کابل نوری چگونه کار می کند؟ راهنمای عملی برای انتقال سیگنال مبتنی بر نور

اگر انتهای بریده شده یک سیم فیبر نوری زنده را تا دیوار نگه دارید و درخشش قرمز کم رنگی را مشاهده کنید، به خود سیگنال نگاه می کنید. این درخشش داده است: یک منبع نور کوچک که میلیون ها بار در ثانیه روشن و خاموش می شود. یک کابل نوری با تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به پالس‌های نور، هدایت آن پالس‌ها از طریق یک رشته شیشه‌ای یا پلاستیکی نازک به اندازه مو و تبدیل آن‌ها به سیگنال‌های الکتریکی در انتهای دور کار می‌کند. از آنجایی که اطلاعات به جای الکترون به صورت فوتون حرکت می کنند، می توانند ده ها یا حتی صدها کیلومتر را با تلفات کم، پهنای باند بالا و مصونیت کامل در برابر تداخل الکترومغناطیسی طی کنند. یک احتیاط قبل از هر چیز دیگری: هرگز مستقیماً به انتهای فیبر متصل نگاه نکنید، زیرا نور مادون قرمز نامرئی مورد استفاده در شبکه های واقعی می تواند به طور دائم به چشمان شما آسیب برساند. بخش‌های زیر فیزیک را گام به گام توضیح می‌دهند، سپس هر اصل را به جزئیاتی که هنگام تعیین، خرید یا نصب کابل برای یک پروژه واقعی اهمیت دارند، متصل کنید.

در واقع در داخل کابل نوری چیست؟

نتیجه گیری اول: کابل نوری یک لوله نور دقیق است که در محافظ پیچیده شده است. قسمت کار آن یک رشته شیشه فوق العاده خالص است که نازکتر از موی انسان کشیده شده است. هر چیز دیگری وجود دارد تا نور درون آن رشته را حفظ کند و خود رشته را دست نخورده نگه دارد.

• هسته. مرکز حمل نور، ساخته شده از شیشه یا پلاستیک نوری. فیبرهای مخابراتی شیشه ای دارای هسته های تقریباً 8 تا 62.5 میکرون بسته به نوع هستند.
• روکش. لایه ای از شیشه با ضریب شکست کمی پایین تر اطراف هسته. نور را درون خود به دام می اندازد. جفت هسته و روکش معمولاً 125 میکرون عرض دارد.
• پوشش و بافر. یک لایه آکریلات نرم، معمولاً حدود 250 میکرون، که شیشه را در برابر سایش و رطوبت محافظت می کند.
• اعضای قوی نخ آرامید یا میله های فایبرگلاس که بار کششی را تحمل می کنند بنابراین شیشه هرگز مجبور به این کار نیست.
• ژاکت بیرونی. پی وی سی یا مواد بدون هالوژن کم دود در داخل خانه، پلی اتیلن تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش در فضای باز، برای زنده ماندن از له شدن، آب، نوسانات دما و جوندگان انتخاب شده است.

شیشه آنقدر خالص است که مهندسان دوست دارند بگویند اقیانوس، اگر از آن ساخته شده باشد، به شما اجازه می دهد بستر دریا را از سطح ببینید. نور حتی قبل از اینکه نیمی از آن از بین برود می تواند کیلومترها را طی کند.

بازتاب کامل درونی: چرا نور در درون می ماند؟

اصل راهنما بازتاب درونی کامل است. هسته دوپ شده است تا ضریب شکست بالاتری نسبت به روکش فلزی داشته باشد، تقریباً 1.48 در مقابل 1.44 در فیبر چند حالته معمولی. هنگامی که نوری که در هسته حرکت می کند با زاویه کافی کم عمق به آن مرز برخورد می کند، مانند یک آینه کامل به طور کامل به عقب منعکس می شود و به سمت پایین رشته حرکت می کند. از آنجایی که انعکاس کامل است، اساساً هیچ نوری به داخل پوشش نمی‌رود و سیگنال برای کیلومترها منتشر می‌شود.

زاویه همه چیز است. نور باید درون یک مخروط به نام مخروط پذیرش وارد فیبر شود. خارج از آن مخروط به داخل روکش نشت می کند و در عرض چند متر از بین می رود. به همین دلیل است که صفحات انتهایی رابط باید به طور دقیق جلا داده و جفت شوند. یک کانکتور کثیف یا نامرتب نور را به خارج از زاویه پذیرش پرتاب می کند و یک پیوند تمیز را به یک اتصال ضعیف تبدیل می کند، به همین دلیل است که آزمایش فیبر همیشه با بازرسی و تمیز کردن قسمت انتهایی شروع می شود.

زنجیره کامل: از برق تا نور و پشت

1. فرستنده الکترون ها را به فوتون تبدیل می کند

در انتهای ارسال، یک مدار راه انداز منبع نور را همگام با داده های دیجیتالی، معمولاً از طریق کلیدهای روشن و خاموش ساده، سوئیچ می کند. سیستم‌های کوتاه‌دست از LED یا VCSEL (لیزرهای ساطع سطح حفره عمودی) استفاده می‌کنند. سیستم‌های دوربرد از دیودهای لیزری دقیقی استفاده می‌کنند که روی طول موج‌های مادون قرمز قفل می‌شوند، معمولاً 850 نانومتر، 1310 نانومتر یا 1550 نانومتر، جایی که شیشه در شفاف‌ترین حالت خود قرار دارد.

2. فیبر پالس ها را حمل می کند

تضعیف بودجه را تعریف می کند. فیبر چند حالته حدود 3 دسی بل در هر کیلومتر در 850 نانومتر از دست می دهد، بنابراین سیگنال تقریباً در هر کیلومتر به نصف کاهش می یابد. فیبر تک حالته در 1550 نانومتر حدود 0.2 دسی بل در هر کیلومتر از دست می دهد و به همین دلیل مسیرهای دوربرد و زیردریایی بر روی آن ساخته شده است. هر کانکتور جفت شده معمولاً 0.3 تا 0.5 دسی بل و هر اتصال فیوژن حدود 0.1 دسی بل اضافه می کند، و مهندسان این ارقام را اضافه می کنند تا تأیید کنند که پیوند واقعا بسته می شود.

3. تقویت کننده ها و احیا کننده ها سیگنال را بازیابی می کنند

در طول بازه های طولانی، تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم، سیگنال نوری را مستقیماً بدون تبدیل مجدد به برق تقویت می کنند، و بازسازی کننده هایی که ده ها کیلومتر از هم فاصله دارند، پالس های تمیز را در طولانی ترین مسیرها بازسازی می کنند.

4. گیرنده فوتون ها را دوباره به داده تبدیل می کند

یک فتودیود در انتهای دور، شدت نور را به جریان الکتریکی برمی‌گرداند و الکترونیک گیرنده جریان دیجیتال اصلی را بازسازی می‌کند. کل زنجیره، الکتریکی تا نوری و پشتی، به همین دلیل است که پیوندهای فیبر با بودجه تلفات انتها به انتها به جای طول کابل به تنهایی توصیف می شوند.

Single-Mode در مقابل Multimode: انتخاب قطر لوله

اندازه هسته مهم ترین مشخصات است زیرا تعیین می کند نور چند مسیر را که حالت نامیده می شود، طی می کند. یک هسته کوچک تنها یک مسیر را امکان پذیر می کند، بنابراین تمام نور تقریباً در یک زمان می رسد. یک هسته بزرگ مسیرهای زیادی را امکان پذیر می کند و گسترش زمان رسیدن که به عنوان پراکندگی مدال شناخته می شود، فاصله و پهنای باند را محدود می کند. جدول زیر به طور خلاصه این مبادله را نشان می دهد.

نسخه خانگی: صوتی نوری دیجیتال

پورت اپتیکال مربع در پشت تلویزیون یا نوار صوتی دقیقاً با همان فیزیک در مینیاتور اجرا می شود. یک فیبر نوری پلاستیکی با ضخامت حدود یک میلی‌متر، پالس‌هایی را از یک LED قرمز قابل مشاهده با طول تقریبی 650 نانومتر حمل می‌کند که به صورت جریان صوتی دیجیتال S/PDIF فرمت شده است. یک فتودیود در انتهای دور، پالس ها را به سیگنال الکتریکی برای تراشه رمزگشا تبدیل می کند.

فایده عملی انزوا است. از آنجایی که هیچ چیز رسانایی از شکاف عبور نمی کند، صدای نوری حلقه های زمین را که باعث زمزمه می شوند و نویز الکترومغناطیسی منبع تغذیه اطراف را حذف می کند، حذف می کند. محدودیت آن پهنای باند است: فرمت فراگیر فشرده 5.1 را حمل می کند، اما فرمت های بدون اتلاف و با نرخ بیت بالا که نسخه های جدیدتر HDMI به کار می برند، نیست، به همین دلیل است که HDMI بیشتر مسیریابی سینمای خانگی را در اختیار گرفته است.

طرح های ترکیبی: زمانی که یک مسیر باید نیرو و داده را حمل کند

پروژه های صنعتی به ندرت مسیرهای جداگانه ای را ارائه می دهند. یک جرثقیل برجی به قدرت سروو و بازخورد رمزگذار نیاز دارد. یک ماشین تونل زنی به جریان موتور و داده های حسگر نیاز دارد. یک ایستگاه مانیتورینگ در بالای کوه نیاز به برق رسانی به وسایل الکترونیکی و اتصال دوربین های آن دارد. کشیدن کابل برق و کابل دیتا در کنار هم کار نصب را دو برابر می کند، فضای سینی یا کانال را دو برابر می کند و نقاط خرابی را دو برابر می کند. کابل کامپوزیت فیبر نوری این مشکل را با قرار دادن هسته های برق مسی و فیبرهای نوری در داخل یک ژاکت مشترک حل می کند، بنابراین یک کشش هر دو را ارائه می دهد.

کابل کامپوزیت فیبر نوری ترکیبی از هسته های قدرت و فیبرهای نوری این کابل ترکیبی هادی‌های برق مسی و واحدهای فیبر نوری را در یک پوشش مشترک قرار می‌دهد و به یک کشش اجازه می‌دهد هم قدرت و هم داده را تحویل دهد – ایده‌آل برای جرثقیل‌ها، ماشین‌های تونل‌زنی و ایستگاه‌های نظارت از راه دور که مسیرهای جداگانه غیرعملی هستند. مشاهده محصول →

عناصر نوری درون این هیبریدها از هر اصل توضیح داده شده در بالا پیروی می کنند: بازتاب کلی داخلی، تضعیف وابسته به طول موج، و بودجه تلفات اتصال دهنده. در همین حال، ژاکت باید از محیط زیست جان سالم به در ببرد، خواه این به معنای اشعه ماوراء بنفش در برج‌های در معرض، نفت در چاله‌های کارخانه یا هوای مملو از نمک در نزدیکی خطوط ساحلی باشد. در جایی که سیستم‌های درایو و اینورترها نویز الکتریکی شدید ایجاد می‌کنند، محافظ‌های تقویت‌شده در اطراف کابل، سخت‌افزار اطراف را محافظت می‌کند. نور به خودی خود مصون است، اما پایانه ها و وسایل الکترونیکی همچنان سود می برند.

کابل کامپوزیت فیبر نوری زرهی GDL23 برای دفن مستقیم GDL23 با زره نواری فولادی دولایه، پرکننده ضد آب و روکش مقاوم در برابر مواد شیمیایی، از عناصر نوری و مسی در محیط‌های سخت مانند تونل‌های شهری، مناطق فرونشست، و مناطقی با نویز الکتریکی شدید از درایوها و اینورترها محافظت می‌کند. مشاهده محصول →

در خطوط تولید خودکار، سازه‌های کامپوزیت معمولاً در کنار سایر خانواده‌های کابل صنعتی مشخص می‌شوند و به دیدن آنها در چارچوب کامل کمک می‌کند. راه حل های کابل برای محیط های اتوماسیون به جای اجزای مجزا.

جایی که فیبر برنده است، و جایی که مس هنوز منطقی است

فیبر به طور خودکار پاسخ درستی نیست، و برخورد با آن به این عنوان منجر به خرج بیش از حد می شود. فیبر در فاصله، پهنای باند هر رشته، مصونیت EMI، وزن و امنیت به طور قطعی برنده می شود، زیرا ضربه زدن به فیبر شیشه ای آن را خم می کند و سیگنال را کم می کند و نفوذ را قابل تشخیص می کند. مس در هزینه اتصال، سادگی خاتمه، و توانایی ارائه توان با داده ها در یک جفت برنده است، به همین دلیل است که مس همچنان در چند متر آخر اکثر سیستم ها غالب است. حتی در مس، کیفیت سیگنال توسط شیمی عایق کنترل می‌شود: دی‌الکتریک‌های پلی‌اتیلن با ثابت دی‌الکتریک پایین، ظرفیتی را کاهش می‌دهند که سیگنال‌های فرکانس بالا را تضعیف می‌کند، این اصل در مقاله ما بیشتر توضیح داده شده است. چگونه مواد ثابت دی الکتریک کم از انتقال پایدار پشتیبانی می کنند .

وقتی فیبر یا کامپوزیت هیبریدی را مشخص می‌کنید، قبل از مقایسه قیمت‌ها، این نکات را بررسی کنید:

• درجه میرایی در طول موج عملیاتی شما، بر حسب دسی بل/کیلومتر، با بودجه پیوند شما مطابقت دارد.
• حداقل شعاع خمش معمولاً 10 تا 20 برابر قطر ژاکت و طرح های با شعاع محکم تر در زنجیر کش و تجهیزات متحرک اهمیت دارند.
• جنس ژاکت : بدون هالوژن کم دود برای فضاهای عمومی بسته، پلی اتیلن تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش در فضای باز، ترکیبات مقاوم در برابر روغن در کف صنعتی.
• تعداد و نوع فیبر : فیبرهای یدکی را مجاز کنید، زیرا یک کابل با 8 هزینه کمی بیشتر از کابل با 4 دارد، اما کشیدن مجدد بعداً هزینه زیادی دارد.
• حفاظت مکانیکی مانند زره پوش، هر جا که بارهای له شده یا جوندگان یک خطر واقع بینانه باشد.

کابل سیگنال سنسور سه گانه محافظ PRAP3 PRAP3 با داشتن محافظ گروهی و کلی برای انتقال متعادل سه هسته‌ای، سیگنال‌های رمزگذار و سنسور را در خطوط تولید خودکار که در آن نویز اینورتر نگران‌کننده است تمیز نگه می‌دارد و آن را به انتخابی مناسب در کنار مشخصات کابل کامپوزیت تبدیل می‌کند. مشاهده محصول →

پاسخ کار به «چگونه یک کابل نوری کار می‌کند» در یک جمله قرار می‌گیرد: یک فرستنده داده‌ها را به پالس‌های زمان‌بندی شده نور تبدیل می‌کند، بازتاب داخلی کل آن پالس‌ها را در داخل یک هسته شیشه‌ای به دام می‌اندازد و آنها را با حداقل تلفات حمل می‌کند، و یک گیرنده نور را دوباره به داده تبدیل می‌کند. هر چیز دیگری، از شیمی روکش و انتخاب طول موج گرفته تا مواد ژاکت، برای اجرای این حکم وجود دارد. اگر در حال برنامه ریزی مسیری هستید که قدرت و ارتباطات را با هم ترکیب می کند، از فاصله، محیط و شرایط الکترومغناطیسی شروع کنید، سپس ساختار کابل را با این سه واقعیت مطابقت دهید. تولیدکننده‌ای که هر دو سازه‌های مسی و نوری را زیر یک سقف طراحی می‌کند، معمولاً می‌تواند یک طرح ترکیبی پیشنهاد کند که به طور کامل در یک بار دوم صرفه‌جویی کند، و بررسی بودجه‌های ضرر و الزامات زیست‌محیطی با تأمین‌کننده قبل از نهایی کردن مشخصات، ارزان‌ترین بیمه‌ای است که می‌توانید بخرید.