Проектирование кабельной сети устройств автоматики и телемеханики на малой станции и кабельной магистрали на перегоне

α_p=0,90/1,310⁴=0,3056 дБ/км

α_c=0,1531+0,3056=0,4587 дБ/км- собственные потери, дБ/км;

Собственные потери в оптическом волокне составляют 0,4587 дБ/км

Фазовая скорость распространения  светового импульса по оптическим волокнам

Максимальная фазовая  скорость ѵ_ф=с/n₁=300 000/1,470=204081 км/с

Минимальная фазовая  скорость ѵ_ф=с/n₂=300 000/1,466=204639 км/с

Дисперсия

Дисперсия вызванная  некогерентностью источников излучения, хроматическая дисперсия состоит из двух составляющих материальной и волноводной дисперсий.

Результирующее  уширение импульсов в результате дисперсионных процессов в однородном оптическом волокне τ_рез==

Величина уширения импульса из-за волновой дисперсии 

τ_в=∆λ*В(λ)=1*8=8 пс/км

Величина уширения импульса из-за материальной дисперсии

τ_в=∆λ*М(λ)=1*(-5)=-5 пс/км

результирующее  уширение импульса

τ_рез== 3пс/км

11. Источники и приемники оптических излучений

Расчет ширины спектральной линии лазерного диода  при длине волны излучения  λ₀=1,310 мкм и симметричной относительно нее ширины спектральной линии ∆λ_0,5=1нмпри

Максимальная и  минимальная длины волн излучения  составят:

λ_max= λ₀+0,5∆λ_0,5=1,310*10^-6+0,5*1*10^-9=1,3105*10^-6м

λ_min= λ₀-0,5∆λ_0,5=1,310*10^-6-0,5*1*10^-9=1,3095*10^-6м

Соответствующие этим длинам волн минимальная f_min и максимальная f_max частоты излучения равны :

f_min=c/ λ_max=3*10⁸/1,3105*10^-6=2,2892*10¹⁴Гц

f_max=c/ λ_min=3*10⁸/1,3095*10^-6=2,2909*10¹⁴Гц

Ширина спектральной линии равна:

∆f_0,5=f_max- f_min=2,2909*10¹⁴Гц-2,2892*10¹⁴Гц=0,0017*10¹⁴Гц=170 ГГц

Расчет  фотоприемника

Определить уровень  оптической мощности в дБм на входе  фотоприемника системы передачи 155 Мбит/с, работающей на длине волны 1,310 мкм, если для обеспечения коэффициента ошибок р=10^-9 требуется 3000 фотонов на бит передаваемой информации.

Длине волны λ=1,310 мкм в оптическом волокне соответствует частота (f), равная :

F=v/λ=200000*10⁹/1,310=1,527*10¹⁴ Гц

И энергия фотона (Е) равна 

Е=h*f=6,62*10^-34*1,527*10¹⁴=1,01*10^-19 Дж

Где  v-скорость распространения света в оптическом волокне 200000 км/с

        h- постоянная Планка 6,62 *10^-34Дж/с

требуемое число  фотонов (n) на входе фотоприемника для обеспечения р=10^-9 равно n=155*10⁶*3000 =465*10⁹

Требуемый уровень  мощности на входе фотоприемника  в дБм равен

P=10lg *n*E*10³=10lg(465*10⁹*1,01*10^-19*10³)=10lg(4,6965*10^-5)=-43,28 дБм

12. Расчет максимальной длины регенерационного участка ВОЛС

Расчет  длины регенерационного участка, исхода из допустимых потерь в линии передачи

Длина регенерационного участка определяется энергетическим потенциалом системы передачи W

W=P₁-P₂=-8-(̶-43,28)=35,28 дБм

Максимальная длина  регенерационного участка определяется :

L===58,82 км

Расчет  длины регенерационного участка, исходя исходя из ограничений по дисперсии

Исходя из условия  потерь на линии, максимальная длина регенерационого участка для системы передачи 140 Мбит/с равна 124 км. Рассчитать уширение импульса и ширину оптической полосы пропускания при L=58,82км  и использовании полупроводникового лазера с эксплуатационной длиной волны λ=1,310мкм, шириной спектральной линии ∆λ=1нм и хроматической дисперсией τ_хр=3 пс/км

Уширение импульса на длине регенерационного участка  равно 

∆T= τ_хр(λ)*∆λ*L_p=*1нм*58,82км=176,46пс

Ширина оптической полосы пропускания оптического  волокна на длине регенерационного участка равна 

(∆f)_опт==2,5ГГц

Расчетная длина  оптической полосы пропускания световода 2,5 ГГц больше требуемой полосы частот 0,14 ГГц для работы системы передачи 140 Мбит/с. Следовательно ограничение длины регенерационного участка, исходя из потерь в линии, является более строгим, чем ограничение по дисперсии и максимальная длина регенерационного участка равна 124 км.

13. Расчет разрывного усилия оптических волокон.

Рассчитать разрывное  усилие в МПа и процент относительного удлинения оптического волокна, имеющего эллиптическую трещину глубиной С=22нм. Определить во сколько раз (n) уменьшилось разрывное усилие по сравнению с волокном, не имеющим трещин.

Определим поверхностную  энергию кварцевого стекла (γ_р) из выражения

γ_р=4*a*S_T²/E=4*0,16*10^-9*(18*10⁹)²/9*10¹⁰=2,3Дж

Разрывное усилие для оптического волокна, имеющего эллиптическую трещину глубиной С=22нм, может быть получено из выражения

S_разр=(2*Е*γ_Р/Y²*C)^1/2= (2*9*10¹⁰*2,3/π*22*10^-9)^1/2=2,45ГПа

Относительное удлинение  волокна (∆L) при разрыве равно

∆L=( S_разр/Е)*100=( 2,45/9*10⁹)*100 = 2,8%

Уменьшение разрывного усилия по сравнению с волокном, не имеющим трещин, равно

n=S_T/ S_разр=18*10⁹/2,45*10⁹=7,35 раза

Эллиптическая трещина  глубиной 22 нм уменьшает разрывное усилие оптического волокна в n= 7,35 раза по сравнению с бездефектным ОВ.

14. Расчет усилий тяжения оптического кабеля при его прокладке в полиэтиленовом трубопроводе

 

Участок А-С: ∆Т=250*0.36*9.81*10^(-3)*(0.4*cos(0.15)+sin(0.15))=0.336кН

В точке С     : Т=0.336*e^(0.4*0.15)=0.3568кН

Участок С-Д: ∆Т=500*0.36*9.81*10^(-3)*0.4=0.706кН

В точке D     : Т=1.0628*e^(0.4*1.57)=1.9915 кН

Участок Д-Е: ∆Т=70*0.36*9.81*10^(-3)*0.4=0.0988 кН

В точке Е     : Т= 2.0903*e^(0.4*1.57)=3.9169 кН

Участок Е-F: ∆Т=200*0.55*9.81*0.4*10^(-3)=0.4316 кН

В точке F     :T= 4.3485*e^(0.4*0.15)=4.6174 кН

Участок F-G: ∆Т=90*0.36*9.81*10^(-3)*(0.4*cos(0.15)+sin(0.15))=0.1279 кН

В точке G     : T= 4.7453*e^(0.4*0.4)=5.5687 кН

Участок G-B: ∆Т=110*0.36*9.81*10^(-3)*(0.4*cos(0.4)+sin(0.4))=0.1581 кН 

 

Так как расчетное  усилие тяжения 5.7268 кН  превышает допустимое значение (3,0 кН), то прокладка кабеля должна осуществляться в три этапа. Сначала весь кабель, предназначенный для прокладки на участке А-В, протягивается от пункта А до пункта D. При этом кабель, предназначенный для прокладки D-B, укладывается вручную на грунте “восьмерками” или наматывается на специальную металлическую корзину “Фигаро”. После этого кабель прокладывается от пункта D до пункта F, далее опять укладывается в корзину и затем протягивается до пункта В.

15. Охрана труда при строительстве и техническом обслуживании ВОЛС.

Работа по охране труда на железнодорожном  транспорте должна быть направлена на создание наиболее благоприятных условий  для высокопроизводительного труда, улучшение техники безопасности, предупреждение производственного травматизма и профессиональных заболеваний, строгое соблюдение законодательства о труде.

К работам по строительству  и монтажу кабельных линий  связи допускаются лица не                                моложе 18  лет,  прошедшие медицинское освидетельствование,  вводный инструктаж,  инструктаж и обучение   на   рабочем   месте,   проверку   знаний   правил   по   охране   труда   и   имеющие квалификационную группу по электробезопасности не ниже третьей группы.

 Обязанности работников, занятых в строительстве и монтаже кабельных линий связи:

      соблюдать  правила внутреннего трудового  распорядка;

       пройти обучение безопасным методам  труда в объеме технологии  ведения работ; 

знать и соблюдать  правила по охране труда в объеме выполняемых обязанностей, ежегодно подтверждать III группу по электробезопасности;

знать порядок проверки и пользования ручным механическим и электроинструментом, приспособлениями по обеспечению безопасного производства работ (стремянки, лестницы и другое), средствами защиты (диэлектрические  перчатки и ковры, инструмент с изолирующими рукоятками» индикаторы напряжения, защитные очки);

- выполнять только ту работу, которая определена указанием на производство работ, 
инструкциями по монтажу и наладке оборудования, и при условии, что безопасные способы ее 
выполнения хорошо известны;

уметь оказывать  первую медицинскую помощь пострадавшим от электрического тока и при других несчастных случаях;

      соблюдать  инструкцию о мерах пожарной  безопасности;