Особенности конструкции подводных оптических усилителей

Подводные оптические усилители предназначены для усиления оптических сигналов, распространяющихся в подводном оптоволоконном кабеле на глубине моря до 8000 метров. Он имеет встроенные средства контроля и управления, источник вторичного электропитания.

В  подавляющем большинстве случаев в качестве усилителей используются EDFA-усилители оптических сигналов, диоды накачки которых могут работать как на длине волны 980 нм, так и/или на длине волны 1480 нм в зависимости от конструкции.

Усилитель должен иметь низкий шум-фактор, чтобы минимально искажать усиливаемый сигнал. Расстояние между усилителями оптических сигналов составляет порядка 30 - 100 км (например, для транс-тихоокеанской линии связи потребовалось около 200 усилителей).

Электропитание усилителя, как правило, осуществляется постоянным током от берегового устройства дистанционного питания с использованием токоведущей жилы подводного кабеля. Сила тока может варьироваться от 100 мА до 1 А. Так как рабочая глубина установки усилителя может достигать 8000 метров, то его корпус должен быть герметичным и обладать высоким сопротивлением  к коррозии при большом внешнем гидростатическом давлении. Срок службы усилителя составляет, как правило, 25 лет.








В случае поломки усилителя следует проводить его подъём с глубины и заменять на новый. Испорченный усилитель подлежит исследованию на берегу на предмет выявления поломки с  целью последующего исключения подобных неисправностей при дальнейшей эксплуатации. На рисунке представлен внешний вид оптического усилителя.

Размеры оптических усилителей сильно варьируются. Например, для транс-тихоокеанской линии связи длина усилителя составляла 6 метров. Обычно длина оптического усилителя составляет порядка 3 метров, чтобы разместить на борту корабля-кабелеукладчика максимальное число усилителей.

К конструкции усилителя предъявляются следующие основные требования:

• Антикоррозийная стойкость;
• Стойкость к внешнему гидростатическому давлению;
• Герметичность узлов ввода оптоволокна;
• Высокие электроизолирующие характеристики;
• Защита от перепадов напряжения и тока;
• Устойчивость к вибрационному и ударному воздействию;
• Высокую надёжность компонентов, входящих в конструкцию усилителя;
• Уверенную эксплуатацию в диапазоне рабочих температур.

Корпус усилителя выполняется из медно-бериллиевого сплава, обладающего высокими антикоррозийными и механическими свойствами в морской воде. Особенно жёсткие требования предъявляются герметизации корпуса усилителя, который подвергается внешнему гидростатическому давлению до 80 МПа.

Узлы гермоввода, герметизации и заделки оптоволокна должны также выдерживать высокое давление (до 80 МПа), а также предотвращать повышение влажности внутри корпуса свыше 20% (для этого должна использоваться специальная система контроля).

Отсек, в котором располагается электронное оборудование усилителя, изолирован от внешнего  металлического корпуса посредством специальной высоковольтной изоляции (например, полиэтиленовой), которая должна обеспечивать защиту от пробоя напряжением вплоть до ±15кВ.

Для защиты подводного усилителя от внезапных перепадов высокого напряжения в цепи питания применяется специальная предохранительная цепь, состоящая из газонаполненного предохранителя, катушки, резисторов и зенеровских диодов. Расчёты показывают, что такая система обеспечивает защиту от перепадов напряжения и тока в пределах ±15кВ и ±200А.

Устойчивость к вибрационным и ударным воздействиям обеспечивается с целью сохранения  работоспособности системы при вибрационных и ударных воздействиях, возникающих при транспортировке и установке системы. Конструкция подводного оптического усилителя должна сохранять работоспособность во всём диапазоне рабочих температур, которые могут  изменяться от 0 до +35 С (это температурный режим усилителя, уже уложенного на морское дно).

Установка подводного усилителя производится со стандартной линейной кабелеукладочной машины с корабля кабелеукладчика.

При производстве подводного усилителя для повышения его надёжности производится многократное тестирование составляющих компонентов.

Проводится мониторинг того, как они могут противостоять излучению, высыханию, магнитным воздействиям, воздействию барометрического давления и водорода, растяжению волокна, а также внутренним коррозийным газам.

Для блока питания усилителя, помимо защиты от пробоя и перепадов напряжения, необходимо обеспечить резервирование, гальваническую развязку входа и выхода, низкий уровень шума, защиту от перегрева, перегрузки, короткого замыкания. Также необходимо обеспечить высоковольтную изоляцию входных цепей для защиты от пробоя высоким напряжением между токопроводящей жилой и корпусом.