基于微機技術的光纖熔接研究

田國棟 郭 妮

摘 要:第四代光纖熔接機是微機技術在光纖熔接中應用典范,熔接損耗已達0.02 dB左右。從第二代光纖熔接機引入微機技術開始,發展到第四代,第五代的熔接機在光纖通信領域起著骨干作用,自動化程度比較高,熔接損耗已經很小,但尚未解決的問題包括微機遠程熔接控制和使用人工智能進行全自動光纖熔接,這些可以作為以后的研究探討方向。

關鍵詞:微機技術;光纖通信;光纖熔接;熔接損耗

中圖分類號:TN818 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)21-055-03

Fiber-optic Fusion Research Based on Computer Technology

TIAN Guodong,GUO Ni

(Xi′an Railway Vocational & Technical Institute,Xi′an,710014,China)

Abstract:4G optical fusion welding machine is a classic application of microcomputer technology on optical fiber fusion welding and loss is about 0.02dB.5G machine has been improved since microcomputer technology was introduced into 2G machine.The 4G machine plays an important role in fiber communication system with high automation and low loss.Problems which can′t be solved,such as remote control of computer and fully automated optical fusion welding using artificial intelligence technology can be discussed.

Keywords:microcomputer technology;fiber-optic communication;fiber-optic fusion;fusion loss

0 引 言

光纖通信是以光波作載波以光纖為傳輸媒介的通信方式。由于其傳輸距離遠、信息容量大、通信質量高等特點成為當今信息傳輸的主要手段,是“信息高速公路”的基石。一個實際的光纜通信系統有成百上千公里,而光纜的標準生產長度只有2 km,因此需要若干盤光纜串接而成。每根光纜中包含幾十芯光纖,因此工程施工中光纖接續工作量非常大。要加快光纖接續速度減小光纖接續損耗必須應用微機技術。

1 微機技術在光纖熔接中的應用歷程

光纖接續分為非熔接法和熔接法兩大類,目前工程施工中多采用熔接法。光纖熔接機是進行光纖熔接的主要儀器,按技術發展水平分為五代機型。第一代手動光纖熔接機沒有引入計算機技術,而且光纖熔接損耗很大(0.2 dB左右),現在已經被淘汰;第二代是采用微機控制的自動光纖熔接機,光纖熔接損耗明顯減小(0.05~0.1 dB),目前技術相對滯后;第三代光纖熔接機特征是除自動對準、自動熔接外,另加上了熒屏顯示,因而又稱為芯軸直視式光纖熔接機,第三代光纖熔接機的熒屏顯示是利用機內裝的顯微攝像機與微處理機對光纖進行攝像及電子顯示,并可自動熔接和估算連接損耗,光纖熔接損耗進一步減小(0.02~0.05 dB);第四代光纖熔接機其特點是:不僅可以對光纖進行自動對準、熔接和連接損耗檢測,而且具有熱接頭圖像處理系統,對熔接的全過程進行自動監測,攝取熔接過程中的熱圖像加以分析,判斷光纖纖芯的變形、移位、雜質和氣泡等與連接損耗有關的信息,因此能更全面、準確地估算出接頭損耗,光纖熔接損耗很小(0.02 dB左右);第五代光纖熔接機又稱為全自動熔接機,它在微機控制下可以自動進行“除去第二層被覆層——切斷——除去第一層被覆層——對準——熔接——補強”等全環節操作過程,目前還在研制階段沒有得到普遍推廣使用。由此可見從第二代光纖熔接機到第五代光纖熔接機的發展與進步,都在不斷加強微機技術的應用。

2 微機技術在光纖熔接中的應用

第三代光纖熔接機和第四代光纖熔接機是今天光纖通信工程施工中的主力機型。自動光纖熔接機是微機技術與精密機械加工技術的完美結合,是高科技高精度光纖通信儀器。第四代S176自動光纖熔接機在科研單位、大專院校和施工現場都有使用。國產熔接機價格為8~10萬元/臺,進口熔接機價格為10~15萬元/臺。下面以第四代S176自動光纖熔接機為例,研究與探討微機技術在光纖熔接中的應用。

2.1 S176自動光纖熔接機基本操作程序

S176自動光纖熔接機基本操作程序有42個,主要有電弧放電檢測程序、選擇程序、熔接程序、保護套管加熱程序、被熔光纖尺寸測定程序、接續損失資料查尋程序、管理程序以及調整日期/時間程序。在這些程序中尤其重要的是被熔光纖尺寸測定程序和熔接程序。在使用S176自動光纖熔接機時,可以直接運用以上基本操作程序,也可調整某些操作程序,還可以制定操作程序。

2.2 被熔光纖尺寸的準確測定

熔接前光纖端面的處理會直接影響到熔接損失值,因此熔接前必須注意到光纖端面是否切割良好、V型槽是否干凈。光纖端面制作標準為:

(1) 剝除光纖涂敷層大約35～50 mm;

(2) 用(藥棉或)無塵試紙沾上無水酒精將單模光纖擦拭干凈;

(3) 使用自動光纖切割器(或切割刀)切割光纖,保留16 mm左右,兩側光纖端面傾斜角均小于0.5°。

由于光纖的結構尺寸很小,纖芯直徑為8~10 μm,包層直徑為100~150 μs。手動切割一般很難達到要求,自動切割之后還要用被熔光纖尺寸測定程序進行測試。由于第四代S176自動光纖熔接機中的微型計算機將光纖尺寸測定標準儲存在數據庫里,因此使用被熔光纖尺寸測定程序就可很快確定光纖測試結果。圖1是某次合格光纖尺寸測定結果。

2.3 選擇并執行S176自動光纖熔接機熔接程序

在選擇S176自動光纖熔接機熔接程序時,如表1所示,根據學院技能培訓和中國鐵通陜西分公司的干線光纖施工實際,選擇單模光纖(SM)的熔接程序以及60 mm保護套管(S921)的加熱器程序。圖2為自動光纖熔接流程圖。它是8個子程序的聯合使用,是第四代S176自動光纖熔接機的核心部分。

按下第四代自動光纖熔接機START鍵(即“！奔), S176自動光纖熔接機會自動執行全部熔接程序,11 s后完成全部熔接工作,并在顯示屏上顯示熔接時間、熔接次數和熔接效果,如圖3所示。

圖2 微機控制下的光纖熔接流程圖

圖3 熔接完成

可以看到熔接時間是10:50:55,熔接次數是第00524次,熔接效果是0.00 dB。如果需要暫停熔接動作可再按START鍵,第三次按START鍵時又可恢復先前動作,繼續執行熔接程序。若因準備工作不足或出現故障S176自動光纖熔接機會中途停止工作,并用紅色字體提示: 左、右光纖找不到或越界; 左、右光纖端面不良。這兩點很關鍵。左、右光纖找不到或越界是放置光纖的問題,這是一個極為細致的工作,要保持周圍環境清潔,工作人員應身著工作服,兩手要保持干凈。步驟如下:

(1) 輕輕打開防壓蓋及光纖夾具。

(2) 小心翼翼將光纖由上而下放置于光纖夾具及V型溝槽中,并露出2 mm查看光纖端面是否接近于電極棒處,切勿超過兩個電極棒之中線。

(3) 平穩放置光纖夾具并固定光纖聽到發悶聲音“砰”(左右端動作相同)。

(4) 輕輕蓋上防壓蓋。

左、右光纖端面不良是光纖端面制作質量問題,由被熔光纖尺寸測定程序進行測試,如果不合格必須重新進行光纖端面處理。

2.4 熔接質量統計與分析

光纖熔接質量主要體現在光纖接頭損耗上,表2是2008年使用S176自動光纖熔接機在學院內部科研、實訓以及在中國鐵通陜西分公司通信施工現場熔接單模光纖1 567次的光纖接頭損耗質量統計。光纖接頭損耗在0.02 dB及以下為優,計1 367次占87.2%;光纖接頭損耗在0.05 dB及以下為良,計172次占11%;光纖接頭損耗在0.05 dB以上為差,包括熔接失敗、斷纖計28次占1.8%。可以看出第四代自動光纖熔接機具有很高的科技含量,很小的光纖接頭損耗。以上數據是自動光纖熔接機的推定損耗,通過數據接口將所有光纖熔接資料傳送到管理中心數據庫。在光纖通信技術中通常采用設在測試中心的光時域反射儀(OTDR)對光纖接頭損耗進行遠程測試,由光時域反射儀(OTDR)的測試結果最終確定光纖熔接質量。

3 微機技術在中外光纖熔接機中的應用之比較

第四代自動光纖熔接機在科研單位、大專院校和施工現場使用比較廣泛。學院光纖實訓基地和中國鐵通陜西分公司常用的第四代自動光纖熔接機主要有中國生產依愛AV6491A、日本生產古河S175、古河S176、古河S177。它們都具有計算機圖形操作界面,分別是LINUX,LINUX,LINUX和Windows;自動光纖熔接時間越來越短,從20 s,17 s,11 s到5 s;存儲的光纖熔接數據越來越多,分別是100組、400組、2 000組和2 000組;光纖熔接損耗越來越小,分別是SM0.03 dB,SM0.02 dB,SM0.02 dB,SM0.02 dB;屏幕顯示分別是5英寸單屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大608倍;數據接口分別是BNC,RS 232C,RS 232C,USB 1.1;光纖端面分辨率相同,都是傾斜角小于0.5°;適用光纖都一樣G.651~G.655。可以看出國產第四代自動光纖熔接機和進口第四代自動光纖熔接機從技術水平上、微機技術應用上有一定的差距,在使用上差別不大,在價格上卻有很大的優勢,只有進口機的一半。

4 結 語

第四代光纖熔接機在微機技術的支持下,在光纖熔接中顯示出很高的自動化水平,目前國內外機型的光纖熔接損耗已經很小。光纖熔接的質量優良率雖然超過90%,但仍有兩個問題沒有得到完全解決。第一是光纖端面的處理,使用自動光纖切割器切割光纖也受到操作人員的技術影響,不能保證百分之百的合格。通過光纖尺寸測定程序進行測試之后,對不合格的光纖端面要重新進行處理。第二是人工放置光纖,由于光纖細如發絲在Z軸上幾十微米的偏差就會導致光纖找不到或越界。不久的將來隨著第五代全自動光纖熔接機的投入市場,微機技術會在光纖熔接中應用的更加完善,以上兩個問題必定迎刃而解。另外使用大型計算機對光纖熔接實現遠程控制和引入人工智能技術使光纖熔接實現人性化智能化指日可待,再通過OTDR實現光纖熔接遠程測試就會使光纖熔接速度更快、損耗更小、質量更好。

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作者簡介 田國棟 男,1959年出生,山西萬榮人,副教授。研究方向為光纖通信。

郭 妮 女,1975年出生,陜西涇陽人,西安鐵路職業技術學院電子信息系講師。