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          光纖電纜布線的基本知識和系統設計

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          編輯時間 : 2020-07-22

            

            光纖作為一種高帶寬、高安全性的數據傳輸介質,廣泛應用于各種大中型網絡中。由于電纜和設備成本較高,光纖大多只用于網絡主干,即垂直主干子系統和樓宇群子系統的系統布線,以實現樓宇和樓層之間的連接,也用于對傳輸速率和安全性要求較高的水平布線系統。

            I  .光纖

            1、光及其特征:

            1)光是電磁波

            可見光的波長范圍為390 ~ 760納米。大于760納米的部分是紅外光,小于390納米的部分是紫外光。使用三種光纖:850、1300和1550。

            2)光的折射、反射和全反射。

            由于光在不同物質中的傳播速度不同,當光從一種物質發射到另一種物質時,兩種物質之間的界面會發生折射和反射。此外,折射光的角度隨著入射光的角度而變化。當入射光的角度達到或超過一定角度時,折射光將消失,所有入射光將被反射回來,這就是光的全反射。不同的物質對于相同波長的光具有不同的折射角(即不同的物質具有不同的折射率),并且相同的物質對于不同波長的光具有不同的折射角。光纖通信基于上述原則。

            2.光纖的結構和類型:

            1)光纖結構:

            光裸光纖一般分為三層:中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5m)、中間低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125m)和外側的增強樹脂涂層。

            2)數值孔徑:

            所有入射到光纖端面上的光都不能被光纖傳輸,只能是一定角度范圍內的入射光。這個角度叫做光纖的數值孔徑。光纖的數值孔徑越大,越有利于光纖對接。不同制造商生產的光纖具有不同的數值孔徑(ATT康寧)。

            3)光纖類型:

            A.根據光在光纖中的傳輸方式,可分為單觸式光纖和多模光纖。

            多模光纖:中心玻璃芯很厚(50或62.5m),可以傳輸多種模式的光。但是,模間色散很大,限制了傳輸數字信號的頻率,而且隨著距離的增加,這種情況會變得更加嚴重。例如,一根600兆字節/千米的光纖在2千米處只有300兆字節的帶寬。因此,多模光纖的傳輸距離相對較近,一般只有幾公里。

            單模光纖:中心玻璃纖芯很薄(纖芯直徑通常為9或10m),上海綜合布線只能傳輸一種模式的光。因此,它的模間色散很小,適合遠程通信,但色散起主要作用,所以單模光纖對光源的光譜寬度和穩定性有更高的要求,即光譜寬度要窄,穩定性要好。根據傳輸頻率窗口:常規單模光纖和色散位移單模光纖。

            常規類型:光纖制造商將光纖的傳輸頻率轉換成單一波長的光,例如1300納米。

            色散位移型:光纖制造商以兩種波長傳輸光纖,如1300納米和1550納米。

            C.根據折射率分布,它分為突變光纖和漸變光纖。

            突變型:光纖中心芯到玻璃包層的折射率突變。它具有低成本和高模間色散。適用于短距離低速通信,如工業控制。然而,單模光纖的模間色散很小,因此單模光纖采用突變型。

            漸變光纖:從中心纖芯到玻璃包層的折射率逐漸降低,可以使高模光以正弦形式傳播,可以減少模間色散,增加光纖帶寬,增加傳輸距離,但成本較高。如今,多模光纖大多是漸變光纖。


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            4)普通光纖規格:

            單模:8/125m、9/125m和10/125m

            多模:50/125m,歐洲標準62.5/125m,美國標準

            工業、醫療和低速網絡:100/140m、200/230m

            塑料:98/1000m,用于汽車控制

            3.光纖制造和衰減:

            1)光纖制造:

            目前,光纖制造方法主要有:管內化學氣相沉積、棒內化學氣相沉積、等離子體化學氣相沉積和軸向氣相沉積。

            2)光纖衰減:

            導致光纖衰減的主要因素是固有的、彎曲的、擠壓的、雜質的、不均勻的和對接的。

            固有損耗:指光纖的固有損耗,包括瑞利散射、固有吸收等。

            彎曲:當光纖彎曲時,光纖中的一些光會由于散射而損失,從而導致損耗。

            擠壓:光纖被擠壓時因輕微彎曲而造成的損失。

            雜質:光纖中的雜質吸收并散射光纖中傳播的光,導致損耗。

            不均勻:光纖材料折射率不均勻造成的損耗。

            對接:光纖對接造成的損耗,如軸不同(單模光纖同軸度小于0.8m),端面不垂直于軸,端面不均勻,對接芯徑不匹配,焊接質量差。

            4.光纖的優點:

            1)光纖的通帶非常寬,理論上可以達到30億MHz。

            2)非主干段長度為幾十至100公里,銅線只有幾百米。

            3)不受電磁場和電磁輻射的影響。

            4)重量輕,體積小。例如,直徑為3英寸、重量為8噸/公里的900對雙絞線連接到21,000個通道。而通信量十倍的光纜直徑為0.5英寸,重量為450磅/千米。5)光纖通信不收費,使用安全。它可以用在易燃和暴力的地方。

            6)工作環境溫度范圍寬。

            7)化學腐蝕,使用壽命長。

            第二,光纜

            1.光纜制造:

            光纜的制造過程一般分為以下幾個過程:

            1)光纖篩選:選擇傳輸特性優良、張力合格的光纖。

            2)光纖染色:應采用標準全色譜進行鑒定,要求在高溫下不褪色或不遷移。

            3)二次擠出:將高彈性模量、低線膨脹系數的塑料擠出成一定尺寸的管材,并在光纖中填充防潮防水凝膠,存放數日(不少于兩天)。

            4)光纜絞合:用加強單元絞合多根擠出的光纖。

            5)擠壓光纜外護套:在絞合的光纜上增加一層護套。

            2.光纜類型:

            1)按敷設方式分為:自承式架空電纜、管道光纜、鎧裝埋地光纜和海底光纜。

            2)根據光纜結構,有:束式光纜、層絞式光纜、緊抓式光纜、帶狀光纜、非金屬光纜和分支光纜。

            3)根據用途,有長距離通信光纜、短距離室外光纜、混合光纜和建筑用光纜。

            3.光纜施工:

            多年來,做光纜建設使我們有了一套成熟的方法和經驗。

            光纜室外施工:

            為長距離鋪設光纜選擇合適的路線非常重要。工業相機維修在這里,短路徑不一定好,但也要注意土地使用權,豎立或埋葬的可能性等。

            必須有完整的設計和施工圖紙,以便施工和今后的檢查方便可靠。施工過程中,始終注意不要使光纜承受重壓或被硬物刺傷。

            當光纜轉彎時,其轉彎半徑應比光纜本身的直徑大20倍。

            1)室外架空電纜施工:

            A.懸掛吊線的架空方式,簡單又便宜,在中國被廣泛使用,但是增加和安裝掛鉤需要時間。

            B.掛線纏繞架空方式,穩定,維護工作量少。但是它需要一臺特殊的裝訂機。

            C.自承重架空方式對干線要求高,施工維護難度大,成本高,目前在國內很少采用。

            d、架空時,應在光纜的主導干線上加裝導向裝置,防止光纜拖地。牽引光纜時注意減少摩擦。每根主干上應預留一段伸縮光纜。

            E.注意光纜中金屬物體的可靠接地。特別是在山區、高壓電網地區和許多地區,一般每公里有三個接地點,甚至選用非金屬光纜。

            2)室外管道和光纜施工:

            A.施工前,檢查管道占用情況,清理并放置塑料支管,并放入牽引繩。

            B.計算放置長度,并確保有足夠的預留長度。C.一次敷設的長度不宜過長(一般為2公里),接線應從中間向兩邊拉。

            D.電纜敷設的牽引力一般不超過120公斤,應拉光纜加強芯,并對光纜頭進行防水加固處理。

            E.光纜的引入和引出處應設置引入裝置,不得直接拖地。

            F.管道和光纜也應注意可靠接地。

            3)直埋光纜的敷設:

            A.直埋光纜溝深度應按標準開挖,如下表所示:

            B.在不可能挖溝的地方,可以通過架空或鉆孔和埋設管道來鋪設。

            C.溝渠底部應保持平整和牢固,必要時可預填一些沙子、水泥或支撐物

            D.鋪設時可使用手動或機械牽引,但應注意導向和潤滑。

            E.鋪設完成后,應盡快用土覆蓋并壓實。

            4)建筑物內電纜敷設:

            A.垂直敷設時,應特別注意光纜的承載問題。通常,光纜應每兩層固定一次。

            b  .當光纜穿過墻壁或地板時,必須加帶保護孔的保護塑料管,并用阻燃填料填充。

            C.也可以預先在建筑物內鋪設一定數量的塑料管,以后鋪設光纜時可以使用牽引或真空法布里光纜。

            4.光纜的選擇:

            除了光纖芯數和光纖類型外,光纜的外護套應根據光纜的使用環境進行選擇。

            1)室外光纜直埋時,應選用鎧裝光纜。架空時,可選用帶有兩個或多個加強筋的黑色塑料外護套光纜。

            2)選擇建筑用光纜時,要注意阻燃性、毒性和延性。一般情況下,管道或強制通風場所可選擇阻燃但有嚴的送風口,暴露環境應選擇阻燃、無毒、無嚴的送風口。

            3)在建筑物內垂直敷設電纜時,配線電纜);可以選擇;當水平布線時,您可以選擇斷開電纜。

            4)如果傳輸距離在2公里以內,可以選擇多模光纜,如果傳輸距離超過2公里,可以使用中繼或單模光纜。

            三.連接和檢測

            1.光纜連接:

            方法主要包括永久連接、緊急連接和活動連接。

            1)長期光纖連接(也稱為熱熔):

            在這種連接中,光纖的連接點被熔化并通過放電連接在一起。一般用于長途連接、長期或半長期固定連接。其主要特點是連接衰減在所有連接方式中相對較低,典型值為0.01 ~ 0.03分貝/點。然而,在連接時,需要特殊設備(焊接機)和專業人員操作,并且需要特殊的容器來保護連接點。2)緊急連接(也稱為)冷熔:

            緊急連接主要采用機械和化學方法將兩根光纖固定和粘接在一起。該方法的主要特點是連接快速可靠,典型的連接衰減為0.1~0.3dB/點。但是,連接點的長期使用會不穩定,衰減會大大增加,因此只能在短時間內緊急使用。

            3)主動連接:

            主動連接是一種通過使用各種光纖連接器(插頭和插座)將站與站或站與光纜連接的方法。該方法靈活、簡單、方便、可靠,廣泛應用于建筑物的計算機網絡布線中。典型衰減為1dB/接頭。

            2.光纖檢查:

            光纖檢測的主要目的是保證系統連接的質量,減少故障因素,并在光纖出現故障時找出故障點。檢測方法有很多,包括手工簡單測量和精密儀器測量。

            1)手動簡單測量:

            這種方法通常用于快速檢測光纖的通斷,并區分施工期間制造的光纖。這是通過使用簡單的光源從光纖的一端注入可見光并觀察哪一個從另一端發光來實現的。這種方法雖然簡單,但不能定量測量光纖的衰減和斷點。

            2)精密儀器測量:

            用光功率計或光時域反射計(OTDR)對光纖進行定量測量,上海工業電路板維修可以測量光纖和接頭的衰減,甚至可以測量光纖的斷點位置。該測量可用于定量分析光纖網絡故障的原因和評估光纖網絡產品。

            4.光纖的應用及系統設計

            1、光纖的應用:

            人類社會現在已經發展成為一個信息社會,有大量的信息交換,如聲音、圖像和數據。以前的通信手段已經不能滿足現在的要求,但是光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼長距離等優點得到了應用。其應用領域涵蓋通信、交通、工業、醫療、教育、航空航天和計算機行業,并正在向更廣、更深的層次發展。光和光纖的應用正在給人類生活帶來深刻的影響和變化。

            2.光纖網絡系統設計;

            光纖系統的設計一般遵循以下步驟:

            1)首先,了解要設計什么樣的網絡,它的現狀,以及為什么要使用光纖。

            2)根據實際情況,選擇合適的光纖網絡設備、光纜、跳線等項目進行連接。選擇應該基于可用性,然后根據性能、價格、服務、產地和品牌來決定。

            3)根據客戶要求和網絡類型確定線路的路線,并繪制接線圖。

            4)當線路較長時,需要計算系統的衰減裕量,可按以下公式計算:衰減容差=透射光功率-接受靈敏度-線路衰減-連接衰減(分貝),其中線路衰減=光纜長度單位衰減;

            單位衰減與光纖質量有很大關系,單模時一般為0.4 ~ 0.5分貝/千米;多模式為2~4dB/km。

            連接衰減包括焊接衰減和接頭衰減,與焊接方式和人員素質有關,一般熱熔為0.01~0.3dB/點;冷熔0.1~0.3dB/點;聯合衰減與聯合質量有很大關系,一般為1dB/點。系統的衰減裕度一般不小于4dB。

            5)如果核算不合格,應在核算前對設計進行適當修改。這種情況有時會重復幾次。

            3.設計示例:

            校園網的重建;

            根據情況,在現有的細電纜網絡的一側使用三端口中繼器(雙絞線-光纖-細電纜),在另一側使用具有光纖主干的雙絞線HUB。中間將架空或均勻埋地的集束型4芯室外多模光纜焊接成帶ST頭的室內跳線(因為設備的光纖接口為ST型)。

            衰減核算:(一般情況下,多模設備不需要在2公里以內核算,這里只給出一個例子)

            發射功率:-16dBm

            接收靈敏度為-29.5dbm。

            傳輸線衰減:1.5公里3.5分貝/公里=5.25分貝。

            衰減:關節兩次衰減:2點1dB/點=2dB

            兩個焊接點為:2點0.07分貝/點=0.14分貝。

            衰減裕量=-16 DBM-(-29.5 DBM)-5.25分貝-0.14分貝-2分貝=6.11(分貝

            通過以上計算,可以看出系統容量大于4dB,上述選項能夠滿足要求。


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