Krystian Sokalski, 2006

Metodologia łączenia i wstępnej certyfikacji

Część 1

Krystian Sokalski

Krystian Sokalski, 2006

2

Spis treści

SŁOWO WSTĘPNE -----------------------------------------------------------------------------------------------------------3

ROZDZIAŁ 1. ŚWIATŁOWODY - WSTĘP.----------------------------------------------------------------------------------4

1. Budowa światłowodu -------------------------------------------------------------------------------------------4

2. Straty w światłowodzie. ----------------------------------------------------------------------------------------4

3. Okna transmisyjne.----------------------------------------------------------------------------------------------7

4. Standardy ITU-T -------------------------------------------------------------------------------------------------8

ROZDZIAŁ 2. ŁĄCZENIE ŚWIATŁOWODÓW. ------------------------------------------------------------------------------9

1. Złączki światłowodowe-----------------------------------------------------------------------------------------9

2. Spawanie światłowodu – aspekty techniczne ---------------------------------------------------------- 11

2.1 Wyposażenie stanowiska do spawania światłowodów --------------------------------------- 11

Spawarka światłowodowa – kryteria wyboru --------------------------------------------------- 11

Spawarka światłowodowa – szacowanie tłumienności spawu ----------------------------- 12

Strippery ------------------------------------------------------------------------------------------------- 12

Zestaw do czyszczenia światłowodu ------------------------------------------------------------- 12

Obcinarka włókien światłowodowych------------------------------------------------------------- 13

Rurki termokurczliwe --------------------------------------------------------------------------------- 13

2.2 Centrowanie światłowodów.------------------------------------------------------------------------- 13

3. Proces wykonywania spawu-------------------------------------------------------------------------------- 15

3.1 Nałożenie rurki termokurczliwej -------------------------------------------------------------------- 15

3.2 Przygotowanie włókna. ------------------------------------------------------------------------------- 15

Stripping- zdjęcie izolacji światłowodu ----------------------------------------------------------- 16

Cleaning- czyszczenie włókna --------------------------------------------------------------------- 16

Cleaving- przycinanie włókna ---------------------------------------------------------------------- 16

Sprawdzenie listy przygotowania włókna-------------------------------------------------------- 17

3.3 Wstępne oględziny czoła włókna światłowodowego ----------------------------------------- 17

3.4 Spawanie włókien-------------------------------------------------------------------------------------- 18

Problemy wykryte podczas spawania ------------------------------------------------------------ 19

Sprawdzanie wytrzymałości spawu – czy użyć?----------------------------------------------- 20

3.5 Zabezpieczenie wykonanego spawu ------------------------------------------------------------- 21

3.6 Podsumowanie----------------------------------------------------------------------------------------- 21

Krystian Sokalski, 2006

Słowo wstępne Mając na względzie dynamiczny rozwój techniki światłowodowej niniejszy dokument zawiera

metodologię łączenia oraz certyfikacji linii światłowodowej wraz z uwzględnieniem podstawowych

problemów technologicznych, wykonawczych i skierowany jest do wszystkich początkujących

użytkowników oraz wykonawców linii transmisyjnej opartej na technologii światłowodowej.

Krystian Sokalski, 2006

4

Rozdział 1. Światłowody- wstęp.

1. Budowa światłowodu

Światłowód zbudowany jest ze specjalnego rodzaju szkła kwarcowego. Główną jego częścią

jest rdzeń, który okrywa płaszcz i warstwa ochronna. Czasami rdzeń składa się z wielu włókien.

Zasada działania światłowodu polega na użyciu dwóch materiałów przewodzących światło o różnych

współczynnikach załamania. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu.

Promień świetlny przemieszcza się cały czas w rdzeniu, ponieważ następuje całkowite wewnętrzne

odbicie promień odbija się od płaszczyzny przejścia rdzenia do płaszcza. Wokół płaszcza znajduje się

izolacja ochronna. Światłowody wykonuje się zasadniczo jako jednomodowe i wielomodowe.

Światłowody wielomodowe, można podzielić na dwa typy: o współczynniku skokowym i gradientowym

najczęściej spotykane są światłowody o płynnej zmianie współczynnika załamania pomiędzy rdzeniem

a płaszczem, czyli gradientowe.

2. Straty w światłowodzie.

Wszystkie światłowody nawet jednomodowe nie są idealnym medium transmisyjnym. Jedną z

podstawowych wad jest tłumienie sygnału oraz dyspersja.

Tłumienie Spowodowane jest przez straty falowe wynikające z niedoskonałości falowodu. Ponad to w

rzeczywistym światłowodzie występuje: absorpcja (pochłanianie energii przez cząstki światłowodu),

rozpraszanie energii spowodowane zarówno przez fluktuacje gęstości materiału rdzenia jak i

fluktuacjami współczynnika załamania, a także wadami produkcyjnymi (zgięcia, mikropęknięcia).

Tłumienie ma różne źródła:

• straty materiałowe - większość światłowodów wykonana jest ze szkła kwarcowego SiO2.

Światło ulega rozproszeniu z powodu fluktuacji gęstości materiału rdzenia, a ta spowodowana

jest niedoskonałością struktury szkła. Dla czystego szkła kwarcowego stała materiałowa k =

0,8, a tłumienność spowodowana rozproszeniem Rayleigh'a wynosi dla długości fali widzianej

Krystian Sokalski, 2006

5

przez światłowód l=850 nm 1.53 dB/km, dla l=1300 nm 0.28 dB/km, a dla l=1550 nm 0.138

dB/km. Oprócz rozpraszania Rayleigh'a istnieje silna absorpcja zarówno w podczerwieni, jak i

nadfiolecie związana bezpośrednio z samymi własnościami szkła krzemowego SiO2. Nie

pozwala ona na wykorzystanie jeszcze dłuższych fal do transmisji.

• straty falowodowe - wynikają z niejednorodności światłowodu powodowanymi fluktuacjami

średnicy rdzenia, zgięciami włókna, nierównomiernością rozkładu współczynnika załamania w

rdzeniu i w płaszczu, oraz wszelkimi innymi odstępstwami od geometrii idealnego światłowodu

cylindrycznego. Deformacje włókna mające duży wpływ na tłumienie światłowodu to

mikrozgięcia i makrozgięcia. Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien i są to

nieregularności kształtu rdzenia i płaszcza rozłożone wzdłuż włókna losowo lub okresowo.

Wywołują w światłowodzie wielomodowym mieszanie się modów i ich konwersję w mody

wyciekające do płaszcza. W światłowodzie jednomodowym mikrozgięcia powodują natomiast

rozmycie modu. Tłumienie wywołane makrozgięciami, czyli wywołane fizycznym

zakrzywieniem włókna światłowodowego, jest pomijalnie małe dla promieni zakrzywień

większych od kilku centymetrów. Mniejsze powodują zmianę współczynnika załamania w

obszarze zgięcia, co także prowadzi do tworzenia się modów wyciekających i uwidacznia się

efektem świecenia włókna na powierzchni.

• straty mocy sygnału powodowane są również przez przesunięcia, rozsunięcia oraz wzajemny

obrót światłowodów.

Dyspersja Dyspersja jest to zjawisko poszerzenie (rozmycia) impulsu. Powodowana jest przez to, że światło przy

określonej długości fali ma odpowiednią szerokość widma. Im szersze widmo tym więcej promieni

przemieszcza się w rdzeniu. Promienie te przebywają różną drogę, przez co czas przebycia promienia

przez włókno jest różny. W rezultacie na wyjściu pojawia się szerszy impuls, który rośnie wraz ze

wzrostem długości światłowodu. Przepływność transmisyjna włókna jest, więc określona przez to, jak

blisko siebie można transmitować kolejne impulsy bez ich wzajemnego nakładania się na siebie (przy

zbyt bliskich impulsach nie ma sposobu ich rozpoznania). Dyspersja ogranicza długość światłowodu,

przez który może być transmitowany sygnał. Rozróżnia się dwa typy dyspersji. Dyspersję

międzymodową występującą w światłowodach wielomodowych, oraz dyspersję chromatyczną

występującą w włóknach jednomodowych.

• Dyspersja modowa - występuje w światłowodach wielomodowych. Impuls światła wiedziony

przez światłowód jest superpozycją wielu modów, z których prawie każdy, na skutek różnych

kątów odbicia od granicy rdzenia, ma do przebycia inną długość drogi między odbiornikiem a

nadajnikiem. Dyspersja modowa światłowodów skokowych przekracza znacznie wszystkie

pozostałe dyspersje. Dodatkowo z powodu dużego tłumienia jednostkowego tych włókien

docierający sygnał ma wyraźnie inny kształt i niniejszą amplitudę. Zniekształcenie to rośnie

wraz z długością światłowodu. Ograniczenie dyspersji modowej i zwiększenie pasma

światłowodów wielomodowych do 1200 MHz*km uzyskano wprowadzając włókna gradientowe.

Krystian Sokalski, 2006

6

• Dyspersja chromatyczna - z racji tego, że światłowody jednomodowe propagują tylko jeden

mód, nie występuje tutaj zjawisko dyspersji międzymodowej. Uwidacznia się natomiast inny,

dotychczas niewidoczny rodzaj dyspersji, dyspersja chromatyczna. Składają się na nią dwa

zjawiska: dyspersja materiałowa i falowodowa. Dyspersja materiałowa powodowana jest

zmianą współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie

istnieje źródło światła ściśle monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy

rozproszonych częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający

po przebyciu fragmentu włókna mód charakteryzuje się rozmyciem w czasowym. Dyspersja

falowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu.

Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza.

Krystian Sokalski, 2006

7

3. Okna transmisyjne.

Tłumienie zależne od długości fali odgrywa istotną rolę w transmisji światłowodowej. Zależność ta

maleje zgodnie z krzywą Rayleigh'a, z czwartą potęgą długości fali światła. Wyróżnia się trzy okna

przydatne do prowadzenia transmisji o obniżonej tłumienności:

• I okno transmisyjne - obejmuje fale w okolicy 850 nm, dość wysokie tłumienie powyżej 1dB/km.

O atrakcyjności tego okna stanowi dostępność tanich źródeł światła, jednak zakres jego

zastosowań sprowadza się tylko do małych odległości transmisyjnych rzędu kilkunastu

kilometrów.

• II okno transmisyjne - na fali 1300 oraz 1310nm, tłumienie około 0,4dB/km, zasięg transmisji

od 75 do lOO km

• III okno transmisyjne - na fali 1550nm, tłumienie mniejsze niż 0,2dB/km, zasięg transmisji od

150 do 200km.

Okna transmisyjne związane są również z typem stosowanych światłowodów. Na długościach fal

odpowiadającym 850nm oraz 1300nm stosowane są światłowody wielodomowe. Odpowiednio na

długościach fal 1310 oraz 1550nm stosowane są światłowody jednodomowe.

Krystian Sokalski, 2006

8

4. Standardy ITU-T

Poniżej przedstawiono standardy opisujące testowanie i charakterystyki podstawowych typów

światłowodów.

G.650 Definicje i metody testowania parametrów światłowodów jednodomowych

G.651 Charakterystyki wielomodowych gradientowych kabli światłowodowych

typu 50/125 μm

G.652 Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych

G.653 Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych z przesuniętą

dyspersją

G.654 Charakterystyki światłowodowych kabli jednomodowych z minimum

tłumienia (optymalizowanych) dla 1550 nm

G.655 Charakterystyki jednomodowych kabli światłowodowych z niezerową dyspersją

Krystian Sokalski, 2006

Rozdział 2. Łączenie światłowodów. Łączenie światłowodów ze szkła kwarcowego odbywa się dwoma podstawowymi sposobami: za

pomocą złączek mechanicznych lub za pomocą spawarki fuzyjnej. Wybór metody łączenia

światłowodów w głównej mierze zależy od usługi docelowej, która ma być uruchomiona na danej linii.

W przypadku połączenia komputerowego nie jest wymagana wysoka dokładność wykonania połączeń

i wówczas dopuszcza się zastosowanie złączek. Natomiast w przypadku wszelkiego rodzaju usług

telekomunikacyjnych na dalsze odległości wymagane są jak najmniejsze straty na połączeniach.

Wymusza to dokonanie połączenia światłowodów za pomocą spawarki.

1. Złączki światłowodowe

Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światło może przechodzić z jednego do drugiego.

Jest ona jednym z najważniejszych elementów systemu światłowodowego.

Podstawowe wymagania konstrukcji:

• minimalizacja strat i odbić.

• realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie.

Straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25 do 1.5dB.

Budowa złączki

Wybór złączki światłowodowej Wybierając złączkę projektant systemu powinien uwzględnić typ włókna, wymaganą jakość optyczną,

środowisko pracy, sposób instalacji i utrzymania systemu oraz koszty. Przy rozbudowie lub

modyfikacji systemu należy wziąć pod uwagę zagadnienia kompatybilności wstecznej.

Procedura wyboru powinna uwzględniać następujące zagadnienia:

1. Typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC)

Krystian Sokalski, 2006

10

2. Rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.)

3. Technologię wykonania

4. Rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy)

Kształt czoła ferruli i światłowodu

Przykładowe Typy złączek światłowodowych

Krystian Sokalski, 2006

11

2. Spawanie światłowodu – aspekty techniczne Metoda spawania światłowodów daje nam najlepsze rezultaty związane z jakością połączenia. W tym

przypadku jakość wykonanego spawu zależy od jakości spawarki i procesu przygotowania spawu, ale

najczęściej uzyskiwane wyniki tłumienności mieszczą się w przedziale od 0,01dB do 0,1dB.

Jest to najdoskonalsza z metod łączenia światłowodów wymagająca dużej dokładności ze strony

operatora.

2.1 Wyposażenie stanowiska do spawania światłowodów

Aby zespawać światłowód wyposażenie montera powinno posiadać:

• Spawarka światłowodowa

• Strippery – cążki do zdejmowania warstwy ochronnej światłowodu

• Zestaw do czyszczenia światłowodu

• Obcinarka włókien światłowodowych

• Zestaw osłonek termokurczliwych do zabezpieczania wykonanego spawu

Spawarka światłowodowa – kryteria wyboru

Jedną z najpopularniejszych spawarek światłowodowych na rynku są spawarki Ericssona, który

rozpoczął i opatentował ponad 25 lat temu pierwszą spawarkę światłowodową serii FSU. Obecnie w

produkcji znajdują się spawarki serii FSU 15FI charakteryzujące się imponującymi parametrami

wykonywanego spawu.

Wybierając spawarkę światłowodową należy kierować się:

• Dokładnością wykonywania spawu (0.01dB)

• Szybkością wykonywania spawu (15s)

• Szybkością zgrzewania rurki termokurczliwej (30s)

• Typem centrowania –centrowanie w osi X,Y,Z

• Wagą i wymiarami.

!UWAGA! Na rynku istnieje wiele spawarek światłowodowych posiadających typ centrowania V-

GROOVE. Polega ono na centrowaniu tylko i wyłącznie w osi X i Y a zostało

zaimplementowane po raz pierwszy w spawarkach do światłowodów paskowych. Metoda ta

nie daje tak wysokiej dokładności wykonanego spawu.

Krystian Sokalski, 2006

12

Spawarka światłowodowa – szacowanie tłumienności spawu

Szacowanie tłumienności wykonanego spawu odbywa się zazwyczaj za pomocą analizy tzw.”

Gorących obrazów”. Podczas wykonywania spawu (przy włączonym łuku) spawarka wykonuje szereg

zdjęć połączenia i automatycznie porównuje je z obrazami zapamiętanymi w pamięci wewnętrznej. Na

tej podstawie szacowana jest tłumienność wykonywanego spawu.

Obraz „zimny” przed wykonaniem spawu. Obraz „gorący”. Obraz „gorący” po wykonaniu spawu. Gorące obrazy pokazują światło generowane przez światłowody, które jest efektem podgrzewania

łukiem elektrycznym. Zazwyczaj obrazy te dają bardzo dobrą informację o rdzeniu, ponieważ rdzeń

światłowodu zbudowany jest z materiału generującego silniejsze promieniowanie termiczne niż

płaszcz światłowodu, co sprawia, że na ekranie monitora jest on znacznie jaśniejszy. Zimne obrazy

prezentują słabe światło przenikające przez światłowód, pochodzące z tła. Zimne obrazy również

zawierają informacje o rdzeniu, które są automatycznie pobierane i analizowane przez spawarkę.

Strippery

Na rynku jest bardzo dużo producentów oferujących różnego rodzaju strippery do zdejmowania

powłoki ochronnej światłowodów. Najlepiej jest posiadać kilka stripperów regulowanych,

dopasowanych ręcznie do szerokości tulei ochronnej.

Zestaw do czyszczenia światłowodu

Tego typu zestawy można nabyć bezpośrednio u przedstawiciela firmy, w której kupowaliśmy

spawarkę, niemniej jednak w celach oszczędnościowych polecam zastosowanie zwykłych wacików

higienicznych namoczonych w roztworze alkoholowym.

Krystian Sokalski, 2006

13

Obcinarka włókien światłowodowych

Po samej spawarce światłowodowej, obcinarka jest jednym z najważniejszych punktów wyposażenia

stanowiska do spawania światłowodów. Lata temu zamiast

obcinarki stosowano noże- tzw. Łamacze światłowodowe. Jednak

dzisiejsze spawarki światłowodowe wraz z poprawą poziomu

wykonywania spawu wymagają dokładnego przycięcia i

oczyszczenia czoła światłowodu. Noże światłowodowe umożliwiają

obcinanie czoła światłowodu z dokładnością do 0,5 stopnia, co z

kolei jest jednym z głównych czynników wpływających na

poprawność wykonywanego spawu.

Rurki termokurczliwe

Długość rurek termokurczliwych dobiera się w zależności od szerokości piecyka. Piecyk służy do

zgrzewania rurek w celu zabezpieczenia wykonanego spawu.

2.2 Centrowanie światłowodów.

Centrowanie światłowodów wiąże z funkcjonalnością spawarki światłowodowej. Tak jak wcześniej

wspomniałem istnieją dwa typy centrowania: V-groove oraz centrowanie według osi X,Y,Z. Same

metody centrowania włókna stosowane w spawarkach o typie centrowania X,Y,Z można podzielić na:

• Centrowanie do rdzenia

• Centrowanie do płaszcza

Wybór metody centrowania wiąże się przede wszystkim z dokładnością wykonania spawu jak i z jego

wytrzymałością.

Metoda centrowania do rdzenia daje bardzo dobre wyniki tłumienności wykonanego spawu, ale

może być przyczyną słabej jego wytrzymałości. Metoda ta polega na idealnym ustawieniu i

wyrównaniu rdzeni spawanych światłowodów (poniższy rysunek). W wyniku tego rodzaju centrowania

w miejscu wykonania spawu widoczna jest cienka linia.

Krystian Sokalski, 2006

14

Płaszcz 1 Płaszcz 2

Światłowód 1 Światłowód 2

Rys. Schemat centrowania do rdzenia przy dużej niecentryczności.

Obecnie stosuje się tą metodę spawania tylko i wyłącznie w przypadku dużej niecentryczności

światłowodów.

Centrowanie do płaszcza umożliwia wykonanie spawu o dobrej wytrzymałości jednocześnie

zapewniając niską jego tłumienność. Należy zaznaczyć, że przy centrowaniu do płaszcza należy

zwrócić szczególną uwagę na centryczność spawanych światłowodów. Przy dużej różnicy w średnicy

płaszcza może się okazać, że wynik tłumienności nie będzie satysfakcjonujący mimo bardzo dobrej

wytrzymałości spawu.

Płaszcz 1 Płaszcz 2

Światłowód 1 Światłowód 2

Rys. Schemat centrowania do płaszcza przy dużej niecentryczności

W starych spawarkach światłowodowych wybór metody centrowania odbywał się ręcznie. Obecnie

spawarki same dobierają metodę centrowania dla której uzyskany rezultat tłumienności spawu będzie

najlepszy.

Krystian Sokalski, 2006

15

3. Proces wykonywania spawu Proces wykonywania spawu składa się z następujących czynności:

• Nałożenie rurki termokurczliwej

• Przygotowanie włókna

• Umieszczenie włókna w v-rowkach spawarki i wstępne oględziny czoła światłowodów

• Spawanie

• Zgrzewanie rurki termokurczliwej

Ważne jest zachowanie kolejności wymienionych czynności w celu wykonania poprawnego spawu.

Wszystkie powyższe czynności zostaną opisane w tym rozdziale.

3.1 Nałożenie rurki termokurczliwej

W pierwszej kolejności należy pamiętać o zabezpieczeniu spawu po jego wykonaniu. W tym celu

należy na jedno włókno nałożyć rurkę termokurczliwą, która po wykonaniu spawu zostanie zgrzana i

tym sposobem zabezpieczy wykonane połączenie. Rurki termokurczliwe posiadają dodatkowo

wtopiony drucik, którego zadaniem jest zwiększenie wytrzymałości połączenia.

W przypadku, gdy użytkownik zapomni umieścić rurkę termokurczliwą przed przygotowaniem włókna,

można ją umieścić po procesie przygotowania nie zapominając o ponownym czyszczeniu włókien.

Rys. Rurka termokurczliwa nałożona na włókno

3.2 Przygotowanie włókna.

Są trzy podstawowe kroki, które należy wykonać, zanim włókno światłowodowe zostanie umieszczone

w spawarce.

• stripping (zdjęcie izolacji)

• cleaning (czyszczenie włókna)

• cleaving (przycięcie włókna)

UWAGA! Przygotowanie światłowodu jest jednym z najistotniejszych czynników w procesie spawania,

dlatego aby zminimalizować straty na spawie, musi być przeprowadzone ze szczególną

starannością. Słabe przygotowanie włókien do spawania powoduje duże straty na spawie i

niską jego wytrzymałość.

Krystian Sokalski, 2006

16

Stripping- zdjęcie izolacji światłowodu

• Za pomocą odpowiedniego narzędzia (stripper) usuń conajmniej 50mm zewnętrznej

powłoki światłowodu (rys. A i B)

• Usuń około 30mm powłoki wewnętrznej (rys. C)

UWAGA! Światłowody nie mogą być poddawane działaniom silnych naprężeń, dlatego nie należy ich

wiązać ani zaplatać. Do zdejmowania powłok światłowodów należy używać odpowiednich do

tego narzędzi.

Cleaning- czyszczenie włókna

• Pozbawione izolacji włókno oczyść za pomocą

chusteczki lub bawełnianego tamponu

nasączonego propanolem lub etanolem.

Najprostszym sposobem oczyszczenia włókna

jest zastosowanie nasączonych pałeczek

higienicznych.

• Po oczyszczeniu włókna sprawdź czy v-rowki w spawarce są także oczyszczone.

Cleaving- przycinanie włókna

Przycinaj włókna za pomocą specjalnego narzędzia- obcinarki włókien

światłowodowych z nożem diamentowym(zobacz zdjęcie obok). Postępuj

zgodnie z instrukcją producenta przycinarki.

Obcinarka EFC-20 (zdjęcie obok) firmy Ericsson umożliwia obcięcie włókna z

dokładnością do 0.5 ° a żywotność noża przewidziana jest na 48 000 cięć. W przypadku stępienia

noża należy dokonać jego wymiany.

Krystian Sokalski, 2006

17

Aby spawanie przebiegło pomyślnie, należy upewnić się, czy zachowane zostały poniższe

parametry obciętego włókna:

Sprawdzenie listy przygotowania włókna

Jak wcześniej wspomniano, przygotowanie włókna światłowodu do spawania jest jednym z

najważniejszych czynników wpływających na jakość i wytrzymałość spawu. Dlatego niniejsza lista

powinna pomóc upewnić się, czy wszystkie konieczne operacje zostały wykonane:

• Wybrano odpowiednie v-rowki

Należy wspomnieć, że spawarki światłowodowe posiadają dwa rodzaje v-rowków:

jednodomowe oraz wielodomowe. Różnica między tymi v-rowkami polega tylko i

wyłącznie na ich szerokości.

• Mocowania światłowodów i v-rowki są czyste

• Termokurczliwa osłonka spawu została założona na światłowód

• Ze światłowodów zdjęta jest izolacja

• Światłowody zostały oczyszczone

• Końcówki światłowodów zostały odpowiednio i dokładnie przycięte

• Długość włókien pozbawionych powłok są zgodne z wymaganiami z rysunku powyżej

3.3 Wstępne oględziny czoła włókna światłowodowego

Po umieszczeniu włókien światłowodowych w v-rowkach spawarki

należy dokonać oceny czoła światłowodu za pomocą zimnych

obrazów (zdjęcie obok). Obrazy tego typu tworzone są przy

wykorzystaniu dwóch lub trzech kamer skierowanych na

światłowód pod kontem 45°.

Krystian Sokalski, 2006

18

Poniżej przedstawiono wizualizację potencjalnych uszkodzeń czoła spawanych włókien przy

pomocy zimnych obrazów.

Większość spawarek mimo wstępnej oceny czoła

przez użytkownika, dokonuje automatycznego ich

sprawdzenia pod względem dokładności przycięcia i

czystości włókna. Co więcej, w przypadku niedużych

zanieczyszczeń spawarki umożliwiają automatyczne

czyszczenie poprzez tzw. wstępny łuk spawania.

W wyniku wykrycia któryś z przedstawionych

przykładów nieprawidłowości należy ponownie

przeprowadzić proces przygotowania włókna.

3.4 Spawanie włókien

Po przygotowaniu włókien i umieszczeniu ich w v-rowkach spawarki światłowodowej należy sięgnąć

do instrukcji obsługi spawarki aby wybrać odpowiedni program spawania (w zależności od typu

spawanego światłowodu). Większość spawarek światłowodowych posiada zapisanych w pamięci kilka

lub kilkanaście programów spawania, m.in.:

• SMF-SMF

• MMF-MMF

• DSF- SDF

• LEAF-LEAF

• SMF-LEAF, itp.

Dodatkowo niektóre spawarki światłowodowe umożliwiają tworzenie własnych programów spawania.

Jest to istotne w przypadku, gdy dokonujemy spawania światłowodów różnych producentów - lecz nie

jest to regułą. W takim przypadku spawając włókna jednodomowe spawarka „przepala” lub powoduje

zniekształcenia włókien uniemożliwiając uzyskanie poprawnej tłumienności spawu. Wówczas

najlepszym rozwiązaniem problemu jest stworzenie nowego programu z własnymi ustawieniami

prądów spawania.

Po wyborze odpowiedniego programu spawania przystępujemy do wykonania spawu. Po zakończeniu

procesu spawania spawarka automatycznie dokona szacowania wykonanego połączenia informując

użytkownika o jego tłumienności.

Warto przypomnieć, że wartości dobrze wykonanego spawu powinny mieścić się w granicach od

0,01dB do 0,05dB.

Przy określaniu poprawności wykonanego spawu może się okazać, że szacowana przez spawarkę

tłumienność jest rzędu 0,00dB. Niby nieprawdopodobne, ale należy pamiętać, że analiza tłumienności

oparta jest na metodzie szacowania i obarczona jest niewielkim błędem. Niemniej jednak tego typu

wyniki świadczą o wręcz idealnym przygotowaniu włókien i idealnym połączeniu.

Krystian Sokalski, 2006

19

Problemy wykryte podczas spawania

Po zakończeniu procesu łączenia światłowodów, spawarki umożliwiają użytkownikowi dokonanie

oględzin wykonanego spawu za pomocą tzw. Gorących obrazów. Na ich podstawie użytkownik jest w

stanie stwierdzić, czy wykonany spaw jest prawidłowy.

Przy prawidłowym spawie, rdzeń oraz płaszcz światłowodu

powinny tworzyć prostą linię (zobacz obok). Jeżeli tak nie jest,

może to oznaczać, iż wystąpił jeden z opisanych poniżej

problemów, typowych dla krytycznego obszaru spawu. Prawidłowy spaw

1. Wygięcie rdzenia Czy rdzeń światłowodu jest prosty?(biała linia pośrodku włókna) Wygięcie rdzenia

powodowane jest zazwyczaj złym przycięciem

światłowodu. Skutkuje to zwiększeniem straty

sygnału na połączeniu. W najnowszych spawarkach

takich jak FSU15Fi Ericssona spawarka dokonuje

automatycznego sprawdzenia cięcia włókna i przy dużych odchyłkach natychmiast

informuje o tym użytkownika.

2. Spaw niecentryczny Niecentryczne spawanie zachodzi, gdy włókna zostaną źle ułożone. Niemniej, podczas

spawania sytuacja ta nie powinna mieć miejsca.

Dlatego należy upewnić się, czy włókno nie

poruszyło się podczas centrowania lub w chwili

spawania. Problem ten może oznaczać także uszkodzenie spawarki.

3. Gorące plamki

Gorąca plamka to skaza spowodowana zanieczyszczeniem na włóknie, złym przycięciem,

lub pęcherzykiem powietrza w wadliwym

światłowodzie. Gdy gorąca plamka zlokalizowana

jest na zewnątrz włókna, moc spawania jest

zmniejszana, a jeśli wewnątrz, to taki spaw

powoduje zwiększenie straty na złączu. Poza tym w

przypadku wykrycia gorącej plamki w płaszczu światłowodu powoduje utratę jego

właściwości wytrzymałościowych- mimo dobrej jakości tłumienia połączenia.

4. Biała pionowa linia

Biała pionowa linia na końcach spawanych włókien pojawia się zazwyczaj wówczas, gdy

nie zostały one dokładnie oczyszczone. Może być to

spowodowane czyszczeniem za pomocą

Krystian Sokalski, 2006

20

zanieczyszczonego rozpuszczalnika, złym przycięciem włókna, lub zbyt niskim prądem

spawania. Problem ten może spowodować dodatkową stratę na spawie oraz redukcją

jego wytrzymałości.

5. Zgrubienie na złączu

Zgrubienie jest zazwyczaj efektem użycia złych

parametrów spawania, dlatego należy sprawdzić

program przed powtórnym spawaniem.

6. Zwężenie na złączu

Jeżeli obszar spawania jest cieńszy niż średnica

światłowodu, oznacza to, że albo prąd spawania był

za wysoki, albo włókna nie zaszły na siebie

prawidłowo. Sprawdź parametry spawania przed jego

powtórzeniem.

7. Przerwa

Najczęstszą przyczyną braku połączenia spawanych

włókien są zazwyczaj brudne elektrody, za wysoki

prąd spawania, lub pozostałości po niedokładnie

usuniętym po płaszczu światłowodu. Sprawdź te

problemy przed ponownym przystąpieniem do spawania.

Sprawdzanie wytrzymałości spawu – czy użyć?

Najnowsze spawarki światłowodowe wyposażone są w funkcję badania wytrzymałości połączenia

dostępną tuż po wykonaniu spawu. Pierwszą spawarką na rynku posiadającą tą funkcję była

spawarka firmy Fujikura. W jej ślady (z przekonaniem lub bez) poszli wszyscy producenci spawarek.

Niemniej jednak do dziś, mimo rozpowszechnienia funkcji badania wytrzymałości spawu budzi ona

wiele kontrowersji wśród specjalistów. Badanie wytrzymałości połączenia wiąże się z rozciąganiem

zespawanych światłowodów. Warto więc zadać sobie pierwsze pytanie- z jaką siłą je rozciągać aby

stwierdzić, że spaw jest wytrzymały? Tu opinie były podzielone, ale założono że siła 2N jest w pełni

wystarczająca i z tą właśnie wartością rozciągane są światłowody we wszystkich spawarkach na rynku.

Wracamy jednak do pytania głównego -czy stosować badanie wytrzymałości spawu? Nie będę

odpowiadał na to pytanie wprost a tylko wskażę drogę.

Przed chwilą wykonaliśmy cały proces przygotowania włókien i ich spawania w wyniku czego

uzyskaliśmy określoną tłumienności spawu-zakładamy że wynosiła ona 0,01dB. W tej chwili mamy

niemal 100% pewność, że wykonany spaw jest poprawny a przy certyfikacji linii nie będziemy mieli

problemu z jej oddaniem. Co się stanie jeżeli w tej właśnie chwili wykorzystamy funkcję badania

wytrzymałości spawu? Czy rozciągając spaw i narażając go na mikrouszkodzenia będziemy mogli

Krystian Sokalski, 2006

21

stwierdzić, że jego tłumienność jest nadal na poziomie 0,01dB? (Należy tu zaznaczyć, że spawarka

nie ma możliwości dokonania ponownego szacowania tego samego spawu.) Jak widać odpowiedź

nasuwa się sama, niemniej jednak ma ona dużo zwolenników.

3.5 Zabezpieczenie wykonanego spawu

Po wykonaniu procesu spawania i wstępnych oględzinach wykonanego spawu czas na jego

zabezpieczenie. W tym celu wykorzystuje się wcześniej założoną rurkę termokurczliwą, którą nasuwa

się na miejsce spawu i umieszcza się w piecyku. Piecyk do zgrzewania rurek termokurczliwych jest

standardowym wyposażeniem spawarki światłowodowej a sam proces zgrzewania trwa około 30

sekund.

3.6 Podsumowanie

Powyżej przedstawione zostały wszystkie aspekty i metodologia procesu spawania światłowodów.

Zalecając się do wymienionych wskazówek możemy mieć pewność, że wykonane połączenie będzie

się charakteryzowało bardzo niską tłumiennością oraz dużą wytrzymałością spawu. Mimo, że sam

proces spawania jest dość skomplikowany i wymaga dużej dokładności, to nie przeszkadza w pełnej

automatyzacji wykonywania spawów – wszystko zależne jest od wprawy i wiedzy użytkownika.