計(jì)算機(jī)技術(shù)在光纖熔接中的應(yīng)用

[摘 要] 目的：提高光纖熔接的自動化程度，減小光纖熔接損耗。方法：通過第四代光纖熔接機(jī)的實(shí)踐操作、國內(nèi)外同類機(jī)型的使用對比。結(jié)果：第四代光纖熔接機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在光纖熔接中應(yīng)用典范，熔接損耗已達(dá)0.02dB左右。結(jié)論：從第二代光纖熔接機(jī)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)開始，熔接機(jī)發(fā)展到第五代，第四代熔接機(jī)在光纖通信領(lǐng)域起著骨干作用，自動化程度比較高，熔接損耗已經(jīng)很小，尚未解決的問題包括計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程熔接控制和使用人工智能進(jìn)行全自動光纖熔接，可作為以后的研究探討方向。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算機(jī)技術(shù) 光纖通信 光纖熔接 熔接損耗

光纖通信是以光波作載波以光纖為傳輸媒介的通信方式。由于其傳輸距離遠(yuǎn)、信息容量大、通信質(zhì)量高等特點(diǎn)而成為當(dāng)今信息傳輸?shù)闹饕侄危恰靶畔⒏咚俟贰钡幕?。一個(gè)實(shí)際的光纜通信系統(tǒng)有成百上千公里，而光纜的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)長度只有2公里，因此需要若干盤光纜串接而成。每根光纜中包含幾十芯光纖，因此工程施工中光纖接續(xù)工作量非常大。要加快光纖接續(xù)速度減小光纖接續(xù)損耗必須應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)。

一、計(jì)算機(jī)技術(shù)在光纖熔接中的應(yīng)用歷程

光纖熔接分為非熔接法和熔接法兩大類，目前工程施工中多采用熔接法。光纖熔接機(jī)是進(jìn)行光纖熔接的主要儀器，按技術(shù)發(fā)展水平分為五代機(jī)型:第一代手動光纖熔接機(jī)沒有引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，而且光纖熔接損耗很大（0.2dB左右）現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰；第二代是采用微機(jī)控制的自動光纖熔接機(jī)，光纖熔接損耗明顯減?。?.05dB-- 0.1dB）目前技術(shù)相對滯后；第三代光纖熔接機(jī)特征是除自動對準(zhǔn)、自動熔接外，另加上了熒屏顯示，因而又稱為芯軸直視式光纖熔接機(jī)。第三代光纖熔接機(jī)的熒屏顯示是利用機(jī)內(nèi)裝的顯微攝像機(jī)與微處理機(jī)對光纖進(jìn)行攝像及電子顯示，并可自動熔接和估算連接損耗，光纖熔接損耗進(jìn)一步減?。?.02dB-- 0.05dB）；第四代光纖熔接機(jī)其特點(diǎn)是：不僅可以對光纖進(jìn)行自動對準(zhǔn)、熔接和連接損耗檢測，而且具有熱接頭圖像處理系統(tǒng)，對熔接的全過程進(jìn)行自動監(jiān)測，攝取熔接過程中的熱圖像加以分析，判斷光纖纖芯的變形、移位、雜質(zhì)和氣泡等與連接損耗有關(guān)的信息，因此能更全面、準(zhǔn)確地估算出接頭損耗，光纖熔接損耗很?。?.02dB左右）；第五代光纖熔接機(jī)又稱為全自動熔接機(jī)。它在計(jì)算機(jī)控制下可以自動進(jìn)行“除去第二層被覆層─—切斷─—除去第一層被覆層─—對準(zhǔn)─—熔接─—補(bǔ)強(qiáng)”等全環(huán)節(jié)操作過程，目前還在研制階段沒有得到普遍推廣使用。由此可見從第二代光纖熔接機(jī)到第五代光纖熔接機(jī)的發(fā)展與進(jìn)步，都在不斷加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)在光纖熔接中的應(yīng)用實(shí)例

第三代光纖熔接機(jī)和第四代光纖熔接機(jī)在是今天光纖通信工程施工中的主力機(jī)型。自動光纖熔接機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與精密機(jī)械加工技術(shù)的完美結(jié)合，是高價(jià)位高精度光纖通信儀器。第四代S176自動光纖熔接機(jī)在科研單位、大專院校和施工現(xiàn)場都有使用。國產(chǎn)熔接機(jī)價(jià)格為8—10萬/臺，進(jìn)口熔接機(jī)價(jià)格為10—15萬/臺。下面以第四代S176自動光纖熔接機(jī)為例，研究與探討計(jì)算機(jī)技術(shù)在光纖熔接中的應(yīng)用。

1.S176自動光纖熔接機(jī)基本操作程序

S176自動光纖熔接機(jī)基本操作程序有42個(gè)，主要有電弧放電檢測程序、選擇程序、熔接程序、保護(hù)套管加熱程序、被熔光纖尺寸測定程序、接續(xù)損失資料查尋程序、管理程序以及調(diào)整日期/時(shí)間程序。在這些程序中尤其重要的是被熔光纖尺寸測定程序和熔接程序。在使用S176自動光纖熔接機(jī)時(shí)，可以直接運(yùn)用以上基本操作程序，也可調(diào)整某些操作程序，還可以制定操作程序。

2.被熔光纖尺寸的準(zhǔn)確測定

熔接前光纖端面的處理會直接影響到熔接損失值，因此熔接前必須注意到光纖端面是否切割良好、V型槽是否干凈。光纖端面制做標(biāo)準(zhǔn)為：

（1)剝除光纖涂敷層大約35mm～50mm；

(2)用（藥棉或）無塵試紙沾上無水酒精將單模光纖擦拭干凈。

(3)使用自動光纖切割器（或切割刀）切割光纖，保留16mm左右，兩側(cè)光纖端面傾斜角均＜0.5度。

由于光纖的結(jié)構(gòu)尺寸很小，纖芯直徑為8—10微米，包層直徑100—150微米。手動切割一般很難達(dá)到要求，自動切割之后還要用被熔光纖尺寸測定程序進(jìn)行測試。由于第四代S176自動光纖熔接機(jī)中的微型計(jì)算機(jī)將光纖尺寸測定標(biāo)準(zhǔn)儲存在數(shù)據(jù)庫里，因此使用被熔光纖尺寸測定程序就可很快確定光纖測試結(jié)果。圖1是某次合格光纖尺寸測定結(jié)果。

圖1 光纖尺寸測定

3.選擇并執(zhí)行S176自動光纖熔接機(jī)熔接程序

在選擇S176自動光纖熔接機(jī)熔接程序時(shí)，如表1所示，根據(jù)學(xué)院技能培訓(xùn)和中國鐵通陜西分公司的干線光纖施工實(shí)際，選擇單模光纖（SM）的熔接程序以及60mm保護(hù)套管（S921）的加熱器程序。圖2為自動光纖熔接流程圖。它是8個(gè)子程序的聯(lián)合使用，是第四代S176自動光纖熔接機(jī)的核心部分。

表1熔接程序

按下第四代自動光纖熔接機(jī)START鍵（即“”鍵），S176自動光纖熔接機(jī)會自動執(zhí)行全部熔接程序，11秒后完成全部熔接工作。并在顯示屏上顯示熔接時(shí)間、熔接次數(shù)和熔接效果，如圖3所示?？梢钥吹饺劢訒r(shí)間是10：50：55，熔接次數(shù)是第00524次，熔接效果是0.00dB。如果需要暫停熔接動作可再按START鍵，第三次按START鍵時(shí)又可恢復(fù)先前動作，繼續(xù)執(zhí)行熔接程序。若因準(zhǔn)備工作不足或出現(xiàn)故障S176自動光纖熔接機(jī)會中途停止工作，并用紅色字體提示： 左、右光纖找不到或越界； 左、右光纖端面不良。這兩點(diǎn)很關(guān)鍵。左、右光纖找不到或越界是放置光纖的問題，這是一個(gè)極為細(xì)致的工作，要保持周圍環(huán)境清潔，工作人員應(yīng)身著工作服，兩手要保持干凈。步驟如下：

(1)輕輕打開防壓蓋及光纖夾具。

(2)小心翼翼將光纖由上而下放置于光纖夾具及V型溝槽中，并露出2毫米查看光纖端面是否接近于電極棒處，切勿超過兩個(gè)電極棒之中線。

(3)平穩(wěn)放置光纖夾具并固定光纖聽到發(fā)悶聲音“砰”（左右端動作相同）。

(4)輕輕蓋上防壓蓋。

左、右光纖端面不良是光纖端面制做質(zhì)量問題，由被熔光纖尺寸測定程序進(jìn)行測試，如果不合格必須重新進(jìn)行光纖端面處理。

圖2 計(jì)算機(jī)控制下的光纖熔接機(jī)流程圖

圖3熔接完成

4.熔接質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與分析

光纖熔接質(zhì)量主要體現(xiàn)在光纖接頭損耗上，表2是2007年下半年使用S176自動光纖熔接機(jī)在學(xué)院內(nèi)部科研、實(shí)訓(xùn)以及在中國鐵通陜西分公司通信施工現(xiàn)場熔接單模光纖1567次的光纖接頭損耗質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。光纖接頭損耗在0.02dB及以下為優(yōu)，計(jì)1367次占87.2％；光纖接頭損耗在0.05dB及以下為良，計(jì)172次占11％；光纖接頭損耗在0.05dB以上為差，包括熔接失敗、斷纖計(jì)28次占1.8％?？梢钥闯龅谒拇詣庸饫w熔接機(jī)具有很高的科技含量，很小的光纖接頭損耗。以上數(shù)據(jù)是自動光纖熔接機(jī)的推定損耗，通過數(shù)據(jù)接口將所有光纖熔接資料傳送到管理中心數(shù)據(jù)庫。在光纖通信技術(shù)中通常采用設(shè)在測試中心的光時(shí)域反射儀（OTDR）對光纖接頭損耗進(jìn)行遠(yuǎn)程測試，由光時(shí)域反射儀（OTDR）的測試結(jié)果最終確定光纖熔接質(zhì)量。

表2 熔接質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

三、計(jì)算機(jī)技術(shù)在中外光纖熔接機(jī)中的應(yīng)用之比較

第四代自動光纖熔接機(jī)在科研單位、大專院校和施工現(xiàn)場使用比較廣泛。學(xué)院光纖實(shí)訓(xùn)基地和中國鐵通陜西分公司常用的第四代自動光纖熔接機(jī)主要有中國生產(chǎn)依愛AV6491A、日本生產(chǎn)古河S175、古河S176、古河S177。它們都具有計(jì)算機(jī)圖形操作界面，分別是LINUX、LINUX、LINUX和Windows；自動光纖熔接時(shí)間越來越短，從20秒、17秒、11秒到5秒；存儲的光纖熔接數(shù)據(jù)越來越多，分別是100組、400組、2000組和2000組；光纖熔接損耗越來越小，分別是SM0.03dB、SM0.02dB、 SM0.02dB、 SM0.02dB；屏幕顯示分別是5英寸單屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大264倍、5英寸雙屏光纖圖像放大608倍；數(shù)據(jù)接口分別是BNC、RS232C、RS232C、USB1.1；光纖端面分辨率相同，都是傾斜角＜0.5度；適用光纖都一樣G.651—G.655。可以看出國產(chǎn)第四代自動光纖熔接機(jī)和進(jìn)口第四代自動光纖熔接機(jī)從技術(shù)水平上、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用上有一定的差距，在使用上差別不大，在價(jià)格上卻有很大的優(yōu)勢只有進(jìn)口機(jī)的二分之一。

四、結(jié)束語

第四代光纖熔接機(jī)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，在光纖熔接中顯示出很高的自動化水平，目前國內(nèi)外機(jī)型的光纖熔接損耗已經(jīng)很小。光纖熔接的質(zhì)量優(yōu)良率雖然超過90％，但仍有兩個(gè)問題沒有得到完全解決。第一是光纖端面的處理，使用自動光纖切割器切割光纖也受到操作人員的技術(shù)影響，不能保證百分之百的合格。通過光纖尺寸測定程序進(jìn)行測試之后，對不合格的光纖端面要重新進(jìn)行處理。第二是人工放置光纖，由于光纖細(xì)如發(fā)絲在Z軸上幾十微米的偏差就會導(dǎo)致光纖找不到或越界。不久的將來隨著第五代全自動光纖熔接機(jī)的投入市場，計(jì)算機(jī)技術(shù)會在光纖熔接中應(yīng)用的更加完善，以上兩個(gè)問題必定迎刃而解。另外使用大型計(jì)算機(jī)對光纖熔接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和引入人工智能技術(shù)使光纖熔接實(shí)現(xiàn)人性化智能化指日可待。再通過OTDR實(shí)現(xiàn)光纖熔接遠(yuǎn)程測試就會使光纖熔接速度更快，損耗更小，質(zhì)量更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]李伯成等.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.5 302—303

[2]黃甘洲等.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.11 30

[3]張克宇等.通信光纜線路維護(hù)與施工［M］.北京：中國鐵道出版社，2001 66-68

[4]王 津等:計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.7143--148

[5]胡 慶 張德民 劉世春:通信光纜與電纜工程[M].北京：人民郵電出版社，2005.2 124--129

[6]美國Joseph C.Paiais著.王江平，劉 杰，聞傳花等譯. 光纖通信［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.1 19--26

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