核電廠儀控系統(tǒng)光纖端接技術(shù)分析

孫存波

國(guó)核工程有限公司 上海 200233

光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中全反射原理達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。微細(xì)的光纖一般裝在塑料護(hù)套中，使它能夠彎曲而不至于斷裂。光纖具有頻帶寬、損耗低、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。

1 核電廠光纖及光纖接頭

1.1 光纖技術(shù)要求

核電廠光纖的熱及輻射特性要求嚴(yán)格，其關(guān)鍵光學(xué)和物理特性應(yīng)保持60年的電廠預(yù)期壽命。光纖的使用應(yīng)適合核電廠數(shù)據(jù)寬帶傳輸?shù)囊?，功能上?yīng)具備防曬、耐高溫、耐潮濕、阻燃等特性。光纖的衰減及頻帶寬度應(yīng)與數(shù)據(jù)表中要求一致[1]。

1.2 光纖接頭及分類(lèi)

光纖接頭是光纖的末端裝置，光纖接頭將兩根光纖永久的或可分離的連接在一起，并保護(hù)部件的接續(xù)部分，盡可能的減少信號(hào)衰減，保證光纖通訊質(zhì)量。核電廠中使用的1E級(jí)光纖接頭為ST接頭62.5/125um，該接頭用于保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)。ST接頭62.5/125um型光纖接頭的組成有類(lèi)型一和類(lèi)型二兩種。

2 光纖端接

在光纖端接之前，應(yīng)確保光纖的驗(yàn)收及存儲(chǔ)符合規(guī)范要求，保證端接材料在端接前的質(zhì)量。光纖端接之前應(yīng)進(jìn)行端接先決條件檢查，主要包括人員資質(zhì)、端接設(shè)備、材料、環(huán)境、文件及技術(shù)資料等。光纖端接分為光纖熔接、光纖壓接、光纖與接頭連接以及光纖檢測(cè)四個(gè)部分。

2.1 光纖熔接

目前，光纖熔接在市場(chǎng)上有各類(lèi)夾具，可滿(mǎn)足光纖與熔接頭連接，操作較為簡(jiǎn)便，壽命長(zhǎng)且不隨溫度變化而變化，熔接損耗較低，后期維護(hù)成本較低。相對(duì)壓接而言，前期投入較大，專(zhuān)用工具較多。核電廠中光纖熔接主要用于在光纖配線(xiàn)架處將光纜與光纖尾纖接續(xù)，從而形一條光纖鏈路。

根據(jù)光纖材料和類(lèi)型，設(shè)置預(yù)熔、主熔電流和時(shí)間以及光纖送人量等關(guān)鍵參數(shù)。光纖熔接過(guò)程中應(yīng)及時(shí)清潔熔接機(jī)“V”型槽、電極、物鏡、熔接室等，隨時(shí)觀察熔接中有無(wú)氣泡、過(guò)細(xì)、過(guò)粗、虛熔、分離等不良現(xiàn)象，注意OTDR測(cè)試儀表跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)分析產(chǎn)生上述不良現(xiàn)象的原因，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施[2]。

2.2 光纖壓接

光纖壓接不需要光纖熔接設(shè)備，通過(guò)簡(jiǎn)單的壓接工具，利用機(jī)械連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖的永久連接，對(duì)施工環(huán)境要求相對(duì)寬松。光纖壓接對(duì)溫濕度較為敏感，溫度越高壽命越短；另外，后期維護(hù)成本較高，施工工藝也較為精細(xì)，核電廠對(duì)LC、SC、ST接頭采用了壓接的安裝方式，將不同顏色的光纖分開(kāi)，穿過(guò)接頭尾端護(hù)套，并將接頭組件安裝在固定器上。選擇固定器上的BUFFER刻度，使用記號(hào)筆在緊套層外進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記長(zhǎng)度剝除緊套層及涂覆層；對(duì)于帶有外護(hù)套及凱夫拉纖維的光纖，則選擇固定器上的cable刻度，先剝除外乎套及凱夫拉纖維，再選擇固定其上的BUFFER刻度，剝除緊套層及涂覆層。用無(wú)塵布蘸取異丙酮或光纖清潔劑，小心擦去抱在光芯上的油脂和雜質(zhì)，使用光纖切割刀切割裸纖，切割后裸纖長(zhǎng)度為8mm，將切割好端面的光纖穿進(jìn)需要被端接的光纖接頭尾部空中，推進(jìn)光纜至最底處，確認(rèn)在光纖緊套上留下的標(biāo)記已經(jīng)進(jìn)入到接頭中，然后放置在光纖固化夾具上夾緊，夾緊后光纖可以觀察到明顯的彎曲，再使用壓鉗壓緊接頭尾部。壓接完成后，將接頭外殼組件組裝完成，并安裝防護(hù)帽[3]。

將加入環(huán)氧樹(shù)脂膠的注射器尾端插入接頭套圈組件端口，慢慢的將環(huán)氧樹(shù)脂注射至套圈組件中，并通過(guò)套圈組件上的觀察窗口觀察注射情況，待環(huán)氧樹(shù)脂充滿(mǎn)后，慢慢將注射器拔出。將已安裝接頭后端保護(hù)套的光纖從套圈組件端口插入，并前后推拉至少10次，保證光纖完全被環(huán)氧樹(shù)脂包裹。將光纖放置在固化夾具上夾緊，并清除套圈組件外部多余的環(huán)氧樹(shù)脂，將固化夾具放置在固化爐中，放置在115溫度下加熱15分鐘，加熱完成后，使用切割刀切除多余的光纖，并使用光纖研磨機(jī)打磨光纖切口，打磨完成后使用顯微鏡檢測(cè)端面打磨是否合格，如端面不合格，則需要重新打磨。

2.3 光纖檢測(cè)

光纖損耗是度量一個(gè)光纖端接質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此當(dāng)光纖端接完成后，一般立即進(jìn)行光纖損耗的測(cè)量，判斷光纖端接是否合格。光纖損耗一般使用穩(wěn)定光源，光功率計(jì)或光時(shí)域反射儀來(lái)測(cè)量。使用光源和光功率計(jì)檢測(cè)損耗時(shí)。由于光纖的模場(chǎng)直徑影響它的后向散射，因此在接頭兩遍的光纖可能會(huì)產(chǎn)生不同的后向散射，從而遮蔽接頭的只是損耗，需要從兩個(gè)方向測(cè)量損耗，求出這兩個(gè)結(jié)果的平均值。

光纖損耗值應(yīng)符合以下要求：

（1）光纖自身?yè)p耗。多模光纖：≤3.5dB/km(傳輸波長(zhǎng)850nm)，≤1.5dB/km(傳輸波長(zhǎng)1300nm)單模光纖：≤0.7dB/km(傳輸波長(zhǎng)1310nm/1550nm)

（2）單個(gè)連接器損耗≤0.75dB。

（3）熔接點(diǎn)損耗≤0.3dB。光纖端接之后，通過(guò)接頭連接至設(shè)備上，設(shè)備與設(shè)備之間的連接一般使用光纖跳線(xiàn)，根據(jù)設(shè)備連接端口的類(lèi)型，選擇帶有相匹配連接器的光纖跳線(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

作為三代核電的代表之一，核電廠在數(shù)據(jù)傳輸方面有著較高的要求，尤其是1E級(jí)設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳輸，與核電廠安全息息相關(guān)。光纖在I&C系統(tǒng)中的應(yīng)用有效地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α９饫w端接質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，光纖損耗檢測(cè)對(duì)整個(gè)光纖端接形成閉環(huán)控制，為方便統(tǒng)一管理，需明確對(duì)光纖檢測(cè)的統(tǒng)一方法。