25.08.2013

Исследование компонентов оптоволоконных кабельных систем

Многие проблемы производительности сетей, возникающие на физическом уровне, непосредственно связаны с качеством кабельной системы. На самом деле общая производительность и надежность порта сети хороши всего лишь настолько, насколько хороша кабельная проводка, к которой сеть подключена. Это утверждение особенно верно в случае оптоволоконных кабельных систем, где кажущиеся незначительными отклонения от строгих допусков оптоволоконных соединений могут существенно ухудшить характеристики кабельной проводки. Хотя процентное отношение проблем производительности кабельных систем можно определить с помощью эксплуатационных испытаний установленных каналов, такие проверки не дают ответ на все потенциальные вопросы. Несмотря на их важность, эксплуатационные испытания могут внушить ложное ощущение безопасности. Например, единственный удовлетворительный результат по вносимым потерям не гарантирует долговременной надежности.

Чтобы помочь профессионалам в области сетевой инфраструктуры понимать переменные, влияющие на качество оптоволоконных систем, компания Siemon провела всестороннее оценочное тестирование репрезентативного ассортимента серийно выпускаемых кабельных систем. Исследование охватывает типовые оптоволоконные перемычки, приобретенные у продавцов в режиме онлайн, выпущенные отечественными (США) и зарубежными фирмами по производству кабельных систем, а также системы компании Siemon и других известных мировых брендов – все они были приобретены у авторизованных дистрибьюторов. По результатам оценочного тестирования представлен подробный обзор механических и оптических характеристик, являющихся критически важными для производительности и долговечности таких соединений.

Тестирование проводилось на 36 случайным образом отобранных образцах дуплексных лазерных оптимизированных многорежимных волоконных LC-перемычек OM3 50/125 от 9 поставщиков – Siemon, 4 других ведущих мировых производителей и 4 типовых фирм по производству кабельных систем. Мы протестировали каждую систему по внутренним техническим условиям компании Siemon, а также по стандартам TIA и IEC на предмет геометрии торцевых поверхностей, оптических характеристик, чистоты и механической надежности. Каждое изделие Siemon XGLO и LightSystem прошло 100%-е тестирование и проверку на предмет геометрии торцевых поверхностей, чистоты, поверхностных дефектов, вносимых потерь и обратных потерь (в обоих направлениях и по обеим длинам волн). Каждая перемычка выпускалась серийно и проходила заводские испытания на предмет вносимых потерь и обратных потерь.

Оптические характеристики

Характеристики вносимых потерь и обратных потерь являются фундаментальными параметрами, использующимися для оценки соответствия оптоволоконных линий связи и каналов специфическим сетевым решениям, которые они поддерживают. Вносимые потери обычно используются в качестве основы для приемочных испытаний установленных линий и каналов связи. Несмотря на то, что тестирование обратных потерь установленных кабельных соединений по промышленным стандартам не обязательно, оно является нормативным требованием для оптоволоконных соединителей и систем. Обратные потери чрезвычайно важны для оптических характеристик линий и каналов связи, так как отраженные оптические сигналы могут создавать помехи для датчиков как в прямом, так и в обратном направлении. Такие отражения ухудшают отношение «сигнал–шум», они обычно представлены в виде «глазковых диаграмм», где более высокие обратные потери имеют в результате меньшее открытие глазка (высота, от пика к пику). Подобным образом тестирование в обоих направлениях и с обеими длинами волн обнаруживает аномалии, ухудшающие оптические характеристики кабельных каналов.3

Таблица 1. Результаты испытаний вносимых потерь и обратных потерь: Вносимые потери 1  из 9  производителей имел  или более неудовлетворительных результатов Обратные потери 3 из 9  производителей имели  или более неудовлетворительных результатов

	Промышленный стандарт (IEC-61755-3-1)		Технические условия Siemon
Производитель	Вносимые потери (.75 дБ)	Обратные потери (20дБ)	Вносимые потери (.25 дБ)	Обратные потери (30дБ)
Siemon
1-Global MFG
2-Global MFG
3-Global MFG
4-Global MFG
5-Типовой
6-Типовой
7-Типовой
8-Типовой

	Удовлетворительно
	Неудовлетворительно

Как правило, вносимые потери являются единственным эксплуатационным испытанием, но не единственным параметром, который может влиять на производительность и надежность сети. Контроль геометрии торцевой поверхности, чистоты, поверхностных дефектов и механической целостности следует рассматривать как средство обеспечения долговременной надежности.

Геометрия торцевой поверхности

Общие характеристики оптоволоконного соединения зависят от механических характеристик, обеспечивающих совмещение и физический контакт сердцевины оптических волокон. Геометрия торцевой поверхности является важнейшей характеристикой повторяемых и надежных оптоволоконных соединений. Тремя критическими параметрами геометрии торцевой поверхности соединителя являются: (см. рисунок 1 ниже):

• Радиус кривизны (ROC): закругленность торцевой поверхности соединителя
• Смещение верхней точки: степень центровки «купола» торцевой поверхности
• Утопление/выступ оптоволокна: высота или глубина, на которую сердцевина оптоволокна выступает или углубляется по отношению к поверхности соединителя.

Рисунок 1. Геометрия торцевой поверхности

В лабораториях Siemon проведены всесторонние исследования воздействия отклонений торцевых поверхностей на эксплуатационные характеристики и сопряжение. В результате нами были приняты технические условия, которые превосходят промышленные стандарты для всех трех измерений (см. таблицу 2). Поскольку качество и прочность физического контакта между оптоволоконными жилами зависит от геометрии торцевой поверхности, ее следует строго контролировать в качестве предварительного условия абсолютной сопряженности и эксплуатационной совместимости кабельных соединений. В противном случае доля сопряженных соединений, которые не соответствуют требованиям по оптическим характеристикам, будет статистически возрастать. Иными словами, слабый контроль торцевых поверхностей создает повышенную опасность того, что за удовлетворительным результатом «в первый день» последуют проблемы «на второй день».

Таблица 2. Результаты тестирования геометрии торцевой поверхности: из  производителей имели  или более неудовлетворительных результатов

	Промышленный стандарт (IEC-61755-3-1)			Технические условия Siemon
Производитель	Радиус кривизны (5-30мм)	Верхняя точка 70микрон	Высота оптоволокна (-100nm~500нм)	Радиус кривизны (7-25мм)	Верхняя точка 50микрон	Высота оптоволокна (-100~50нм)
Siemon
1-Global MFG
2-Global MFG
3-Global MFG
4-Global MFG
5-Типовой
6-Типовой
7-Типовой
8-Типовой

	Удовлетворительно
	Неудовлетворительно

Примечание. Требования Siemon к геометрии торцевой поверхности приведены в дополнение к требованиям стандарта IEC-61755-3-1

Рисунок 2. Примеры испытаний верхней точки (APEX) и радиуса кривизны (ROC)

Соединение между перемычкой, имеющей не соответствующую требованиям геометрию торцевой поверхности, и перемычкой, соответствующей стандартам, демонстрирует несовместимые результаты испытаний. Например, оптоволоконные каналы связи, прошедшие приемочные испытания, при применении соответствующего нормам контрольного провода демонстрируют более высокие оптические потери и большее непостоянство при замене контрольных проводов перемычками, которые не соответствуют нормам.

Загрязнение и дефекты поверхности/под поверхностью

Трещины жилы оптоволокна и наличие загрязнений на соединителях, центрирующих гильзах или пыли на наконечниках ведут к разнообразным отклонениям в плане как вносимых, так и обратных потерь. Эти проблемы не связаны с геометрией торцевой поверхности, но имеют такое же большое влияние на первый результат при приемочном контроле кабельной системы. Что еще более важно, эти нарушения подрывают целостность сети, так как не устраненные загрязнения или трещины ухудшают оптические характеристики, и результаты становятся весьма неустойчивыми и совершенно непредсказуемыми.

Визуальный осмотр торцевой поверхности

Дефекты поверхности и чистота критически важны, но они не всегда обнаруживаются при тестировании вносимых потерь и геометрии торцевых поверхностей. Гладкое, но имеющее трещины оптоволокно может успешно пройти испытание при проверке геометрии торцевой поверхности на предмет радиуса кривизны, смещения вершины и высоты жилы оптоволокна. Поскольку надлежащая чистота оптоволоконной перемычки при производстве и монтаже очень важна для надежности и оптических характеристик, компания Siemon использует автоматизированную проверку торцевой поверхности на предмет чистоты перемычки и дефектов поверхности в соответствии со стандартами IEC 61300-3-35 и IEC 62627. Это оборудование автоматически обнаруживает дефекты поверхности и загрязнения, которые могут непосредственно повлиять на эксплуатационные характеристики.

Рисунок 3. Загрязнение и дефекты торцевой поверхности

Примеры худших случаев неудовлетворительных результатов при предварительной чистке

Неудовлетворительно после чистки из-за дефектов соединителя

Все случайно выбранные образцы, подвергнутые проверке, за исключением Siemon, получены с определенным загрязнением торцевой поверхности и не прошли автоматизированное визуальное тестирование на соответствие стандарту IEC 61300-3-35. После соответствующей чистки 75% изделий прошли испытание с некоторыми дефектами, а 25% после чистки не прошли проверку с удовлетворительным результатом.

Несоответствие геометрии торцевой поверхности и загрязнение являются основными причинами неудовлетворительных результатов эксплуатационных испытаний оптоволокна, а также потерь времени и сил при поиске и устранении неполадок в оптоволоконных кабельных соединениях. Эти проблемы выражаются в низком уровне удовлетворительных результатов при приемочных испытаниях установленных оптоволоконных кабельных каналов. В рамках ограничений по времени монтажники иногда проводят испытания повторно до тех пор, пока не достигнут удовлетворительных результатов. Если не заменить перемычки, не соответствующие требованиям, они создают опасность недопустимо высоких вносимых потерь для канала «на второй день». Другая проблема состоит в том, что такое загрязнение может действовать в качестве вируса, который передается на контрольные перемычки и на интерфейс оборудования. Даже если пораженную вирусом перемычку заменить, вред уже причинен.

Механическая надежность

Имеется несколько испытаний, являющихся необходимой составной частью проверки соответствия техническим условиям промышленных стандартов в отношении механической надежности. Параметры механической надежности включают испытание на изгиб, испытание на кручение, испытание на разрыв, удержание кабеля, испытание на ударную прочность, вибрационные испытания, испытания износостойкости и передачи при приложенной нагрузке. С помощью этих механических испытаний проверяется, может ли оптоволоконная перемычка выдержать монтаж и техническое обслуживание, выполняемые в типовой оптоволоконной сети, и может ли она надежно выдерживать внутренние напряжения от подпружиненного контакта с течением времени в разнообразных условиях окружающей среды. Механическими испытаниями, проведенными на каждой системе, были испытания на разрыв, на изгиб, на кручение и на удержание.

Таблица 3. Результаты испытаний механической надежности Все типовые образцы перемычек имели  или более неудовлетворительных результатов по испытанию на разрыв кабеля и на удержание кабеля

Производитель	Промышленный стандарт (TIA-568-C.3)				Технические условия Siemon
	Натяжение на разрыв кабеля (FOTP-6)	Изгиб кабеля (FOTP-1)	Кручение кабеля (FOTP-36)	Натяжение на разрыв кабеляl (FOTP-6)	Натяжение на разрыв кабеляl (FOTP-6)	Изгиб кабеля (FOTP-1)	Кручение кабеля (FOTP- 36)	Удержание кабеля (FOTP-6)
	Нагрузка 50N при 0°, 5 сек.	Нагрузка 4.9Н, цикл: 100	Нагрузка 15Н, цикл: 10	Нагрузка 19.4N при 90° 5 сек.	Нагрузка 50N при 0° 60 сек.	Нагрузка 4.9Н, цикл: 100	Нагрузка 15Н, цикл: 10	Нагрузка 19.4N при 90° 60 сек.
Siemon
1-Global MFG
2-Global MFG
3-Global MFG
4-Global MFG
5-Типовой		н/д*	н/д*	н/д*		н/д*	н/д*	н/д*
6-Типовой
7-Типовой
8-Типовой		н/д*	н/д*	н/д*		н/д*	н/д*	н/д*

	Удовлетворительно
	Неудовлетворительно
	Pass (остальные образцы в группе прошли испытания)
н/д*	Нет данных (все образцы имели неудовлетворительные результаты предыдущего испытания)

Рисунок 4. Неудовлетворительное соединение при осевом испытании на разрыв и под углом 90°

В заключение

Компания Siemon придает такое большое значение геометрии торцевой поверхности, чистоте, целостности поверхности/под поверхностью и механическим характеристикам, в частности, потому, что эксплуатационные испытания оптоволоконных линий связи необходимы, но недостаточны для обеспечения целостности установленных оптоволоконных кабельных соединений. Одна из причин недостаточности в том, что испытание канала связи не включает оптоволоконные перемычки, используемые для подключения оборудования на каждом конце канала связи. Другая причина состоит в том, что вносимые потери являются единственным требующимся параметром передачи оптоволоконного кабеля, основанном на промышленных стандартах. По этим причинам абсолютно необходимо обеспечить полное соответствие оптоволоконных кабелей, компонентов и систем стандартам.Один из способов добиться этой цели – требование, чтобы все оптоволоконные системы поставлялись с объективными данными об испытаниях обратных и вносимых потерь в обоих направлениях и на обеих длинах волн.

Данное исследование свидетельствует о важности высококачественных материалов и управления технологическим процессом на всех стадиях производства, включая выходной контроль и тестирование. Несмотря на то, что большая часть оптоволоконных соединительных кабелей могут успешно пройти испытания на предмет вносимых потерь, также важны и другие критические параметры, в том числе геометрия торцевой поверхности, обратные потери, механическая надежность, дефекты поверхности и чистота. В соответствии с данным исследованием, типовые оптоволоконные перемычки от фирм-изготовителей систем с невысокой вероятностью могут соответствовать этим критическим параметрам, что может привести к отказам изделий и простоям дорогостоящих сетей. Компания Siemon является единственным производителем, соответствующим всем параметрам, поскольку мы используем самые высококачественные компоненты, расходные материалы, испытательное оборудование и технологические процессы. Разве экономия от использования некондиционных оптоволоконных перемычек стоит того, чтобы ставить под угрозу важнейшие характеристики и надежность сети?