FB
MÓJ KOSZYK
Mój koszyk jest pusty

Światłowody

Spawanie i złącza

Światłowody wchodzą pod strzechy. Kilka słów o ich łączeniu.
Instalacje bazujące na światłowodach już od kilku lat zyskują coraz większą popularność. Dostępność urządzeń pozwalających na konwersję sygnałów elektrycznych na optyczne oraz ich cena w połączeniu z zaletami transmisji przy pomocy włókien światłowodowych, wśród których wymienić można galwaniczną separację urządzeń oraz możliwy do osiągnięcia dystans transmisji, powodują, że kable światłowodowe spotkać można w sieciach LAN, instalacjach monitoringu analogowego i IP, a ostatnio coraz częściej w zbiorczych instalacjach telewizji naziemnej, a nawet systemach alarmowych. Obowiązująca od ponad 2 lat nowelizacja rozporządzenia Ministerstwa Transportu Budownictwa i Gospodarki Morskiej w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie w myśl, której każdy nowy budynek zamieszkania zbiorowego oraz każdy budynek użyteczności publicznej przeznaczony na potrzeby oświaty powinien być wyposażony w instalację światłowodową, z pewnością również przyczyni się do znacznego wzrostu wykorzystania technik dostępowych bazujących na światłowodach – np. sieci xPON. Ze względu na to, że obowiązujące przepisy nakazują wyposażenie obiektu w tego typu instalację niezależnie od tego, czy będzie ona wykorzystana w przyszłości, umiejętność jej projektowania, realizacji oraz weryfikacji poprawności wykonania (pomiary) powinna charakteryzować każdego świadomego instalatora, który na swój zawód patrzy w sposób przyszłościowy.
Światłowód nie taki straszny (i drogi)...
Z przedstawionych wyżej informacji wynika, że niemal każdy instalator prędzej, czy później stanie przed zadaniem wykonania połączenia światłowodowego lub realizacji całej instalacji bazującej na tym właśnie medium. Ciągle w modzie pozostaje posiłkowanie się zewnętrznymi firmami, które wyposażone w profesjonalny sprzęt są w stanie wykonać za nas większość prac. Problemami, z którymi zmierzyć się musi osoba, która chce wejść w świat instalacji światłowodowych są przede wszystkim: brak elementarnej wiedzy teoretycznej oraz praktycznej, jak również konieczność zakupu narzędzi niezbędnych do realizacji nawet najprostszych instalacji, których koszt wydaje się być znacznie większy w stosunku do narzędzi niezbędnych do pracy przy innych instalacjach słaboprądowych. Problem braku wiedzy rozwiązać można najprościej zapisując się na odpowiednie szkolenia. Udział w nawet płatnym kursie z pewnością zwróci się z nawiązką. Niezwykle istotnym jest, aby osoba dokonująca wyboru szkolenia zwróciła uwagę na to, czy przewiduje ono również realizację zagadnień praktycznych. Wiedza dotycząca propagacji światła i zjawisk, jakie towarzyszą transmisji wewnątrz włókna jest istotna, ale niewiele warta w sytuacji, gdy nie podeprze jej się chociaż dawką wiedzy praktycznej, na którą składać się może umiejętność rozróżniania oraz obróbki kabli, włókien, ich łączenie oraz co bardzo ważne – układanie w przełącznicach, czy dedykowanych puszkach. Ta ostatnia umiejętność okazuje się być jedną z najważniejszych przy procesie realizacji instalacji światłowodowych.
Ci, którzy śledzą rynek branży światłowodowej zauważyli z pewnością, iż wzrost popularności optyki w różnego rodzaju instalacjach wiąże się bezpośrednio z ogólnym spadkiem cen. Tanieje wszystko – od kabli, przez różnego rodzaju elementy pasywne, na urządzeniach aktywnych kończąc. Co więcej, okazuje się, że rynek już dziś jest w stanie zaoferować początkującemu w tej dziedzinie instalatorowi wszystko, czego potrzebuje do rozpoczęcia pracy ze światłowodami, przy akceptowalnej cenie.
Łączenie włókien – spawy mechaniczne...
Realizację niemal każdej instalacji światłowodowej podzielić można na 3 etapy: ułożenie przewodów, wykonanie zapasu okablowania z ułożeniem włókien w przełącznicach oraz wykonanie połączeń z pigtailami (tzw. spawanie). Największe koszty generuje etap ostatni. Łączenie włókien światłowodowych wymaga czasu, precyzji oraz odpowiednich narzędzi. Obecnie na rynku dominują dwie metody spawania: mechaniczne oraz termiczne. Każdą z nich cechują zarówno zalety, jak i wady, z którymi zapoznać się powinien każdy początkujący instalator. Zaletą spawania mechanicznego jest względnie niższy koszt początkowy, jaki należy ponieść, aby przystąpić do pracy. Zaopatrzywszy się w podstawowe narzędzia, tj. : nożyce do kabli, stripper do ściągania powłok z włókien, gilotynę do cięcia włókien, chusteczki bezpyłowe oraz odpowiedni alkohol, instalator jest w stanie wykonać łączenie dowolnych włókien światłowodowych. Elementem, który jest niemal niezbędny przy wykonywaniu tego typu połączeń jest wizualny lokalizator uszkodzeń, dzięki któremu osiągnąć można lepsze parametry spawu. Do wad tego rozwiązania zaliczyć można jednostkowy koszt spawu znacznie przewyższający koszty wykonania spawu termicznego oraz znacznie mniejszą w stosunku do tej metody powtarzalność parametrów połączenia (tłumienie, tłumienie odbić, itd.). Choć deklarowana tłumienność dla większości dostępnych na rynku spawów wynosi 0,15dB, czyli tyle, ile zwykło się zakładać w typowych systemach światłowodowych dla połączenia zgrzewanego (w części z nich może być to 0,1dB lub zgodnie z życzeniem inwestora np. 0,05dB), to w praktyce parametr ten może osiągać znacznie wyższe wartości. Niezwykle istotna jest tutaj praktyka instalatorska. Warto nadmienić, że wyższe tłumienie nie musi od razu oznaczać problemów. W połączeniach punkt – punkt bazujących na media konwerterach lub modułach SFP i nie przekraczających kilkuset metrów, zapas budżetu mocy często jest w stanie „wybaczyć” nieprecyzyjne wykonanie spawu. Znane są przypadki, w których poprawnie działająca sieć LAN zawierała połączenia, których tłumienie sięgało kilku dB. Taka sytuacja byłaby jednak niedopuszczalna w budynkowej instalacji FTTH. Tutaj obowiązujące przepisy ściśle regulują maksymalną tłumienność toru światłowodowego od przełącznicy do zakończenia w mieszkaniu, która wynieść może maksymalnie 1,2dB. Ograniczenie takie nie jest stosowane bez powodu – w zyskujących na popularności pasywnych sieciach xPON budżet mocy, na który składa się tłumienie całego toru transmisyjnego jest sprawą kluczową. Może się okazać, iż nieprecyzyjnie wykonany spaw uniemożliwi odbiór sygnału jednemu. Bądź wielu abonentom.
Spaw mechaniczny ULTIMODE FAST-MS1 5szt.
Puszka Ultimode TB-02H z zamontowanym pigtailem L3551,
adapterem L4211 oraz spawem mechanicznym L5550.

Spawanie termiczne – wybierz mądrze...
Druga metoda łączenia włókien bazująca na wykorzystaniu tzw. „spawarki” - na przykład EasySplicer L5810, od strony technicznej wiąże się z samymi korzyściami. Czas wykonania połączenia będzie znacznie krótszy a jego parametry znacznie lepsze w stosunku do połączeń mechanicznych. Obiegowa opinia mówiąca o tym, że koszt zakupu takiego urządzenia jest bliski kosztowi zakupu nowego samochodu powoduje, że część osób nie zagłębia się bardziej w ten temat, zamawiając usługę spawania w zewnętrznych firmach. Tymczasem przedstawione na początku artykułu zdanie mówiące o spadkach cen na akcesoria światłowodowe dotyczy również sprzętu do ich łączenia. Oczywiście najwyższej klasy sprzęt to niezmiennie wydatek kilkudziesięciu tysięcy złotych, ale tak, jak do przewożenia materiałów budowlanych nie jest potrzebny Mercedes, tak do wykonywania prostych instalacji światłowodowych możliwe jest zapatrzenie się w tańszą wersję spawarki. Jako instalację „prostą” rozumieć należy tutaj instalację, w której tor transmisyjny liczył będzie maksymalnie kilka spawów oraz nie będą to instalacje związane z dużymi projektami operatorskimi. Okazuje się, że najtańszą na rynku spawarkę można dziś zakupić w cenie niewiele przekraczającej cenę dobrej klasy miernika telewizji naziemnej i satelitarnej.
Spawarka światłowodowa EasySplicer + zestaw narzędzi
Spawarka EasySplicer L5810 należy na najtańszych tego typu urządzeń na rynku
Cena to oczywiście tylko jeden z czynników decydujących o końcowym wyborze spawarki. Świadomy zakup powinien zostać poprzedzony odpowiedzią na szereg pytań dotyczących przyszłego wykorzystania urządzenia. Kluczowa jest m.in. liczba wykonywanych spawów podczas jednej instalacji, jak również liczba połączeń w cyklu miesięcznym/rocznym. Instalator regularnie wykonujący od kilkudziesięciu do kilkuset spawów podczas jednej instalacji swoją uwagę powinien skierować na urządzenia droższe cechujące się z reguły większą pojemnością akumulatora oraz krótszyn czasem wykonania spawu, który na pierwszy rzut oka może wydawać się nieistotny. Warto jednak zauważyć, że kilkadziesiąt sekund zaoszczędzone przy wykonywaniu jednego połączenia, urośnie do kilkudziesięciu minut w przypadku spawania średniej wielkości przełącznicy. Spawarka poza szybszym zgrzewaniem włókien oraz osłon spawów, może oferować również udogodnienia w postaci automatycznego gromadzenia ścinków włókien po ich docięciu. Niuans ten znacznie skraca całkowity czas pracy instalatora. Osoba wykonująca od kilku do kilkudziesięciu spawów miesięcznie wybierać powinna między tańszymi modelami, ponieważ tutaj czas wykonywania jednego połączenia nie będzie istotny w odniesieniu do całości czasu pracy.
Istotną kwestię stanowią również warunki, w jakich urządzenie będzie używane. Część spawarek (niekoniecznie tych najtańszych) wyposażonych jest lustra, które mogą parować podczas pracy w trudnych warunkach, skutecznie uniemożliwiając spawanie.
Pozycjonowanie włókien – diabeł tkwi w szczegółach...
Wszystkie wymienione wyżej parametry i cechy spawarek mogą okazać się istotne, jednak największy wpływ na ich cenę oraz jakość wykonanych spawów ma sposób, w jaki urządzenie dokonuje pozycjonowania włókien. Wymienić tutaj można 2 podstawowe metody pozycjonowania:
„do rdzenia” oraz „do płaszcza”. W pierwszej z nich, urządzenie dokonując serii powiększeń szuka rdzeni obu włókien, a następnie przy pomocy wbudowanych silników pozycjonuje włókna tak, aby oba rdzenie znalazły się idealnie naprzeciw siebie. Metoda ta jest najlepszą w punktu widzenia parametrów otrzymywanego spawu, jak również gwarantuje poprawność połączenia w sytuacji, gdy spawamy włókna różnych producentów lub gdy nie są one idealne (rdzeń przesunięty względem środka włókna). Spawarki tego typu powinny być używane w instalacjach obejmujących duże sieci operatorskie. W mniejszych systemach akceptowalne są inne metody. Sprawą bardzo istotną, a często pomijaną zarówno przez sprzedawców, jak i producentów sprzętu (dotyczy to głównie spawarek produkowanych w Chinach) jest fakt, iż większość oferowanych modeli opatrzonych informacją o możliwości pozycjonowania do rdzenia nie funkcjonuje dokładnie tak, jak opisano to wyżej. Urządzenia te (będąc często kilkukrotnie tańszymi od odpowiedników japońskich, czy koreańskich) wykorzystują do pozycjonowania tzw. rdzeń geometryczny. Rdzeń ten wyznaczany jest przez odpowiednie układy optyki i oprogramowanie dokonujące analizy obrazu i zawsze umiejscawiany będzie w środku włókna. Jak łatwo się domyślić rdzeń ten pokryje się z rdzeniem rzeczywistym wtedy, gdy spawane włókna nie będą odbiegały od przyjętych standardów i nie będzie w nich występował problem niecentryczności. W przeciwnym razie spawanie do rdzenia geometrycznego zaowocować może parametrami gorszymi w stosunku do parametrów połączeń bazujących na drugiej z metod, tj. metodzie „do płaszcza” charakteryzującej tańsze modele spawarek. Warto nadmienić iż część spawarek przy łączeniu włókien wielomodowych (większa szansa niepokrycia się rdzenia geometrycznego i rzeczywistego) i automatycznym wyborze trybu spawania, wybierze metodę „do płaszcza” jako tą pewniejszą.
Porównanie metod pozycjonowania do rdzenia rzeczywistego (na górze) oraz geometrycznego (na dole). W pierwszym przypadku ewentualna niecentryczność włókna nie wpływa na jakość spawu, natomiast w drugim wynikowe połączenie obarczone będzie znacznym tłumieniem.
Metoda pozycjonowania bazująca na wzajemnym ułożeniu włókien do płaszcza sprawdzi się znakomicie w instalacjach, w których tor transmisyjny liczyć będzie nie więcej niż kilka spawów. Nie oznacza to, że połączenia wykonane urządzeniami bazującymi na tej technice będą zawsze gorsze. W zdecydowanej większości sytuacji spawanie do płaszcza owocować będzie wynikami bardzo zbliżonymi do spawania do rdzenia rzeczywistego. Różnice pojawić się mogą w sytuacji, w której instalator próbował będzie połączyć bardzo stare włókna lub najtańsze włókna o wątpliwej jakości. W dzisiejszych czasach taki stan rzeczy ma miejsce bardzo rzadko. Proces technologiczny związany z produkcją włókien światłowodowych jest na tyle zaawansowany, że coraz trudniej jest (na szczęście) natknąć się na kable słabej jakości. Biorąc pod uwagę ten fakt oraz to, że spawarki pozycjonujące do płaszcza są niezwykle atrakcyjne cenowo, warto rozważyć zakup tego typu urządzenia. Reasumując, spawarki z pozycjonowaniem do płaszcza z powodzeniem mogą byś stosowane w instalacjach FTTH, w których zgodnie z normami tłumienie toru budynkowego nie może przekroczyć 1,2 dB, jak również ze wszystkich sieciach światłowodowych, w których na trasie urządzenie - urządzenie realizowanych jest nie więcej niż kilka spawów. Mogą to być sieci LAN, sieci CCTV, czy kilkukilometrowe połączenia punkt - punkt.
W przypadku, gdy instalator wykonywać ma setki lub tysiące spawów miesięcznie, zalecane jest zainwestowanie w najdroższy sprzęt, bazujący na centrowaniu do rdzenia rzeczywistego i oferujący szereg innych udogodnień, takich jak ilość cykli spawania na jednym ładowaniu akumulatora, itp.
Trochę praktyki...
Niezależnie od wyboru spawarki, proces łączenia włókien wygląda bardzo podobnie. Składa się na niego szereg czynności. Pierwszą z nich jest zdjęcie powłok włókien: 250μm oraz jeśli występuje 900μm; zawsze operujemy na powłoce płaszcza o średnicy 125μm, niezależnie od rodzaju spawanych włókien. Następnie konieczne jest wyczyszczenie włókien przy pomocy alkoholu izopropylowego (zwykle za pomocą chusteczek bezpyłowych lub bawełnianych wacików higienicznych) oraz docięcie włókien za pomocą obcinarki (gilotyny).
W przypadku łączenia włókien za pomocą spawarki EasySplicer L5810, włókno umieścić należy w odpowiednim uchwycie (250μm - kolor czarny). Zdjęcie powłoki następuję przy pomocy dołączonego do zestawu strippera. Aby móc wyczyścić włókno należy zaopatrzyć się w bezpyłowe chusteczki oraz alkohol IPA.
Zgodnie z zasadami bezpieczeństwa, wszystkie ścinki powstałe w procesie obróbki włókien należy umieścić w dedykowanym pojemniku, np. L5918. Odpady takie podlegają utylizacji.
Ostatnia czynność jest niezwykle istotna – ważne jest zarówno zapewnienie odpowiedniej długości docinanego włókna (w większości przypadków instalator nie musi nic odmierzać, ponieważ konstrukcja gilotyny umożliwia automatyczny dobór odpowiedniej długości), jak i to, aby czoło włókna ucięte (łamane) było pod idealnym kątem prostym. W praktyce spawarki akceptują pewne odchyłki od kąta prostego (około 1 stopnia), niemniej jednak, lepiej docięte włókno zaowocuje lepszym z punktu widzenia parametrów połączeniem. Należy pamiętać, że rozregulowane obcinarki są jedną z częstszych przyczyn gorzej wykonanych spawów.
Włókna umieszczone w spawarce
Po umieszczeniu włókien w spawarce następuje proces weryfikacji poprawności wykonanych wcześniej czynności – w przypadku zbyt dużego zabrudzenia czoła włókna lub jego nieprawidłowego docięcia, urządzenie nakaże ponowne przygotowanie włókien. W sytuacji, gdy wszystko jest w porządku, następuje proces łączenia włókien za pomocą łuku elektrycznego (zgrzewanie/spawanie), a zaraz po nim test wytrzymałości spawu oraz oszacowanie wartości jego tłumienia.
Odchyłki kątów przy docięciu włókna nie przekroczyły w tym przypadku 0,4°, natomiast wzajemne przesunięcie włókien wyniosło 1μm. Dodatkowo spawarka wykonuje test wytrzymałości spawu.
Szacowane tłumienie spawu: 0,03dB
Koniecznie należy tu wspomnieć, że wyznaczone przez spawarki wartości tłumienia spawów należy traktować orientacyjnie, ponieważ są one wyznaczane wyłącznie na podstawie analizy obrazu. Profesjonalne podejście nakazuje każdorazowo wykonać osobne testy i weryfikację tłumienia spawów przy transmisji w obu kierunkach. Konieczne do tego będzie stabilne źródło światła oraz miernik mocy optycznej. Oczywiście w przypadku mniejszych systemów lub tych, w których setne, czy nawet dziesiąte części tłumienia nie są aż tak istotne, możliwe jest uproszczone postępowanie, bez dodatkowych pomiarów. Proces łączenia włókien trwa zwykle od kilku do kilkunastu sekund. Po nim, konieczne jest wykonanie ostatniego kroku - zgrzewania osłony spawu w osobnym lub zintegrowanym ze spawarką piecyku. Świeżo wykonany spaw jest delikatny i zawsze wymaga dodatkowego zabezpieczenia. Termokurczliwe osłony spawów spełniają tę rolę, jak również pozwalają na łatwe umieszczanie łączonych włókien w kasetach spawów.