 202 , при этом необходимо следить за тем, чтобы сердцевина FIMT 202 не выдавливалась и не растягивалась, так что избыточная длина волокон 208 внутри ядра FIMT 202 существенно не укорачивается. В аспектах, где внешняя трубка 204 и сердечник FIMT 202 выполнены с возможностью образования одного или нескольких герметичных кольцевых уплотнений с внутренней трубкой для предотвращения потоков жидкости, внутренняя и внешняя трубки 206 , 204 могут должны быть изготовлены из одного и того же материала, чтобы минимизировать разницу в тепловом расширении.

Начальный внутренний диаметр внешней трубки 204 может быть выбран с достаточным пространством, чтобы не повредить сердечник FIMT 202 во время сварки. Наружная труба , 204, может быть уменьшена до окончательного внешнего диаметра после сварки. В одном аспекте внешняя трубка 204 имеет конечный внешний диаметр D от менее примерно 3/16 дюйма до менее примерно 1/4 дюйма и толщину стенки в диапазоне от примерно 0,7 до примерно 1,2 мм.

Для некоторых аспектов буферный слой 212 (например,g., аналог буферного материала 112 ) расположен между внешней трубкой 204 и внутренней трубкой 206 , как показано на виде поперечного сечения на фиг. 2С. Буферный слой 212 обеспечивает механическое соединение между внутренней трубкой 206 и внешней трубкой 204 , предотвращая скольжение внутренней трубки 206 внутри внешней трубки 204 . Кроме того, буферный слой 212 удерживает внутреннюю трубку 206 в целом по центру внутри внешней трубки 204 и защищает внутреннюю трубку 206 и любые покрытия, образованные на ней, от повреждений из-за вибрации относительно внешней трубки 204 .В этом случае герметичное кольцевое уплотнение , 205, может быть создано между внутренней поверхностью внешней трубки , 204, и внешней поверхностью буферного слоя , 212, . Герметичное кольцевое уплотнение может быть создано аналогичным образом, как описано выше, где буферный слой , 212, , окружающий сердечник FIMT , 202, , заменяет только сердечник FIMT в описании фиг. 2А и 2Б.

Для определенных аспектов любое разделение на определенных участках оптоволоконного кабеля 200 между буферным слоем 212 и внешней трубкой 204 создает внешний кольцевой путь потока (например.g., аналогично пути 110 на фиг. 1), тогда как расстояние между внутренней трубкой , 206, и буферным слоем , 212, обеспечивает внутренний кольцевой путь потока (например, аналогичный пути , 116, на фиг. 1). На этих участках буферный слой , 212, изолирует внутренний кольцевой путь потока от внешнего кольцевого пути потока, по крайней мере, до тех пор, пока не будет желательно пересечение.

Некоторые аспекты настоящего раскрытия обеспечивают полимерный слой, связанный между внутренней трубкой и слоем брони (например,g., внешняя труба) оптического кабеля, чтобы предотвратить или, по крайней мере, препятствовать коррозии и препятствовать распространению жидкости, которая может пробить слой брони или другую внешнюю трубу. Используемый здесь и понимаемый специалистом в данной области техники термин «текучая среда» обычно относится к жидкости или газу. Хотя в оптических кабелях использовались полимеры, полимер ранее не использовался для образования связи между слоем брони и внутренней трубкой. Расширяющиеся пены используются в качестве изолирующих и / или центрирующих слоев, но такие пены не образуют прочной связи между слоем брони и внутренней трубы или значительного защитного слоя для внутренней трубы.

Слой полимера может покрывать внутреннюю трубку для предотвращения контакта любых поступающих жидкостей с внутренней трубкой на большей части длины внутренней трубки, тем самым предотвращая коррозию внутренней трубки и образование из нее водорода. Слой полимера может также образовывать связь между слоем брони и внутренней трубкой, так что полимерный материал создает барьер давления, который препятствует распространению текучей среды вверх или вниз по кабелю от точки проникновения. Примеры подходящих полимерных материалов включают эпоксидные смолы и силиконовые клеи.Для изготовления кабеля полимерный материал может закачиваться в кольцевое пространство между слоем брони и внутренней трубкой, возможно, с использованием вакуумного насоса для вакуумирования кольцевого пространства перед введением полимерного материала. Затем полимерный материал может быть отвержден внутри кабеля с помощью любого из различных подходящих методов, таких как термическое отверждение или реакция присоединения. Полимерный материал может образовывать прочную связь с броней и / или внутренней трубкой, не трескаться при изгибе или растяжении кабеля, быть устойчивым к любому химическому воздействию со стороны проникающей жидкости и сохранять свои физические свойства, в том числе при максимальных рабочих температурах кабель.

РИС. 3A и 3B показаны в продольном и поперечном сечениях, соответственно, пример волоконно-оптического кабеля 300 с полимерным уплотнением в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. В кабеле 300 одно или несколько оптических волокон 308 окружены внутренней трубкой 302 (например, в сердечнике FIMT, аналогичном сердечнику FIMT 202 ), а внутренняя трубка 302 окружена внешней трубкой 304 (e.г., защитный броневой слой, аналогичный внешней трубе 204 ). Внутренний диаметр внешней трубки 304 выполнен с возможностью создания кольцевого пространства 306 между внешней трубкой 304 и внутренней трубкой 302 . Один или несколько полимерных уплотнительных элементов 310 расположены в кольцевом пространстве 306 .

Один или несколько полимерных уплотнительных элементов 310 могут заполнять кольцевое пространство 306 в одной или нескольких секциях 311 оптоволоконного кабеля 300 .Один или несколько полимерных уплотнительных элементов , 310, могут быть прикреплены к внешней поверхности внутренней трубки 302 , внутренней поверхности внешней трубки 304 или к обоим. Прикрепление полимерного уплотнительного элемента 310 к внутренней и / или внешней трубке 302 , 304 помогает предотвратить поток жидкости (например, поток газообразного водорода) в кольцевом пространстве 306 по длине волоконно-оптический кабель 300 , тем самым ограничивая поток жидкости, пробивающий внешнюю трубку 304 , небольшой областью между последовательными элементами полимерного уплотнения 310 .Полимерные уплотнительные элементы 310 могут быть механически или термически связаны с внутренней и / или внешней трубками 302 , 304 . Полимерные уплотняющие элементы 310 могут быть изготовлены, среди прочего, из фторполимеров, этилен-хлортрифторэтилена, фторэтиленпропилена, поливинилиденфторида, поливинилхорида, HALAR®, TEFLON®, TEFZEL® и политетрафторэтилена (PTFE). Для определенных аспектов полимерный уплотнительный элемент (и) 310 может содержать сжимаемый материал, расположенный вокруг внутренней трубки 302 .В этом случае сжимаемый материал может быть намотан на внутреннюю трубку , 302, . В других аспектах полимерный уплотнительный элемент (элементы) 310 может состоять из отвержденного материала, который расположен вокруг внутренней трубки 302 .

Для определенных аспектов оптоволоконный кабель , 300, может также включать в себя другую трубку 312 , расположенную между внешней трубкой 304 и внутренней трубкой 302 , как показано на виде поперечного сечения на фиг.3С. Например, эта другая трубка , 312, может быть буферным слоем, который может быть аналогичен буферному слою 212 на фиг. 2С. В этом случае полимерный уплотнительный элемент (элементы) 310 может быть расположен в кольцевом пространстве между внешней трубкой 304 и другой трубкой 312 (как показано), в кольцевом пространстве между другой трубкой 312 и внутренняя трубка 302 или обе. Полимерный уплотнительный элемент (элементы) 310 может быть прикреплен к внешней трубке 304 , к внутренней трубке 302 , к внешней поверхности другой трубки 312 , к внутренней поверхности другой трубки 312 или любое их сочетание.Различные осевые секции оптоволоконного кабеля , 300, могут иметь различное расположение полимерных уплотняющих элементов 310 относительно радиального расположения и / или соединения.

В некоторых аспектах настоящего раскрытия используется полное или, по крайней мере, почти полное (около 100%, например, в пределах 5%) заполнение материалом трубки, содержащей оптическое волокно (волокна) (волоконная трубка), чтобы предотвратить повышение давления. жидкости в кабеле, что в противном случае могло бы позволить жидкости протолкнуться вдоль волоконной трубки.Наполнитель может включать в себя любой из различных подходящих материалов (например, гель или жидкость), способных препятствовать проталкиванию поступающей жидкости вверх по трубке при повышении давления. Чтобы предотвратить распространение поступающей жидкости с повышенным давлением, заполнение материала может быть полным или почти на 100% на определенных участках. Для определенных аспектов материал наполнителя может позволять оптическим волокнам перемещаться в достаточной степени, чтобы позволить волокну излишне набиваться (то есть чрезмерной длине волокна), чтобы приспособиться к тепловому расширению кабеля при повышенной температуре.Для некоторых аспектов наполнитель может быть в значительной степени несжимаемым, чтобы предотвратить повышение давления жидкости от сжатия наполнителя вниз по значительной части кабеля. Для некоторых аспектов наполнитель может обладать адгезионными свойствами, которые помогают подавлять любое повышение давления. Для изготовления оптического кабеля материал наполнителя может первоначально быть жидкостью с низкой вязкостью, которую перекачивают или иным образом нагнетают в волоконную трубку, а затем можно, например, отверждать или обрабатывать иным образом для достижения своих конечных свойств.Для некоторых аспектов можно разрезать волоконную трубку и удалить открытую часть наполнителя из волоконной трубки, чтобы обеспечить сращивание или заделку оптических волокон в кабельных соединениях или заделках.

Для некоторых аспектов устойчивости материала наполнителя к повышению давления могут способствовать проходы для волокон, которые сдерживают давление и / или предотвращают движение материала наполнителя. В обычных конструкциях кабелей наполнитель может быть оттеснен за счет попадания жидкости при нарастании давления, позволяя поступающей жидкости распространяться вверх и вниз по кабелю.В отличие от обычных конструкций, проходные отверстия для волокон в некоторых аспектах настоящего раскрытия не обязательно должны обеспечивать герметичное уплотнение для текучих сред, но могут быть спроектированы просто для предотвращения значительной утечки материала наполнителя. Отводы для волокна могут быть расположены, например, на концах секций кабеля для создания барьера для давления или, по меньшей мере, упора для предотвращения значительной утечки наполнителя из кабеля при любом повышении внутреннего давления в кабеле из-за проникающей жидкости. Наполнитель, либо сам по себе, либо в сочетании с проходом для волокна, должен предотвращать или, по крайней мере, препятствовать продвижению поступающей жидкости по волоконной трубке.

РИС. 4A и 4B иллюстрируют в продольном и поперечном сечениях, соответственно, пример волоконно-оптического кабеля , 400, с герметизированным для прохода наполнителем, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. В кабеле 400 одно или несколько оптических волокон 408 окружены внутренней трубкой 402 (например, в сердечнике FIMT, аналогичном сердечнику FIMT 202 ), а внутренняя труба 402 окружена внешней трубкой 404 (e.г., защитный броневой слой, аналогичный внешней трубе 204 ). Внутренний диаметр внешней трубки 404 выполнен с возможностью создания кольцевого пространства 406 между внешней трубкой 404 и внутренней трубкой 402 . Наполнитель , 412, может быть расположен в кольцевом пространстве , 406, , между внутренней трубкой , 402, и внешней трубкой , 404, (как показано на фиг. 4A. Дополнительно или альтернативно, наполнитель может быть расположен во внутренней трубке. 402 (эл.g. аналогично наполнителю 210 , сердцевина FIMT 202 на ФИГ. 2А и 2Б). Наполнитель во внутренней трубке , 402, может быть таким же или отличаться от материала наполнителя , 412, в кольцевом пространстве , 406, . Вводы для волокон , 410, сконфигурированы для герметизации наполнителя 412 во внутренней трубке 402 , кольцевом пространстве 406 или в обоих, при этом позволяя волокнам 408 проходить через них и увеличивать длину оптического волокна кабель 400 .Наполнитель , 412, выполнен с возможностью препятствовать потоку поступающей жидкости вдоль, по меньшей мере, части длины оптоволоконного кабеля , 400, , который включает в себя наполнитель. Для некоторых аспектов наполнитель , 412, полностью заполняет (или, по крайней мере, почти полностью заполняет) внутреннюю трубку 402 , кольцевое пространство , 406, или и то, и другое. Как описано выше, наполнитель , 412, может содержать, например, гель или жидкость.

РИС. 5A и 5B иллюстрируют в продольном и поперечном сечениях, соответственно, пример волоконно-оптического кабеля 500 с буферным слоем и наполнителем, заключенным в сквозной канал, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. В оптоволоконном кабеле 500 одно или несколько оптических волокон 508 окружены внутренней трубкой 502 (например, в сердечнике FIMT, аналогичном сердечнику FIMT 202 ). Внутренняя трубка 502 окружена буферной трубкой 506 (например,g., аналогично буферному слою 212 ), а буферная трубка 506 окружена внешней трубкой 504 (например, защитным слоем брони, аналогичным внешней трубке 204 ). При добавлении буферной трубки 506 создается внутреннее кольцевое пространство 514 между буферной трубкой 506 и внутренней трубкой 502 , а между буферной трубкой 506 и внешняя трубка 504 .

В некоторых аспектах наполнитель , 510, может быть расположен во внешнем кольцевом пространстве 512 . Для некоторых аспектов наполнитель , 511, может быть расположен во внутреннем кольцевом пространстве , 514, . Наполнитель 510 и / или 511 сконфигурирован так, чтобы препятствовать потоку поступающей жидкости вдоль, по меньшей мере, части длины оптоволоконного кабеля 500 . Проходы для волокон 516 выполнены с возможностью инкапсуляции наполнителя 510 и / или 511 по меньшей мере в части либо внешнего кольцевого пространства 512 , либо внутреннего кольцевого пространства 514 , соответственно.Как показано на фиг. 5A, проходы для волокон , 516, могут заключать в капсулу только наполнитель , 511, , во внутреннем кольцевом пространстве , 514, . Однако, как показано пунктирными линиями 517 , вводы волокон 516 для других аспектов могут иметь больший диаметр, достаточный для герметизации наполнителя 510 и / или 511 в соответствующих кольцах 512 и / или 514 . Наполнитель , 510, может содержать гель или жидкость (например,г., жидкость с низкой вязкостью). Наполнитель , 510, может быть отверждаемым. Кроме того, наполнитель 510 и / или 511 может полностью (или почти полностью) заполнить внешнее кольцевое пространство 512 или внутреннее кольцевое пространство 514 , или оба, соответственно.

Для дальнейшего снижения воздействия водорода на оптические волокна 508 материал наполнителя 510 может необязательно включать или быть пропитан абсорбирующим / улавливающим водород материалом, таким как палладий или тантал, и т.п.Например, абсорбирующий / улавливающий водород материал может представлять собой ванадий-титановую проволоку, покрытую палладием. В качестве альтернативы буферная трубка 506 и / или внутренняя трубка 502 может быть покрыта абсорбирующим / улавливающим водород материалом под дополнительным покрытием или на внутренней поверхности буферной трубки 506 и / или внутренней трубки . 502 , или такой материал, абсорбирующий / улавливающий водород, может быть пропитан материалом трубки или любой комбинацией вышеперечисленного.

РИС. 6 представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля 600 , подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с буферной трубкой и наполнителем, заключенным в сквозной канал, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. Кабель 600 состоит из нескольких секций (показаны две секции), при этом соседние секции могут быть соединены трубкой для сращивания кабеля 608 (кабельное соединение). Кабель 600 в некоторой степени аналогичен по конструкции кабелю 500 , описанному выше, с сердечником FIMT, содержащим одно или несколько оптических волокон 602 , окруженных внутренней трубкой 610 (например.g., аналог внутренней трубки 502 ), расположенный внутри буферной трубки 612 (например, аналог буферной трубки 506 ). Буферная трубка 612 расположена внутри защитной внешней трубки 606 (например, аналогична внешней трубке 504 ). Наполнитель , 604, расположен во внутренней трубке , 610, и может практически заполнять пустоты внутри внутренней трубки, окружающей оптические волокна 602 , чтобы предотвратить или, по крайней мере, затруднить распространение поступающей жидкости из-за повышенного давления. .Для некоторых аспектов наполнитель 604 может также включать в себя материал, поглощающий / улавливающий водород, чтобы минимизировать влияние водорода на оптические характеристики оптических волокон 602 . Пара оптоволоконных вводов 614 может заключать в капсулу наполнитель 604 во внутренней трубке 610 для одной или нескольких секций оптоволоконного кабеля 600 . Другие участки кабеля , 600, могут не иметь вводов для волокна, как показано.

РИС. 7 представляет собой продольный разрез примерного оптоволоконного кабеля 700 , подходящего для использования в скважинных нефтегазовых приложениях с герметизированным через проход наполнителем, в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. Кабель 700 состоит из нескольких секций (показаны две секции), при этом соседние секции могут быть соединены трубкой для сращивания кабеля 708 (кабельное соединение). Каждая секция кабеля , 700, может включать в себя одно или несколько оптических волокон , 702, , окруженных защитной трубкой , 706, , тем самым образуя FIMT.Наполнитель 704 (например, несколько аналогичный наполнителю 412 ) расположен в трубке 706 и может практически заполнять пустоты внутри трубки, окружающей оптические волокна 702 , чтобы не только поддерживать и предотвращать оптические волокна , 702, не должны чрезмерно перемещаться внутри трубки 706 , но также предотвращать или, по крайней мере, препятствовать распространению поступающей жидкости с повышенным давлением. Для определенных аспектов наполнитель 704 может также включать в себя материал, поглощающий / улавливающий водород, чтобы минимизировать влияние водорода на оптические характеристики оптических волокон 702 .