Оптоволоконные кабели. Оптоволоконные устройства миниатюрны

Оптоволоконные устройства миниатюрны. Внешний диаметр используемого в видеонаблюдении и системах безопасности кабеля составляет всего лишь 125 мкм (1 мкм = 10^‑6 м). Стекловолокно – материал относительно прочный, но все же легко ломается, если его изогнуть на угол, меньший определенного минимального радиуса. Поэтому характеристики кабеля должны обеспечивать адекватную механическую защиту и ударопрочность, сохраняя минимальный угол изгиба и обеспечивая легкость при укладке и обслуживании кабеля и стабильное качество передачи в течение времени жизни системы.

Общая конструкция может сильно различаться в зависимости от способа прокладки (подводный, подземный, воздушный, кабелепровод), числа каналов и пр. В любом случае кабель включает нечто вроде силовой (несущей) конструкции и жесткую внешнюю оболочку, обеспечивающую механическую защиту и защиту от воздействий окружающей среды.

По конструкции оптоволоконные кабели могут различаться довольно значительно: простой одноволоконный кабель, вставленный в трубку, стержень с пазами (открытый канал), ленточный, с защитным материалом (не обладающим оптическими свойствами).

Обсудим некоторые, наиболее распространенные в видеонаблюдении виды кабеля.

Одноволоконный и двухволоконный кабели обычно включают волокнистую силовую конструкцию (арамидную нить), покрывающую вторичную оболочку. Этот слой защищен пластиковой внешней оболочкой.

Рис. 10.48. Поперечное сечение волоконно‑оптического кабеля

Рис. 10.49. Четырехволоконный кабель с силовой конструкцией

Рис. 10.50. Композитный оптико‑металлический кабель

Рис. 10.51. Типичный волоконный кабель с силовыми конструкциями и наполнителями

Многоволоконный кабель может иметь множество конфигураций.

Самая простая – это группа нескольких одноволоконных кабелей с центральной силовой конструкцией внутри внешней оболочки. В качестве центральной силовой конструкции может использоваться эластичный стальной провод или укрепленная стекловолокном пластиковая жила. Такие кабели могут включать от двух до двенадцати или более коммуникационных световодов. Если в качестве центральной силовой конструкции используется пластиковая жила, то мы получим не содержащий металла оптоволоконный кабель. Такой кабель, состоящий целиком из полимеров и стекла, предназначен для установки внутри зданий. Кабель годится для многих типов систем, включая видеонаблюдение, системы безопасности, компьютерные линии и др. Такие мощные (предназначенные для работы в тяжелом режиме) кабели делаются жесткими, чтобы их можно было протягивать через кабельные каналы.

Трубочные кабели – это хорошая альтернатива одножильным кабелям и кабелям с пазухами. Оптические кабели защищены водонепроницаемой полиэстерной трубкой, наполненной гелем. Этот вид многоволоконного кабеля предназначен для прямой укладки или для кабелепроводов в протяженных системах. Он может быть сделан водонепроницаемым – с гелевым наполнителем или с воздухом под давлением.

Есть и другие конфигурации – с полиэтиленовым стержнем с пазами, что позволяет включать в кабель больше световодов. Этот тип предназначен для прямой подземной прокладки или для кабелепроводов в протяженных системах. Он может быть сделан водонепроницаемым – с гелевым наполнителем или с воздухом под давлением.

И наконец, еще один типа кабеля – это композитный оптико‑металлический кабель. Такие кабели представляют собой комбинацию оптического волокна и изолированного медного провода и предназначены как для внутренней, так и для внешней укладки. Кабель может быть заполнен водозадерживающим веществом для защиты волокна от влаги, что необходимо, например, при прокладке кабеля под землей.

Рис. 10.52. Минимальный радиус изгиба

Поскольку оптоволоконный кабель намного легче любого другого кабеля, то укладывать его гораздо проще, чем электрический кабель такого же диаметра.

Благодаря защитной оболочке оптоволоконного кабеля, с ним можно обращаться почти также, как и с электрическим кабелем. Однако, следует принять меры предосторожности и удостовериться в том, что при укладке не нарушены рекомендуемые производителем требования по максимальному растяжению и прочности.

В оптическом кабеле основное напряжение падает на компоненты силовой конструкции: обычно это укрепленный стекловолокном пластик, сталь, кевлар или их комбинация, защищающие сравнительно хрупкое стекловолокно. Если натяжение кабеля превышает спецификации производителя, волокно кабеля может оказаться поврежденным.

Рис. 10.53. Так механическое воздействие сильнее

Что касается натяжения при укладке, то следует обратить внимание на максимальное разрывное усилие кабеля, выраженное в ньютонах или килоньютонах (н или кн). Типичный кабель имеет разрывное усилие около 1000 Н (1 кН). Чтобы представить, что такое ньютон, можно считать, что разрывное усилие в 9.8 Н создается в вертикально висящем кабеле с массой в 1 кг. Кроме того, производители иногда указывают максимальное долговременное разрывное усилие. Обычно оно меньше половины максимального разрывного усилия.

Как и в случае коаксиального кабеля, волоконный кабель не стоит сгибать больше, чем на специфицированный минимальный радиус изгиба. Только в этом случае дело вовсе не в изменении электрического полного сопротивления, а в предохранении волокна от излома и сохранении угла полного отражения. Минимальный радиус изгиба различен для различных кабелей и даже может иметь несколько значений, в зависимости от уровней напряжения в кабеле. Превышение специфицированного радиуса изгиба приведет к усилению напряжения в волокне и даже может разрушить жесткие силовые конструкции.

Самое главное при манипулировании кабелем или при его укладке – чтобы изгибы были как можно более плавными.

Нередко кабель во время укладки подвергается механическим воздействиям – на него могут наступить, или, что еще хуже, переехать.

Конечно, следует избегать таких воздействий, но все же кабель способен выдержать нагрузки величиной до специфицированного значения механической прочности.

Механическая прочность выражается в н/м или кн/м. Например, кабель с механической прочностью в 10 кн/м может выдержать нагрузку в 1000 кг, распределенную на 1 метр кабеля (10Н – примерно такую силу дает масса 1 кг). Допустим, рабочий весит 100 кг и носит ботинки размера 9 (или 42 в европейской системе), а ширина ботинка составляет 100 мм. Если рабочий наступит одной ногой на кабель, то кабель выдержит нагрузку. Однако, если этот кабель переедет машина, то нагрузка может превысить максимально допустимую и кабель может быть поврежден.

Рис. 10.54. Различные типы разъемов оптоволоконных кабелей

Рис. 10.55. Различные типы многоволоконного кабеля

Будьте осторожны в местах пересечения кабелей.

Нагрузка на кабель сильно увеличивается из‑за малой зоны контакта – например, если человек наступит на кабели в точке их пересечения. Также и в перегруженном кабелепроводе – кабель может повредиться в точках сосредоточенной нагрузки, даже если нагрузка (вес над ним) не превышает допуска.

Оптический кабель обычно поставляется намотанным на деревянные барабаны с прочным пластиковым защитным слоем или деревянными планками по окружности барабана. При манипулировании кабельными барабанами помните об их весе. Наиболее уязвимые части кабельного барабана – это внешние слои кабеля. Следует особенно позаботиться о том, чтобы не возникало повреждений в том случае, когда барабаны складируются по вертикали и соседствуют с другими барабанами. Чтобы избежать таких проблем, следует складировать барабаны горизонтально. Если все же они лежат вертикально, то внешние края (ободы) барабанов должны соприкасаться. Барабаны не должны складироваться вперемешку. Если при разгрузке барабанов используется, например, вильчатый автопогрузчик, то не следует прикасаться к поверхности кабеля. Удерживайте барабан за обод или вдоль центральной оси.

Методы установки

До укладки кабеля барабаны должны быть проверены на предмет наличия признаков повреждения или неправильного обращения. Внешний слой кабеля должен быть тщательно осмотрен – нет ли царапин или вмятин. Если на кабеле замечены повреждения, то его следует пометить и отложить в сторону. Для короткого кабеля (меньше 2 км) можно провести простой контроль непрерывности волокна, использовав в качестве источника фонарик. Волоконный кабель для инфракрасной передачи также хорошо передает и обычный свет. Это поможет выяснить, нет ли в кабеле серьезных разрывов. Непрерывность волокна можно проверить при помощи фонарика.

Излагаемые ниже предосторожности и методы очень похожи на все то, что мы раньше говорили по поводу укладки коаксиального кабеля, но поскольку это очень важный вопрос, мы еще раз пройдемся по этой теме.

Еще до укладки кабеля следует изучить трассу на предмет потенциальных проблем вроде острых углов, забитых кабельных каналов и т. п. После определения жизнеспособного маршрута, следует распределить кабель таким образом, чтобы точки соединения и подключения усилителей находились в доступных местах.

Важно, чтобы в местах будущих соединений был оставлен достаточный запас кабеля. В общем, для сращивания линейного типа перехлест должен составлять около 5 м. В местах, где кабель выходит из кабелепровода, следует оставить около 2.5 м.

Имейте в виду, что открытые концы кабеля должны быть защищены водонепроницаемыми колпаками. Чтобы избежать напряжений на изгиб или повреждений проезжающим транспортом, следует использовать трубы. На обоих концах кабельной линии оставляют часть кабеля определенной длины (в зависимости от планируемой конфигурации).

Самое главное при прокладывании кабеля под землей – это предотвращение повреждений, связанных с чрезмерными нагрузками в локальных точках (сосредоточенными нагрузками).

Такие нагрузки могут возникать в местах контакта кабеля с неоднородным материалом засыпки или неровностями траншеи. Повреждения могут проявиться сразу, а могут некоторое время оставаться незамеченными. Так или иначе, затраты на откапывание и ремонт кабеля очень велики, и лучше сразу постараться сделать все возможное для хорошей укладки.

При прокладывании кабеля в траншеях следует предпринять меры предосторожности от повреждения кабеля и снижения его срока службы.

Рис. 10.56. Оптоволоконные приемные модули

Главная защита от повреждений – укладка кабеля на слой песка толщиной 50‑150 мм и засыпка сверху слоем песка 50‑150 мм. Особое внимание следует уделить выкапыванию траншеи, дно которой должно быть ровным, без выступов. При закапывании траншеи следите за тем, чтобы в засыпке не было камней, которые могут повредить кабель.

Глубина траншеи зависит от типа почвы и от ожидаемой нагрузки на поверхности. В твердой породе понадобится траншея глубиной всего в 300 мм, а если почва мягкая и траншея пересекает дорогу, то траншея должна иметь глубину 1 м. Траншея в обычных условиях должна иметь глубину 400–600 мм и песчаную подстилку толщиной 100–300 мм.

Самая простая техника – это укладка кабеля прямо с барабана в траншею или в кабельный лоток (желоб). При прокладке очень длинных кабельных линий барабан помещается на транспортное средство, при этом он может свободно вращаться вокруг оси; барабан можно держать в руках, оперев его на металлическую ось. По мере продвижения машины (или человека) кабель сматывается с барабана прямо на свое место. Не торопитесь слишком и убедитесь в том, что кабель можно временно закрепить на регулярных интервалах до его конечного закрепления.

Укладка оптического кабеля в кабельный лоток ничем особенным не отличается от такой же операции с обычным кабелем того же диаметра. Но главное, за чем надо следить – это минимальный радиус изгиба и механическая нагрузка.

Минимальный радиус изгиба нужно проверять даже тогда, когда кабельный лоток, казалось бы, этого и не требует. Не следует стремиться к аккуратности и изгибать оптический кабель, пытаясь уложить его рядом с другими кабелями.

Критичным фактором могут стать механические нагрузки на кабельный лоток, если оптический кабель проходит рядом с острыми выступами или пересекает другой кабель. Тогда оптический кабель испытывает большую нагрузку от веса вышележащих кабелей или веса персонала, наступающего на лоток.

Постарайтесь укладывать кабель в одной плоскости и не создавать точек сосредоточенных нагрузок.

Протяжка оптического кабеля через кабельный канал ничем не отличается от протяжки обычного кабеля.

Всегда используйте требуемое усилие, но не превышайте спецификаций производителя.

В общем, обычно используемые кабельные крепления – скобы и хомуты – вполне удовлетворительны, но помните, что нагрузку должна принимать не внешняя оболочка, а силовые конструкции.

Если требуется использовать смазку, обратитесь за рекомендацией к производителю кабеля. Для уменьшения трения можно использовать также тальк или гранулы из полистирола.

В некоторых случаях кабель уже имеет концевую заделку. Будьте осторожны с разъемами при протяжке кабеля. Не повредите разъемы, не загрязняйте их, не подвергайте кабель чрезмерной нагрузке в зоне соединения с разъемом.

Обычно после укладки кабеля необходимо его закрепить. В лотке кабель может закрепляться нейлоновыми стяжками. Особенно позаботьтесь о закреплении кабеля в тех местах, где он может сползать или провисать. Если невозможно использовать кабельные крепления из‑за особенностей поверхности, рекомендуется использовать специальные хомуты. Следует осторожно применять подобные приспособления, чтобы не нарушить механическую целостность кабеля и не повредить соседние оболочки острыми краями. Лучше использовать хомуты с пластиковым защитным слоем, при этом для каждого кабеля следует использовать отдельный хомут. Между конечными точками крепления кабеля лучше оставить небольшую слабину, а не класть кабель в натяг, в случае чего он будет плохо «реагировать» на колебания температуры и вибрацию.

Если кабель все же был поврежден при укладке, то оставьте около поврежденной точки достаточный запас кабеля для сращивания.

Заключение: прокладка оптоволоконного кабеля не многим отличается от прокладки обычного кабеля, и если придерживаться нескольких основных принципов, то проблем при установке кабеля не будет.