Подземная камера для хранения и локализации муфт и запасов оптических кабелей

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи с использованием волоконно-оптических кабелей связи, в основном, проложенных в кабельной канализации из защитных пластмассовых труб, содержащей пластмассовые подземные камеры. Подземная камера содержит корпус с кабельными вводами, крышку и уплотнение из эластомера или/и герметика, электронный маркер, закрепленный на внутренней поверхности крышки так, что ось LC-контура маркера занимает положение близкое к вертикальному, на внутренней поверхности крышки камеры выполнен кольцевой паз максимально возможного диаметрального размера, в котором размещен корпус маркера, выполненный в виде замкнутой защитной трубы из эластичного вспененного материала, имеющего закрытую пористую структуру, например, из вспененного полиэтилена, а внутри корпуса маркера размещен LC-контур, электрические соединения которого защищены герметиком. Вариант исполнения камеры содержит LC-контур, соединенный с электронной схемой радиочастотной идентификации (RFID).

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи с использованием волоконно-оптических кабелей связи, в основном, проложенных в кабельной канализации из защитных пластмассовых труб, содержащей пластмассовые подземные камеры.

Подземные камеры (смотровые устройства) предназначены для хранения оптических муфт и технологических запасов оптических кабелей, необходимых для их извлечения и проведения монтажных и ремонтных работ вне камеры. Большинство известных подземных камер: КОТ-2 (ООО «Тверьтрубпласт») [Сайт: ООО «Тверьтрубпласт», 2010. - URL: http://www.tvtp.ru/gall?start=40 (фото 055-058). Дата обращения 29.10.2010]; Устройство смотровое пластмассовое «Пластком» (ЗАО «Пластком») [Устройство смотровое пластмассовое «Пластком». Сайт: ЗАО «Пластком», 2010. - URL: http://www.plastcom.spb.ru/products/nonburning/170/ Дата обращения 29.10.2010]; К-ТКП (ООО «Оптиктелеком Строй») [Подземная камера для хранения муфт и запасов оптических кабелей. Патент на полезную модель RU 52202, Сайт ООО «Оптиктелеком Комплект», 2010. - URL: http://www.ot-k.ru/index.php?page=shop.product_details&flypage=mypage.tpl&product_id=191&category_id=18&option=com_virtuemart&ltemid=2 Дата обращения 29.10.2010], выполнены из полиэтилена и устанавливаются с заглублением в грунт на глубину 1,2 м. Подземные камеры состоят из корпуса с кабельными вводами, крышки и уплотнения из эластомера или/и герметика. Смонтированная подземная камера обеспечивает герметичность расположенных внутри оптических муфт и технологических запасов кабелей. При эксплуатации линий связи локализацию (поиск и обнаружение) установленных подземных камер осуществляют, как правило, при помощи маркероискателей (локаторов) электронных пассивных маркеров, причем последние устанавливают в грунте над, в или рядом с подземными камерами. В зависимости от глубины расположения подземных камер применяют различные конструкции и способы закладки маркеров. Так, компания 3М (США) рекомендует применять следующие типы электронных пассивных маркеров [3М Recommendations for Marking Communication Facilities with the Use of 3М^TM EMS Electronic Markers. Сайт: 3М, 2010. - URL: http://solutions.3m.com/3MContentRetrievalAPI/BlobServlet?locale=en_US&lmd=1138735803000&assetld=1114283046073&assetType=MMM_Image&blobAttribute=lmageFile (см. табл.1). Дата обращения 29.10.2010]. Положение подземного маркера может быть обнаружено при помощи локатора (маркероискателя), который передает пульсирующее электромагнитное поле и возбуждает «накачивает» резонансный пассивный LC-контур в маркере, настроенный на определенную частоту. В промежуток времени между пакетами импульсов «накачки» от локатора, маркер испускает затухающую электромагнитную энергию на резонансной частоте. Локатор получает указанную энергию, усиливает, фильтрует и преобразовывает ее в слышимый и/или визуальный сигналы, которые достигают максимума, при наименьшем расстоянии между маркером и локатором. Электронные пассивные маркеры имеют стандартную цветовую кодировку корпуса и стандартную резонансную частоту пассивного LC-контура, согласно специфическому типу подземной линии, которую они отмечают. Так, для волоконно-оптических линий связи используют маркеры оранжевого цвета с резонансной частотой 101,4 кГц. Все маркеры имеют пассивный настроенный LC-контур и, обеспечивающий защиту от механического воздействия грунта, прочный, герметичный шарообразный или дискообразный корпус, что в значительной мере определяет рост стоимости маркера при увеличении его размера. Для защиты от воздействия сильных внешних полей, например, от разрядов молний, конденсатор LC-контура шунтируют сдвоенным диодом Шоттки. Вне зависимости от размера все маркеры являются универсальными и могут располагаться как в грунте, так и внутри камеры. В специфических природных условиях России поиск маркера в зимних условиях затруднен из-за большой глубины снежного (ледяного) покрова, который может достигать нескольких метров, что уменьшает диапазон обнаружения подземного маркера. Это обстоятельство вынуждает использовать дорогостоящие большеразмерные маркеры с большим диапазоном обнаружения и/или располагать их на минимально допустимой глубине, что является экономически и технически нецелесообразным.

Наиболее близким техническим решением является подземная камера для хранения и локализации муфт и запасов оптических кабелей с закрепленным на внутренней поверхности крышки камеры электронным пассивным маркером Disk Marker 1411-XR (1411-XR/ID), так, что ось LC-контура маркера занимает положение близкое к вертикальному [3М Recommendations for Marking Communication Facilities with the Use of 3М^TM EMS Electronic Markers. Сайт: 3М, 2010. - URL: http://solutions.3m.com/3MContentRetrievalAPI/BlobServlet?locale=en_US&lmd=1138735803000&assetld=1114283046073&assetType=MMM_Image&blobAttribute=ImageFile (см. стр.9). Дата обращения 29.10.2010]. Близкое к вертикальному положение оси LC-контура маркера обеспечивает в процессе поиска минимальное расстояние между локатором и маркером, а, следовательно, и минимальное затухание сигналов маркероискателя и маркера толщей грунта (льда и снега), и максимально возможный диапазон обнаружения для конкретного типа маркера. Недостатком известного технического решения является недостаточный диапазон обнаружения маркера камеры под дополнительным слоем снега.

Рассмотрим возможные варианты размещения различных типов маркеров подземных камер на примере маркеров 3М (табл.1). Малоразмерный маркер Near Surface Marker 1432 не используется для локализации камер из-за малого диапазона его обнаружения. Все остальные типы маркеров могут быть размещены либо в грунте, либо в камере. При размещении маркеров в грунте они располагаются над крышкой камеры и крепятся к последней стяжками. В этом случае может быть обеспечена минимально возможная глубина заложения маркера в грунте. Однако при размещении маркеров в грунте имеются следующие недостатки:

- возможность повреждения маркера при раскопке камеры;

- дополнительные затраты на изготовление прочного герметичного корпуса маркера;

- дополнительные затраты на крепление маркера к камере;

- возможность смещения и отрыва маркера от камеры при подвижках грунтов (воздействии плывунов).

Таблица 1.
Маркер (название, модель)	Near Surface Marker 1432	Ball Marker 1401-XR (1421-XR/ID)	Disk Marker 1411-XR (1411-XR/ID)	Mid Range Marker 1255	Full Range Marker 1250
Глубина (диапазон обнаружения), м	0,6	1,5	1,5	1,8	2,4
Габаритные размеры, мм	20×76	104	100×18	210×30	380×17
Способ размещения (варианты)	В грунте	В грунте (На дне камеры)	Под крышкой камеры	В грунте (В камере)	В грунте (В камере)
Надежность обнаружения1	Отсутствует	Высокая (Низкая)	Средняя (Низкая)	Высокая (Средняя)	Высокая (Высокая)
Примечание1: без учета (с учетом) снежного покрова

При размещении маркеров в подземной камере их крепят под крышкой камеры или укладывают на дно корпуса камеры. В первом случае уменьшается полезный внутренний объем крышки камеры, предназначенный для размещения оптической муфты. Во втором случае не достигается минимально возможная глубина заложения маркера и снижается надежность обнаружения маркера. Используя маркеры большой размерности добиваются удовлетворительного диапазона обнаружения. Но при этом уменьшается полезный внутренний объем корпуса камеры, предназначенный для размещения запаса оптических кабелей. Размещение шарообразных или дисковых маркеров в зоне установки оптической муфты физически невозможно без увеличения объема крышки камеры, что крайне нежелательно, т.к. увеличивает положительную плавучесть камеры. Камера обеспечивает дополнительную защиту маркера от механических и климатических воздействий грунта и от повреждений при раскопке камеры. Однако при размещении дисковых и шарообразных маркеров в подземной камере имеются следующие недостатки:

- низкая надежность обнаружения подземной камеры локатором особенно в условиях снежного покрова грунта;

- избыточные затраты на изготовление прочного герметичного корпуса маркера;

- уменьшение внутреннего рабочего объема корпуса или крышки камеры, предназначенных для размещения оптической муфты и запаса волоконно-оптических кабелей связи, за счет объема, занимаемого шарообразным или дискообразным корпусом маркера.

Анализ данных табл.1 и возможных вариантов способов размещения маркеров внутри подземной камеры позволяет сделать следующие выводы:

- увеличение размеров корпуса маркера, а, следовательно, и размеров LC-контура, до максимально возможных, ограниченных размерами и формой крышки или корпуса подземной камеры, приводит к увеличению диапазона обнаружения маркера;

- внутренний рабочий объем корпуса и/или крышки камеры, предназначенный для размещения оптической муфты и запаса волоконно-оптических кабелей связи может быть сохранен за счет размещения маркера на периферии, изменения формы его корпуса и выполнения его в виде полого тора (замкнутой трубы).

- стоимость изготовления маркера может быть снижена засчет изготовления его корпуса из вспененного полиэтилена при размещении последнего в подземной камере. При этом маркер защищен от внешних воздействий корпусом и крышкой камеры.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения являются:

- Корпус с кабельными вводами, крышка, уплотнение из эластомера или/и герметика. Признак обеспечивает защиту оптической муфты, запаса оптических кабелей и маркера от неблагоприятных воздействий внешней среды.

- Электронный маркер, закрепленный на внутренней поверхности крышки так, что ось LC-контура маркера занимает положение близкое к вертикальному. Признак обеспечивает минимальное расстояние между локатором и LC-контуром маркера, а, следовательно, и минимальное затухание сигналов маркероискателя и маркера толщей грунта и снега.

- На внутренней поверхности крышки камеры выполнен кольцевой паз максимально возможного диаметрального размера (расположенный перпендикулярно оси крышки камеры), в котором размещен корпус маркера. Признак обеспечивает увеличение диапазона обнаружения маркера за счет размещения в корпусе маркера LC-контура максимально возможного размера (следует из анализа данных табл.1) при этом ось LC-контура занимает положение близкое к вертикальному. Расположение корпуса маркера в пазе обеспечивает защиту LC-контура маркера от случайных воздействий при монтаже оптической муфты при установке на нее крышки подземной камеры. Расположение маркера в крышке камеры исключает его возможный контакт с грунтом, грязью и подземными водами при аварийной разгерметизации корпуса камеры. Колоколообразная форма крышки камеры препятствует подъему воды и грязи в крышку камеры.

- Корпус маркера выполнен виде замкнутой защитной трубы из эластичного вспененного материала, имеющего закрытую пористую структуру, например, из вспененного полиэтилена. Признак обеспечивает защиту LC-контура от неблагоприятных воздействий внутренней среды смонтированной подземной камеры. При этом уменьшается объем, занимаемый корпусом маркера (по сравнению сполноразмерным маркером 3М), и сохраняется неизменность внутреннего объема крышки камеры, предназначенного для размещения оптической муфты.

- Внутри корпуса маркера размещен LC-контур, электрические соединения которого защищены герметиком. Признак обеспечивает дополнительную электрическую изоляцию и защиту указанных электрических соединений от воздействия влаги.

- LC-контур соединен с электронной схемой радиочастотной идентификации (RFID). Признак позволяет предварительно записывать, а затем считывать информацию об объекте сервисной линии.

Данные существенные признаки полезной модели позволяют получить технический результат, который заключается в повышении надежности локализации камеры в зимних условиях при наличии снежного покрова и в снижении затрат на изготовление маркера. Дополнительный технический результат заключается в сохранении неизменности внутреннего объема крышки камеры, предназначенного для размещения оптической муфты.

Существенными отличительными признаками полезной модели являются:

- На внутренней поверхности крышки камеры выполнен кольцевой паз максимально возможного диаметрального размера (расположенный перпендикулярно оси крышки камеры), в котором размещен корпус маркера.

- Корпус маркера выполнен в виде замкнутой защитной трубы из эластичного вспененного материала, имеющего закрытую пористую структуру, например, из вспененного полиэтилена.

- Внутри корпуса маркера размещен LC-контур, электрические соединения которого защищены герметиком.

- LC-контур соединен с электронной схемой радиочастотной идентификации (RFID).

Заявленным техническим решением является размещение электронного маркера на внутренней поверхности крышки камеры в кольцевом пазе максимально возможного диаметрального размера. При этом, смонтированную оптическую муфту устанавливают внутрь крышки камеры, а запас оптических кабелей размещают в корпусе камеры. Тем самым сохраняется неизменность внутреннего объема крышки камеры, предназначенного для размещения оптической муфты. Такое техническое решение позволяет устанавливать в подземную камеру оптические муфты максимально возможных размеров и локализировать ее положение. Опытным путем установлено, что расположение оптической муфты внутри LC-контура маркера практически не влияет на резонансную частоту настроенного контура (изменение резонансной частоты составляет около 0,1%). На внутренней поверхности крышки камеры выполнен кольцевой паз максимально возможного диаметрального размера, расположенный перпендикулярно оси крышки камеры (вертикальной оси подземной камеры). В кольцевом пазе размещен корпус маркера. Выполнение корпуса маркера из материала с закрытой пористой структурой обеспечивает его герметичность и защиту LC-контура маркера от случайных воздействий при монтаже оптической муфты и при установке на нее крышки подземной камеры. Дополнительную защиту электрических соединений LC-контура маркера осуществляют при помощи герметиков на основе несохнущих электроизоляционных мастик. Вариантом исполнения является камера, содержащая LC-контур соединенный с электронной схемой радиочастотной идентификации (RFID), что, наряду с локализацией подземной камеры, позволяет предварительно записывать, а затем считывать информацию об объекте сервисной линии. Затраты на изготовление маркера снижаются за счет использования стандартной дешевой защитной трубы из теплоизоляции из вспененного полиэтилена.

На фиг.1 представлен общий вид подземной камеры. Цифрами на фиг.1 обозначены: 1 - корпус подземной камеры, 2 - кабельный ввод, 3 - крышка подземной камеры, 4 - уплотнение из эластомера или/и герметик, 5 - кольцевой паз в крышке подземной камеры, 6 - корпус электронного маркера, 7 - LC-контур электронного маркера и электронные соединения и компоненты, защищенные герметиком. Буквами на фиг.1 обозначены: D - диаметральный размер внутреннего объема крышки камеры, предназначенного для размещения оптической муфты, Н - высота внутреннего объема крышки камеры, предназначенного для размещения оптической муфты.

При изготовлении крышки камеры 3 методом ротоформования получают кольцевой паз 5. Ротоформованием также получают на корпусе 1 и на крышке 3 резьбовые поверхности их сопряжения и поверхности для установки уплотнения 4. На корпусе камеры 1 формируют опорную поверхность для установки оптической муфты (не показана) и резьбовые поверхности в которые затем на герметике устанавливают резбовые части кабельных вводов 2, выполненных в виде механических муфт для соединения защитных пластмассовых труб. Изготавливают электронный маркер. По полученному размеру паза 5 выбирают длину и диаметр корпуса маркера 6 - трубы из вспененного полиэтилена. Диаметр отверстия в корпусе 6 выбирают в соответствии с размером сечения собранного LC-контура 7. Склеивают торцы трубы 6 встык и получают замкнутую трубу. Наматывают катушку из медного провода в пластмассовой изоляции и скрепляют ее в нескольких местах. Зачищают концы провода и припаивают к ним конденсатор с малым температурным коэффициентом емкости и малым тангенсом угла потерь. Параллельно ему припаивают сдвоенный диод Шоттки. Настраивают контур на резонансную частоту маркероискателя путем изменения емкости. Как вариант исполнения, описанный LC-контур может быть дополнительно снабжен электронной схемой интеллектуальной системы RFID по функциям аналогичной системе RFID маркеров 1411-XR/ID, 1421-XR/ID. Места пайки электрических соединений и электронных компонентов схемы дополнительно герметизируют, например, Скотч® мастичной лентой 2900 R или электроизоляционной мастикой Scotchfil^ТМ (Scotch® 2228) производства компании 3М [Электротехнические ленты компании 3М. Сайт 3М, 2010. - URL: http://solutions.3mrussia.ru/wps/portal/3M/ru_RU/EU_ElectricalMarkets/Home/News/ProductFeatures/?PC_7_RJH9U52300OH6023C9LDD R0CU3_assetld=1258563887820 Дата обращения 29.10.2010].

Выполняют кольцевой разрез внешней стенки корпуса маркера (замкнутой трубы) 6. В полученный разрез устанавливают собранный LC-контур 7. Заклеивают продольный разрез. Места склеивания при необходимости дополнительно укрепляют самоклеющейся армированной лентой. Паз 5 крышки 3 камеры промазывают клеем (герметиком) и устанавливают в него предварительно собранный маркер.

Устройство работает следующим образом. При установке корпуса камеры 1 в котлован состыковывают вводы 2 с защитными пластмассовыми трубами. В защитные пластмассовые трубы предварительно прокладывают оптические кабели или микротрубки с микрокабелями. При этом внутрь корпуса камеры 1 вводят оптические кабели (микрокабели) для создания технологических запасов достаточной длины. Проводят монтаж оптической муфты на оптических кабелях. Укладывают технологический запас оптических кабелей кольцами в корпусе камеры 1. В канавку на верхнем торце корпуса камеры 1 устанавливают уплотнение из эластомера или/и герметик 4. Устанавливают оптическую муфту на опорную поверхность корпуса 1. На корпус 1 устанавливают крышку 2 и закручивают ее до упора. Засыпают котлован с камерой грунтом.

При локализации (поиске) подземной камеры используют локатор (маркероискатель) согласно инструкциям производителя. Использование стандартного локатора, например 3М, позволяет расширить диапазон локализации заявляемой подземной камеры без увеличения внутреннего объема крышки камеры (D×Н), предназначенного для размещения оптической муфты.

Представленная на фиг.1 подземная камера - пример реализации заявленной полезной модели. Параметры корпуса, крышки камеры, кабельных вводов и уплотнения соответствуют камере К-Т-КП (ООО «Оптиктелеком Строй») [Подземная камера для хранения муфт и запасов оптических кабелей. Патент на полезную модель RU 52202, Сайт ООО «Оптиктелеком Комплект», 2010. - URL: http://www.ot-k.ru/index.php?page=shop.product_details&flypage=mypage.tpl&product_id=191&cocategory_id=18&option=com_virtuemart&Itemid=2 Дата обращения 29.10.2010]. Вариант LC-контура пассивного маркера, настроенного на частоту 101,4 кГц, выполнен в виде бескаркасной катушки со средним диаметром 366 мм, состоящей из 50 витков провода НВМ-1 диаметром 0,42 мм² (сплошная медная нелуженая жила сечением 0,12 мм² в ПВХ изоляции с наружным диаметром 1,1 мм) намотанных внавал; конденсатора керамического 1000 пФ (в корпусе 0805, диэлектрик NPO); настроечных конденсаторов, сдвоенного диода Шоттки BAS40-05 в корпусе SOT-23. Все электронные компоненты размещены на плате. Корпус маркера выполнен в виде защитной теплоизоляционной трубы из вспененного полиэтилена в защитной полиэтиленовой оболочке Энергофлекс^ТМ красного цвета ТЕК015Е09, ТУ 2244-069-04696843-2003, (внутренний диаметр 18 мм, толщина стенки 9 мм). Для герметизации корпуса маркера и его установки в крышку камеры используются: клей Энергофлекс ^ТМ ТУ 2513-028-13238275-03; самоклеющаяся армированная лента Энергофлекс^ТМ красного цвета (48 мм × 25 м) [Каталог продукции Компании «ЦентТрубПласт», март 2010 г., стр.95].

Диапазон (глубина) обнаружения варианта исполнения заявленной полезной модели подземной камеры был определен экспериментально методом сравнения. Для экспериментального определения дальности обнаружения заявленного маркера был использован метод сравнения уровней откликов различных маркеров. Для маркера 3М модели 1401-XR диаметром 100 мм с помощью локатора 3М Dynatel 1420 EMS-iD был определен уровень сигнала на расстоянии 1,50 м, заявленном как дальность обнаружения данного типа маркеров [3М Recommendations for Marking Communication Facilities with the Use of 3М^TM EMS Electronic Markers. Сайт: 3М, 2010. - URL: http://solutions.3m.com/3MContentRetrievalAPI/BlobServlet?locale=en_US&lmd=1138735803000&assetld=1114283046073&assetType=MMM_Image&blobAttribute=ImageFile). Дата обращения 29.10.2010]. Уровень сигнала составил 48 дБ. Затем определялось расстояние от этого же локатора до заявленного маркера, установленного в камере, при котором уровень сигнала будет также 48 дБ. Для заявленного технического решения это расстояние составило от 2,75 до 3,30 м для различных маркеров. Расстояние отсчитывалось между нижним краем корпуса катушки локатора и плоскостью, в которой расположены витки катушки. Для сравнения, диапазон обнаружения полноразмерного маркера 3М Full Range Marker 1250, имеющего аналогичный размер корпуса, (табл.1) составляет 2,4 м.

1. Подземная камера для хранения и локализации муфт и запасов оптических кабелей, содержащая корпус с кабельными вводами, крышку и уплотнение из эластомера и/или герметика, электронный маркер, закрепленный на внутренней поверхности крышки так, что ось LC-контура маркера занимает положение, близкое к вертикальному, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности крышки камеры выполнен кольцевой паз максимально возможного диаметрального размера, в котором размещен корпус маркера, выполненный в виде замкнутой защитной трубы из эластичного вспененного материала, имеющего закрытую пористую структуру, например из вспененного полиэтилена, а внутри корпуса маркера размещен LC-контур, электрические соединения которого защищены герметиком.

2. Подземная камера по п.1, отличающаяся тем, что LC-контур соединен с электронной схемой радиочастотной идентификации (RFID).