忘记马球衫、休闲裤和乐步鞋吧,如今的高速通信用户很有可能身着工装裤、安全帽和长统靴。随着工业应用对以千兆速率收集、传送数据需求的出现,高性能光缆正越来越快地从装有冷气空调的商务楼和数据中心向炼钢车间、炼油厂和化工厂这样热腾腾的、混乱而又粗放的环境转移。
在这样的恶劣环境下,光缆的坚固程度和耐用性就成了比较重要的问题。典型的松套式光缆或“室内”紧套光缆也许能够满足某些简单的非关键应用的需求,但如今的工厂管理者都要求光缆质量好、不易损坏并且是紧套光缆,能够在更宽的温度范围内工作并具有更强的抗弯曲、撞击和抵御化学腐蚀的能力。这些光缆必须安装快、衰减小、寿命长。
低成本意味着高风险
几乎在玻璃光纤问世的同时松套光缆就出现了,仅仅因为价格低廉,现在还应用在某些商业和工业企业的长距离骨干网中。该应用场合也可以使用规格较低、质量稍差的室内紧套光缆,但与当今工厂应用环境抵御故障和工作寿命最大化的要求比起来,成本的节省只是次要的,由于数据丢失和光缆故障造成的生产和制造过程中断会导致更大的经济损失。光缆的成本在整个通信系统的总成本中只占一小部分(与网络设备、光缆连接硬件系统、安装和测试成本相比),因此采用价格高出10%到20%的加固紧套光缆只会增加几个百分点的总成本。另一方面,在光缆质量方面想办法降低成本可能会导致系统故障时每分钟损失成千上万美元,尤其是在关键应用中。
加固的紧套光缆的可靠性和性能优势来源于其基本设计思路(如图)。与松套光缆光纤周围只有薄薄的一层覆膜不同,加固紧套光缆有两层。在松套光缆中,光纤覆膜层只有62祄厚,仅仅为玻璃光纤的操作和拉伸提供最基本的机械和环境保护。除了第一层覆膜以外,紧套光缆还有第二层填充物,使得它的缓冲层“总厚度”达到了387祄,差不多是单层覆膜的6倍。一组这样的厚缓冲层光缆被紧紧地捆在一个坚固的光缆护套中,从而形成了加固光缆。紧密的捆绑和特殊的覆膜使此种光缆的防水性能十分优越。
对于某些特殊的应用,有的光缆制造商还定制了带有额外护套的光缆,在安装最外层护套之前分别加固每条光缆(即多芯光缆),进一步降低了光缆在极端温度和机械应力情况下的损耗。
松套光缆的结构——易碎、薄覆膜层、中空的管道——并不能适应当今工业应用的恶劣环境。松套光缆使用起来相对不灵活,遇弯曲或磨损很容易就会造成护套破裂而漏水,最终损坏光纤。管道的过分弯曲或扭曲也能导致光缆被破坏。即便是某些室内紧套光缆也可能由于长期使用不当或安装损伤带来质量退化或发生故障。
为了使光缆能够应付恶劣的使用环境如石化、油气、矿山、地震测试、军事、视频转播、交通和安全系统等,对紧套光缆也必须更详细地划分。某些细微的差别可能导致在整个使用过程中某些光缆成功应用,而另一些则不能,这就需要对光缆最容易遭受破坏的两个时期仔细加以研究:安装过程和长期的环境和机械影响因素。
安装过程中的风险
在长距离应用中,光缆通常被置于地下用土埋上即可,没有太多的连接操作。与此不同,在工厂里铺设光纤会有无数次弯曲、拖拉和连接操作,所有这些都会给光缆带来风险。此时松套光缆很快就会损坏,低质量的紧套光缆在途经工厂里常见的墙壁、天花板、高台、坑地和物料传送系统之后也会损坏。在这样严酷的环境里,只有加固紧套光缆才有可能度过难关。
在大多数情况下,如果光缆在安装过程中遭到严重破坏,施工者应该立刻就能检测到,并及时修复或更换受损的链路。然而还有很多情况是无法立即察觉的,例如“微弯”或残余应力,它们有可能在安装当时或之后产生,经常是很不明显,一开始不可能注意到的,但久而久之,累积的应力就会突然出现,造成传输损伤、数据丢失和光缆损坏。最糟糕的情况下会导致通信链路中断。
而且,仪器和控制工程师正越来越多地在工厂环境中的某些链路上要求10Gbit/s的传输速率,这就需要使用最新的50祄 OM3多模光纤,在某些情况下需要单模光纤。然而,与前述62.5祄光纤相比,OM3、50祄和单模光纤对弯曲更加敏感,于是对光缆质量的要求也更高,远远超出了最低标准。
通过选择特殊的材料、采用先进的制造工艺,能够确保10Gbit/s光缆系统在大多数工业环境中的应用要求。
不恰当的使用
一旦被安装在工厂里,恶劣的环境甚至重力都会对光缆的完整性产生严重影响。无论哪种影响,10Gbit/s通信链路的使用进一步增加了光缆的脆弱性。即便安装已经结束,哪怕是微小的机械应力或温度变化都有可能导致光纤微弯或受力不当,从而造成损耗升高、产生误码、甚至完全损坏光纤。
举例而言,同一光缆盘中如果高速链路所用的光缆上放置了其它分量较重的光缆,就有可能对玻璃光纤造成累积损伤。即使是垂直走线也有可能存在压力。重力可能会造成光纤的轴向移动从而缓慢降低光纤性能,直至恰当地调整安装方式使光缆不再活动。
考虑到1Gbit/s链路(传输距离小于300米)以及OM3 10Gbit/s链路(通常可以把1Gbit/s链路的传输距离延长到1000米以上)的总信道插损允许值为43dB(据IEEE802.3以太网规范),很明显,即使最小的损耗增加也可能破坏整条通信链路。
所有因素都说明了为什么只有经过最好设计的紧套紧束加固光缆才能在工业应用中最后胜出。例如,抗压或紧束的外部护套能够把所有光纤牢牢地固定在一起,使得整根光缆看起来像一根牢固的绳子一样。某些光缆的技术指标已经远远超过了工业标准的要求,耐屈性可达数千圈,抗压性为2,200N/cm,能够经受1000次以上的冲击,拉伸载荷超过了1吨。
最新的技术使得加固光缆更加适用于工业应用,它们能够抵抗腐蚀性和挥发性化学物质的侵蚀,抵御过度潮湿和多菌的环境,抗紫外线,工作温度范围可以从-55oC到+124oC。在这些环境中,高质量的加固紧套光缆使得工厂中也能享受曾经只是在园区或数据中心为白领们服务的极高速通信链路带来的好处。
典型的室内布线系统并不适用于工厂地面和其他工业应用的恶劣环境,加固的紧套光缆能够保护光纤避免安装和使用不当造成的损坏。
加固紧套光缆采用更厚的光纤覆层、特殊的护套和其它加固手法,使光缆能够在工业环境中工作。