5. Vlákna 5.1 Spojování optických vláken Při spojování optických vláken se používají speciální materiály, nářadí, přípravky apod. Pro dosažení co nejlepších výsledků musíme dodržovat určité zásady: 1. čistota 2. přesnost 3. pečlivost 4. trpělivost 5. mechanickou zručnost 6. technologické postupy Příprava optického vlákna je stejná pro všechny způsoby spojování. Základní požadavky na spojení vláken: - jednoduchost - nízký vložený útlum - dobrá opakovatelnost - dostupná cena Dále popisovaný postup má obecnou platnost. Detailní řešení a přesný technologický postup a zásady je nutno podřídit doporučením jednotlivých výrobců. 1. Délka vlákna na vlákně musí být vždy určitá rezerva, která umožňuje opravu spoje vlákna, pokud nevyhovuje předpisům 2. Odstranění sekundární ochrany vlákna při jejím odstranění se většinou řídíme jejím materiálem: a) stažení speciálními zdrhovacími kleštěmi b) jiné mechanické odstranění např. volnou ochranu (trubičku) nařízneme, k tomu určeným odizolovávacím nástrojem a opatrně zlomíme 3. Odstranění primární ochrany: a) mechanicky stržením zdrhovacím nástrojem, např. kleště Miller b) chemickou cestou využívá se velmi málo Odstranění primární ochrany musí být provedeno pečlivě. Na skle vlákna, nesmí být žádné zbytky materiálu primární ochrany apod. Podélně vlákno čistíme propylalkoholem. V žádném případě nečistíme čelo vlákna! Mohlo by dojít k jeho poškození. 4. Příprava konců vláken na správné přípravě konců vláken závisí kvalita spoje, která má velký vliv na parametry přenosu. Čelní plochy vlákna musí být kolmé (ideální je 90 ), hladké, bez oštěpků a střepin. Konce se nejčastěji upravují zlomením vlákna ve specielních přípravcích. Jestliže lom vykazuje jakékoliv nedostatky, je nutné jej opakovat. Spojení s nízkými ztrátami mají jen kvalitně připravená vlákna. 20
Příprava vlákna pro spojování 1. na vlákně odstraníme primární ochranu (40 mm) 2. vlákno očistíme asi 100 mm, včetně primární ochrany (čištění je nutné, i když žádné znečistění nevidíme) 3. zalomíme v lámacím přípravku podle potřeby 4. ihned vložíme zalomené vlákno do spojky, konektoru nebo drážek svařovacího přístroje Při manipulaci s očištěným a zalomeným vláknem pracovat velmi opatrně. Musíme držet vlákno za ochrannou část (primární ochranu). Tyto zásady platí pro všechny technologické postupy spojování vláken. Nářadí a nástroje 1. Zdrhovací kleště na primární ochranu Miller Obr. 9 Zdrhovací kleště Kleště jsou přesně nastaveny na průměr primární ochrany. Zbytky zdrhnutého materiálu z kleští odstraníme např. ofouknutím. Ne poklepem apod., protože by mohlo dojít k poškození justovaných kleští. Kleště nelze použít k jiným účelům! 21
2. Zdrhovací kleště pro pevnou sekundární ochranu Obr. 10 Kleště pro pevnou sek. ochranu 3. Odizolovávací nástroj pro volnou sekundární ochranu (trubky) Obr. 11 Odizolovávací nástroj Trubku nařízneme a opatrně zlomíme. POZOR: Nesmíme trubku proříznout. Mohly by se poškodit vlákna v trubce. 22
Lámací nástroje 1. Nástroj RxS Obr 12. Lámací nástroj Je vhodný pro všechna běžná jedno i mnohovidová vlákna. Jeho obsluha jediným pohybem zaručuje rychlý dělicí proces. Je vytvořen univerzálním vedením vláken a odchylka lomu je menší než 0,5. Pracovní postup 1. Pohyblivou část nástroje nazvedneme. Připravené a očištěné vlákno vložíme do vedení vláken. Musí přesahovat přes pravou V drážku (zajistí se předepnutí vlákna, což je nutné pro kvalitní lom). Pokud bude vlákno kratší, nedá se vlákno správně zalomit! Začátek primární ochrany nastavíme na vzdálenost zalomení na stupnici nástroje. Vlákno přidržíme ve vedení vláken. Pohyblivou část nástroje jedním prstem opatrně pomalým stiskem, směrem k sobě, tlačíme dolů. 2. Pohyblivá část přitlačí vlákno na dělicí nůž a dojde ke zlomení. (Je slyšitelné.) Po zlomení ihned přerušíme tlak na pohyblivou část. Tu nadzvedneme a zalomené vlákno vyjmeme z nástroje. 3. Oddělenou část odizolovaného zbytku vlákna ihned uložíme do speciální nádoby k tomu určené. 23
2. Lámací nástroj Ericsson Obr 13. Lámací nástroj Pracovní postup a) odstraníme primární ochranu (40 mm) b) vlákno dokonale očistíme izopropylalkoholem od zbytků primární ochrany, prachu apod. c) napínací páčku dáme do vodorovné polohy umístění úplně vpravo, páčku pro odjištění lámacího břitu nahoru umístění úplně vlevo d) páčky pro uchycení vlákna nahoru umístění uprostřed e) vlákno založíme do vodicích zářezů a začátek primární ochrany nastavíme na vzdálenost zalomení na stupnici přístroje f) opatrně a jemně dáme páčky pro uchycení vlákna dolů a vlákno zafixujeme ve vodicím zářezu. Nejdříve levou páčku a stejným způsobem pravou páčku. g) napínací páčku nastavíme pomalým a opatrným pohybem dolů. Tím se uchycené vlákno napne a napruží h) zatlačíme opatrně páčku pro spouštění lámacího břitu dolů. Tímto pohybem spustíme vlastní proces narušení a zlomení vlákna asi 15 sek. i) po zlomení vlákna páčky pro uchycení dáme nahoru. Páčky zafixované vlákno uvolní a zalomené vlákno na potřebnou délku opatrně vyjmeme z lámacího nástroje. Zbytek zalomeného vlákna uložíme do předem určené nádoby. 24
3. Lámací nástroj Fujikura Velmi přesný nástroj. Jsou zakázané jakékoli úpravy nástroje. Slouží pouze k lámání telekomunikačních vláken zákaz lámání jiných materiálů. Pří používání je nutná opatrnost a profesionální postup. Pracovní postup: Obr 14. Lámací nástroj a) lámací páku otevřete jemným stiskem a posunutím pojistky levá část, horní polovina b) z vlákna odstraníme primární ochranu asi 40 mm a vlákno řádně očistíme izopropylalkoholem c) stlačte posuvné tlačítko až na doraz uprostřed dolní části nástroje při čelním pohledu d) páčku pro fixaci vlákna dát nahoru e) připravené vlákno založíme do vodicích zářezů nástroje. Začátek primární ochrany na měřící stupnici podle požadované délky zalomení f) páčkou pro fixaci vlákna opatrně přitlačíme vlákno ve vodicí drážce g) stlačíme lámací páku a pak ji uvolníme. Síla pružiny ji navrátí do otevřené polohy. Při nedostatečném stisku páky může být lom nekvalitní h) zbytek zalomeného vlákna ihned uložíme do předem připravené nádoby Poznámka: Pracovní postupy obsluhy lámacích nástrojů, včetně přípravy a práce s vláknem, je nutné dodržovat. Včetně BOZP 25
5.2 Spojování vlákna mechanické Provádíme pomocí mechanických spojek, optických konektorů a rychlokonektorů, většinou s přesnou V drážkou. Spojení může být jako spojení: a) rozebíratelné b) nerozebíratelné Prostor mezi konci bývá u některých typů vyplněn imerzní kapalinou. Její index lomu je přibližně stejný jako sklo (zvyšuje kvalitu spojení). Nesmíme čistit čela vlákna po zalomení hned použít. Čela vláken případně před spojením zbavíme nečistot, střepin skla apod. protažením v čistícím kapesníčku. Vlákno by mělo být vloženo do spojky, konektoru nebo jiných zařízení hned po očištění. Nepokládáme jej na pracovní stůl apod. Poznámka: Rozebíratelné spojení se používá většinou pro účely provizorního spojení při opravách poruch, měření a další. Mechanická spojka RXS Obr 15. Spojka 26
Pracovní postup: a) připravené a očištěné vlákno (postup uveden v předešlých kapitolách) v lámacím přípravku zalomíme: jednovidové vlákno 6 7 mm mnohovidové vlákno 8 9 mm b) mechanickou spojku nastavíme do otevřené polohy posuvné kroužky těsně k dorazu na konci (U některých spojek při otevření je nutné vrátit kroužky asi 2 mm zpět.) c) připravené a zalomené vlákno (7 mm) suneme opatrně dovnitř až na doraz asi 2 mm za střed spojky d) posuvný ocelový kroužek vrátíme ke středu spojky a ten zafixuje přítlačným dílem zasunuté vlákno ve V drážce spojky e) opatrně zasuneme druhé upravené vlákno do spojky až na doraz. Čela vláken by měla na sebe dosednout. (Při zasouvání pracujeme opatrně čela by neměla na sebe prudce narazit.) f) druhým ocelovým kroužkem druhé vlákno zafixujeme Otevírání spojky: ocelové kroužky odsuneme ze středu spojky až po krajní dorazy a vlákno ze spojky vyjmeme. Mechanická spojka SIECOR Obr 16. Spojka Pracovní postup: Při montáži spojky používáme speciální montážní přípravek. a) umístíme montážní přípravek tak, aby značka SIECOR byla nalevo. Obě páčky přípravku nastavíme do svislé polohy 27
b) připravenou spojku (bez bočních krytek) zasuneme otevřenou do přípravku z pravé strany. Střed spojky se musí krýt se středem přípravku. Otevřená nápis SIECOR-Open c) připravené a zalomené vlákno (14,5 mm) vložíme do držáku vláken. Opatrně zasouváme do otevřené spojky až na doraz. Po ukončení této fáze by mělo být vlákno rovné. d) připravíme a zalomíme druhé vlákno stejně jako první a vložíme do držáku vláken. Opatrně zasouváme do spojky proti prvnímu vláknu, až na sebe čela dosednou. Suneme dál, až se na prvním vlákně vytvoří oblouk. Druhé vlákno bude rovné. e) ohnutým prvním vláknem opatrně tlačíme na druhé vlákno, až se i na něm vytvoří oblouk. Na obou vláknech by měly být oblouky přibližně stejné f) spojku uzavřeme otočením páček na montážním přípravku do vodorovné polohy g) vyjmeme obě vlákna z držáků vláken a opatrně vysuneme spojku z pravé strany montážního přípravku Obr. 17 Spojka Otevírání spojky: Páčky na montážním přípravku dáme do vodorovné polohy. Uzavřenou spojku ( SIECOR-Closed ) umístíme do přípravku nápisem SIECOR-Closed proti očím a zasuneme dolů. Střed spojky by se měl krýt se středem na montážním přípravku. Páčky na přípravku z vodorovné polohy otočíme do svislé polohy. Spojka se otevře a vlákna vyjmeme ze spojky Poznámka: Pokud při otáčení páčkami přípravku cítíme odpor (jak při otevírání nebo uzavírání), činnost přerušíme a provedeme kontrolu, zda postupujeme správně podle návodu. 28
Mechanická spojka Fibrlok Obr 18. Spojka Pracovní postup: Při montáži spojky používáme speciální přípravek uzavírání. a) na montážním přípravku nastavíme držáky vláken při průměru primární ochrany 250 µm dovnitř nebo při průměru 900 µm směrem ven b) otevřenou spojku vložíme do montážního přípravku (Pokud je spojka uzavřena, otvíráme ji upevněnou v montážním přípravku.) c) připravené a očištěné vlákno (postup uveden v předešlých kapitolách) zalomíme v lámacím přípravku na 12,5 mm d) připravené a zalomené vlákno vložíme do držáku vlákna na montážním přípravku a opatrně zasouváme dovnitř až na doraz e) připravíme a zalomíme druhé vlákno stejně jako první a vložíme do držáku vláken. Opatrně zasouváme do spojky proti prvnímu vláknu, až na sebe čela dosednou. Suneme dál, až se na prvním vlákně vytvoří oblouk. Druhé vlákno bude rovné. f) ohnutým prvním vláknem opatrně tlačíme na druhé vlákno, až se i na něm vytvoří oblouk. Na obou vláknech by měly být oblouky přibližně stejné g) spojku uzavřeme přitlačením střední části spojky směrem dolů pohyblivou částí přípravku Otevírání spojky: Spojku otevíráme speciálním klíčem při uchycení mechanické spojky v montážním přípravku. NE JINAK! Vlákna vyjmeme z držáků vláken a z otevřené mechanické spojky 29
5.3 Spojování vlákna svařováním Spojování může být prováděno různými způsoby: a) svařování elektrickým obloukem nerozšířenější způsob b) svařování plamenem c) svařování laserem Proces svařování je složitá záležitost. Optická vlákna nutno svařovat pomocí speciálního jednoúčelového aparátu. Dokonalá optika musí umožnit spolehlivou kontrolu lomu vláken před svařováním i po něm. Aparát musí splňovat a zajišťovat požadavky jak mechanické, tak elektronické. Průběhy jednotlivých etap svařování optického vlákna mají značný vliv na vlastnosti svarů. Např. pro nastavení souososti vláken při sváření je třeba dbát následujících parametrů pro dosažení minimálního útlumu svaru. a) mechanické pomocí přesných V drážek. Obr. 19 Spojování v drážce b) LID systém do jednoho vlákna je přes ohyb zavedeno pomocí LED diody světlo. To přechází do druhého vlákna a tam je opět vyvedeno mimo vlákno na detekční diodu. Přijaté světlo na diodě se vyhodnotí. Pomocí LID je zaručeno co nepřesnější nastavení jádra na jádro. Obr. 20 Kontrola svaru LID 30
c) PAS systém nastavení pomocí kamer. Konce vložených vláken jsou promítnuty na senzor kamery. Vzniklý optoelektronický signál se zobrazuje na monitoru pro přesné řízení a nastavení vláken. Obr. 21 Kontrola svaru PAS Hlavním parametrem hodnocení svaru je měření ztrát. To rozhodne, zda se svár musí zopakovat. Mimo svařovací parametry jednotlivých svářecích aparátů, působí na kvalitu svarů i vnější vlivy jako jsou teplota, vlhkost, nadmořská výška (tlak) apod. Nesmíme pominout ani lidský faktor jako špatné zalomení vlákna, nedostatečné očištění vlákna atd. Obr. 22 Svařování v terénu 31
Svařovací nástroj X70 Obr 23. Svařovací přístroj Pracovní postup: Jednotlivé etapy svařování na tomto přístroji nastavujeme ručně. a) přístroj zapneme pomocí přívodní šňůry na zdroj b) nastavovacími šrouby nastavíme polohu vodítek na bílou rysku (asi po třech svarech opět nastavíme) c) připravená vlákna zalomíme na 10 mm, vložíme do V drážek svařovacího přístroje tak, aby byly v ose svařovacích elektrod asi 0,2 mm od sebe d) přítlačnými klapkami zafixujeme vlákno. Přiklápíme opatrně. Nesmí být spuštěny prudce. Nárazem by se mohla vlákna poškodit. Tato zásada platí pro všechny technologie používající přítlačné klapky e) v mikroskopu srovnáme konce vláken na šířku střední rysky mikroskopu f) elektrickým nábojem očistíme vlákna (žlutý knoflík), vlákna upravíme na vnitřní stranu střední rysky g) zvolíme správný poměr intenzity oblouku (ma), doby hoření (s) a délky přiblížení vláken (µm). Optimální svářecí parametry jsou uvedeny na víku přístroje 32
h) spustíme program sváření (červený knoflík). Po svaření vláken provedeme tahovou zkoušku sváru (nastavovacími šrouby pootočíme o půl otáčky směrem k sobě) i) po kontrole svaru a změření útlumu opatrně vlákno vyjmeme ze svařovacího přístroje a vložíme jej do ochrany svaru. Poznámka: Asi po 5 svarech je potřeba přístroj vypnout a nechat vychladnout (asi 10 min.) Svařovací přístroje X74 a X75 Základní pravidla pro práci s přístroji: 1. Při přenášení a zavírání kufříku se ujistíme, že všechny části přístroje jsou v přepravní poloze. Při otvírání pozor na šipku Open. 2. Svařovací přístroj vypínáme pomocí tlačítek ovládacího panelu. NE přívodní šňůrou. 3. Otevíráme a zavíráme klapky svářečky v tomto pořadí: elektrodová, klapky V drážek a klapky pro tahový test ( X75 ) 4. Tlačítka pro ovládání mačkáme pouze při zavřených klapkách. 5. Na tlačítka mačkáme krátce a lehce. Klapky zavíráme opatrně nesmíme je pouštět atd. Svařovací přístroj X74 Obr 24. Svařovací přístroj 33
Pracovní postup a programování: Tlačítka 1 Potvrzení mačkáme po nastavení hodnot a zapnutí 2 P Volba programu 3 Posun v programu dozadu 4 Posun v programu dopředu 5 + Zvyšování hodnot 6 - Snižování hodnot a) zapojíme síťovou šňůru - svítí kontrolní LED b) přístroj zapneme krátkým stlačením tlačítka 1, spustí se testovací program končící nabídkou: čistit vlákno c) Programování: Svářecí parametry můžeme vložit do 10 pamětí. Nastavený parametr poznáme podle blikající hodnoty. Změnit hodnotu můžeme tlačítky 5 nebo 6. Zvolenou hodnotu vždy potvrzujeme tlačítkem 1. - zmáčkneme tlačítko 1 a tlačítko 2 zvolíme jazyk druh vlákna číslo paměti pro uložení zvolíme hodnotu čistícího proudu (14,5 ma) čistící čas (0,1 sec), tyto parametry jsou společné pro všechny paměti - zvolíme druh vlákna podle typu vlákna jednu z 5 pamětí Doporučené parametry parametr jednovidové Mnohovidové 1 Předsvářecí proud 14,5 ma 13 ma 2 Předsvářecí čas 0,2 s 0,7 s 3 Svařovací proud 15 ma 13,5 ma 4 Svařovací čas 5 s 6 s 5 Přísun vláken 15 µm 15 µm - po posledním stisku tlačítka 1 končí programování a objeví se nabídka čistit vlákno d) příprava vláken a sváření - nastavovacími šrouby nastavit polohu vodítek na bílou rysku, vložíme připravené a zalomené vlákno (10 mm) do V drážek a upevníme klapkami - zapneme svářecí přístroj tlačítkem 1 a upravíme konce vláken na vnější stranu čárkovaných rysek, vlákno očistíme, po očištění a nabídce spojovat upravíme čela vláken na vnitřní stranu čárkovaných rysek, tlačítkem 1 vlákna svaříme - provedeme vizuální kontrolu svaru a tahovou zkoušku (postupujeme stejně jako u přístroje X70) e) přístroj vypneme současným stiskem tlačítek 3 a 4 34
Svařovací přístroj X75 Obr. 25 Svařovací přístroj Ovládání tlačítky je podobné jako u přístroje X74. Tlačítko 1 mino stávající funkce, zajišťuje přechod mezi stránkami hlavního menu parametrů. Hlavní menu parametrů - výběr jazyka (společné pro všech 15 pamětí) - svařovací parametry (každá paměť má 3 stránky) - výpis údajů Společné parametry - hodnoty stejné jako u X74 Parametry pro jednotlivé paměti parametr jednovidové mnohovidové 1 Předsvářecí proud 14,5 ma 12,5 ma 2 Předsvářecí čas 0,25 s 0,5 s 3 Svařovací proud 14,5 ma 13 ma 4 Svařovací čas 5 s 5 s 5 Přesah vláken 7 µm 5 µm 5 Přísun vláken 7 µm 7 µm Po nastavení parametrů v paměti můžeme svařovat ve třech režimech: - automatickém - poloautomatickém - ručním 35
Připravené a zalomené vlákno (10 mm) můžeme vložit do přístroje až po nabídce Plně automaticky! Ne jinak! Ruční sváření na X75 a) na displeji je nabídka Plně automaticky, zmáčkneme tlačítko 4 a posunujeme se v programu, až se objeví nabídka Čistit vlákno, zmáčkneme tlačítko 1 a potom opět tlačítko 4 tak dlouho, až se objeví na displeji Nastavení ručně b) stiskneme tlačítko 1, na displeji navolíme Levá drážka, nastavujeme vlákno pomocí tlačítek + a -, konec vlákna je nad čárkovanou ryskou c) stiskneme tlačítko 1 a na displeji navolíme Pravá drážka a postupujeme stejně jako u levé d) stiskneme tlačítko 1 a na displeji zvolíme Svařit e) po svaření provedeme tahovou zkoušku svaru, opatrně vlákno vyjmeme a zajistíme svar f) přístroj vypneme současným stiskem tlačítek 3 a 4 Přístroj se automaticky nastaví do přepravní polohy. Špatné svary a jejich příčiny 1. Tvoření bublinek špatně nastavené parametry, svářecí proud, čas předtavení 2. Zúžení průměru vlákna velká rozteč vláken, příliš dlouhý natavovací čas 3. Rozšíření sváru příliš malá rozteč vláken 4. Vlákno se nesvaří velmi velká rozteč vlákna, konec se rozšíří 5. Porušení souososti znečištěná V drážka - průřez vlákna není kruhový 36
Ochrana svarů na vlákně 1. Gelová ochrana - po svaření umístíme svařené vlákno do držáku svarů a zalijeme tuhnoucí gelem. V praxi se využívá velmi omezeně. 2. Krimplovací ochrana jedná se o hliníkový přípravek ve tvaru V s izolačním povlakem uvnitř. Ochrana se stisknutím uzavře okolo svaru v krimplovacím přípravku. Svár získá mechanickou pevnost a vodotěsnost. Hojně využívaná, ale ustupuje se od ní.. 3. Teplem smrštitelná ochrana skládá se z trubičky z tavitelného lepidla a ocelového drátku (mechanická pevnost). Obě tyto části jsou uzavřeny ve smrštitelné trubičce. Celá trubička se nasune na vlákno před spojováním. Po svaření vlákna se ochrana nasune na svár a smrštění se provede v pícce, připojené k svářecímu přístroji. V současné době nejpoužívanější. 37
Ztráty při spojování A. Ztráty světelné energie 1. Fresnelův odraz odraz části světelných paprsků zpět při vstupu do vlákna, ale i při výstupu (na konektorech apod.) 2. Absorpce pohlcování světla je způsobeno nečistotami v materiálu skla. Zvlášť nepříznivě se projevuje vlhkost a ionty těžkých kovů ( 108-12 cizí iont) 3. Rozptyl v důsledku shluků molekul nebo materiálových nečistot ve vlákně dochází k odklonění a lomu světla. Paprsek mění svůj směr. Nejznámější je Rayleighův rozptyl. B. Ztráty na spojení 1. Není-li číselná apertura stejná u obou vláken. 2. Pokud jádro napájecího vlákna je větší jak přijímací (naopak nevadí) 38
3. Ztráty při osové nebo úhlové odchylce vláken (zalamování vláken, mechanická spojka) 4. Oddálení konců spojovaných vláken (v mechanické spojce) 5. Nerovnost spojovaných ploch a znečištění (zrnka prachu apod.) 6. Ohyb a mikroohyb vlákna 7. Mechanická pevnost a povrchové vady vlákna 39