Коли люди говорять прояк перевірити волоконно-оптичний кабель, вони зазвичай означають трасування OTDR, внесені втрати або сертифікацію зв’язку після встановлення.
Насправді починається серйозне тестування кабелюнабагато раніше, перш ніж з’явилися оболонка кабелю, міцні елементи та броня. Один із найважливіших кроків длямайбутній кабельєперевірка оптичного волокна– випробування на механічну міцність голих волокон, яке вирішує, наскільки надійним буде готовий волоконно-оптичний кабель під час протягування, згинання та-тривалої служби.
У цій статті ми зосередимося на одному кроці:
як перевірити волоконно-оптичний кабельна рівні клітковини, перевіряючи міцність волокон, які проходять усередині кабелю,-випробуванням.
Як перевірити волоконно-оптичний кабель на міцність-випробувань?
На практиці тест-на міцність перевіряється на рівні оптоволокна перед підключенням кабелю. Кожне оголене волокно, яке входить у волоконно-оптичний кабель, розтягується по всій довжині до заданої напруги розтягування (наприклад, 0,69 ГПа / 100 кпсі). Будь-яке волокно, яке не може витримати цю напругу, ламається та викидається, і лише волокна, які пройшли цей тест на повну-довжину, допускаються до серцевини кабелю, гарантуючи, що готовий кабель може витримувати номінальне розтягування, згинання та довгострокові-експлуатаційні навантаження.
Яке тестування підходить для тестування волоконно-оптичних кабелів?
Спрощений життєвий цикл aволоконно-оптичний кабельвиглядає так:
Стадія голих волокон
Нанесення волокна
Тест оптичного волокна (механічне екранування майбутніх кабельних волокон)
Оптичні випробування на голому волокні (загасання, геометрія, дисперсія)
Етап виготовлення кабелю
Волокна, перевірені на стійкість до скручування,-у вільні труби або стрічки
Додавання міцних елементів, наповнювачів, водонепроникних-блоків і оболонок
Механічні випробування готового кабелю(розтягнення, розчавлення, удар, вигин, зміна температури)
Оптичні випробування готового кабелю(загасання, додаткові втрати після механічних випробувань)
Етап польового розгортання
Контроль натягу установки
Приймальні випробування: OTDR, внесені втрати, коефіцієнт відбиття
Періодичні перевірки протягом терміну служби кабелю
Theперевірка оптичного волокнаналежить достадія голої клітковини, але його результати "запікаються" в кабелі назавжди:
Кожне волокно в оптоволоконному кабелі має те й іншепройшлиперевірочний тест на визначеному рівні стресу, або він бувне вдалося та було видалено.
Після того, як ці волокна скручуються в кабель, ви не зможете повторити цей етап екранування. Механічний запас кабелю вже визначено.
Тож коли ми кажемо"як перевірити волоконно-оптичний кабель на перевірку-на міцність"ми насправді описуємо, як виробник перевіряє та фільтрує волокна, які визначатимуть поведінку кабелю під напругою.
Що таке перевірка оптичного волокна (з точки зору кабелю)?
З точки зору механіки руйнування, контрольне випробування – це випробування на розтяг скла з дефектами поверхні.
Від аволоконно-оптичний кабельз точки зору, простіше подумати про це так:
Виробник розтягує кожне волокно до певного рівня напруги (наприклад0,69 ГПа / 100 кпсі) по всій довжині.
Будь-яке волокно, яке не витримає цього стресу, зламається і зламаєтьсяніколи не використовувативсередині оптоволоконного кабелю.
Отже, перевірка діє як aмеханічні ворота безпекиміж голим склом і готовим кабелем:
Волокна, які занадто слабкі, щоб витримати розумне протягування кабелю та транспортування, видаляються раніше.
Волокна, які входять до сердечника кабелю, продемонстрували принаймні вказану міцність під-тесту.
Ваш детальний розділ «1.1.1 Перевірка -міцності оптичного волокна» пояснює, як саме це працює з точки зору дефектів, динамічної втоми та зростання тріщин. Наступні розділи перекладають цю теорію напрактичні наслідки для кабелю.
Перевірка -на міцність оптичного волокна
Визначення та призначення оптичного волокна на-випробувальну міцність
В оптичних волокнах, які використовують як середовище кварцеве скло, неминуче виникають дефекти різного розміру, особливо тріщини на поверхні волокна. Розмір і форма таких дефектів розподілені випадковим чином. Для того, щоб забезпечити міцність практичних оптичних волокон, необхідно виконувати -онлайн або оф{3}}онлайн--скринінг міцності оптичних волокон після витягування, щоб усунути оптичні волокна, міцність яких нижча за вказане значення, і переконатися, що волокна, які залишають фабрику, можуть використовуватися під навантаженням, нижчим за-випробувальну міцність без руйнування.
Стандарт Bellcore GR-20-CORE передбачає, що оптичне волокно має пройти перевірку повної довжини оптичного волокна на 0,69 ГПа (100 кпсі).
Під час випробування оптичного волокна на перевірку застосовано скринінговий тест із напругою 100 kpsi у кожній точці по всій довжині волокна, тож волокна, які не витримують цього навантаження (еквівалентно наявності тріщин розміром понад 1 мкм), розіб’ються в слабких місцях, тоді як волокна, які пройшли перевірку, можуть гарантовано працювати нормально під навантаженнями, нижчими за рівень перевірки-тесту.
Динамічна втомна поведінка під час перевірки оптичного волокна
Фактично, сам процес-тестування оптичного волокна є процесом динамічної втоми. Під час контрольного-випробування під дією контрольного-випробувального стресу тріщини у волокні збільшаться, що ще більше зменшить міцність волокна. Зниження міцності волокна в процесі динамічної втоми можна виразити такою формулою:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Рівняння динамічної втоми для деградації міцності волокна
де Si – міцність волокна до перевірки-випробування;
Sf – міцність волокна після перевірки-;
σ – напруга, яка застосовувалася під час перевірки оптичного волокна;
n і B константи, що описують ріст тріщини.
Під час перевірки-напруга, прикладена до кожної точки волокна, включає три процеси: навантаження, утримання та розвантаження (як показано на рис.. 1-1). Зміна міцності волокна до та після контрольного-випробування визначається за:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₂) ] (1-2)
Співвідношення між міцністю волокна до та після перевірки
де σ₁ – швидкість зростання напруги в області навантаження, тому час навантаження становить t₁=σp / σ₁;
σ₂ – швидкість зменшення напруги в області розвантаження, тому час розвантаження становить t₂=σp / σ₂;
σp – перевірочна-напруга;
t_d – час витримки під навантаженням.
З кривих, показаних на рисунку . 1-1, можна побачити, що в зонах навантаження та утримування всі волокна, міцність яких нижча за напругу σp під час перевірки-випробування (включаючи зниження міцності, спричинене динамічною втомою в цій області), будуть розірвані, як показано кривими a і b. Однак у зоні розвантаження можуть виникнути дві ситуації: одна така, як показано кривою c, де волокно ламається в області розвантаження через зниження міцності, викликане динамічною втомою; інша – як показано кривою d, де міцність знижується до рівня, нижчого за -випробувальне напруження σp через динамічну втому під час розвантаження, але волокно все ще проходить перевірку без руйнування. Як наслідок, навіть у волокнах, які пройшли перевірку, все ще можуть існувати місця, де міцність нижча, ніж напруга під час перевірки-випробування, що призводить до локальної недійсності перевірки.
Вплив часу розвантаження та навантаження під час перевірки-випробування на результати перевірки
Щоб зрозуміти цю проблему, можна застосувати два підходи. Один полягає в тому, щоб мінімізувати час розвантаження під час випробування оптичного волокна; це один із основних технічних показників для сучасного обладнання для перевірки-оптичних волокон. Інший полягає в тому, щоб вибрати відповідне фактичне напруження-випробування відповідно до різних рівнів-випробування та часу розвантаження. Наприклад, згідно з досвідом компанії Mingxun, оптичне волокно з мінімальною пробною -міцністю 0,7 ГПа проходить перевірку при 0,73 ГПа (зі хвостовим значенням цензури приблизно 4,3% і часом розвантаження 75 мс), а оптичне волокно з мінімальною пробною-міцністю 1,40 ГПа витримує перевірочне-випробувальне напруження 1,50 ГПа (зі хвостовим значенням цензурування близько 7% і часом розвантаження 25 мс).
Рис. 1-2 Статистичний розподіл міцності на розрив оптичного волокна
Тріщини гарантують, що мінімальна міцність готового оптичного волокна є вищою за рівень міцності під-тестування.
Концентрація напружень у поверхневих тріщинах оптичних волокон
Верхівка тріщини оптичного волокна утворює область-концентрації напруги, що є фактором, який, найімовірніше, спричинить розрив волокна. Ступінь концентрації напружень прийнято виражати коефіцієнтом інтенсивності напружень K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Визначення коефіцієнта інтенсивності напруг режиму I
де – константа;
σ – зовнішнє прикладене напруження;
a – глибина тріщини.
При даній тріщині, коли напруга збільшується, коли K_I збільшується до свого критичного значення K_C, волокно розривається.
Статична втома оптичних волокон у волоконно-оптичних кабелях
Під час прокладки та експлуатації оптичного кабелю поверхневі тріщини волокна продовжують рости під дією напруги та вологи, що призводить до зниження міцності волокна та, врешті-решт, до поломки волокна. Це процес статичної втоми оптичного волокна.
Характеристики статичної втоми оптичного волокна:
Характеристики втоми оптичного волокна зазвичай описуються наступною експоненціальною функцією:
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Рівняння швидкості росту тріщин від статичної втоми
де а – глибина тріщини;
А — матеріальна константа;
K_I – коефіцієнт інтенсивності напружень, який залежить від геометрії тріщини, глибини та величини прикладеного напруження;
n називається коефіцієнтом корозії під напругою або параметром стійкості-втоми.
A і K_I визначаються структурою кварцевого скла, і для даної структури волокна A і K_I можна вважати константами.
Величина n залежить не тільки від структури волокна, але й від умов навколишнього середовища напруги, прикладеної до волокна. Це важливий фактор, який безпосередньо впливає на термін служби оптичного волокна. Чим більше значення n, тим сильніший опір втоми. Значення n для оптичного волокна Corning становить 22, а для оптичного волокна Corning із керамічним -покриттям – 29.
Ключові фактори, що впливають на термін служби оптичного волокна
Підсумовуючи, термін служби оптичного волокна залежить головним чином від наступних трьох факторів:
(1) Тріщини.
Тріщини включають початкові поверхневі та внутрішні дефекти, утворені під час протягування волокна, покриття та транспортування, а також додаткові мікро{0}}дефекти, які можуть виникнути під час прокладання кабелю та монтажу. Розмір, щільність і розподіл цих тріщин визначають початкову механічну міцність волокна і суттєво впливають на швидкість зниження міцності в умовах експлуатації. Волокно з меншою кількістю тріщин має набагато вищу ймовірність вижити протягом повного терміну служби оптоволоконного кабелю без розриву.
(2) Стрес.
Рівень і тривалість механічного впливу на волокно протягом усього його терміну служби однаково важливі. У практичних волоконно-оптичних кабелях ця напруга в основному виникає внаслідок розтягуючого навантаження під час монтажу, залишкової деформації після витягування, теплового розширення та звуження, усадки оболонки, вітрових і льодових навантажень на повітряні прольоти, а також локального згинання та транспортування. Чим вище тривала напруга в склі, тим швидше будуть рости тріщини і тим коротшим буде очікуваний термін служби; навпаки, утримання напруги волокна значно нижче встановлених для перевірки-випробувань-меж, що значно покращує механічну надійність кабелю.
(3) Волога.
Волога в навколишньому середовищі прискорює корозію під напругою у вершинах тріщин і сприяє статичній втомі. Незважаючи на те, що волоконно-оптичні кабелі використовують покриття, гелі та водо{1}}блокуючі елементи для захисту волокон, молекули води все одно можуть досягати скляної поверхні через дефекти покриття або протягом дуже тривалого часу. Таким чином, вологе середовище або повторювані цикли вологе-сухе збільшують швидкість росту тріщин для даного рівня напруги. Хороша конструкція кабелю та правильне встановлення – наприклад, уникнення пошкодження оболонки та забезпечення ефективного блокування води – допомагають обмежити доступ вологи до поверхні волокон і таким чином продовжити термін служби волокон усередині кабелю.
Чому для волоконно-оптичних кабелів важливе-випробування на міцність?
1. Встановлення: наскільки сильно ви можете тягнути кабель
Волоконно-оптичний кабель розроблено з aномінальне натягування– значення, яке установник не повинен перевищувати.
За цим єдиним числом стоїть припущення: волокна всередині кабелю мають принаймні певнустійкість до -випробувань.
Якщо волокна не пройшли перевірку-або якщо рівень-випробування був надто низьким:
Зовні кабель все ще може виглядати механічно міцним (оболочка, сталеві дроти, FRP).
Але деякі волокна в ядрі можуть зламатисянормальний монтажний натяг, незважаючи на те, що кабель в цілому все ще знаходиться в межах номінального значення.
Застосовуючи мінімальний рівень-випробування, виробник гарантує:
Theнайслабші волокнавже зламалися та були відкинутіперед прокладанням кабелю.
Готовий кабель можна безпечно натягнути до його номінального натягу, не викликаючи прихованих розривів волокна всередині сердечника.
Іншими словами,міцність proof-test встановлює внутрішній запас безпекидля кабелю під час встановлення.
2. Довгострокова-надійність кабелю та термін служби
Оптоволоконний кабель проводить більшу частину свого життя піднизька, але постійна напруга:
власна вага прольоту, теплове розширення/звуження, невелика усадка оболонки, залишковий натяг від встановлення тощо.
Ваш технічний розділ пояснює, що:
Поверхневі тріщини у волокні ростуть повільно під впливом напруги та вологи (статична втома).
Швидкість росту тріщини залежить від інтенсивності напруги та середовища.
Для готового кабелю це означає:
Якщо волокна увійшли в кабель із великими початковими дефектами (оскільки вони не пройшли ефективну перевірку-), ці дефекти можуть збільшуватися протягом багатьох років експлуатації.
Згодом може постраждати кабельрозриви-волокна в експлуатації: оболонка та міцні елементи цілі, але одне або більше волокон усередині зламано.
Вищий і добре{0}}керованийстійкість до -випробуваньзменшує розмір і кількість критичних дефектів у волокнах, які проходять у кабелі.
В результаті:
Кабель може витримувати невеликі додаткові деформації від температури, повзучості або усадки оболонки.
Імовірність спонтанних розривів волокна в середині прольоту значно падає.
Тож контрольне тестування – це не лише внутрішня вимога заводу – воно безпосередньо контролюємеханічний термін службиволоконно-оптичного кабелю в полі.
3. Кваліфікація кабелю та відповідність стандартам
Якщо кабель відповідає стандартам (Telcordia, IEC тощо), програма тестування включає:
Випробування кабелю на розтяг: натягніть кабель до заданого натягу та перевірте додаткові оптичні втрати.
Випробування навколишнього середовища: зміна температури, проникнення води, розчавлення, удар тощо.
Ці випробування рівня-кабелю припускають, що волокна всередині вже пройшли визначений рівеньproof{0}}рівень перевірки.
Якщо доказове-тестування слабке або непослідовне:
Одна і та сама конструкція кабелю може відрізнятися від котушки до котушки.
Кабель може пройти перевірку типу в лабораторії, але все одно виявити несподівані розриви волокна або значні втрати під час масового виробництва та розгортання.
Визначаючи та контролюючи стійкість до -випробування, виробник робитьповторювані механічні характеристики кабелю:
Одна і та сама конструкція кабелю працюватиме однаково в різних виробничих партіях.
Клієнти можуть бути впевнені, що номінальне навантаження на розтягування кабелю дійсно відповідає безпечному натягу волокна всередині кабелю.
4. Просте число, яке описує «приховану міцність» жили кабелю
Зовні два волоконно-оптичні кабелі можуть виглядати ідентичними: однакова оболонка, однакова броня, однакова кількість жил.
Всередині вони можуть бути самими різними:
У кабелі А використовуються волокна,-перевірені на0,69 ГПа (100 kpsi)
У кабелі B використовуються волокна,-перевірені на1,0 ГПа або вище
Theproof{0}}рівень перевіркидає вам швидкий спосіб зрозуміти цю приховану різницю:
Вища міцність-випробування → міцніші, більш стійкі-волокна до втоми →підвищена внутрішня міцність кабелю.
Нижча стійкість-до випробувань → менший запас проти сильних натягів, жорстких згинів і тривалого-навантаження.
Коли ви порівнюєте волоконно-оптичні кабелі від різних постачальників, перевіряючи специфікації-випробування на стійкість волокна, це один із способів оцінити справжню механічну якість сердечника кабелю.
FAQ
Як тестування оптичного волокна пов’язане з тим, як перевіряти оптоволоконний кабель?
Коли ми говоримо про те, як *тестувати волоконно-оптичний кабель*, більшість людей думають про OTDR, внесені втрати або тестування --кінцевого з’єднання. Тестування оптичного волокна відбувається на ранніх етапах ланцюга, на етапі чистого волокна. Це етап механічного екранування, який визначає, які волокна допускаються до сердечника кабелю. Іншими словами, контрольне випробування - це прихована частина випробування оптоволоконного кабелю, яка визначає внутрішню механічну межу кабелю перед проведенням будь-яких польових випробувань.
Що відбувається з волокном, яке не пройшло перевірку? Він все ще потрапляє в кабель?
Ні. Волокно, яке не пройшло контрольне випробування, розривається під час просіювання на розтяг і відбраковується. Ця ділянка волокна вирізана та не використовуватиметься в жодному волоконно-оптичному кабелі. Лише волокна, які витримали вказане випробувальне-випробування на повну довжину, приймаються до кабелю.
Чи завжди вищий рівень перевірки-тесту кращий для волоконно-оптичних кабелів?
Більш високі рівні -випробування видаляють більше слабких волокон і загалом покращують механічну міцність сердечника кабелю. Однак вони також збільшують навантаження на скло під час виробництва та можуть зменшити продуктивність або збільшити вартість. На практиці кожен виробник обирає рівень перевірки-, який:
- Відповідає відповідним стандартам і специфікаціям замовника
- Відповідає можливостям обладнання для креслень і проб{1}}тестування
- Забезпечує достатній запас для запланованих кабельних додатків
Тому «що вище, то краще» вірно лише в межах стабільного, економічного виробничого процесу.
Чи замінює випробування на міцність волокна випробування на розтяг готового оптоволоконного кабелю?
Ні. Контрольні випробування та випробування на розтягнення кабелю служать для різних цілей:
- Пробний тест перевіряє міцність голого волокна та відсіює слабке скло.
- Випробування на розтягнення кабелю перевіряє, як готовий **волоконно-оптичний кабель** поводиться під час натягу, включаючи вплив міцних елементів, буферних трубок, оболонок і кінців.
Кабель може мати надійні показники міцності на розтяг, лише якщо обидві частини виконано належним чином: міцні, перевірені-волокна всередині добре-спроектованої структури кабелю.
Як міцність-випробування впливає на максимальне натягування оптоволоконного кабелю?**
Номінальний максимальний натяг кабелю вибирається таким чином, щоб напруга внутрішніх волокон залишалася значно нижчою за рівень, який використовується під час перевірки. Якщо волокна мають низьку або суперечливу -випробувальну міцність, вони можуть розірватися, навіть якщо зовнішнє натягування перебуває в межах опублікованого рейтингу кабелю. Завдяки належним-перевіреним волокнам розробник кабелю може визначити натяг, який буде безпечним для скла та практичним для встановлення.
Чи можу я побачити проблеми з перевіркою-тесту за допомогою OTDR або інших польових тестів?
Зазвичай ви не можете. Помилки в -випробуванні трапляються на заводі: слабкі волокна ламаються під час перевірки та викидаються. Готові волоконно-оптичні кабелі, які доставляються на місце, повинні містити лише волокна, які вже пройшли перевірку. OTDR і вимірювання внесених втрат покажуть з’єднання, з’єднувачі, макро-вигини та інші польові проблеми, але вони не покажуть сам процес перевірки-тесту.
Як напруга та вологість у середовищі кабелю взаємодіють із міцністю під-випробування?
Міцність під-випробування визначає початковий стан волокна: наскільки великі залишилися тріщини та наскільки міцним є скло одразу після виготовлення. Коли оптоволокно поміщено всередину кабелю та встановлено, довготривала-напруга та вплив вологи можуть повільно розростати ці тріщини (статична втома). Якщо початкова міцність-випробування висока, а конструкція кабелю обмежує натяг волокон і проникнення води, швидкість зростання тріщин залишається низькою, а термін служби волокон у кабелі набагато довший.
Чи всі волокна в багато-волоконному кабелі мають однакову-випробувальну міцність?
Вони повинні. У контрольованому виробничому процесі кожна волоконна котушка, яка використовується в кабелях, пройшла однакову перевірку-специфікації. Таким чином, усі волокна в багато-волоконному кабелі мають порівнянну механічну міцність і однакову стійкість до втоми. Великі варіації в -тестовій міцності між волокнами призведуть до неоднакової надійності та непередбачуваної поведінки кабелю в польових умовах.
Чому під час вибору оптоволоконного кабелю важлива інформація-про випробування?
Тому що це говорить вам про **приховану механічну якість** сердечника кабелю. Два кабелі можуть виглядати ідентичними ззовні, але якщо один із них використовує волокна,-тестовані на вищому та добре-контрольованому рівні, вони зазвичай забезпечують кращу стійкість до сильних натягів, тугих згинів і тривалого-навантаження. Перевірка специфікації-випробування на стійкість волокна – це простий спосіб порівняти внутрішню міцність різних волоконно-оптичних кабелів, крім типу оболонки та кількості волокон.