光纖通信項目硬件施工中的先進(jìn)工具與技術(shù)應(yīng)用

摘要：針對光纖通信項目硬件施工中的技術(shù)挑戰(zhàn)，文章系統(tǒng)研究了新型施工工具的應(yīng)用效果，通過實驗對比分析了智能熔接機(jī)、高精度光時域反射儀、自動光纜牽引機(jī)等先進(jìn)施工工具的性能指標(biāo)。實驗數(shù)據(jù)顯示，新型工具的應(yīng)用使光纖熔接損耗降低40%，接頭合格率提升至99.5%，施工效率提高35%。在光纜敷設(shè)過程中，自動光纜牽引機(jī)將傳統(tǒng)人工施工效率提升3倍，同時降低了光纜損傷率。研究結(jié)果表明，先進(jìn)施工工具的規(guī)范化應(yīng)用對提升光纖通信工程施工質(zhì)量具有重要價值。

關(guān)鍵詞：光纖通信；硬件施工；智能熔接；光纜敷設(shè)；施工工具；質(zhì)量控制

中圖分類號：TN91" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和施工難度的提升對施工工具提出了更高要求。傳統(tǒng)手工操作工具在精度、效率和可靠性方面已顯示諸多局限性，難以滿足現(xiàn)代光纖通信工程的施工需求。特別是在復(fù)雜環(huán)境下的光纜敷設(shè)、精密光纖熔接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工質(zhì)量嚴(yán)重依賴于工具的性能和施工人員的操作水平。引入新型專業(yè)施工工具不僅能提升施工質(zhì)量和效率，還能降低人為因素造成的質(zhì)量波動。本文通過對先進(jìn)工具的研究和應(yīng)用，以期探索提升光纖通信硬件施工水平的有效途徑。

1 光纖通信硬件施工關(guān)鍵技術(shù)

光纖通信硬件施工關(guān)鍵技術(shù)涵蓋3個核心領(lǐng)域：施工工具優(yōu)化、質(zhì)量控制和技術(shù)升級路徑。在施工工具優(yōu)化方向上，微型化設(shè)計技術(shù)使工具體積減小30%，重量降低25%，采用復(fù)合材料技術(shù)使工具強(qiáng)度提升40%。質(zhì)量控制要素分析顯示，高精度光纖切割技術(shù)將端面角度控制在89°±0.5°范圍內(nèi)，熔接對準(zhǔn)技術(shù)通過數(shù)字圖像處理算法使纖芯偏差控制在0.5μm以內(nèi)^［1］。工具升級技術(shù)路徑重點針對智能化和自動化，運用機(jī)器視覺技術(shù)實現(xiàn)光纖端面自動檢測，深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化熔接參數(shù)，自動調(diào)節(jié)放電電流范圍為5～20mA。集成化設(shè)計技術(shù)將測試功能模塊化，使單個工具可完成多項檢測任務(wù)，檢測精度達(dá)到±0.02 dB。

2 先進(jìn)施工工具的技術(shù)特征

2.1 智能熔接設(shè)備技術(shù)

X86型智能熔接機(jī)采用雙V槽對準(zhǔn)技術(shù)，通過CCD圖像傳感器實現(xiàn)三軸自動對準(zhǔn)，對準(zhǔn)精度達(dá)0.02μm。放電系統(tǒng)采用數(shù)字控制技術(shù)，放電電流穩(wěn)定性為±1%，熔接損耗控制在0.02 dB以下^［2］。內(nèi)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對纖芯進(jìn)行實時分析，自動優(yōu)化熔接參數(shù)，使熔接時間縮短至6 s。搭載4.3寸高清觸控屏，配備2000 mAh鋰電池，可連續(xù)工作8 h。防塵防水等級達(dá)IP52，工作溫度范圍-10～50℃，重量控制在1.5 kg以內(nèi)。內(nèi)置加熱爐采用紅外加熱技術(shù)，熱縮管加熱時間28 s，溫度均勻性±5 ℃。圖像處理系統(tǒng)支持320倍放大，顯示纖芯直徑125±1μm，通過USB接口連接PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。熔接機(jī)標(biāo)配進(jìn)口鎢絲電極，壽命達(dá)3000次以上，配備自動除塵系統(tǒng)保證端面清潔度。

2.2 光纜敷設(shè)專用工具

KX-800光纜牽引機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，最大牽引力達(dá)8 kN，牽引速度0～40 m/min可調(diào)。張力監(jiān)控系統(tǒng)利用應(yīng)變傳感器實時檢測牽引力，精度為±2%，超限自動報警并停機(jī)^［3］。導(dǎo)向滑輪采用碳纖維復(fù)合材料，重量較傳統(tǒng)金屬滑輪降低40%。智能收放系統(tǒng)通過PLC控制，實現(xiàn)恒張力收放，張力波動范圍控制在±5%。防扭轉(zhuǎn)裝置采用多級軸承結(jié)構(gòu)，有效防止光纜扭曲變形，最小彎曲半徑200 mm。牽引機(jī)底座采用高強(qiáng)度鋁合金材料，整機(jī)重量控制在45 kg。驅(qū)動電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，啟動電流≤5 A，具備過載保護(hù)功能。電控系統(tǒng)采用7寸工業(yè)觸摸屏，可存儲100組牽引參數(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。導(dǎo)向系統(tǒng)采用聚氨酯包覆輪，確保光纜表皮不受損傷。

2.3 測試檢測儀器裝備

TR-600光時域反射儀采用APD光電探測器，動態(tài)范圍達(dá)45 dB，盲區(qū)小于1 m。脈沖寬度8 ns～20 μs可調(diào)，采樣分辨率0.05 m，距離測量精度±0.5 m。搭載雙核處理器，事件分析時間小于15 s，可識別反射事件0.01 dB，衰減事件0.02 dB。內(nèi)置GPS定位模塊，定位精度3 m，支持云端數(shù)據(jù)存儲與分析^［4］。波長覆蓋1310 nm/1550 nm，配備5寸高清顯示屏，續(xù)航時間12 h。測試系統(tǒng)采用WindowsCE操作平臺，內(nèi)置32 GB存儲空間，支持USB傳輸。光纖端面檢測功能可實現(xiàn)自動對焦，放大倍數(shù)400倍，分辨率0.5μm。內(nèi)置鋰電池容量7800 mAh，支持快速充電技術(shù)。儀器外殼采用碳纖維材料，整機(jī)重量2.3 kg，防護(hù)等級IP54。

2.4 輔助施工工具系統(tǒng)

MG-200光纜布放輔助系統(tǒng)集成張力監(jiān)測、位置定位、環(huán)境感知功能。張力監(jiān)測模塊采用高精度應(yīng)變片，測量范圍0～2000 N，精度±0.5%。GPS定位模塊實時跟蹤施工位置，誤差小于5 m。環(huán)境監(jiān)測單元可測量溫度-20～60 ℃、濕度0～95%RH。數(shù)據(jù)采集頻率100 Hz，通過4G網(wǎng)絡(luò)實時上傳云平臺^［5］。管道探測儀采用電磁感應(yīng)技術(shù)，探測深度達(dá)3 m，定位精度±10 cm，防護(hù)等級IP65。配備便攜式顯示終端，續(xù)航時間10 h。系統(tǒng)配套光纜敷設(shè)張力計，采用S型傳感器，測量范圍0～5000 N，精度0.1%FS。管道內(nèi)壁測繪儀采用激光掃描技術(shù)，測量精度0.1 mm，掃描速度120點/s。布放軌跡記錄儀支持雙模定位，精度亞米級，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出。

3 工具應(yīng)用效果實驗研究

3.1 實驗方案設(shè)計

本實驗在市政光纜敷設(shè)工程中進(jìn)行，選取總長度15 km的光纜線路作為測試區(qū)段，分別在地下管道、架空和直埋3種環(huán)境下設(shè)置測試點。測試工具包括X86智能熔接機(jī)、KX-800光纜牽引機(jī)、TR-600光時域反射儀等設(shè)備。實驗分3組進(jìn)行對比：傳統(tǒng)工具組、新型工具組和智能化工具組。每組設(shè)置50個熔接測試點、30處光纜敷設(shè)測試段、20個測試檢測點。環(huán)境溫度控制在-10～40℃范圍內(nèi)，相對濕度35%～85%。實驗持續(xù)周期90天，分別在早、中、晚3個時段采集數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的全面性和代表性。測試內(nèi)容包括熔接質(zhì)量、敷設(shè)張力、光纖衰減等16項技術(shù)指標(biāo)。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理

本文采用MG-200光纜布放輔助系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器采樣頻率設(shè)置為100 Hz，張力數(shù)據(jù)精度±0.5%，位置數(shù)據(jù)精度小于5 m。在每個測試點安裝光功率計和應(yīng)變傳感器，通過4G網(wǎng)絡(luò)實時上傳數(shù)據(jù)至云平臺。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波處理，采用5階巴特沃斯濾波器，截止頻率50 Hz。數(shù)據(jù)分析使用MATLAB R2023a軟件，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識別異常數(shù)據(jù)點。實驗過程中采集熔接損耗數(shù)據(jù)3000組，光纜敷設(shè)張力數(shù)據(jù)15000組，光纖衰減數(shù)據(jù)2000組。數(shù)據(jù)存儲采用分布式數(shù)據(jù)庫，單個數(shù)據(jù)包大小控制在2 MB以內(nèi)，總數(shù)據(jù)量達(dá)到280 GB。

3.3 性能指標(biāo)評估

3組實驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明，新型工具組熔接平均損耗為0.02 dB，比傳統(tǒng)工具組降低40%；熔接時間縮短至6 s，效率提升35%。光纜敷設(shè)張力波動范圍控制在±5%以內(nèi)，優(yōu)于傳統(tǒng)工具組的±12%。智能化工具組故障定位準(zhǔn)確率達(dá)98%，響應(yīng)時間小于30 s。測試檢測效率提升2.8倍，漏檢率降低至0.01%。在極端環(huán)境下，設(shè)備穩(wěn)定性提升45%，維護(hù)成本降低38%。光纖衰減均值0.185 dB/km，比傳統(tǒng)工具組降低0.021 dB/km。整體施工質(zhì)量合格率從92%提升至99.5%，設(shè)備故障率降低65%，平均無故障運行時間延長至1200 h。

4 工程實踐與應(yīng)用分析

4.1 地下光纜施工應(yīng)用

地下光纜施工采用KX-800光纜牽引機(jī)執(zhí)行敷設(shè)作業(yè)，最大牽引力5000 N，實際施工控制在2800 N以內(nèi)，速度范圍0～35 m/min可調(diào)。牽引過程采用張力實時監(jiān)測，精度±1.8%，超限自動報警并停機(jī)。TR-600光時域反射儀進(jìn)行全程監(jiān)測，測試點間隔50 m，光纖衰減控制在0.182 dB/km以內(nèi)。施工點位通過北斗定位系統(tǒng)標(biāo)記，定位精度1.5 m。MG-200輔助系統(tǒng)監(jiān)控管道內(nèi)溫度和濕度，溫度控制在21～26 ℃，濕度65%～75%。光纜熔接采用X86熔接機(jī)，熔接損耗控制在0.019 dB以內(nèi)，熔接時間平均5.8 s/對。施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)要求損耗不超過0.025 dB，定位誤差小于2 m，溫濕度波動范圍±5%以內(nèi)。

4.2 高層建筑光纖布放

布放設(shè)備包括智能張力控制裝置、收纖裝置和測試系統(tǒng)。張力控制范圍0～1000 N，實際施工設(shè)定600 N，波動控制在±5%。垂直管道直徑75～110 mm，光纜布放速度0.8 m/s，彎曲半徑監(jiān)測閾值220 mm。采用高精度光功率計測試光纖衰減，控制在0.186 dB/km以內(nèi)。熔接工藝采用X86熔接機(jī)，熔接環(huán)境溫度24℃±2℃，平均損耗0.018 dB。布線定位采用激光測距技術(shù)，垂直偏差5 mm以內(nèi)。轉(zhuǎn)角處采用定制保護(hù)套管，材質(zhì)為加強(qiáng)型PVC，耐壓等級達(dá)4MPa。

4.3 應(yīng)急搶修典型案例

光纜應(yīng)急搶修采用TR-600故障定位儀進(jìn)行定位，支持全程測量范圍100km，定位精度±0.8 m。便攜式工具箱配置智能熔接機(jī)、應(yīng)急光源和光功率計，總重量控制在15 kg以內(nèi)。施工環(huán)境溫度要求不低于15 ℃，采用專業(yè)加熱裝置調(diào)節(jié)。切割工具精度控制端面角度在89°±0.3°，熔接機(jī)放電電流范圍10～15 mA，熔接時間控制在6.2 s內(nèi)。熱縮管保護(hù)采用150 ℃恒溫加熱，收縮均勻度98%。OTDR測試技術(shù)指標(biāo)包括衰減不超過0.189 dB/km，反射率-60 dB以下，搶修后穩(wěn)定運行時間要求720 h無故障。

4.4 技術(shù)推廣建議

培訓(xùn)設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)為：X86熔接機(jī)4臺、TR-600測試儀3臺、MG-200輔助系統(tǒng)2套。培訓(xùn)課時構(gòu)成為設(shè)備操作16學(xué)時、故障處理12學(xué)時、數(shù)據(jù)分析8學(xué)時。實訓(xùn)環(huán)境溫度控制范圍-10～40℃，相對濕度30%～90%。技術(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化為：熔接損耗≤0.025 dB，定位精度≤1 m，數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確率≥95%。設(shè)備管理系統(tǒng)記錄運行參數(shù)，包括使用時長、故障類型、維護(hù)周期等數(shù)據(jù)，設(shè)備利用率要求達(dá)到85%以上，年度培訓(xùn)規(guī)模180人次，保證培訓(xùn)質(zhì)量達(dá)標(biāo)率95%。

5 結(jié)語

本文通過對光纖通信項目硬件施工工具的系統(tǒng)研究和實踐應(yīng)用，驗證了新型施工工具在提升施工質(zhì)量和效率方面的顯著優(yōu)勢。智能熔接機(jī)、自動光纜牽引機(jī)等先進(jìn)工具的應(yīng)用，有效解決了施工過程中的技術(shù)難點。實驗數(shù)據(jù)顯示，采用新型工具后的施工質(zhì)量和效率得到全面提升，經(jīng)濟(jì)效益顯著。這些創(chuàng)新工具的推廣應(yīng)用，為光纖通信工程施工質(zhì)量的提升提供了有力保障。未來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)施工工具的研發(fā)和改進(jìn)，推動光纖通信工程施工向著更加專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。

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（編輯 王雪芬）

Advanced tools and technical applications in hardware construction of optical fiber communication projects

WANG" Qi

（Wuhan Hongxin Technical Service Co.， Ltd.， Wuhan 430205， China）

Abstract： Aiming at the technical challenges in hardware construction of optical fiber communication projects， this study systematically investigated the application effects of new construction tools. Through experimental comparative analysis， the performance indicators of advanced construction tools such as intelligent fusion splicers， highprecision optical time domain reflectometers， and automatic cable pulling machines were evaluated. Experimental data showed that the application of new tools reduced optical fiber fusion loss by 40%， improved joint qualification rate to 99.5%， and increased construction efficiency by 35%. In the process of optical cable laying， automatic cable pulling machines improved traditional manual construction efficiency by 3 times while reducing cable damage rate. The research results indicate that the standardized application of advanced construction tools has significant value in improving the construction quality of optical fiber communication engineering.

Key words： optical fiber communication; hardware construction; intelligent fusion splicing; optical cable laying; construction tools; quality control