همه چیز در مورد فیبرنوری

استفاده از فیبر نوری در ارتباطات مخابراتی و شبکه های گسترده در طول سال ها معمول بوده است، اما اخیرا فیبر نوری در سیستم های ارتباطی داده های صنعتی نیز شایع شده است. توانایی انتقال داده های بالا، رد صدا و انزوای الکتریکی تنها چند ویژگی مهم است که فناوری فیبر نوری را برای استفاده در سیستم های صنعتی و تجاری ایده آل می کند.

اغلب برای ارتباطات نقطه به نقطه استفاده می شود، فیبر نوری برای افزایش محدودیت های فاصله RS-232، RS-422/485 و سیستم های اترنت استفاده می شود، در حالیکه اطمینان داده می شود که نرخ داده بالا و به حداقل می رسد تداخل الکتریکی سیگنال های داده های الکتریکی متعارف به یک پرتو نور مدولاسیون تبدیل می شوند که به فیبر وارد می شوند و از طریق شیشه ای با قطر بسیار کوچک یا فیبر پلاستیکی به گیرنده ای که نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند، انتقال می یابد. توانایی فیبر برای حمل سیگنال نور، با خسارت بسیار کم، بر اساس برخی از فیزیک های بنیادی و همچنین مرتبط با انعکاس و انعکاس نور است.

اصول فیبر نوری

هرگاه یک پرتو نور از یک محیط شفاف به دیگری عبور کند، نور توسط رابط بین دو ماده تحت تاثیر قرار می گیرد. این به دلیل تفاوت در سرعت هایی است که نور می تواند از مواد مختلف عبور کند. هر ماده را می توان با توجه به شاخص انکسار آن، که نسبت سرعت نور در ماده به سرعت آن در فضای آزاد را توصیف می کند. رابطه بین این دو شاخص انکسار، زاویه بحرانی رابط بین دو ماده را تعیین می کند.

سه عمل وجود دارد که می تواند زمانی اتفاق بیافتد که یک پرتو نور یک رابط را تجربه کند.

هر عمل بستگی به زاویه اشعه نور با رابط دارد. اگر زاویه برش کمتر از زاویه بحرانی باشد، پرتو نور رصد می شود، با نسبت شکست انباشت بالاتر به سمت مواد خم می شود. اگر زاویه برشی دقیقا برابر با زاویه بحرانی باشد، اشعه نور در طول سطح رابط حرکت می کند. اگر زاویه برش بیشتر از زاویه بحرانی باشد، اشعه نور منعکس می شود.

شاخص شکست ناپذیری خلاء در نظر گرفته شده است. اغلب، شاخص انحراف از هوا را نیز ۱ می دانیم (البته گرچه کمی بالاتر است). شاخص ریزش آب معمولا حدود ۱.۳۳ است. شیشه دارای یک شاخص انکساری در محدوده ۱.۵ است، که ارزش آن را می توان با کنترل ترکیب شیشه به دست آورد

مشخصات فیبر نوری

الیاف نوری اجازه می دهد سیگنال های داده ها را از طریق آنها از طریق اطمینان حاصل شود که سیگنال نور وارد فیبر در زاویه ای بزرگتر از زاویه بحرانی رابط بین دو نوع شیشه است فیبر نوری در واقع سه بخش تشکیل شده است. هسته مرکزی از شیشه بسیار خالص تشکیل شده است که دارای شاخص شکست ۱.۵ است. ابعاد هسته معمولا در محدوده ۵۰ تا ۱۲۵ um قرار دارند. شیشه اطراف آن، پوسته نامیده می شود، شیشه ای کمی خالص با شاخص انباشت ۱.۴۵ است. قطر هسته و روکش با هم در محدوده ۱۲۵ تا ۴۴۰ um است. در اطراف روکش یک لایه محافظ سیلیکون قابل انعطاف به نام غلاف است

هنگامی که نور به انتهای فیبر نوری معرفی می شود، هر پرتو نور که به انتهای فیبر در زاویه ای بزرگتر از زاویه بحرانی می رسد از فیبر عبور می کند. هر بار که رابط بین هسته و روکش را مشاهده می کند، به فیبر باز می گردد. زاویه پذیرش برای فیبر توسط زاویه بحرانی رابط تعریف شده است. اگر این زاویه چرخش شود، یک مخروط تولید می شود. هر نور در انتهای فیبر در این مخروط پذیرش از فیبر عبور می کند. هنگامی که نور در داخل فیبر است، از طریق هسته باز می شود، هر بار که به رابط کاربری باز می شود، منعکس می شود.

که چگونه اشعه های نور از طریق فیبر عبور می کنند، منعکس کننده ی رابط. اگر ابعاد فیزیکی هسته نسبتا بزرگ باشد، اشعه های فردی نور به زاویه های مختلفی وارد می شوند و در زوایای مختلف منعکس می شوند. از آنجا که مسیرهای مختلف را از طریق فیبر طی می کنند، فاصله ای که آنها طی می کنند نیز متفاوت است. در نتیجه آنها در زمان های مختلف به گیرنده می رسند. یک سیگنال پالسی که از طریق فیبر ارسال می شود، گسترده تر از آن فرستاده می شود، که کیفیت سیگنال را بدتر می کند. این پراکندگی مودال نامیده می شود. اثر دیگری که سبب ضعیف شدن سیگنال می شود پراکندگی رنگی است. پراکندگی کروماتیک بوسیله اشعه های نورانی از طول موج های مختلف که با سرعت های مختلف از طریق فیبر حرکت می کنند، ایجاد می شود. هنگامی که یک مجموعه از پالس ها از طریق فیبر ارسال می شود، پراکندگی مودال و کروماتیک باعث می شود که پالس به یک پالس طولانی ادغام شود و سیگنال داده از بین می رود

یکی دیگر از ویژگی های فیبر نوری، تضعیف است. اگر چه شیشه ای که در هسته فیبر نوری استفاده شده بسیار خالص است، اما کامل نیست. در نتیجه نور می تواند در داخل کابل جذب شود. دیگر تلفات سیگنال شامل خم شدن و پراکندگی خسارات و همچنین تلفات ناشی از اتصالات است. اتصال از دست می دهد می تواند ناشی از ناپیوستگی انتهای فیبر و یا سطوح پایان که به درستی جلا داده نمی شود.

 

الیاف نوری در سه نوع اصلی تولید می شوند: شاخص گام چند حالت، شاخص درجه بندی چند حالته و تک حالت. فیبر شاخص گام چند حالت دارای بزرگترین هسته قطر (معمولا ۵۰ تا ۱۰۰ um) است. فاصله بزرگتر بین رابط ها اجازه می دهد که اشعه های نور بیشترین فاصله را هنگام تندرستی از طریق کابل عبور دهند. الیاف چند حالته معمولا سیگنال هایی با طول موج ۸۵۰ یا ۱۳۰۰ نانومتر دارند. نمودار زیر نشان می دهد که یک پالس باریک که به فیبر معرفی می شود در انتهای دریافت کننده گسترده تر می شود.

فیبرهای گام به گام چند حالت به علت فیبر قطر بزرگ نسبتا آسان است که به هم متصل شوند. این نیز نسبتا ارزان برای تولید در مقایسه با انواع دیگر است. با این حال، به نظر می رسد برای اغلب اهداف بسیار کند است و در سیستم های مدرن رایج نیست

الیاف تک حالت (ج) به بالاترین عملکرد از سه نوع می دهد. تولید شده با استفاده از فیبر قطر بسیار کوچک (به طور معمول ۸ um)، هنگامی که نور به بازتاب فیبر وارد می شود، با ابعاد هسته به حداقل می رسد. نور به طور مستقیم از طریق هسته حرکت می کند و پالس های معرفی شده در انتها در انتهای دیگر با پراکندگی بسیار کمی تولید می شوند. به طور معمول، فیبرهای تک مداری سیگنال هایی با طول موج ۱۳۲۰ یا ۱۵۵۰ نانومتر دارند. با این حال فیبر تنها حالت نسبتا گران است، و برای اتصال و خاتمه سخت تر است زیرا هسته باید بسیار دقیق تر شود

الیاف تک حالت نسبتا کمتری نسبت به الیاف چند حالته ارائه می دهند. در فیبر معمولی تک حالت یک سیگنال ۱۳۱۰ نانومتری کمتر از ۰.۵ دسی بل در کیلومتر را کاهش می دهد. یک فیبر نامتجانس معمولی چند حالته سیگنال مشابه را در حدود ۳ دسی بل در هر کیلومتر کاهش خواهد داد. فیبر تنها حالت اغلب در برنامه های کاربردی با نیازهای پهنای باند بالا برای مدت طولانی مورد استفاده قرار می گیرد

فاصله ها. بعضی از تجهیزات فیبر نوری اترنت می توانند فاصله ای از دو کیلومتر با استفاده از فیبر چند حالته تا حدود ۷۰ کیلومتر از طریق فیبر تک حالت را افزایش دهند

ساخت فیبر نوری کابل

حتی اگر فیبر نوری کاملا انعطاف پذیر باشد، از شیشه ای ساخته شده است که نمی تواند مقاومت خمشی شدید یا استحکام طولی را داشته باشد. بنابراین هنگامی که فیبر درون کابل های کامل قرار می گیرد، تکنیک های ساخت و ساز خاصی به کار می رود تا فیبر بتواند به صورت آزاد درون یک لوله حرکت کند. معمولا کابل های فیبر نوری شامل چندین فیبر، یک عضو قوی قدرت مرکزی و یک غلاف فلزی برای محافظت مکانیکی است. بعضی از کابل ها همچنین شامل جفت های مس برای برنامه های کمکی می باشند

منابع سیگنال و آشکارسازها

برای استفاده از فیبر نوری برای ارتباطات، سیگنال های الکتریکی باید به نور تبدیل شوند، فرستاده، دریافت شده و تبدیل شده از نور به سیگنال های الکتریکی. این به منابع نوری و آشکارسازها نیاز دارد که می توانند با سرعت داده های سیستم ارتباطات کار کنند

منابع سیگنال

دو دسته اصلی از منابع سیگنال نوری وجود دارد

  • دیودهای نوری
  • دیودهای لیزری مادون قرمز

دیودهای نوری (LED) هزینه کمتری دارند، اما عملکرد دستگاه پایین تر است. اینها در برنامه های کم هزینه استفاده می شوند که در آنها نرخ داده ها و / یا فاصله های کوتاه تر مورد نیاز است. دیودهای لیزری مادون قرمز با سرعت بسیار بیشتری عمل می کنند، سطوح بالاتر قدرت را از بین می برند و نیازمند جبران درجه حرارت و یا کنترل برای حفظ سطح عملکرد مشخص هستند. آنها نیز هزینه بیشتری دارند

آشکارسازهای سیگنال

آشکارسازهای سیگنال نیز به دو دسته اصلی تقسیم می شوند

به طور مشابه با منابع، این دو نوع بسیار متفاوت نسبت هزینه / عملکرد ارائه می کنند. فتوالدئید پین معمولا استفاده می شود، به ویژه در برنامه های سخت تر. از سوی دیگر، فوتودئید ​​های خوشبختی بسیار حساس هستند و می توانند در جایی که فاصله های طولانی و نرخ داده بالاتر وجود دارد استفاده شود.

فشرده سازی، اتصال و پایان دادن به فیبر نوری

در شرایط عملیات، فیبر نوری کابلهای قدرت سیگنال را بر اساس فیبر و اتصالات فیبر به سنسورها یا سایر بخشهای فیبر نشان میدهد. به طور معمول، تلفات فیبر در حدود ۱۰ دسی بل در هر کیلومتر اجرا می شود.

هر وقت فیبر باید خاتمه یابد هدف این است که یک پایان کاملا شفاف به فیبر تولید شود. پایان باید مربع، روشن و جسمی به دستگاه نوری دریافت می شود. در بعضی موارد، کابل ها به طور دائمی با جوشاندن یا چسباندن انتهای فیبر به یکدیگر متصل می شوند. دیگران مکانیکی فیبرها را هماهنگ می کنند و از یک ژل شفاف برای اتصال سیگنال در رابط استفاده می کنند.

اتصالات

اتصالات فیبر نوری اولیه شامل برش فیبر، اپوکسی کردن یک اتصال ویژه و پرداخت پایان فیبر است. این عملیات نیاز به ابزار خاص و تجهیزات آزمایش برای اطمینان از یک اتصال خوب بود. در حالی که این تکنیک هنوز استفاده می شود، دستگاه هایی که برای برش، تراز و پیوستن فیبر ها بهبود یافته و ساده شده اند. خسارت اتصال بسته به نوع اتصال متفاوت است، اما معمولا از ۰.۲ dB به ۱ dB متغیر است

چند نوع اتصال استاندارد وجود دارد که برای اتصال و یا قطع کابل های فیبر نوری استفاده می شود. این شامل

برنامه ریزی یک لینک فیبر نوری

مهمترین اهمیت در برنامه ریزی پیوند فیبر نوری، مشخص کردن بودجه قدرت دستگاههای متصل است. این مقدار میزان تلفات در دسی بل را می دهد که می تواند در ارتباط بین دو دستگاه وجود داشته باشد قبل از اینکه واحدهای موفق به درستی کار کنند. این مقدار شامل کاهش خط و همچنین تلفات اتصال خواهد بود

مثبت بودجه

 

مزایای کابلهای فیبر نوری

ایمنی سر و صدا

ایمنی سر و صدا یکی از ویژگی های مفید فیبر نوری در کاربردهای صنعتی است. در محیط هایی که تداخل الکترومغناطیسی برجسته و غیر قابل اجتناب است، فیبر نوری تأثیری ندارد. در حالی که کابل ها معمولا در کیسه های محافظ قرار می گیرند و اغلب در داخل کانال قرار می گیرند، نیازی به جداسازی فیبر نوری از کابل های الکتریکی از لحاظ فیزیکی نیست. این باعث ساده تر شدن مسیریابی کابل می شود. جداسازی الکتریکیمشکل استفاده از نویز حلقه زمین و اختلاف پتانسیل حالت معمولی با استفاده از کابل های فیبر نوری حذف می شود. سیگنال های درست تولید شده توسط دستگاه های شناور در پتانسیل های بالا می تواند به تجهیزات دیگر در پتانسیل بسیار پایین تر بدون خطر آسیب برسد. این امر به ویژه در کاربردهای صنعتی مطلوب است.

 

نرخ های پایین خطاهنگامی که به درستی طراحی شده برای ارائه سطوح سیگنال کافی در انتهای دریافتی لینک، یک سیستم فیبر نوری نرخ خطا کمی کم را فراهم می کند.فاصله ها. بعضی از تجهیزات فیبر نوری اترنت می توانند فاصله ای از دو کیلومتر با استفاده از فیبر چند حالته تا حدود ۷۰ کیلومتر از طریق فیبر تک حالت را افزایش دهند.ساخت فیبر نوری کابلحتی اگر فیبر نوری کاملا انعطاف پذیر باشد، از شیشه ای ساخته شده است که نمی تواند مقاومت خمشی شدید یا استحکام طولی را داشته باشد. بنابراین هنگامی که فیبر درون کابل های کامل قرار می گیرد، تکنیک های ساخت و ساز خاصی به کار می رود تا فیبر بتواند به صورت آزاد درون یک لوله حرکت کند. معمولا کابل های فیبر نوری شامل چندین فیبر، یک عضو قوی قدرت مرکزی و یک غلاف فلزی برای محافظت مکانیکی است. بعضی از کابل ها همچنین شامل جفت های مس برای برنامه های کمکی می باشند.منابع سیگنال و آشکارسازهابرای استفاده از فیبر نوری برای ارتباطات، سیگنال های الکتریکی باید به نور تبدیل شوند، فرستاده، دریافت شده و تبدیل شده از نور به سیگنال های الکتریکی. این به منابع نوری و آشکارسازها نیاز دارد که می توانند با سرعت داده های سیستم ارتباطات کار کنند.منابع سیگنالدو دسته اصلی از منابع سیگنال نوری وجود دارد:• دیودهای نوری• دیودهای لیزری مادون قرمزدیودهای نوری (LED) هزینه کمتری دارند، اما عملکرد دستگاه پایین تر است. اینها در برنامه های کم هزینه استفاده می شوند که در آنها نرخ داده ها و / یا فاصله های کوتاه تر مورد نیاز است. دیودهای لیزری مادون قرمز با سرعت بسیار بیشتری عمل می کنند، سطوح بالاتر قدرت را از بین می برند و نیازمند جبران درجه حرارت و یا کنترل برای حفظ سطح عملکرد مشخص هستند. آنها نیز هزینه بیشتری دارند.

 

امن برای استفاده در مناطق خطرناک

لینک های فیبر نوری را می توان برای اتصال سیگنال ها به مناطق با جو به طور بالقوه انفجاری بدون خطر برای عرضه یا نگهداری انرژی کافی برای انفجار مهار کرد. این امر باعث می شود تکنولوژی فیبر نوری در هنگام طراحی سیستم های درونی ایمن مفید باشد.

پهنای باند گسترده

کابلهای فیبر نوری میتوانند سیگنالهای پهنای باند بسیار وسیع را حمل کنند، به خوبی در محدوده GHz. بسیاری از سیگنال های پهنای باند فردی، پایین تر می توانند به یک کابل متصل شوند. در سیستم های تجاری کابل فیبر نوری اغلب مخلوطی از انواع سیگنال، شامل صدا، ویدئو و داده ها را بر روی همان فیبر حمل می کند.

تضعیف سیگنال پایین

الیاف نوری به علت جذب و پراکندگی برخی ضعف ها را نشان می دهند. با این حال، این تضعیف نسبتا مستقل از فرکانس است، یک عامل مهم در کابل های مس.

وزن سبک، قطر کوچک

از آنجا که بسیاری از سیگنال ها می توانند بر روی یک فیبر توزیع شوند، کابل ها کوچکتر و سبک تر می شوند. این باعث ساده تر شدن نصب می شود.

بدون تداخل

از آنجا که فیبرها تداخل الکترومغناطیسی را نمی گیرند، سیگنال های مربوط به کابل های مجاور با هم همراه نیستند.

امنیت سیگنال ذاتی

برای برنامه های کاربردی که امنیت سیگنال نگرانی است، فیبر نوری یک راه حل عالی است. کابلهای فیبر نوری میدان های الکترومغناطیسی تولید نمی کنند که می توانند توسط سنسورهای خارجی برداشته شوند. همچنین سیگنال ها را از طریق اسپری کردن به فیبرهای نوری دشوارتر از آنچه که ممکن است با سیم کشی معمولی باشد، دشوار است.

: برچسب ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

درحال بارگذاری ...