Các cách nối cáp quang: hàn nhiệt, fast connector hay rệp nối cơ khí, chọn cách nào

Các cách nối cáp quang quy về ba nhóm: hàn nhiệt bằng máy hàn hồ quang, rệp nối cơ khí (mechanical splice) và đầu nối lắp nhanh (fast connector). Hàn nhiệt cho suy hao thấp nhất và là cách chuẩn cho tuyến trục, nhiều mối. Rệp nối cơ khí không cần điện nên hợp sửa chữa tại chỗ. Fast connector gộp mối nối và đầu nối vào một khối, hợp đấu thuê bao và vị trí ít mối.

Ngoại lệ cần nhớ: theo chuẩn TIA, mối hàn và mối nối cơ khí cùng chịu một ngưỡng tối đa 0,3 dB, nên chọn cách nào không phải vì “chuẩn cho phép”, mà vì suy hao thực tế bạn cần đạt, số mối trên tuyến, nguồn điện tại hiện trường và tay nghề thợ. Cả ba cách đều đòi hỏi cắt sợi và vệ sinh đúng, nếu không cách nào cũng cho suy hao cao.

Bài này dành cho chủ đầu tư, nhà thầu và kỹ thuật viên đang cân nhắc cách nối cho tuyến cáp quang mới hoặc cần xử lý cáp bị đứt. Nội dung đi qua từng cách với thông số hãng công bố, bảng so sánh, ví dụ tính quỹ suy hao, lỗi thường gặp và cách đo kiểm sau khi nối.

Các cách nối cáp quang trong thực tế gồm những gì?

Có ba cách chính. Hàn nhiệt (fusion splice) nung chảy hai đầu sợi bằng hồ quang để thành một sợi liền. Rệp nối cơ khí giữ hai đầu sợi sát nhau trong một cơ cấu kẹp có gel phối hợp chiết suất. Fast connector là đầu nối có sẵn đoạn sợi mồi bên trong, sợi hiện trường được cắt rồi nối cơ khí vào đoạn mồi này.

Cần phân biệt “nối” với “đấu”: nối là ghép hai sợi thành một đường dẫn liên tục, còn đấu là cắm đầu nối vào adapter hoặc thiết bị, tháo ra cắm lại được. Một tuyến thực tế có cả hai. Phần đấu hộp phối quang nằm trong bài hướng dẫn đấu nối ODF.

Sơ đồ tuyến mẫu để hình dung vị trí từng loại mối nối

1. Thiết bị đầu A, đấu vào ODF đầu A bằng dây nhảy.
2. Trong ODF: cáp trục nối vào pigtail tại một mối nối (hàn nhiệt, hoặc nối cơ khí).
3. Cáp trục chạy ngoài trời, nếu dài hơn chiều dài một cuộn thì có mối nối giữa tuyến đặt trong măng xông.
4. Đầu B cũng có một mối nối cáp với pigtail trong ODF, hoặc một fast connector nếu là điểm thuê bao.
5. Thiết bị đầu B đấu vào ODF đầu B bằng dây nhảy.

Hàn nhiệt cho suy hao bao nhiêu và cần những gì?

Hàn nhiệt cho suy hao thấp nhất trong ba cách: datasheet một dòng máy hàn Fujikura công bố suy hao mối hàn trung bình 0,02 dB cho sợi G.652, đo bằng phương pháp cắt ngược trên sợi cùng loại. Đó là số điển hình trong điều kiện thử của hãng, không phải cam kết cho từng mối hàn ngoài công trình.

Cái giá của hiệu suất đó là thiết bị: một bộ hàn nhiệt gồm máy hàn cáp quang, dao cắt sợi chính xác, kìm tuốt sợi, ống co nhiệt, khay hàn và nguồn điện hoặc pin. Cũng datasheet đó ghi thời gian hàn trung bình 7 đến 9 giây ở chế độ singlemode nhanh, chưa tính thời gian tuốt, lau và cắt sợi.

Hàn nhiệt hợp với tuyến trục, tuyến có nhiều mối, nơi cần suy hao thấp và ổn định lâu dài. Muốn hiểu quy trình, đọc quy trình hàn cáp quang chuẩn kỹ thuật.

Rệp nối cơ khí là gì và khi nào nên dùng?

Rệp nối cơ khí là một khối nhỏ có rãnh định tâm kim loại bên trong thân nhựa, hai đầu sợi đã cắt được đẩy vào đối diện nhau và kẹp lại, gel phối hợp chiết suất ở mặt tiếp xúc giúp mối nối có suy hao thấp. Không cần điện, không cần epoxy, chỉ cần tuốt, lau, cắt sợi và dụng cụ ép.

Ví dụ datasheet rệp nối quang 3M Fibrlok II 2529 công bố suy hao điển hình dưới 0,1 dB, độ phản xạ điển hình dưới -55 dB ở nhiệt độ phòng và dưới -35 dB trong dải nhiệt độ làm việc từ -40 °C đến 75 °C, nhận cả sợi phủ 250 µm lẫn 900 µm. Hãng cũng ghi khả năng định vị lại sợi, tức nếu ép chưa tốt có thể mở ra làm lại. Thông số này là của dòng Fibrlok, rệp nối của hãng khác cần xem datasheet riêng.

Rệp nối cơ khí hợp với sửa chữa tại chỗ khi không có máy hàn hoặc không có điện, ít mối nối trên tuyến, hoặc cần nối nhanh để khôi phục dịch vụ. Theo kinh nghiệm thi công, tuyến có hàng chục mối nối thì tổng chi phí rệp và thời gian ép từng mối thường làm hàn nhiệt hiệu quả hơn. Các mẫu khác TCNET đang có nằm trong nhóm rệp nối dây quang.

Fast connector là gì và khác pigtail hàn thế nào?

Fast connector là đầu nối lắp nhanh tại hiện trường. Corning mô tả dòng đầu nối lắp nhanh của hãng như một “mini pigtail”: bên trong có sẵn đoạn sợi mồi đã gắn và đánh bóng sẵn ở nhà máy, đầu còn lại được cắt chính xác và đặt vào cơ cấu nối cơ khí. Lắp tại hiện trường không cần epoxy, không cần mài.

Thông số tham khảo: catalog Corning cho một mã đầu nối lắp nhanh LC singlemode OS2 ghi suy hao tối đa 0,5 dB, độ phản xạ dưới -55 dB, dải nhiệt độ làm việc -40 °C đến 75 °C, suy hao thay đổi không quá 0,2 dB sau 500 lần cắm rút. Lưu ý 0,5 dB là của riêng một đầu nối, còn ngưỡng 0,75 dB của chuẩn TIA tính cho một cặp đầu nối đã ghép. Với đầu nối của nhà sản xuất khác, kể cả các mã SC/APC, SC/UPC trong nhóm fast connector quang tại TCNET, thông số cụ thể phải đọc ở datasheet của đúng mã đang dùng.

So với hàn pigtail, fast connector nhanh hơn: tài liệu Fluke Networks và Legrand ghi đầu nối tiền đánh bóng (pre-polished) lắp xong trong khoảng một nửa thời gian của đầu nối đánh bóng tại hiện trường. Đổi lại, chất lượng phụ thuộc hoàn toàn vào hai thứ: mặt cắt sợi và việc đẩy sợi vào tận chốt tiếp xúc với đoạn mồi. Cách bấm cụ thể từng bước nằm trong bài hướng dẫn bấm fast connector quang SC/UPC.

Chọn cách nào: so sánh hàn nhiệt, rệp nối cơ khí và fast connector

Không có cách nối tốt nhất cho mọi tuyến; bảng dưới đặt ba cách cạnh nhau theo tiêu chí kỹ thuật. Số suy hao là số hãng công bố cho một dòng đại diện, không phải cam kết của mọi sản phẩm cùng nhóm.

Hai điều cần đọc kèm bảng. Một, cột hàn nhiệt và rệp nối là suy hao một mối nối, còn fast connector là suy hao của một đầu nối. Hai, ngưỡng nghiệm thu của chuẩn là 0,3 dB mỗi mối nối (hàn hay cơ khí) và 0,75 dB mỗi cặp đầu nối, theo tài liệu hướng dẫn kiểm tra cáp quang của Fluke Networks và Legrand dẫn lại từ TIA-568; tức chuẩn không phân biệt hàn với rệp, phần chênh lệch nằm ở thực tế bạn đạt được.

Ví dụ tính quỹ suy hao để chọn cách nối

Quỹ suy hao tối đa của một tuyến bằng suy hao cáp cộng suy hao đầu nối cộng suy hao mối nối. Theo tài liệu Fluke Networks và Legrand dẫn TIA-568, cáp singlemode ngoài trời tối đa 0,5 dB/km, trong nhà 1,0 dB/km, mỗi mối nối 0,3 dB, mỗi cặp đầu nối 0,75 dB. Ví dụ tuyến singlemode ngoài trời 2 km, có 3 mối nối và 2 cặp đầu nối ở hai đầu:

Đây là ngưỡng trần, không phải mục tiêu; thiết bị đầu cuối còn cần dư địa cho lão hóa và sửa chữa sau này. Nếu quỹ suy hao thiết bị đã sát, chọn cách nối cho suy hao thấp hơn (hàn nhiệt) sẽ an toàn hơn; xem công thức đầy đủ trong bài cách tính suy hao trên tuyến cáp quang. Lưu ý các giá trị trên lấy từ tài liệu dẫn chuẩn bản cũ; trước khi nghiệm thu dự án, đối chiếu với bản chuẩn mà hợp đồng yêu cầu.

Lỗi thường gặp khi nối cáp quang và cách khắc phục tại chỗ

Dù chọn cách nào, lỗi ngoài hiện trường tập trung vào mặt cắt, vệ sinh và vị trí sợi. Tài liệu Fluke Networks và Legrand nhận định bẩn là nguyên nhân hàng đầu gây sự cố khi kiểm tra và vận hành cáp quang, và với đầu nối lắp nhanh thì hai lỗi chính là cắt xấu và sợi chưa vào tận chốt tiếp xúc.

Mẹo thực địa với fast connector trên cáp ống lỏng: sợi phủ 250 µm phải luồn qua ống 900 µm, và nếu mép lớp phủ trùng sát đầu ống thì khi đẩy vào, sợi dễ lùi vào ống và không chạm đoạn mồi. Tài liệu Fluke Networks và Legrand khuyên chừa một đoạn sợi phủ 250 µm nhô ra khỏi ống 900 µm, để nếu sợi lùi vào chút thì vẫn tiếp xúc được. Cách chung: dùng bút đánh dấu chiều dài đưa vào, đẩy đến khi cảm thấy điểm dừng.

Về vệ sinh, nên lau mọi đầu nối trước mỗi lần cắm. Tài liệu trên khuyên dùng cồn isopropyl 99% loại thuốc thử, lau bằng giấy không xơ rồi lau khô lại bằng giấy sạch, và đậy nắp chụp ngay sau khi lau. Xem cách làm cụ thể trong bài cách vệ sinh connector quang đúng cách.

Nối xong phải đo gì, ngưỡng đạt bao nhiêu?

Mọi mối nối đều cần đo sau khi làm. Đo kiểm gồm hai tầng theo TIA: Tier 1 dùng nguồn sáng và máy đo công suất (OLTS) để đo suy hao tổng, chiều dài, cực tính; Tier 2 tùy chọn dùng OTDR để thấy từng sự kiện dọc tuyến, rất hữu ích khi cần tìm mối nối nào gây suy hao cao.

Ngưỡng đạt tối thiểu: không vượt quỹ suy hao tính theo cáp, mối nối và đầu nối của tuyến đó; với từng mối nối riêng, mức tối đa chuẩn cho phép là 0,3 dB. Bước sóng đo singlemode theo tài liệu dẫn TIA-568 là 1310 nm hoặc 1550 nm cho tuyến ngang, và cả hai bước sóng cho tuyến trục. Để biết cách đọc đồ thị OTDR và nhận ra mối nối xấu, xem cách đọc trace OTDR chi tiết.

An toàn quang khi nối: mảnh sợi thủy tinh sau khi cắt rất sắc, nhặt bằng băng dính và đeo kính bảo hộ. Không nhìn vào đầu sợi hoặc cổng quang đang phát tín hiệu; ánh sáng laser trong sợi không thấy bằng mắt thường nhưng có thể gây tổn thương mắt. Không dùng cồn gần hồ quang của máy hàn.

Cần chọn rệp nối, fast connector hoặc máy hàn đang có hàng cho dự án, nhắn kỹ thuật TCNET theo hotline 028.6285.0999 để được đề xuất đúng loại theo loại sợi và vị trí lắp.

Câu hỏi thường gặp về các cách nối cáp quang

Cáp quang bị đứt nên hàn hay dùng rệp nối?

Nếu có máy hàn và điện, hàn nhiệt cho suy hao thấp hơn và ổn định hơn. Nếu đang ở hiện trường không có máy hàn và cần khôi phục nhanh, rệp nối cơ khí là phương án chấp nhận được, sau đó nên đo lại bằng OTDR. Cách xác định điểm đứt nằm ở bài kiểm tra cáp quang bị đứt.

Mối nối cơ khí và mối hàn có cùng ngưỡng 0,3 dB không?

Có theo chuẩn TIA-568 dẫn trong tài liệu của Fluke Networks và Legrand: mỗi mối nối, hàn hoặc cơ khí, tối đa 0,3 dB. Số hãng công bố cho mối hàn tốt thấp hơn nhiều so với ngưỡng này.

Fast connector có thay hoàn toàn được pigtail hàn không?

Không thay hoàn toàn. Fast connector tiện cho điểm cuối ít mối nối, còn hộp phối quang với số lượng lớn hoặc yêu cầu suy hao thấp thường vẫn dùng pigtail hàn nhiệt. Chọn theo số lượng cổng, yêu cầu suy hao và thợ thi công.