光纤光缆敷设中的关键技术研究重点讲义

1、 光纤光缆敷设中的关键技术研究目 录1.概述-12.光缆的简介-22.1缆芯-22.2护套-22.3光纤结构和类型-32.3.1光纤结构-32.3.2光纤类型-42.4光纤传输原理-43.影响光纤熔接损耗的主要因素-73.1本征因素-73.2非本征因素-73.3其他因素-84.光纤接续-94.1光纤涂覆层的剥除-94.2裸纤的清洁-104.3裸纤的切割-114.4光纤熔接-144.5盘纤-165.光缆线路施工-175.1光缆线路路由复测-175.1.2路由复测的原则-175.1.3 路由复测的工作内容-175.2光缆的单盘检验与配盘-185.2.1光缆的单盘检验-185.2.2光缆配盘-195

2、.3光缆接续、测试。-205.3.1光缆的接续-205.3.2光缆测试-205.4直埋线路工程施工技术-215.4.1 挖填光缆沟-215.4.2直埋光缆敷设安装及保护-225.4.3光缆线路标石的埋设-235.4.4光缆线路对地绝缘-232010年科技攻关项目1.概述为适应长庆油田“大油田管理、大规模建设”的发展思路，数字化管理在长庆各油气区应运而生，并得到了公司领导的高度关注。经过多年的建设，长庆油田已经建成一定规模的光缆通信系统，基本覆盖到各厂前线指挥部、大站、大库,信息化方面得到了广泛的应用。光缆通信系统组成中光缆光纤的熔接是影响整个厂站通讯线路质量的重要环节，本文针对在乌审旗第三处理

3、厂所进行的光纤熔接工作中容易出现的问题及解决办法进行了简单的总结，并对光缆及光纤的结构进行了简单的介绍，希望对提高光纤熔接的质量和效率有所帮助。252.光缆的结构 苏里格第三天然气处理厂主要采用光缆的型号为GYTA53-4B1和GYTA53-12B1（12芯松套层绞式加强铠装单模光缆）此种光缆一般由缆芯和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。基本形式有：1）层绞式：把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。 2）骨架式：把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。3）中心束管式：把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中， 加强件配置在套管周围而构成。4）带状式：把带状光纤

4、单元放入大套管内， 形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内， 形成骨架式或层绞式结构。2.1缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分。被覆光纤是光缆的核心，决定着光缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用，通常处在缆芯中心，有时配置在护套中。2.2护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和铝带或钢带构成。图2.1光缆剖面图图2.2光缆抛面图2.3光纤结构和类型2.3.1 光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更

5、低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。 图2.3光纤抛面图2.3.2光纤类型光纤种类很多，高纯度石英光纤是油田厂站常用的一种，这里只讨论作为信息传输波导用的由高纯度石英（SiO2）制成的光纤。2.4 光纤传输原理 为简便起见，以光纤的交轴(子午)光线为例，讨论光纤的传输条件。 设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致， 如图2.4。 光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤芯(n0<n1)，折射角为1，折射后的光线在

6、纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度1入射到包层(n1>n2)。 图 2.4光纤的光线传播原理 改变角度，不同相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。 根据全反射原理， 存在一个临界角c。 当<c时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯， 并以折线的形状向前传播，如光线1。根据斯奈尔定 律得到 n0sin=n1sin1=n1cos1 (2.1) 当=c时，相应的光线将以c入射到交界面，并沿交界面向前传播(折射角为90°)， 如光线2， 当>c时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失，如光线3。 由此可见，只有在半锥角为c的圆锥内入射的光束才能在光

7、纤中传播。 3.影响光纤熔接损耗的主要因素根据第三处理厂光纤熔接本人总结出影响光纤熔接损耗的因素大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类。3.1本征因素它是光纤自身因素，主要有4点：A光纤模场直径不一致；B2根光纤芯径失配；C纤芯截面不圆；D纤芯与包层同心度不佳。其中光纤模场直径不一致影响最大。 3.2非本征因素其次影响光纤接续损耗的非本征因素，即接续技术。是关系到整条光缆通信质量的重要因素。a.轴心错位单模光纤纤芯很细，2根对接光纤轴心错位会影响接续损耗。当错位1.2m时，接续损耗达0.5 dB。b.轴心倾斜当光纤断面倾斜1°时，约产生0.6 dB的接续损耗，如果要求接续损耗0.1

8、dB，则单模光纤的倾角应0.3°。c.端面分离如果活动连接器的连接不好，很容易产生端面分离，造成连接损耗较大。当熔接机放电电压较低时，或者放电时间过短时，也容易产生端面分离，或者接续表面不平整。d.端面质量光纤端面的平整度差时也会产生损耗，甚至气泡。e.光纤物理变形光纤是柔软的，可以弯曲，可是弯曲到一定程度后，光纤虽然可以导光，但会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生损耗。3.3其他因素的影响接续人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等均会影响熔接损耗值。4.

9、光纤接续光纤接续努力降低光纤接头处的熔接损耗，则可增大光纤中继放大传输距离和提高光纤链路的衰减裕量。光纤端面的制备是影响光纤接续质量的最直接的环节，断面的合格与否直接决定了接头损耗的指标。4.1光纤涂覆层的剥除在实际操作中我结合“平、稳、快”的三字剥纤法使剥纤更加快捷并且不易损伤光纤。持纤要“平”。左手拇指和食指捏紧光纤，使之成水平状，所露长度以5cm为准，余纤在无名指、小拇指之间自然打弯，以增加力度，防止打滑。剥纤钳要握得“稳”。剥纤要“快”，剥纤钳应与光纤垂直，上方向内倾斜一定角度，然后用钳口轻轻卡住光纤右手，随之用力，顺光纤轴向平推出去。整个过程要自然流畅，一气呵成。有时在施工时马克钳用

10、力过大或者用力太小都不能完全剥除光纤表面的涂覆层或者造成光纤损伤（如图4.1），使劲过大过猛还会拉断光纤。对于未完全清楚干净涂覆层的光线接续后将直接影响接续质量，针对此类光纤就必须要返工。因此，我也套用一句话就是胆大心细，用来形容剥纤。只有这样剥纤才能又快又好。 图4.1左侧的光纤为未完全清楚干净涂覆层的光纤4.2裸纤的清洁在裸纤清洁时使用优质医用脱酯棉和工业用优质无水乙醇。应两次清洁，即剥纤前对所有光纤用干棉捋擦，并用酒精棉对尾纤5-6cm处重点清洁；剥纤后，将棉花撕成层面平整的扇形小块，洒少许酒精，折成“V”形，夹住已剥覆的光纤，顺光纤轴向轻轻擦拭，力度不益过大，以免力度过大捏断裸纤，力争

11、一次成功，一块棉花使用2-3次后要及时更换，这样既可提高棉花的利用率，又防止了裸纤的两次污染。三是注意与切、熔操作的衔接，清洁后勿久置空气中，谨防二次污染。一般光纤在清洁后光纤的端面就不能再碰任何东西了，直接放到光纤切割刀的V型槽里，以免粘到灰尘和杂物，在刮风的天气里施工时还应当采取防风措施，防止大风将灰尘吹到处理好的光纤上。（如图4.2）图中两根光纤均没有清洁干净，并且很明显都粘有灰尘会造成接续的质量下降，损耗增大。图4.2布满灰尘的光纤4.3裸纤的切割切割是光纤端面制备中最为关键的步骤。操作规范以手动为例，光纤的放置，应讲究“前抵后掀、先进后撤”，即手持光纤，稍超前刻度要求平放导槽中，后部

12、稍向上抬起，使光纤前半部紧抵导槽底部，然后向后撤至要求刻度，从而确保光纤吻合“V”导槽并与刀刃垂直。切割时，动作要自然、平稳、勿重、勿急，避免断纤、斜角、毛刺、裂痕等不良端面的产生。并同时注意洁、切、熔协调配合，整个操作过程中放、夹、盖、推、压、掀、取、传，一套动作应有行云流水般的和谐流畅。另外，谨防污染，已制备的端面切勿放在空气中，移动时要轻拿轻放，防止与其它物件擦踫。裸纤的清洁、切割和熔接的时间应紧密衔接，不可间隔过长，特别是已制备的端面切勿放在空气中。移动时要轻拿轻放，防止与其它物件擦碰。在接续中，应根据环境，对切刀如图:4.3 V形槽、压板、刀刃进行清洁，谨防端面污染。在已经清洁好的光

13、纤放入V型槽时，应尽量使端面不接触到切割刀的任何部位，防止受到污染，同时在合盖板时要保持动作的轻巧，有时由于盒盖用力过猛，金属的盖片会“砸”伤光纤，前面的努力都将白费，推刀时也应做到轻巧，不可犹豫不决，也不能使出蛮力。图4.3切刀切割刀的工作步骤：1刀片在光纤表面迅速划过2留下浅痕，连锁压块下压3光纤被“压断”由于刀片的结构决定了切割时，刀片时是在光纤表面迅速的划过留下很浅的伤口，再由连锁压块把光纤压断的，而非直接切断，因此过慢会造成划痕太浅或没有，太快会造成光纤端面不整齐的现象出现这样的瑕疵都使得下一道工序熔接无法进行。图4.4良好的端面下面例举了几种常见的不良端面 ： 切割后最常见的不良端

14、面，出现这种情况是由于推刀过快所致图4.5左侧的光线端面有缺陷图4.6左侧的光纤明显呈斜面就是由于光纤在“V”导槽内未与刀刃垂直所致4.4光纤熔接光纤熔接是接续工作的中心环节，熔接前，根据光纤的材料和类型，设置好最佳预熔主熔电流和时间及光纤送入量等关键参数。熔接机具有X、Y、Z三维图像处理技术和自动调整功能，可对欲熔接光纤进行端面检测、位置设定和光纤对准（多模以包层对准，单模以纤芯对准）。图4.7良好的接续熔接过程中还应及时清洁熔接机V形槽、电极、物镜、熔接室等，随时观察熔接中有无气泡、过细、过粗、虚熔、分离等不良现象。图4.8虚熔现象，由于放电时间不足导致接续不充分，就要去除这段纤，重新剥纤

15、，洗纤，切割，熔接，费时费力。图4.9虚熔现象，显而易见纤芯有错位，同时损耗达到了0.18dB，已经超出了允许损耗0.08dB的要求，因此，此次熔接是一次失败的接续。如果多次出现虚熔现象，应检查熔接的2根光纤的材料、型号是否匹配，切刀和熔接机是否被灰尘污染，并检查电极氧化状况，若均无问题，则应适当提高熔接电流，光纤熔接完等测试接头损耗合格后必须的对接续位置进行加强保护提高其机械强度。醋酸乙烯（EVA）内管熔化，聚乙烯管收缩后紧套在接续好的光纤上。由于此管内有一根不锈钢棒，不仅增加了抗拉强度（承受拉力为1 0002 300 g）。4.5盘纤盘纤使得接续后的光纤布局合理、附加损耗变小、经得住时间和

16、恶劣环境的考验，且可避免挤压造成的断纤现象。盘纤时先中间后两边，即先将热缩后的套管逐个放置于固定槽中，然后再处理两侧余纤，如个别光纤过长或过短时，可将其放在最后单独盘绕。在以往的施工中有过接头和裸纤挤压的现象，所以封盒前应当对所有光纤进行检查，以查明有无漏接和光纤预留盘间对光纤及接头有无挤压。5.光缆线路施工5.1光缆线路路由复测1根据设计核定光缆路由走向及敷设方式、敷设位置、环境条件及配套设施（包括中继站站址）的安装地点；2核定丈量各种敷设方式的地面距离，核定光缆穿越铁路、公路、河流、湖泊及大型水渠、地下管线以及其他障碍物的具体位置及技术措施；3核定三防（防机械损伤、防雷、防白蚁）地段的长度

17、、措施及实施的可能性；4核定沟坎保护的地点和数量；5核定管道光缆占用管孔位置；6根据环境条件，初步确定接头位置；为光缆的配盘、光缆分屯及敷设提供必要的数据资料；7修改、补充施工图。 5.1.2路由复测的原则复测时应严格按照经批准的施工图设计进行；如遇特殊情况或由于现场条件发生变化等其他原因，必须变更施工图设计选定的路由方案或需要进行较大范围变动时应与设计、建设（或监理）单位协商确定并按建设程序办理变更手续。5.1.3 路由复测的工作内容路由复测由施工单位组织，监理、建设（维护）和设计单位人员参加。实施过程中完成定线、测距、打标桩、划线。绘图、登记等工作。绘图时应核实复测的路由与设计施工图有无差

18、异，路由变动部分应按施工图的比例绘出路由位置及路由两侧50M以内的地形和主要建筑物。绘出“三防”设施位置、保护措施、具体长度等。穿越较大的障碍物时，如位置变更应测绘出新的断面图。登记工作主要包括沿路由统计各测量点累计长度、局站位置、沿线土质、河流、渠塘、公路、铁路、树林、经济作物、通信设施和沟坎加固等范围、长度和累计数量。同时记录光缆运输、施工车辆进入通路的资料。5.2光缆的单盘检验与配盘5.2.1光缆的单盘检验单盘光缆检验应在光缆运达现场分屯点后进行。主要进行外观检查和光特性测试。1、外观检查：检查光缆盘有无变形，护板有无损伤，请供应单位,监理单位，业主单位一起开盘检查。开盘后先检查光缆外表

19、有无损伤；对经过检验的光缆应做记录，并在缆盘上做好标识。2、光缆的光电性能检验：光缆的光电特性检验包括光缆长度的复测、光缆单盘损耗测量、光纤后向散射信号曲线观察和光缆护层的绝缘检查等内容。（1）光缆长度复测100%抽样，一般规定厂家出厂长度只允许正偏差，当发现负偏差时应重点测量，以得出光缆的实际长度。（2）光缆单盘损耗用后向散射法（OTDR法）测试，应加12Km标准光纤（尾纤），以消除OTDR的盲区，作好记录。（3）光纤后向散射信号曲线观察判断光缆在成缆或运输过程中是否被压伤、断裂或轻微裂伤，同时还观察光纤岁长度的损耗是否均匀，光纤是否存在缺陷。（4）对缆盘的包装、光缆的外护层进行目视检查。5

20、.2.2光缆配盘1.光缆配盘要求精致准确。光缆配盘要在路由复测和单盘检验后，敷设之前进行；配盘应以整个工程统一考虑，以一个中继段为配置单元。靠局站侧的单盘光缆长度一般不少于1Km，并应选配光纤参数好的光缆；按规定预留长度，避免浪费，单盘长度应选配合理，尽量做到整盘配置，减少接头。2.配盘时应考虑光缆接头点尽量安排在地势平坦、稳固和无水地带；管道光缆接头应尽量避开交通道口；埋式与管道交界处的接头，应安排在人（手）孔内；架空光缆接头尽可能安排在杆旁或杆上。3.光缆端别按顺序配置，一般不得倒置。分支光缆的端别应服从主干光缆的端别。4.光缆配盘时，如在中继段内有水线防护要求的特殊类型光缆应先确定其位置

21、，然后从特殊光缆接头点向两端配光缆5.3光缆接续、测试。5.3.1光缆的接续1.光缆接续的内容包括：光纤接续、金属护层和加强芯连接或引出、接头护套的密封及检测线的引出安装。光缆接续前应核对光缆端别、光纤纤序并对端别及光纤纤序作识别标志；光纤接续固定接头应采用熔接法，活动接头应采用成品光纤连接器。2.光纤接续时现场应采取OTDR监测光纤连接质量，并及时作好光纤接续损耗和光纤长度记录；光纤接头损耗应达到设计规定值：单纤平均接头损耗0.08dB；直埋光缆接续前后应测量光缆金属护层对地绝缘，以确认单盘光缆的外护层是否完好和接头盒安装密封良好；光缆加强芯在接头盒内必须固定牢固，金属构件在接头处一般呈电气

22、断开；光纤预留在接头盒内应保证足够的盘绕半径，盘绕曲率半径应30mm，并无挤压、松动。5.3.2光缆测试光缆测试包括单盘光缆测试、光缆接续现场监测及光缆中继段测试。1.光纤连接损耗的现场监测在实际工程中普遍用OTDR监测法。该方法在精确测量接头损耗的同时，还能测试光纤单位长度损耗、测试光纤长度，观测被接光纤是否出现损伤和断纤。2.光缆中继段测试内容包括中继段光纤线路衰减系数及传输长度、光纤通道总衰减、光纤后向散射曲线、偏振模色散（PMD）和光缆对地绝缘。5.4直埋线路工程施工技术5.4.1 挖填光缆沟1.直埋光缆与其他建筑设施间的最小距离应满足设计要求及验收规范规定。2.光缆沟的截面尺寸应按设

23、计施工图要求，其沟底宽度随光缆数目而变，一般为12条光缆，沟底宽度为300mm，上宽为600mm；敷设3条以上光缆时，应按设计施工图加宽沟底。3.光缆埋深应符合设计要求及长途通信光缆线路工程验收规范（TD 5021-2005）规定。4.光缆沟的质量要求为五个字：直、弧、深、平、宽。5.光缆沟回填土要求先回填30cm厚的碎土或细土，并应人工踏平。石质沟应在敷设前后铺10cm厚碎土或细土；待安装完其他配套设施（排流线、红砖、盖板等）后，再继续回填土，每回填30cm应人工踏平一次；第一次回填时，严禁用铁锹、镐等锐利工具接触光缆，以免损伤光缆；回填土应高出地面1015cm；农田内下层多石质的缆沟，其耕

24、作层应回填土。5.4.2直埋光缆敷设安装及保护1.同沟敷设的光缆不得重叠交叉，缆间的平行距离不应小于100mm；布放光缆防止在地上拖放，特别是在山区、丘陵、石质地带，防止光缆外护层摩擦破损；保证光缆全部贴到沟底，不得有背扣；光缆在各类管材中穿放时，管材内径应不小于光缆外径的1.5倍。2.穿越允许开挖路面的公路或乡村大道时，采用钢管或塑料管保护；穿越有动土可能的机耕路时，采用铺红砖或水泥盖板保护；通过村镇等动土可能性较大的地段时，可采用大长塑料管、铺红砖或水泥盖板保护；穿越有疏浚和拓宽规划或挖泥可能的沟渠、水塘时，可采用半硬塑料管保护，并在上方覆盖水泥盖板或水泥砂浆袋。3.光缆线路在下列地点应采

25、取保护措施：（1）高低差在0.8m及以上的沟坎处，设置护坎保护。（2）穿越或沿靠山涧、溪流等易受水流冲刷的地段，应设置漫水坡、挡土墙。（3）光缆敷设在坡度大于20°，坡长大于30m的坡地，宜采用“S”形敷设。（4）光缆在桥上敷设时，应考虑机械损伤、振动和环境温度的影响，并采用钢管或塑料管等保护措施。（5）当光缆线路无法避开雷暴严重地域时，应采用消弧线、避雷针、排流线等防雷措施。（6）光缆离电杆拉线较近时应穿放不小于20cm的塑料管保护。5.4.3光缆线路标石的埋设埋设光缆标石地点：光缆接头、转弯点、预留处；穿越障碍物或直线段落较长，利用前后两个标石或其他参照物寻找光缆有困难的地方；敷

26、设防雷线、同沟敷设光、电缆的起止点；需要埋设标石的其他地点。5.4.4光缆线路对地绝缘1.直埋光缆线路对地绝缘测试，应在光缆埋设并接续后进行。光缆线路对地绝缘监测装置与光缆的金属护层、金属加强芯及接头盒进水检测电极相连。2直埋光缆线路对地绝缘电阻测试，应根据被测试对地绝缘电阻值的范围，按仪表量程确定使用高阻仪或兆欧表。3.绝缘电阻的测试，应避免在相对湿度大于80%的条件下进行。4.测试仪表引线的绝缘强度应满足测试要求，且长度不得超过2m。5.对地绝缘监测装置的连接方式符合设计要求。6.埋设后的单盘直埋光缆，金属外护层对地绝缘电阻竣工验收指标不低于10MKm，其中10%的单盘光缆不低于2M。7.埋设后的单盘直埋光缆，金属外护层对地绝缘电阻维护指标应不低于2M。 光缆日