现场光纤端接解决方案中的预磨连接器和熔合尾纤的比较

 
概要
本文的主要内容在于比较在端接解决方案中，多模光纤的两种不同的现场端接连接方法：预磨连接器和熔合尾纤。每种方法均有其独特的优势和不利因素。本文将通过分析每种方法的性能、材料费用、工具成本和安装成本等方面来进行比较。其中的图表数据能够清楚的反映出多模光纤预磨连接器和熔合尾纤这两种端接连接的使用情况。

1  导言
在网络安装时光纤进行现场端接连接是十分必要的。更高的端口密度意味着更高容量的线缆将必须穿过线槽、管道和天花等。为了安全、容易的拖拉这些线缆，这些线缆事先不需要进行任何端接连接的处理，安装人员只需在后期采用优质的端接连接方法，来对这些线缆进行端接连接处理，同时还能将安装成本减至最低。

2. 性能
2.1 熔合尾纤
通常用光纤的性能来衡量端接连接处理方法的有效性。采用多模光纤连接器，通过插入损耗，或者诸如连接器、熔点或者耦合器等插入元件产生的光功率损耗进行评估。插入损耗的单位是分贝，即dB。更准确的说是功率损耗率，一分贝并非绝对的光功率损耗。

作为在工厂已经做过端接处理的熔合尾纤，应该具有非常低的损耗。连接器在比较干净的环境中, 使用易于维护的设备作为端接连接的器件，来进行严格的端接处理程序。更为重要的是，这些产品都通过了TIA-455-171 (FOTP-171)标准，使用比较优质的线缆进行的测试。目前在市场上可以买到很多低插入损耗的熔合尾纤。然而，这些损耗值在衡量这些熔合尾纤的性能时却又变似乎不是那么重要了，因为插入损耗并非通过单个连接器时的损耗。插入损耗需要在一对耦合配对的情况下才能进行测量，如果其中一个连接器和优质电缆很好的吻合，那么插入损耗的指标将有可能错误的指示出线缆的优良性。如果当包含的插入损耗不能准确的反映这些安装质量的时候，那么它只能说明在购买熔合尾纤时，本身就具有优良的性能。

下表为PANDUIT 多模连接器性能的典型指标：

     

如表一中显示，插入损耗的指标非常的好，大多数连接器的插入损耗大约为0.05dB，但在使用前，这批连接器的插入损耗测量平均值为0.04dB.

2.2 预打磨连接器
熔合尾纤在发货前我们就能进行插入损耗测量，但是对预磨连接器来说，这样的测试似乎并不是必要。当连接器的质量进行了检验后，还必需和光纤一起配合使用才能够表现出真实性能，这是因为：很多预磨连接器有一些不可逆转的工序，诸如连接器的压接。因此，对于预磨连接器的使用数据来说，依赖的是现场准确的端接连接处理程序，而非对优良的线缆进行端接连接测试。

表二显示了OPTI-CRIMP 连接器(50/125μm)在850nm时端接连接的插入损耗：

            
 
上面的数据显示了OPTI-CRIMP 连接器和熔合尾纤的不同之处：连接器的平均插入损耗接近0.30dB，大约为0.26dB以上，其数值的分布范围也比较宽，插入损耗从0.04dB到0.75dB，而工厂预先进行过处理过的连接器的插入损耗范围为0.01dB到0.20dB。

实际上用这些方法区别是有很重要的意义的，但却是没有必要的可比性。虽然测试方法的不同我们已经有过讨论，但是我们没有考虑不同产品的固有特性。

3. 比较
熔合尾纤通常作为跳线来用，然后一分为二。在测试时，配合参照线缆按照跳线进行测试。使用FOTP-171标准进行测试时，仅仅测试玻璃光纤和玻璃光纤之间的接口耦合情况，在预磨连接器的套圈内，有一小段的玻璃光纤，一端已经磨光成园滑，等于熔合尾纤上的光纤端面，而另一端被切割成具有一个和光纤垂直的光滑面。因此，测试的插入损耗来自于两个玻璃对玻璃的接触面，一个在已经磨光的端面上，另外一个在光滑切割面上。

熔合尾纤没有更少的玻璃接触面优势，但是他的优势在于：在工厂测试时测试的玻璃接触面要少一些。为了安装一根熔合尾纤，没有进行端接处理的一端需要经过一系列剥皮、切割和加固的程序。典型的熔接产生的损耗为0.05dB，通常熔接机在熔接以后即可读出由此产生的插入损耗。实际上这并非确切的功率损耗，而是基于表面处理和接合的完整程度进行评估的。这其中并不包含由于熔接光纤之间的物理差异性，如光纤的形状或玻璃的折射率等因素。来自光纤熔接产生的损耗一般低于0.05dB，在绝大多数情况下，这个值趋于0.01dB甚至更低，因此熔接损耗基本可以忽略不计。我们可以假设预磨连接器的磨光端和连接的熔合尾纤的熔接端是一样的，由于他们可能使用的是同样的工艺程序和设备，因此熔合尾纤和预磨压接连接器之间的性能差异平均值大约为0.26dB，这是主要由于预磨连接器内光纤段的切割面。

表三的数据是我们随机抽取的预磨连接器和熔合尾纤的部分差异性统计。平均插入损耗大约为0.26dB，和以前的平均值基本一致。这个值是预磨连接器的插入损耗值0.30dB减去熔合尾纤0.04dB平均值的差值。预磨连接器本质上和机械压接是一致的，这点在损耗上有所反映。
 
                  

表三显示的数据分布范围也十分宽，这种分布不属于正常的范围，和标准有一些差异，但是我们可以从上述数据中得到其变化的规律。虽然结果不能用于计算数据集上限和下限，但是我们可以参考其变化的规律。采用标准偏差计算方法，表三的数据偏差为0.13，表一的数据测试偏差为0.03。这意味着我们很难通过操作者来进行端接处理时控制插入损耗。因为采用熔合尾纤时具有更小的偏差损耗，所以在劈裂光纤的端面时来控制损耗是十分必要的。这也是在端接连接处理程序中唯一能够做到的。

如果采用更多的操作人员使用更多的预磨连接器来进行测试，我们就能获得更加真实的数据。假设每个操作人员都使用相同的端接连接方法，包括采用盲插的方法将光纤插入到连接器的机械连接头，其固有的难点在于操作人员并不能够准确的知道在光纤插入到端面时，其连接面的质量到底如何。因为绝大多数损耗就在接触面上产生，整个连接质量的好坏全部就依赖于操作者的位置判断能力和现场光纤的保护情况。因此控制端接的质量已经成为操作人员的经验和技能。

为了解决在端接连接过程中光纤盲插的问题，很多培训人员推荐使用可视故障定位器（VFL），以此来观察光纤在连接器中的准确位置。在预磨连接器中，使用可视故障定位器能够提高端接连接的质量。可视故障定位器是采用波长为600到665nm的可见激光源，可以发出明亮的红色可见光。如果光纤没有被很好的引导或者偏离了中心轴，通过激光可以很容易的判断出来。因此，在光纤断裂或者光纤简单终断时，我们能够看到一束明亮的红色光。

使用的程序是将可视故障定位器连接到预磨连接器。在光纤还没有匹配的情况下，来自于连接器内劈裂光纤的光将产生一个明亮的红色光点。当现场使用的光纤插入到预磨连接器时，光开始耦合到光纤的中心。一旦光纤全部配合上以后，激光将从一面完全导入到另外一面，而以前产生的红色光点将暗下来。这个光点能够在光纤被插入到预磨连接器中一直观察到，而一旦光纤在全部匹配的情况下，通常就很容易判断。

另外一个研究是在使用预磨连接器进行端接处理时，对比采用和不采用可视故障定位器的情况。一个操作人员处理了100个连接器，使用可视故障定位器随机进行端接处理，可视故障定位器帮助操作人员在一半数目的样本中找出最佳的光纤定位(全匹配)的位置。

表四的数据清楚的表示了在使用可视故障定位器能够有效的提高端接质量。表四的端接损耗的平均值是0.13dB，表五的损耗值平均为0.19dB。更多的检查表明采用可视故障定位器能够将数据更加集中一些，其变化范围大约为0.07dB，而不使用定位器的变化范围为0.11dB。定位器不仅可以改善端接的损耗，降低.0.06dB，而且还可以提高端接的一致性。

          
   
测量的变化范围为0.07，这个数据十分有趣，我们可以将这个数据和前面表格的数据进行比较。例如，表一的工厂端接连接器的变化为0.03，表五的预磨连接器的变化为0.11dB。因此，使用可视故障定位器可以将端接处理过程中的变化降低50％，这种降低有很重要的意义，由此我们可以得出结论，损耗的变化有来自于操作人员在插入光纤时盲目性。没有人会认为每个样本集的数据会和其他的一致，因为预磨连接器仍然有一些来自于光纤端面劈裂和现场光纤劈裂而产生的连接质量的变化。

表五中没有采用可视故障定位器，其平均值可以和前面的研究进行比较。前面提及的表二的数据，是根据多个操作人员的情况进行编辑处理的。其显著的插入损耗平均值的降低可以看到操作人员的经验和技能对于提高端接质量具有十分重要的意义，因此，在预磨连接器的端接处理中，培训是十分重要的一环。如果我们假设插入损耗是可以忽略不计的，那么熔合尾纤的损耗仍然为0.04dB，如果使用可视故障定位器，预磨连接器的平均损耗为0.24dB，这样他们之间的差异达到0.20dB。

4. 处理程序

预磨连接器的端接处理程序是十分严格的，但也不是很困难。所有的预磨连接器均附带详细的操作指导书，可以指导我们进行有效的工作。相对来说熔接的处理程序就简单多了。

在有大量的光纤需要进行端接处理时，每根光纤准备的时间可能会导致很大的成本差异。毫无疑问，在进行每根光纤端接处理的的准备步骤是类似的。基本处理程序也是一致的，先剥去光纤的包皮，清洁光纤，劈裂光纤产生断面，然后连接光纤。

对于预磨连接器光纤的端接处理始于光纤插入到连接器，如果采用可视故障定位器，操作人员需要观察红色光点的变化，然后操作人员将连接器和光缆固定起来。在使用 SC OPTI-CRIMP 连接器线时，包含了一个可以反复使用的压接工具，可以快速的紧固连接器。根据光缆的型号，还可能根据实际情况的需要作缓冲管压接和护套压接。

在熔接的情况下，剥脱护套准备工作必须进行两次，熔合尾纤和现场光纤都需要进行剥脱护套和劈裂产生断面。单根光纤熔接也需要另外的一些程序，这样将导致整个过程的延缓。

熔接光纤的第一步是安装一个熔接保护套，然后在光纤剥脱和劈裂产生断面后，将其放置到正确熔接的位置，熔接需要保证两个光纤的端面具有一个合适的同轴位置，然后将光纤保护起来，关上门。然后操作人员将光纤转移到合适的位置，准备熔接和点火。熔接以后，一些熔接机还能够对熔接点进行简要的测试。然后将光纤移开，将保护套滑到熔接点位置，对保护套进行加热，产生热缩，保护光缆。

操作人员需要花费大量的时间来进行光纤位置的确认和保护套管的处理。在空闲时间允许操作人员进行一些其他的工作，因为这些步骤对每根光纤都是一样的。在对其他光纤进行处理时，光纤熔接机能够自行排列和熔接两根光纤，但是将明显的延长处理的时间。因此，在进行光纤熔接时存在一个瓶颈，和预磨光纤终端处理方法比较，熔接一个熔合尾纤光纤至少需要多花费40秒钟的时间。假如熔接光纤的操作人员的劳动成本为45$每小时的话，那么在大量安装时需要更多的花费。

5. 材料成本

已经进行工厂连接处理的熔合尾纤的价格根据供应商的不同而有所区别，很多公司由于使用了廉价的劳动力，因此能够生产低价的多模熔合尾纤，但却以相对于标准的连接器成倍的价格卖给用户。预磨连接器通常具有价格竞争力，但明显高于熔合尾纤。其中一个原因在于：在组装过程中需要采用自动化程度相当高的设备。通常预磨连接器的价格大约是相同类型连接器价格的两到三倍。这意味着熔合尾纤相对于预磨连接器来说，可以降低大约33％的成本。

6. 工具成本

最明显的成本是工具的成本，预磨连接器的工具主要来自于供应商提供的工具套件，这些工具的价格大约在800~1000美金之间，但是不包括额外的可视故障定位器套件。为了熔合尾纤，最大的支出是购买光纤熔接机。根据制造商的不同和型号的不同，新型的光纤熔接机价格从20000美金到55000美金不等。光纤熔接机的维护、维修和更换坏件的费用远远高于压接工具相应的费用。

用于光纤熔接的切刀的价格远远高于其他现场端接的套件的价格，桌面切刀价格甚至达到或超过1000美金。

预磨连接器的的费用除了清洁材料以外，就没有什么其他的耗材费用了，而这些也是熔合尾纤同样需要的费用。由于制造商已经磨光了连接器，因而也不再需要购买任何昂贵的磨光材料。此外，对于清洁处理，熔接需要熔接保护套，每个熔接点大约需要0.4$的费用，熔接保护套有两个标准的尺寸，价格基本一致。


7. 多功能性

大多数光纤熔接机是一个大的立方体机箱，携带不方便；他们的设计主要用于放置在桌面工作台的情况，但并非所有的工作场合都够提供上述条件，有时候可能需要进入到天花或者其他位置，也可能是在梯子顶或者线沟中。很显然，这样的条件下携带一个大型的熔接机是不可取的。相反，相对与应用环境来说，预磨压接连接器就更加容易加工和安装。现在，一些公司已经开发了手持光纤熔接机，使得这些场合不再受到使用的限制。所有这些熔接机都不包含熔接保护套的固化炉，熔接固化炉需要单独购买或者交替使用。

熔接机也需要提供电源，但是在有些交流电源不能接到的情况下，有些熔接机可以使用其中的后备电池。通常这些电池包可以提供2到3个小时所需的电源，根据制造商的不同而有所不同，电池可以重复充电使用。

光纤熔接机具有多种不同的程序，允许对不同的光纤进行处理。程序具有一些可变的参数，包括长度、时间、对于保护套的处理时间和处理温度等。这些程序能够很容易的储存到记忆体中，以备在必要的时候调出来使用。

操作光纤熔接机并不复杂，但是也不至于简单到操作预磨连接器那么简单。操作预磨连接器时，操作人员可以站在梯子上，将头探到天花板里，在黯淡的环境中成功的连接了预磨连接器，即使是在极端困难的环境中，预磨连接器的操作也可以完成的很好。但是要记住：并非所有的光纤端接都会具有良好的操作条件。

8. 管理成本
管理熔接光纤的成本高于预磨连接器的成本，一个预磨连接器在工厂安装或者在现场安装，均可等同看待，因为玻璃表面的接口在同一个单元内。而熔接的熔合尾纤需要单独的管理熔接保护套，需要更多的成本。

熔接和保护套需要放置在同一个熔接盘中，熔接盘不仅对熔接点提供稳定的保护，而且可以在以后的接入改动中很容易的被移动。每个熔接盘通常可以容纳12个熔接点，同时还可以在以后的业务变更中容纳更多的缓冲光纤。一个熔接盘通常需要30美金，如果按照一个熔接盘可以安装12个熔接点的话，那么每个熔接点将增加2.5美金的成本。熔接盘支架不但可以支撑熔接盘，而且在有些情况下，可以起到控制光纤弯曲半径的作用，这样也需要增加成本。一个熔接盘支撑架的售价为9.90美金，可以支撑三个熔接盘，这样一来每根熔合尾纤将增加约0.41美金的成本。

熔接盘不仅对于维护和保护是十分必要的，而且对于提高性能也十分重要。合适的安装熔接盘，能保证光纤合适的导向，使得光纤具有合理的弯曲半径，可以降低插入损耗。熔接盘的尺寸使得光纤能够更加容易和顺滑的引导光纤，但是为了达到这样的弯曲半径，熔接盘必须考虑采用合适的尺寸，以及相匹配的机架尺寸。

鉴于此，我们需要额外的机柜空间来安装熔接盘，而大多数光纤配线箱是没有足够的空间来安装这些熔接盘的，一个72端口机架式配线箱其内部的空间不足安装六个熔接盘。一些单元具有“跳接和熔接”功能的配线箱，能够容纳终端和熔接盘，但是这些配线箱因为空间的限制，不可能做得很大，其接入点也十分有限。例如，一些“跳接和熔接”设计的配线箱有专门设计安装在熔接盘上的连接器和适配器，同时满足熔接和连接的需要。六个熔接盘可以叠放，允许所有的72个端口均安装在一个配线箱中，但弊端是，如果采用其他专门的连接器接入到配线箱就会变得十分困难。相反，外露的端口使得操作人员能够容易的进行连接器的操作，同时动作也可以很迅速，相对于这些叠放一起的端口来说，其操作和维护就会就会相当困难。

如果还需要其他的配线箱来支撑熔接盘，那么费用就变得更加不同了。一般配线箱的价格在180美金~600美金之间，假如一个配线箱容纳72个熔接点，那么每个端口的费用大约需要增加2.1美金。

如果采用单独的配线箱来管理这些熔接盘，就意味着机柜自身容纳着更加少的终端连接。通讯机房的空间将成为成本的另外一个因素，每平方米的机房面积容纳的终端连接点将很少，假如我们按一个能够容纳六个熔接盘的机柜安装式的配线箱占用大约0.75平方英尺的面积计算，机柜空间的成本为100美金~200美金每平方英尺，那么每个连接器需要增加的额外成本为大约1.05~2.1美金。

在管理成本中，使用熔合尾纤可能每个端口增加6.05~7.10美金，这些额外的成本已经和熔合尾纤自身的价格相当。

当然，也并非所有的终端连接均需要占用机柜空间，其他的因素，如墙壁、桌子和插座等。但是不论在那种情况下，如果采用一根熔合尾纤，就有必要使用熔接盘或者其他的支撑设备。很多插座或者连接箱很小，以至于不能够安装熔接盘，某些情况下，仅仅能够容纳熔接保护套本身。如果将一根40～60毫米的熔接保护套放到一个4英寸的插座配线箱中，将使得光纤过度弯曲，而导致产生过大的插入损耗。

壁挂机箱需要具有“跳接和熔接”的能力，同时使用相同的熔接盘，但是这些熔接盘需要更加复杂的熔接盘支撑架，因为壁挂机箱的功能有些不同。壁挂配线箱同样需要安装光纤，终端用户由于内部空间的限制，因此尽可能的叠放多的插槽，这样一来给安装和维护造成了一定的困难。一个壁挂式机箱用的熔接盘支撑架价格大约为30美金，可以容纳48个熔接点，这样仍然使得每个熔接点的硬件成本上升了0.63美金。

9. 结论

通过比较两种快速的端接方法，熔合尾纤和预磨连接器。对于熔合尾纤具有两点明显的优势：
一是低的插入损耗，和预磨连接器相比较，熔合尾纤能够有0.2dB的优势，即使采用质量比较低的熔合尾纤，插入损耗仍然低于0.15dB的平均值。另外一个优势是每个单元的费用，熔合尾纤要低，相对于预磨连接器来说，工厂预端接处理的熔合尾纤可降低约33％的成本。

虽然预磨连接器没有上述优点，但是却有其他的一些优点：

成本优势：

* 熔合尾纤的初装价格明显的高出很多，首先熔接机的价格十分昂贵，即使最便宜的熔接机也要19000美金，而预磨连接器用的压接工具价格就便宜得多。
* 压接连接器处理端接速度快得多，极大的节约了劳动时间，(每次熔接要花 0.75美金)，同时熔接还需要很多其他的材料成本，此外还有熔接保护套（每次熔接 0.4美金）
* 预磨连接器最为重要的优势在于包含了硬件管理的费用。一个预磨连接器除了标准的连接器之外，几乎不再需要其他额外的硬件，在材料和机房空间方面，管理熔合尾纤需要在每个连接点上再花费额外的6.05~7.1美金。即使不计初始费用，熔合尾纤每个连接点将额外花费7.2到8.25美金。

其他优势

* 预磨连接器具有多功能的特点，一个预磨连接器能够在任何场合使用，安装更加容易；

* 不需要考虑熔合尾纤时所须的电源和充足的安装空间。

终端连接的要求来自于用户的需求，如果成本不是问题的话，而且0.2dB的插入损耗十分重要，那么采用熔合尾纤是非常合适的选择。然而，成本虽然不是最重要的因素，但经常是主要的决定因素。对于有些用户，如果预算没有足够的空间，也不在乎0.2dB的插入损耗的话，那么更加合适方法是采用预磨连接器，如 PANDUIT. OPTI-CRIMP 连接器。（备 SC, ST and FJ 型号）

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