ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ

Полезная модель относится к волоконно-оптическому способу передачи данных, в частности к соединителям, предназначенным для быстрого механического соединения и разъединения оптических волокон.
Известен оптоволоконный соединитель, в котором оптоволокно наконечника, размещенное в наконечнике, упруго удерживаемого с помощью упругого элемента, и основное оптоволокно сплавлены с использованием аппарата сплавления оптоволокна, а сплавленный участок усилен с помощью армирующей муфты с формированием соединения основного оптоволокна и оптоволокна наконечника. Соединитель включает направляющую втулку наконечника, установленную между наконечником и упругим элементом, при этом направляющая втулка наконечника, оптоволокно и сплавленный участок соединены в одно целое с помощью армирующей муфты (по патенту RU2598774, кл. G02B 06/38, опубл. 27.09.16).
Недостатком такого решения является сложность сборки соединителя с основным оптоволокном, связанная с их сплавлением между собой.
Известен волоконно-оптический соединитель, состоящий из хвостовой муфты, блока сращивания оптических волокон, имеющего заднюю часть, соединенную с передней частью хвостовой муфты, фиксирующего элемента, имеющего один конец, вставленный в заднюю часть хвостовой муфты, и другой конец, закрепленный на концевом участке волоконно-оптического кабеля, и изолирующего колпачка, установленного на хвостовой муфте. Фиксирующий элемент включает в себя пару отдельных и противоположных упругих боковых лапок, имеющих пару поверхностей прижима, обращенных друг к другу, причем каждая из них выполнена с выступом в виде зуба на ней, в котором концевой участок волоконно-оптического кабеля расположен между парой упругих боковых лапок. При этом внутренняя поверхность изолирующего колпачка выполнена для сжатия пары упругих боковых лапок, где изолирующий колпачок установлен на хвостовой муфте так, чтобы способствовать закреплению концевого участка волоконно-оптического кабеля между парой упругих боковых лапок (по патенту RU143329, кл. G02B 06/38, опубл. 20.07.14).
В предложенном техническом решении не достаточно полно раскрыта конструкция фиксирующего элемента, предназначенного для удержания волоконно-оптического кабеля.
Известен механический соединитель оптического типа, который состоит из наконечника, включающего оптическое волокно и срезанный элемент, удерживающий наконечник и оптическое волокно, выступающее из задней торцевой поверхности наконечника. Волоконно-оптический кабель вводится с заднего конца. Оптическое волокно наконечника упирается в оптическое волокно кабеля, и зажимается соединительным элементом (по патенту JP3445479, кл. G02B6/24, G02B6/36, G02B6/38, опубл. 08.09.03).
Данный оптический соединитель не совместим со стандартными типами разъемов и требует сборки нескольких частей в полевых условиях. Установка нескольких фрагментов в соединителе может привести к некорректной сборке соединителя, вследствие чего может наблюдаться снижение характеристик тракта передачи или увеличиться вероятность повреждения оптического волокна.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является волоконно-оптический соединитель, который состоит из корпуса с зажимом, защитного колпачка феррула, крепления оптического волокна с V-образным зажимом, скобы, наружной оболочки, хвостовика (по патенту CN205562886, кл. G02B6/38, опубл. 07.09.16).
Недостатком этой конструкции является недостаточно длинная поверхность зажима для оболочки, это влечет за собой увеличение давления на оболочку кабеля, что увеличивает вероятность деформации волокна и, как следствие, увеличение оптического затухания. Этот недостаток особенно актуален при применении соединителя на внутриобъектовых кабелях c волокном в буферном покрытии, параллельно проложенными армирующими нитями и общей круглой оболочкой. Также, недостатком этой конструкции является малое количество фиксирующих зубьев.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении надежности волоконно-оптического соединителя за счет конструктивного исполнения приемной части корпуса соединителя. Дополнительным техническим результатом является упрощение процесса монтажа соединителя за счет обеспечения возможности использования стандартного скалывателя волоконно-оптического кабеля.
Указанный технический результат достигается тем, что волоконно-оптический соединитель состоит из корпуса с муфтой и приемной частью, колпачка, упругой скобы, подвижной насадки и защитного колпачка феррула, при этом приемная часть содержит коническое отверстие, планку и хвостовик в виде зажима с зубьями, и отличается тем, что зажим имеет длину не менее 6 мм, а количество зубьев с каждой стороны зажима больше или равно 5.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 – волоконно-оптический соединитель;
Фиг. 2 – приемная часть волоконно-оптического соединителя;
Фиг. 3 – диаграмма растяжения типового соединителя (прототипа);
Фиг. 4 – диаграмма растяжения предложенного соединителя.
Волоконно-оптический соединитель (фиг. 1)  состоит из корпуса 1, колпачка 2, упругой скобы 3, подвижной насадки 4 и защитного колпачка феррула 5. Корпус 1 имеет муфту 6 с V-образным вырезом и приемную часть 7 (фиг. 2), содержащую коническое отверстие 8 для ввода оптоволокна в муфту 6, планку 9 с цилиндрическим вырезом, препятствующую прохождению внешней оболочки волоконно-оптического кабеля (на фиг. не показано), хвостовик 10 в виде зажима 11 с зубьями 12. Для разведения V-образного выреза муфты 6 используется разводящая скоба 13.
Применение
Перед установкой соединителя необходимо произвести снятие внешней оболочки на конце кабеля (скалывание). После чего кабель продевается через колпачок 2 и вставляется в хвостовик 11. Оптическое волокно вставляется в коническое отверстие 8 до упора внешней оболочки кабеля в планку 9. Оптическое волокно фиксируется в V-образном вырезе муфты 6 при помощи упругой скобы 3. Колпачок 2 накручивается по резьбе на корпус 1, сжимая зажим 11, который благодаря зубьям 12 фиксирует внешнюю оболочку кабеля.
В ходе использования волоконно-оптических соединителей существуют высокие риски воздействия на них тянущих механических влияний, в результате которых может нарушаться положение оптического волокна в соответствующем V-образном вырезе муфты соединителя, что негативно сказывается на качестве передачи данных. Поэтому существует необходимость защиты этого участка тракта от разрыва при растяжении и возникновения макроизгибов при сгибании.
Для решения этих проблем согласно полезной модели предлагается увеличить длину зажима до значений не менее 6 мм и увеличить количество зубьев с каждой стороны зажима до 5 и более.
Для доказательства эффективности предложенного решения были проведены исследования. Сравнивались типовой соединитель, выполненный согласно прототипу, с длиной зажима 3,753 мм и 4 зубьями и соединитель, выполненный согласно полезной модели, с длиной зажима 6,753 мм и 5 зубьями. Для проведения исследования был подготовлен следующий испытательный стенд:
MS12001 Система тестирования кабельной сборки,
машина испытательная универсальная электромеханическая LabTest 6.10.1.20,
шнур оптический измерительный 0,3 дБ,
оптический соединитель Тип 1 с прижимной площадкой 3,753 мм,
оптический соединитель Тип 2 с прижимной площадкой 6,753 мм.
В подвижном зажиме машины LabTest размещается оптический адаптер типа SC/UPC, которая служит платформой для удержания образца с возможностью регистрации оптических показателей во время испытания. С одной стороны к адаптеру с помощью мастер-шнура подключается генератор измерительной установки MS12001, с другой образец соединителя (Тип 1/Тип 2), к которому уже подключен волоконно-оптический кабель. Кабель оборачивается вокруг ответного статичного кабельного крепления машины LabTest и подключается к приемнику измерительной установки MS12001.
После монтажа стенда активируется универсальная испытательная машина в конфигурации скорости растяжения 100 мм/мин и динамичным увеличением усилия.
В ходе испытания в режиме реального времени детектируется изменения показателя IL (собственного затухания) испытуемого соединителя. Испытание прекращается после роста затухания на 50 процентов от затухания в статическом состоянии, результат регистрируется в виде диаграммы растяжения.
Для наглядности эксперимента, испытания проводились на образцах без фиксации кевларовых нитей, фиксация волоконно-оптического кабеля производилась за счет удержания ПВХ оболочки изделия и оптического волокна в V-образном зажиме соединителя.
Результаты испытаний представлены на диаграммах (фиг. 3, 4). Повышение затухания в ходе испытания обуславливается изъятием ОВ из V- образного зажима соединителя. На диаграмме растяжения это событие имеет форму параболы, где вершина – момент выхода из V-образного крепления.
В ряде испытаний было определено, что предложенный соединитель с прижимной площадкой 6,753 мм выдерживает значительно большую нагрузку при растяжении до критического повышения затухания, чем типовой оптический соединитель. Увеличение длины прижимной площадки до 6,753 мм повышает фактическое максимальное растягивающее усилие на 37,5%, что улучшает эксплуатационные свойства изделия, активно применяемого в строительстве пассивных оптических сетей.
Также были проведены исследования механических свойств при сгибании типового и предложенного соединителей. Раннее уже было доказано, что влияние макроизгиба оптического волокна отличается для каждой длины волны. Наиболее подвержены макроизгибам являются длины волн от 1310нм до 1625 нм.
В инсталлированном соединителе для прижимной площадки Тип 1 и прижимной площадки Тип 2 диаметр макроизгиба оптического волновода будет начинаться от значения 4,7594 мм + (1,5х2) мм компенсация оболочки и буфера типового ВОК, итого: 7,7594мм, что попадает в диапазон диаметров макроизгиба, максимально влияющего на характеристику передачи.
Такой диаметр макроизгиба возможен только при условии максимального давления прижимной площадки на деформированный изгибом волоконно-оптический кабель. Для расчета давления прижимной площадки на волоконно-оптический кабель была взята масса расчета усилия в 1000 г.
Расчет производился по формуле
.
Среднее давление по поверхности является отношением силы к площади поверхности
.
В случае одинаковой конфигурации Тип 1 и Тип 2 сила, возложенная на прижимную площадку, является константой, а площадь прижимной площадки определяющей давление на волоконно-оптический кабель
.
Результаты расчета представлены в таблице:
Образец
Площадь поверхности зажимов образца, мм<sup>2</sup>
Масса для расчета усилия, г
Давление зажима на ВОК образца (Па)
Разница давленияТип 2/ Тип 1 (%)
Тип 1
16,5132
1000
593,8673304
44,42%
Тип 2
29,7132
1000
330,0435497
Независимо от природы давления и его величины, в одинаковых условиях давление, оказываемое на волоконно-оптический кабель прижимной площадкой Тип 2, меньше давления, оказываемого прижимной площадкой Тип 1, на 44,42%. Это означает, что вероятность возникновения макроизгибов радиусом меньше 10 мм в предложенном соединителе с длиной прижимной площадки 6,753 мм менее вероятна.
Также, следует отметить, что благодаря предложенным в полезной модели решениям были достигнуты не только описанные выше результаты, но и немаловажная цель обеспечения адаптации длины вводимого в соединитель оптического световода под типовой скалыватель. Большинство полевых волоконно-оптических соединителей, существующих на рынке, из-за малой длины хвостовика (короче 33 мм) требуют для заделки до 30 мм очищенного оптического волокна, что при использовании стандартного скалывателя, например Fujicura CT50, требует применения специального удлинителя, либо ведения процесса скалывания в ручном режиме без использования магнитного зажима, так как крышка зажима типового скалывателя находится на расстоянии не менее 33 мм от лезвия. Предложенный соединитель за счет увеличенной длины хвостовика избавлен от проблем скалывания типовым инструментом, так как для работы с предложенным соединителем требуется 35мм зачищенного оптического волокна.
Таким образом, решения, используемые в полезной модели, способствуют достижению технического результата.