Máy hàn cáp quang

Máy hàn cáp quang là thiết bị chuyên dụng dùng để nối hai sợi quang bằng phương pháp hồ quang điện, tạo thành một đường truyền Fiber liên tục với mức suy hao thấp. Thiết bị được sử dụng trong thi công FTTH, ODF, măng xông quang, mạng viễn thông, Data Center và các tuyến backbone. Máy hàn hiện đại có khả năng quan sát, căn chỉnh sợi, thực hiện phóng hồ quang và ước tính chất lượng mối nối ngay tại hiện trường.

Máy hàn cáp quang là gì?

Máy hàn cáp quang, tên tiếng Anh là Fusion Splicer, là thiết bị sử dụng hồ quang điện để làm nóng và hợp nhất hai đầu sợi quang đã được chuẩn bị chính xác.

Quy trình cơ bản có thể hình dung:

Tuốt Fiber → Làm sạch → Cắt Fiber → Đặt vào máy hàn → Căn chỉnh → Phóng hồ quang → Bảo vệ mối hàn

Khác với Connector hoặc Adapter tạo kết nối có thể tháo rời, Fusion Splicing tạo một mối nối tương đối cố định giữa hai Fiber.

Hai đầu sợi sau khi được căn chỉnh sẽ được đưa lại gần nhau. Hồ quang điện làm nóng phần thủy tinh tại vị trí tiếp xúc, sau đó hai đầu Fiber được hợp nhất thành một đường truyền liên tục.

Một mối hàn tốt cần đảm bảo lõi của hai sợi được căn chỉnh chính xác, mặt cắt đạt yêu cầu và khu vực hàn không bị bụi, dầu hoặc tạp chất ảnh hưởng.

Máy hàn được sử dụng với nhiều loại Fiber, trong đó phổ biến nhất là Singlemode và Multimode.

Máy hàn cáp quang hoạt động như thế nào?

Fusion Splicer thực hiện nhiều bước tự động nhằm đưa hai đầu Fiber về đúng vị trí trước khi phóng hồ quang.

Sau khi kỹ thuật viên đặt Fiber vào máy, hệ thống camera và bộ xử lý hình ảnh quan sát hai đầu sợi.

Máy kiểm tra hình dạng mặt cắt, vị trí Fiber và khoảng cách giữa hai đầu. Sau đó các cơ cấu định vị thực hiện điều chỉnh trước khi hồ quang được tạo ra.

Cấu trúc hoạt động có thể hiểu:

Fiber A → Căn chỉnh ← Fiber B

sau đó:

Fiber A + Hồ quang + Fiber B → Mối nối

Sau quá trình hàn, máy có thể thực hiện kiểm tra hình ảnh và đưa ra giá trị suy hao ước tính.

Giá trị trên Fusion Splicer chủ yếu phục vụ đánh giá nhanh tại hiện trường. Khi cần nghiệm thu chính xác toàn tuyến, nên sử dụng thiết bị đo quang như OTDR hoặc Power Meter theo phương pháp phù hợp.

Quy trình hàn nối sợi quang bằng máy hàn cáp quang

Chất lượng của mối hàn không chỉ phụ thuộc vào máy mà còn phụ thuộc rất nhiều vào quá trình chuẩn bị Fiber.

Tuốt lớp bảo vệ sợi quang

Trước khi hàn, phần coating hoặc buffer tại đầu Fiber phải được loại bỏ để lộ phần sợi thủy tinh.

Kìm tuốt quang chuyên dụng được sử dụng để thực hiện công đoạn này.

Có thể hình dung:

Fiber có coating → Kìm tuốt → Bare Fiber

Cần tránh tạo vết xước lên phần thủy tinh vì những khuyết tật nhỏ có thể làm sợi yếu hoặc ảnh hưởng tới chất lượng mối nối.

Làm sạch Fiber

Sau khi tuốt, trên bề mặt sợi có thể còn sót lại coating, bụi hoặc tạp chất.

Fiber cần được làm sạch bằng vật liệu và dung dịch phù hợp trước khi đưa sang bước cắt.

Đây là công đoạn quan trọng vì bụi hoặc dầu bám trên sợi có thể bị đưa trực tiếp vào vùng hồ quang và gây mối hàn không đồng đều.

Sau khi làm sạch, nên hạn chế chạm tay trực tiếp vào phần Fiber trần.

Cắt sợi bằng Dao cắt quang

Fiber tiếp tục được đưa vào Fiber Cleaver để tạo mặt cắt phẳng và gần vuông góc với trục sợi.

Quy trình:

Bare Fiber → Dao cắt → Mặt đầu Fiber

Nếu mặt cắt bị nghiêng, sứt hoặc nứt, Fusion Splicer có thể cảnh báo hoặc tạo mối nối có chất lượng thấp hơn.

Vì vậy, khi máy hàn liên tục báo lỗi góc cắt, kỹ thuật viên không nên chỉ kiểm tra Fusion Splicer mà cần kiểm tra cả dao cắt và lưỡi blade.

Đặt Fiber vào Máy hàn

Hai đầu Fiber được đặt vào V-Groove hoặc Fiber Holder của máy.

Phần sợi cần nằm đúng vị trí để hệ thống camera có thể quan sát rõ hai đầu.

Sau khi đóng nắp chắn gió, máy bắt đầu quá trình kiểm tra và căn chỉnh.

Ở giai đoạn này:

Fiber A → | | ← Fiber B

Máy đưa hai sợi tới vị trí thích hợp trước khi thực hiện hồ quang.

Phóng hồ quang và tạo mối nối

Hai điện cực bên trong Fusion Splicer tạo ra hồ quang điện tại vùng nối.

Nhiệt lượng làm mềm thủy tinh của hai đầu sợi và máy đồng thời điều khiển chúng tiếp xúc với nhau.

Sau khi hoàn thành:

Fiber A ───── Fiber B

Hai Fiber trở thành một tuyến quang liên tục tại vị trí hàn.

Máy tiếp tục phân tích hình ảnh mối nối và có thể thực hiện kiểm tra lực kéo nhẹ tùy thiết kế.

Core Alignment và Cladding Alignment là gì?

Phương pháp căn chỉnh là một trong những khác biệt quan trọng giữa các dòng Fusion Splicer.

Máy hàn Core Alignment

Core Alignment tập trung vào việc nhận diện và căn chỉnh phần Core của hai Fiber.

Với Singlemode, Core có kích thước rất nhỏ nên việc đưa hai lõi về đúng vị trí giúp hạn chế suy hao tại mối nối.

Có thể hiểu:

Core A → căn chỉnh chính xác ← Core B

Những Fusion Splicer dạng Core Alignment thường phù hợp với các tuyến backbone, mạng viễn thông và hệ thống có yêu cầu cao về chất lượng mối hàn.

Máy sử dụng hệ thống camera và thuật toán xử lý hình ảnh để xác định vị trí của Fiber trước khi hàn.

Máy hàn Cladding Alignment

Cladding Alignment căn chỉnh sợi chủ yếu dựa trên phần Cladding bên ngoài.

Hai Fiber được đặt vào V-Groove và định vị theo hình học của sợi.

Cấu trúc này thường đơn giản hơn Core Alignment và phù hợp với nhiều công việc FTTH hoặc hàn nối thông thường.

Nếu Core nằm chính xác tại tâm Cladding, kết quả vẫn có thể đạt chất lượng tốt. Tuy nhiên, khả năng bù sai lệch giữa Core và Cladding thường hạn chế hơn so với hệ thống căn chỉnh lõi trực tiếp.

Các bộ phận chính của máy hàn cáp quang

Fusion Splicer tích hợp cả hệ thống quang học, cơ khí và điện tử trong một thiết bị tương đối nhỏ gọn.

Hệ thống Camera

Camera giúp máy quan sát hai đầu Fiber ở độ phóng đại cao.

Hình ảnh được hiển thị trên màn hình để kỹ thuật viên theo dõi quá trình căn chỉnh.

Máy có thể sử dụng hình ảnh theo nhiều trục để kiểm tra vị trí Fiber tốt hơn trước khi hàn.

Hệ thống camera cũng hỗ trợ nhận biết một số lỗi như mặt cắt xấu, Fiber lệch hoặc có bất thường tại vùng nối.

V-Groove và bộ giữ Fiber

V-Groove là rãnh chính xác dùng để đặt Fiber.

Hai đầu sợi cần nằm sạch và ổn định trong rãnh để cơ cấu căn chỉnh hoạt động đúng.

Bụi bẩn trên V-Groove có thể làm Fiber nằm lệch và ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng mối hàn.

Do đó, đây là một trong những vị trí cần được vệ sinh thường xuyên trên Fusion Splicer.

Điện cực máy hàn

Electrode tạo hồ quang để nung nóng Fiber.

Hai điện cực được bố trí hai phía của vùng hàn và phóng hồ quang qua khoảng không giữa chúng.

Sau thời gian sử dụng, đầu điện cực có thể bị mòn hoặc bám cặn.

Khi chất lượng hồ quang không còn ổn định, máy có thể yêu cầu thực hiện Arc Calibration hoặc kiểm tra và thay điện cực.

Màn hình điều khiển

Màn hình hiển thị hình ảnh Fiber, trạng thái quá trình hàn và các thông tin vận hành.

Kỹ thuật viên có thể theo dõi:

Căn chỉnh → Hồ quang → Mối nối → Suy hao ước tính

Các Fusion Splicer hiện đại thường sử dụng màn hình màu với giao diện trực quan, giúp việc thao tác tại hiện trường thuận tiện hơn.

Lò gia nhiệt ống co nhiệt

Sau khi Fusion Splicing, phần Bare Fiber tại mối nối vẫn rất dễ bị tác động cơ học.

Ống co nhiệt bảo vệ mối hàn được đưa vào lò Heater trên máy.

Cấu trúc:

Fiber hàn → Ống bảo vệ → Heater → Ống co chặt

Ống bảo vệ thường có thanh gia cường bên trong để tăng độ cứng tại vùng mối hàn.

Sau khi gia nhiệt hoàn tất, mối nối có thể được đặt vào khay hàn trong ODF hoặc măng xông.

Máy hàn cáp quang Singlemode và Multimode

Fusion Splicer có thể hỗ trợ nhiều loại Fiber nhưng chương trình hàn cần phù hợp với loại sợi đang sử dụng.

Hàn sợi Singlemode

Singlemode thường có Core khoảng 9 µm và Cladding 125 µm.

Do lõi rất nhỏ, yêu cầu căn chỉnh tại mối hàn tương đối cao.

Một tuyến có thể là:

OS2 Fiber → Fusion Splice → OS2 Fiber

Singlemode được sử dụng rộng rãi trong FTTH, mạng viễn thông và backbone khoảng cách xa nên đây là loại Fiber thường xuyên được xử lý bằng Fusion Splicer.

Hàn sợi Multimode

Multimode có Core lớn hơn, phổ biến 50 µm hoặc 62,5 µm tùy chuẩn.

Các dòng OM2, OM3, OM4 và OM5 thuộc nhóm Multimode với đặc tính truyền dẫn khác nhau.

Khi hàn, nên sử dụng chương trình Fiber phù hợp và ưu tiên nối hai sợi cùng loại.

Ví dụ:

OM3 → hàn với OM3

Việc kết nối những loại sợi có đặc tính khác nhau có thể tạo ra điểm chuyển tiếp ảnh hưởng tới hiệu suất toàn tuyến.

Suy hao mối hàn quang là gì?

Khi hai Fiber được nối với nhau, một lượng nhỏ công suất quang có thể bị mất tại vị trí hàn.

Mức tổn hao này gọi là Splice Loss.

Nguyên nhân có thể đến từ lệch Core, mặt cắt không tốt, bụi bẩn hoặc đặc tính hai Fiber không hoàn toàn tương đồng.

Fusion Splicer thường hiển thị giá trị suy hao ước tính sau khi hàn.

Nếu máy báo kết quả bất thường, kỹ thuật viên có thể cắt bỏ mối nối và thực hiện lại quy trình:

Cắt mối hàn → Tuốt → Làm sạch → Cleave → Hàn lại

Không nên chỉ dựa vào giá trị trên màn hình máy để đánh giá toàn bộ tuyến. Kết quả OTDR hoặc phép đo Insertion Loss sẽ cung cấp thêm dữ liệu khi cần nghiệm thu.

Vì sao máy hàn cáp quang cần Arc Calibration?

Cường độ hồ quang chịu ảnh hưởng bởi tình trạng điện cực và điều kiện môi trường.

Nhiệt độ, độ cao và áp suất không khí có thể làm đặc tính phóng hồ quang thay đổi.

Arc Calibration giúp Fusion Splicer điều chỉnh năng lượng hồ quang cho phù hợp với điều kiện hiện tại.

Nếu hồ quang quá yếu, hai Fiber có thể không hợp nhất hoàn toàn.

Nếu hồ quang quá mạnh, sợi có thể bị biến dạng quá mức tại vùng nối.

Việc hiệu chuẩn đặc biệt cần thiết khi máy vừa thay điện cực, di chuyển tới môi trường làm việc khác hoặc xuất hiện nhiều mối hàn có chất lượng bất thường.

Điện cực của Máy hàn cáp quang cần được bảo trì như thế nào?

Electrode là bộ phận hao mòn trong quá trình sử dụng.

Mỗi lần hàn đều tạo ra hồ quang giữa hai điện cực. Sau nhiều chu kỳ, hình dạng đầu Electrode và khả năng phóng hồ quang có thể thay đổi.

Khi điện cực xuống cấp, mối hàn có thể trở nên thiếu ổn định dù Fiber đã được chuẩn bị đúng.

Fusion Splicer thường có bộ đếm số lần phóng hồ quang để hỗ trợ theo dõi tình trạng Electrode.

Khi thay điện cực, cần sử dụng loại tương thích với máy và thực hiện các bước hiệu chuẩn cần thiết trước khi tiếp tục hàn chính thức.

Phân biệt Máy hàn cáp quang và Fast Connector

Fusion Splicing và Fast Connector đều giúp hoàn thiện tuyến Fiber nhưng sử dụng hai phương pháp khác nhau.

Máy hàn cáp quang

Fusion Splicer hợp nhất trực tiếp hai Fiber bằng hồ quang.

Cấu trúc:

Fiber A → Fusion Splice → Fiber B

Mối hàn có tính cố định và thường được bảo vệ bằng ống co nhiệt.

Phương pháp này phù hợp với ODF, măng xông, backbone và những hệ thống cần nhiều mối nối ổn định.

Fast Connector

Fast Connector tạo kết nối cơ học tại đầu sợi.

Quy trình:

Tuốt → Làm sạch → Cleave → Đưa Fiber vào Fast Connector

Không cần Fusion Splicer nên thuận tiện khi thi công một số điểm FTTH tại hiện trường.

Tuy nhiên, Fast Connector và Fusion Splicing không hoàn toàn thay thế nhau. Việc sử dụng phương án nào phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống và yêu cầu đối với điểm kết nối.

Máy hàn cáp quang trong hệ thống ODF

ODF là một trong những vị trí Fusion Splicer được sử dụng nhiều nhất.

Cáp quang tuyến chính được đưa vào ODF và từng Core được hàn với Pigtail.

Cấu trúc:

Cáp Fiber → Máy hàn → Pigtail → Adapter ODF

Mối nối được đặt vào ống co nhiệt, sau đó sắp xếp trong khay hàn.

Đầu Connector của Pigtail được đưa lên Adapter để Patch Cord có thể kết nối với thiết bị.

Nhờ Fusion Splicing, phần cáp backbone và Pigtail tạo thành một tuyến quang ổn định bên trong ODF.

Máy hàn cáp quang trong Măng xông quang

Măng xông được sử dụng khi cần nối hai hoặc nhiều đoạn cáp trên tuyến.

Ví dụ:

Cáp A → Fusion Splice → Cáp B

Các Fiber tương ứng được hàn từng Core với nhau rồi bố trí trong khay hàn của măng xông.

Sau khi hoàn thiện, vỏ măng xông bảo vệ toàn bộ mối nối khỏi tác động từ môi trường.

Máy hàn vì vậy là thiết bị quan trọng trong thi công các tuyến quang ngoài trời, cống bể và mạng backbone có nhiều điểm nối cáp.

VTXVN – Đơn vị cung cấp Máy hàn cáp quang

VTXVN cung cấp Máy hàn cáp quang phục vụ thi công FTTH, ODF, măng xông, mạng viễn thông, LAN quang và các tuyến backbone Fiber. Danh mục có thể đáp ứng nhiều nhu cầu từ hàn nối FTTH thông thường đến các hệ thống yêu cầu khả năng căn chỉnh sợi chính xác cao.

Máy hàn có thể kết hợp với dao cắt sợi quang, kìm tuốt Fiber, dụng cụ vệ sinh, ống co nhiệt và máy đo cáp quang để tạo thành bộ thiết bị thi công và kiểm tra Fiber hoàn chỉnh.

Tùy loại Fiber, phương pháp căn chỉnh và yêu cầu của công trình, VTXVN hỗ trợ cung cấp thông tin kỹ thuật, tư vấn thiết bị và báo giá Máy hàn cáp quang cho kỹ thuật viên, doanh nghiệp, nhà thầu và các dự án viễn thông.