改善光纤熔接机性能的三种途径

第７卷第２期

２００７年６月柳州职业技术学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＵＺＨＯＵＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ＆ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＣＯＬＬＥＧＥＶｏｌ．７Ｎｏ．２

Ｊｕｎ．２００７

改善光纤熔接机性能的三种途径

莫徽忠

（广西大学电气工程学院，南宁

摘５３０００４；柳州职业技术学院，广西柳州５４５００６）要：简单定义了光纤熔接机的兼容性、准确性和稳定性，并提出了三种可以改善光纤熔接机性能、提高光纤熔接使用者工作效率、提高光纤接续质量和延长光纤熔接设备的使用寿命的途径。

关键词：光纤熔接机；模场直径；熔接损耗；电极

中图分类号：ＴＰ２３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－１０８４（２００７）０２－００８０－０３

在电子信息快速发展的今天，信息传输的速度越来越快，带宽要求越来越大，促使光纤通信的发展向全光网络步步推进。在这样的发展过程中，光纤接续的质量要求越来越高。现在实现光纤接续的主要方式是用光纤熔接机来实现，使用高性能的全自动光纤熔接机是提高光纤接续的工作效率和光纤接续的质量首要条件，因此改进光纤熔接的性能是生产商和光纤熔接机使用者所共同追求目标。熔接机的性能主要表现在兼容性、准确性和稳定性上，下面对提高光纤熔接机的兼容性、准确性和稳定性的方法进行阐述。

一、采用光纤类型自动识别与Ｌ－ＰＡＳＴＭ侧像投影对准系统提高光纤熔接机的兼容性

光纤熔接机的兼容性是指它能够在保证达到光纤熔接质量标准的情况下，它能对单模光纤、多模光纤、色散位移光纤等不同类型的光纤进行自动识别和实现良好熔接，也能对光纤的端面存在一定误差范围内的光纤进行熔接。

（一）光纤类型自动识别

在光纤熔接前，进行模场直径测量以确定单模光纤类型。用横向偏移法［１］可以对色散位移光纤和标准单模光纤等不同的单模光纤的模场直径进行探测，再通过与内存数据对比确定其光纤类型。当传输功率通过本地注入探测系统测量时，一端光纤横向偏移，光纤的横向偏移量是变化的，如果光纤端面间的距离足够小，场强近似为高斯分布［１］２，如图１所示，其表达示为Ｅ０（ｒ）＝Ｅ０ｅｘｐ［－ｒ／ω０）］

【收稿日期】２００７－０３－１４【修改稿日期】２００７－０５－２０

【作者简介】莫徽忠（１９７０－），男，广西临桂人，柳州职业技术学院电子电气系，讲师，广西大学电气工程学院２００５级硕士

研究生，研究方向：电子通信及其教学研究。

第７卷第２期莫徽忠：改善光纤熔接机性能的三种途径８１采用近场扫描法测量，按照单模光纤模场直径的定义，读出纤芯中场强分布曲线最大值１／ｅ处所对应的宽度，其值为模场直径２ω０，如图２所示。该方法是通常用于测量光斑尺寸（如图３所示），来确定模场直径，对色散位移光纤和标准单模光纤类型探测和识别。

对于多模光纤，如果采用上述的方法进行模场直径的测量，结果通常会是错误地得到１６μｍ至３０μｍ的数值。对于不同尺寸的多模光纤，用加大横向偏移量的横向偏移法来识别。掺饵光纤的模场直径约为常规单模光纤的一半，因此它也是可以用横向偏移法来进行识别。通过光纤类型自动识别选择适当的熔接程序，能最小限度的减少使用者对选择错误带来的影响和提高光纤熔接机的兼容性。

（二）Ｌ－ＰＡＳＴＭ侧像投影对准系统

侧像投影对准系统（如图４）是由同时设置在Ｘ、Ｙ轴两个光路上的两套摄像机采集图像数据来评估光纤端面的图像，采用光纤端面的轮廓对比度进行光纤对准的控制，将图像数字化提供分析，得到光纤位置、端面情况和污染物情况的信息，包括光纤中央的影像、可能的损伤、光纤的偏移以及微小的污染物，进而可以自动补偿较差的光纤切面。目前可兼容的光纤切面角度最大可达２．５°［２］。由于降低光纤熔接机的对端面的要求，因此大大降低了光纤准备的返工率、提高了工作效率、延长了端面制作工具的使用寿命。

二、采用在线损耗测量、高精度的光纤纤芯对准和自动熔接时间控制系统提高光纤熔接机的准确性

光纤熔接机的准确性是在达到较高精度下能准确显示其真实在线熔接损耗测量值，使所显示的损耗值与用ＯＴＤＲ测量得到的损耗值达到较好的一致性。

（一）光纤熔接损耗评估方式的选择

光纤熔接损耗的评估通常有熔接损耗估计法和在线熔接损耗测量两种方法。熔接损耗估计法，它利用图像进行纤芯偏差的分析，特定的参数有纤芯的偏差、纤芯的翘曲度等参数，通过一个经验公式进行计算后得出光纤熔接损耗。该技术无法覆盖全部熔接损耗的机理，它只用了少量的一些参数来进行熔接损耗推算，所以该方法叫熔接损耗估计法。这种方法在采用了错误的参数或实际损耗比较高的时候，通常会导致对熔接损耗过于优化的估计。

本地光注入和探测技术实现双向或单向在线熔接损耗测量。光分时从接头前端被注入进入光纤，然后从接头后端被探测到；从接头后端被注入进入光纤，然后从接头前端被探测到。通常弯曲耦合器是用于提供简便的光纤放入和取出，采用特别的设计优化对光纤的应力和保护光纤不受损伤。熔接损耗可以通过探测到的外部光功率进行定义求出。这种是在线测量的损耗值与ＯＴＤＲ测量的损耗值更为接近。它优于熔接损耗估计法。这也就保证了光纤熔接损耗测量的准确性。

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（二）光纤纤芯对准方式的选择柳州职业技术学院学报２００７年６月

传统的熔接机接续是用纤芯直视法。它通过对光纤Ｘ轴和Ｙ轴方向的错位调整，在轴心错位最小时进行熔接的，整个调整轴心和熔接接续过程中，通过摄像机把探测到所熔接纤芯状态的信息送到熔接机的专用程序中，可以计算出接续后的损耗值。它只能说明光纤轴心对准的程度，并不含有光纤本身的固有特性所影响的损耗，而且通过间接计算的间接对准方式，因此损耗的估计误差较大，现场难以知道接头损耗确切数值的。这种能调整轴心的方法需要复杂、精密的光学系统，因此熔接时间长。

本地光注入系统的直接对准（如图５），它为保证真正精确的芯对芯光纤对准，光纤需要在Ｘ轴、Ｙ轴方向上移动调整位置，使本地注入光功率在本地检测到最大传输功率，通过这种方式就能确保得到最精确的芯对芯光纤对准。该方法过程简便，也非常有效，它不需要复杂、精密的光学系统和任何形式的环境传感器，故采用本地光注入系统直接实现光纤纤芯对准较为合理。

（三）自动熔接时间控制系统

光注入探测系统单元的弯曲耦合器将光从接头的前端注入光纤，并在接续点后端检测它。这不仅提供了可靠的接头损耗的测试，还同时允许在接续过程中监视实际的接头损耗。因此，有可能采用实时处理控制系统，使得到很小的接头损耗。这种系统叫做自动熔接时间控制（ＡＦＣ）系统，它在接头损耗最小时精确地停止熔接进程。这也就保证了熔接损耗的精确度。

三、采用新型电极提高光纤熔接机的稳定性

光纤熔接机的稳定性是在正常的工作条件下，光纤熔接机能达到较长时间下不用对其进行维护而能保证其均能较低的熔接损耗，平均损耗保持相对稳定。

绝大多数常规光纤熔接机都是采用电极间放电所产生的电弧来对光纤加热进行熔接的。实现稳定熔接性能的关键点是熔接过程中稳定的光纤加热。但随着使用中熔接次数的增加，污染物会沉积在电极的端部，这些污染物是熔接过程中的高温使光纤表面的二氧化硅蒸发，一部分蒸发的二氧化硅沉积在电极顶端并随着放电次数的增加而形成一层沉积物。沉积的二氧化硅作为绝缘体在电极表面形成随机分布的低导电区。而电极将保持在高导电区域放电，由于高导电区处于随机间隔的状态，很小的电极放电条件的改变都会导致电弧选择更为合适的位置发生。其结果是电极放电位置的自然变化。这将导致光纤的加热随着时间的推移而变得不稳定，其结果是熔接质量明显下降。

为持续地获得低的接头损耗，必须定期对电极进行维护。但维护电极是一项耗时的工作，它会显著降低降低熔接机的使用效率。由于电极的清洁过程是由人工完成的，这就造成清洁质量很大程度上依赖于操作者本身。尽管有各种不同类型的清洁工具可供使用，仍意味着熔接机的操作者需要针对电极的拆卸，安装，以及清洁进行培训。但即便是最好的培训也难避免操作过程中可能产生的错误，譬如清洁不够，由于误操作而损坏或污染电极尖端，或者清洗后电极安装不正确等。这一切会导致熔接结果甚至比清洗前还糟。

新的带电弧稳定器［３］的电极是通过某种远不如电极表面对污物敏感的装置把电弧发生位置固定。随着电弧放电位置被迫固定，光纤加热相应变得稳定，最后是可持续获得较小的熔接损耗。它与需进行机械清洁的电极完全不同，新的带电弧稳定器的电极是免维护的。熔接机通过自动运用清洁电弧可确保在超过５０００次熔接操作中持续获得低的熔接损耗，与标准电极相比，平均损耗以及标准偏差降低了５０％。这种电极使得熔接机性能的稳定性得到较好的保证。

（下转第９２页）

９２柳州职业技术学院学报２００７年６月候就靠空气源热泵热水机组供热，这样比单纯使用某一种热水器能节省更多的电能。另外，空气源热泵热水机组在制取热水的过程中，不断把周围空气温度降下来，如果利用热回收技术能将这部分冷空气送入房间或作其他用途，便达到了“免费”供冷的目的。

［参考文献］

［１］陈耀宗，姜文源，胡鹤钧，张延灿，张淼．建筑给水排水设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００１．

［２］邵宗义．民用建筑暖通及给排水设计实例［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．

［３］ＧＢ５００１５－２００３，建筑给水排水设计规范［Ｓ］．

ＴｈｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｏｔＷａｔｅｒＤｅｓｉｇｎＰｒｏｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅＨｏｔｅｌｉｎＬｉｕｚｈｏｕ

ＪＩＡＮＧＷｅｎ－ｓｈｅｎｇ，ＸＩＥＬｉ－ｘｉｎ

（ＬｉｕｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＧｕａｎｇｘｉＬｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｔｈｅｈｏｔｅｌ’ｓｒｅｑｕｅｓｔ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｖｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｒｅｅｈｏｔｗａｔｅｒｄｅｓｉｇｎｓ，ｎａｍｅｌｙｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｒｕｎｉｔ，ｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅｆｕｅｌｏｉｌｈｏｔｗａｔｅｒｂｏｉｌｅｒａｎｄｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｈｅａｔｉｎｇｗａｔｅｒｂｏｉｌｅｒ．

ｔｈｅｉｒｃｏｓｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｒｕｎｉｔ．ｔｈｅａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｒｕｎｉｔ；ｔｈｅｆｕｅｌｏｉｌｈｏｔｗａｔｅｒｂｏｉｌｅｒ；ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｈｅａｔｉｎｇｗａｔｅｒｂｏｉｌｅｒ；ｃｏｓｔａｎａｌｙｓｉｓ

（上接第８２页）

四、结束语

光纤熔接机可以采用上述的途径来改善其性能，实现良好的兼容性、准确性和稳定性。在光纤熔接机的兼容性、准确性和稳定性得到保证时，熔接机的使用者将会大大提高其工作效率，也使操作简单化，并延长了端面制作工具的使用寿命和减少端面制作的时间与次数。ＴｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｐｏｓａｌｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅａｆｔｅｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｈｅａｕｔｈｏｒｓａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｓｅｖｅｒａｌｎｏｔｅｗｏｒｔｈｙｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｈｏｗｔｏａｐｐｌｙｔｈｅａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔ

［参考文献］

［１］徐公权等译．光纤通信技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社．２００２．

［２］袁枫，田丰（译）．高质量的光纤熔接和精确的熔接损耗在线测试［Ｊ］．智能建筑与城市信息，２００６，（８）．

［３］田丰，蔡世杰（译）．一种提高熔接机性能和延长服务周期带电弧稳定器的新型耐用电极（一）［Ｊ］．ＩＢ智能建筑与城市信息，２００５，（９）．

ＴｈｒｅｅＷａｙｓｔｏＩｍｐｒｏｖｅｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＦｕｓｉｏｎＳｐｌｉｃｅｒ

ＭＯＨｕｉ－ｚｈｏｎｇ

（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３０００４；ＬｉｕｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｓｉｍｐｌｙｄｅｆｉｎｅｄｔｈｅｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｐｌｉｃｅｒ．ＩｔｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｒｅｅｗａｙｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｐｌｉｃｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｐｌｉｃｅｒｕｓｅｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｐｌｉｃｅａｎｄｌｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｐｌｉｃｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＦｕｓｉｏｎｓｐｌｉｃｅｒ；ＭｏｄｅｌＦｉｅｌｄＤｉａｍｅｔｅｒ；ｓｐｌｉｃｅｌｏｓｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ

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