Растяжение вок первого типа

Основные механические характеристики оптического кабеля: устойчивость к растяжению, сдавливанию, ударам, изгибам, перекручиванию, а также диапазон температур, в которых можно эксплуатировать кабель и его устойчивость к проникновению влаги.

Допустимое продольное натяжение (в документации к кабелям иностранного производства — Tensile performance) измеряется в ньютонах и представляет собой показатель максимально допустимой силы, растягивающей кабель в продольном направлении. Проще говоря: если тянуть кабель сильнее, то производитель не гарантирует сохранения технических характеристик волокон в заявленных пределах.
Превышение этого значения не означает, что волокна порвутся. Оптические волокна внутри модуля располагаются не линейно, а спирально, имея определенный запас по длине. Когда кабель натягивается, спираль волокна выпрямляется, сохраняя работоспособность. При обратном сжатии спиральная структура восстанавливается. Даже после полного выпрямления волокно может еще немного натянуться без потери свойств, однако дальнейшее натяжение приведет к изменению его геометрии и структуры и скажется на проводящих свойствах.
Из этого же показателя вытекает прочность кабеля на разрыв. Не стоит буквально воспринимать это значение: кабель не обязательно порвется, если его потянуть с силой, превышающей максимальное значение, но ухудшение проводимости в таком случае вполне вероятно.
Зачастую в документации к кабелю можно встретить два показателя: прочность на разрыв при кратковременном и длительном натяжении.
Измеряют силу натяжения динамометром. В идеале, протяжку кабеля обязательно надо проводить с постоянным контролем тянущей силы.

Сдавливающее усилие (Crush) — это показатель максимально допустимой силы поперечного сжатия кабеля. Сильное пережатие кабеля может снизить пропускную способность волокон, увеличив затухание сигнала. Измеряют это значение в несистемных единицах давления: кН/100 мм. Чем меньше длина кабеля, подвергающаяся сдавливанию одинаковой силы, тем выше вероятность повреждения: при интенсивном сжимании щипцами и зажимами можно разрушить волокна.

Ударная нагрузка (Impact) показывает, удар какой силы выдержит кабель без повреждений внутренней структуры. Именно на ограничение по ударной нагрузке обращают внимание при креплении кабеля с помощью степлера или пистолета. Этот показатель измеряется в Ньютонметрах (Нм). 1 нм — это сила удара тела весом в 1 кг, упавшего на кабель с высоты 100 мм при обычном ускорении.

Радиус максимально-допустимого изгиба (Cable bend) показывает, насколько можно загибать кабель, и измеряется в миллиметрах. Нередко традиционно соизмеряется с диаметром самого кабеля (максимальный изгиб кабеля ИК/Д-М — 20 номинальных наружных диаметров). Превышение этого значения при монтаже ведет к повреждению кабеля.

Кручение (Torsion) измеряется в угловых градусах, на которые допустимо перекручивание кабеля вокруг своей оси на протяжении одного метра. Этот показатель бывает весьма значимым при работе с бронированными кабелями (ДПЛ, ДПС , ДП2 ). При сильном скручивании такого кабеля нарушается структура брони и изменяются защитные характеристики.

Температурный режим, при котором возможна полноценная эксплуатация кабеля (температурный цикл — Temperature cycling), важен при наружной прокладке, в особенности в холодных регионах или в условиях возможного перегрева (на чердаках, нагревающихся на солнце). Не менее важным является диапазон температур, при котором допустимо производить монтаж кабеля. Он зачастую более ограничен, чем температурный цикл эксплуатации.

Влагонепроницаемость (Water penetration) — показатель, важный для неспециализированных кабелей, прокладывающихся в условиях сырых грунтов, в затапливаемых подвалах. Он говорит о том, как долго волокна внутри кабеля будут защищены, если кабель будет погружен в воду на глубину 1 м. Обычно от нескольких часов до нескольких суток.

При несоблюдении рекомендованных производителем условий эксплуатации — превышении температурных и силовых нагрузок на кабель — вы рискуете потерять время, демонтируя неудачно проложенный кабель и заменяя новым, и деньги (гарантия производителя не распространяется на такие случаи). Выбирайте кабель с учетом запаса прочности и соблюдайте рекомендованные температурные режимы.

Источник

Растяжение вок первого типа

Возможность монтажа волоконно-оптического кабеля той или иной марки определяется механическими и оптическими характеристиками выбранного кабеля. При этом начинающему проектировщику зачастую сложно разобраться, какая характеристика что обозначает.

Таким образом, назрела необходимость разобраться в этих характеристиках раз и навсегда. Начнем с механических характеристик, после этого перейдем на оптические характеристики стекловолокна.

Механические характеристики волоконно-оптических кабелей

Для качественного выполнения проектирования ВОЛС необходимо отлично ориентироваться в основных кабельных характеристиках волоконно-оптических кабелей. Рассмотрим каждую из них, это пригодится Вам в дальнейшем.

Номинальный наружный диаметр кабеля, мм – в общем, понятная характеристика. Достоверное знание диаметр кабеля необходимо для точного выбора арматуры в случае подвеса кабеля. В случае прокладки кабеля в кабельной канализации знание диаметра ВОК позволяет заранее предугадать проходимость кабельного канала для выбранного кабеля.
Сечение кабеля, мм^2 – не всегда соответствует диаметру, так как зачастую рассчитывается с учетом полезной площади кабеля. При этом самостоятельный расчет сечения, исходя из диаметра и используя известную формулу, не возбраняется, так как в большинстве случаев небольшая погрешность в значении площади сечения ВОК практически не влияет на результаты расчетов.
Погонная масса (погонный вес) ВОК, кг/км – важная характеристика, в достаточной мере определяющая поведение кабеля в процессе монтажа и эксплуатации. Стоит заметить, что понятие «погонный вес» в этом случае употреблять не совсем верно. Вес – это величина, выражаемая в Ньютонах, в данном случае эта характеристика все-таки является погонной массой.
Механическая прочность на разрыв (МПР), Н – величина, определяющая прочность кабеля. Эта характеристика важна и не может быть проигнорирована. В любом случае, при любых условиях эксплуатации расчетные и реальные значения внешних растягивающих нагрузок не могут превышать МПР. В противном случае разрыв кабеля практически неизбежен (хотя некоторые заводы-изготовители и закладывают достаточно большой запас прочности в ВОК).
Максимально-допустимая растягивающая нагрузка (МДРН), Н – это характеристика, определяющая максимальную растягивающую нагрузку на ВОК при максимально сложных внешних воздействиях. Целью проектировщика является минимизация времени, в течение которого кабель будет находиться в таких условиях.
Монтажная растягивающая нагрузка (МРН), Н – средняя растягивающая нагрузка, допустимая в процессе монтажа волоконно-оптического кабеля.
Максимальная монтажная растягивающая нагрузка (ММРН), Н – максимально-допустимая растягивающая нагрузка в процессе монтажа ВОК. Значение этой нагрузки необходимо при нормировании монтажных тяжений и стрел провеса ВОК.
Начальный модуль упругости, Н/мм2 – величина, определяющая способность кабеля к удлинению. Исходя из начального модуля упругости, рассчитывается максимально допустимая нагрузка на кабель в процессе монтажа. Чем больше значение модуля упругости, тем меньше кабель будет вытягиваться в процессе эксплуатации. Начальный модуль упругости определяет вытяжку кабеля в первое время после подвеса ВОК. Сам модуль упругости определяется в первую очередь силовыми элементами кабеля и его оболочкой.
Конечный модуль упругости, Н/мм2 – величина, соответствующая начальному модулю упругости, но для времени, когда максимальные нагрузки после монтажа уже сняты. После того, как нагрузки устанавливаются, кабель вытягивается меньше.
Деформация долговременной вытяжки, % — процент удлинения кабеля в процессе долговременной эксплуатации.
Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), 1/град – коэффициент, определяющий удлинение и сжатия кабеля при изменении температуры внешней среды. Чем больше ТКЛР, тем сильнее кабель удлиниться при повышении температуры.
Рабочий диапазон температур, град – диапазон температур, в котором производитель гарантирует адекватное поведение кабеля.
Минимальная температура монтажа, град – в представлении не нуждается. Это минимальная температура окружающей среды, при которой разрешается монтировать кабель.
Максимальная величина потенциала электрического поля в точке подвеса, кВ – максимальный потенциал в точке подвеса, при котором можно гарантировать долговременную (25 лет) эксплуатацию ВОК. Вред от подвеса ВОК в области повышенного потенциала будет рассмотрена в будущих статьях.

Оптические характеристики стекловолокна

В первую очередь стоит разобраться с различиями между рекомендациями МСЭ-Т в области оптических волокон. Существует ряд стандартов, предназначенных для классификации оптических волокон:

G.652 – стандартное одномодовое волокно;

G.653 – одномодовое волокно со смещенной дисперсией, позволяющее снизить влияние дисперсии при передачи сигнала;

G.654 – одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки;

G.655 – одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией;

G.656 – одномодовое волокно с дисперсией для широкополосной передачи данных;

G.657 – одномодовое волокно со сниженными потерями при изгибе.

Многообразие оптических волокон обусловлено различными длинами волн, на которых работает аппаратура, а также способами передачи сигнала с минимизацией искажений.

Основные характеристики волокна

Диапазон длин волн, в которых может работать оптическое волокно с допустимым затуханием;
Диаметр волокна;
Диаметр защитного покрытия;
Затухание на различных длинах волн;
Коэффициент хроматической дисперсии;
Поляризационная модовая дисперсия;
Метод полировки концов волокна.

Более полно по каждой из характеристик можно будет ознакомиться в дальнейшем на страницах vols-psd.ru.

Источник

Одним из основных свойств ОВ является его прочность. Однако, в процессе изготовления на поверхности волокна появляются микроскопические изъяны, которые заметно ухудшают базовую прочность. Благодаря процессу производства кабеля и укладке волокна в кабель, происходит дальнейшее ухудшение прочности волокна. Ухудшение прочности и обрыв волокна в результате роста изъянов (трещин) на поверхности можно объяснить тремя причинами: динамической усталостью, статической усталостью и старением в отсутствие нагрузки. Многие монтажники ВОК работали раньше на монтаже медных кабелей, которые имеют совершенно отличные механические характеристики. Динамическая усталость возникает при кратковременном приложении значительных растягивающих усилий. Это соответствует типичному сценарию, когда ВОК затягивается на место через кабелепровод или протягивается вдоль направляющих труб/лотков. Статическая усталость, наоборот, приобретается тогда, когда кабель длительное время находится под постоянной нагрузкой. Старение в отсутствие нагрузки относится к такому типу ухудшения прочности, который происходит в условиях отсутствия нагрузки на кабель, но под действием высокой окружающей температуры и влажности.

Задача, выполняемая волоконно-оптическими (или оптическими) модулями, — организовать жилы волокна так, чтобы упростить их идентификацию и обработку, а также в том, чтобы структура такой организации сохранялась не только тогда, когда жилы волокна находятся в собранном ВОК, но и тогда, когда с кабеля снята наружная оболочка. Волоконно-оптический модуль, может быть оформлен в виде пучка волокон, ленты с волокнами или свободной трубки.

Волоконно-оптический модуль, как правило, объединяет 6-12 волокон свободно собранных вместе с помощью спиральной обвязки. Эта обвязка должна быть сделана так, чтобы она сохраняла свое положение в ВОК и облегчала идентификацию оптических модулей, когда оболочка ВОК снята.

Один из методов организации жил волокна — формирование ленточной структуры. Такие волоконно-оптические ленты позволяют упаковывать в кабель до нескольких тысяч волокон. Однако, как правило, такие ленты содержат 4, 6, 8, 12 или 24 волокна, расположенных в виде линейного массива жил, образующего модуль.

Ленты с волокном собираются в матрицу для облегчения идентификации волокон, а также для придания прочности и улучшения защитных свойств. Материал таких матриц оптимизируется для улучшения надежности и рабочих характеристик. Этот материал должен быть совместим с внешним покрытием матриц, когда монтажники используют инструменты с тепловым методом зачистки волокна при удалении покрытия с волокна, и формирующем матрицу материалом, при сращивании, оконцовке или осуществлении других монтажных действий. Формирующий матрицу материал должен быть прозрачен настолько, чтобы можно было идентифицировать отдельную жилу волокна. Волокна могут быть помещены также внутрь трубки, чтобы изолировать от внешних механических напряжений. В трубку, как правило, помещают 6 или 12 волокон. Трубка должна также обеспечить легкость идентификации модулей в случае удаления внешней оболочки ВОК.

Теоретическая и реальная прочность оптического волокна на разрыв.Для кварцевых ОВ принято рассматривать теоретическую и реальную прочность на разрыв. Теоретическая прочность составляет около 20 ГПа. Однако реальная прочность кварцевых волокон в несколько раз меньше теоретической, для лучших образцов кварцевых волокон она не превышает 5 ГПа. Прочность реально изготовленного волокна снижается из-за наличия поверхностных объемных дефектов в заготовках и готовом волокне, а также из-за воздействия внутренних напряжений, возникающих в волокне в процессе вытяжки из заготовок. Неоднородности материалов в стекле или дефекты поверхности стекла создают механически ослабленные места вдоль ОВ. О механической прочности ОВ можно говорить лишь с определенной степенью вероятности, поскольку местоположения нерегулярностей и их величины имеют случайный характер.

При воздействии на волокно растягивающих усилий наибольшие напряжения возникают вокруг концов трещин. Природная хрупкость стекла увеличивает напряжение на конце трещины и способствует разрушению волокна, в противоположность металлам, тягучесть которых позволяет расплываться и выравнивать местные перенапряжения. Качественно этот процесс аналогичен разрыву листа бумаги. Бумагу трудно разорвать путем растягивания, но если она имеет небольшие разрезы (трещины), то легко рвется. Также происходит и с волокнами и они разрушаются в месте наибольшей трещины.

Снижение механической прочности волокна также происходит из-за процессов химической коррозии при воздействии влаги, поэтому разрушение волокна в области локальной неоднородности является процессом, зависящим от времени. Между глубиной трещины и напряжением, при котором разрушается волокно, имеется однозначная связь, причем величина напряжения при разрушении волокна зависит от формы трещины.

Поверхностные трещины возникают от множества причин, некоторые из которых присущи собственно стеклу, а другие связаны с процессами изготовления заготовки волокна, вытягивания волокна из заготовки, нанесения первичного покрытия. Глубина и число трещин на единицу длины ОВ произвольно распределены вдоль длины волокна.

Волокно разрушается в месте нахождения самой глубокой трещины (слабейшее звено в цепи) и так как в длинных волокнах наличие такой глубокой трещины более вероятно, чем в коротких волокнах, то прочность волокна зависит от его длины. Короткие соединительные волокна длиной несколько десятков сантиметров содержат большие трещины с меньшей вероятностью и поэтому имеют большие силы разрушения, находящие в диапазоне от 4,5 до 5,9 ГПа. В противоположность этому волокно длиной несколько км, используемое для приготовления кабелей связи, может содержать одну большую трещину, которая сильно уменьшает прочность. Единственная возможность быть уверенным, что длинное волокно не содержит трещины большей по величине, чем допустимая, — это испытать на прочность полностью всю длину, чтобы знать нижнюю границу прочности.

Испытание ОВ на прочность и расчет вероятности разрушения волокна.Проверка волокна на прочность и его отбраковка осуществляются путем перемотки волокна через систему роликов с заданной величиной натяжения, которая устанавливается исходя из расчетного срока службы кабеля.

Международный союз электросвязи рекомендует испытывать ОВ на механическую прочность при следующих условиях:

— напряжение растяжением не менее 0,35 ГПа (что приблизительно соответствует деформации ~ 0,5%);

— номинальная длительность испытания составляет 1 с.

В пределах определенного диапазона нагрузки натяжение растяжения и относительное удлинение волокна связаны между собой модулем Юнга. Поэтому некоторые фирмы условия испытания волокна на прочность указывают не в единицах напряжения растяжения, а в процентах относительного удлинения. В этом случае желательно знать точное значение модуля Юнга для данного волокна, в противном случае, можно говорить об ориентировочном значении напряжения, так как значение модуля Юнга для различных волокон изменяется в пределах от 70 до 90 ГПа.

Ведущие производители ОВ испытывают его напряжением растяжения 0,7 ГПа для наземных кабелей и 1,4 ГПа для подводных кабелей при длительности испытаний равной 1 с.

Для расчета вероятности разрушения ОВ, выдержавших испытания на прочность, должна использоваться методика, учитывающая множество дефектов, которыми могут обладать волокна. Множество случайных трещин различной глубины, распределенных по всей длине волокна обуславливают необходимость применения статистических методов расчета.

В настоящее время расчеты напряжений при разрыве ОВ выполняются с использованием экспериментально полученных параметров распределения Вейбулла, которые позволяют рассчитать прочность системы, зависящей от слабейшего звена этой системы. В случае ОВ это отражает вероятность их разрушения из-за преобладающей или самой глубокой трещины.

Распределение Вейбулла для испытуемой партии ОВ получают экспериментально, измеряя напряжение (относительное удлинение) при разрыве большого числа отрезков волокна длиной от 10 до 20 м. По данным измерений строят интегральную кривую вероятности разрыва волокон от величины напряжения при разрыве. При напряжениях меньших величины at волокно не разрушается. Минимальное напряжение, при котором происходит разрыв, равно σ– σ1; среднее напряжение разрыва, при котором происходит разрушение половины волокон (Р = 0,5) равно σ = σ3, разрушение всех волокон (Р = 1) происходит при максимальном напряжении разрыва равном σ = σ4. Чем больше численное значение напряжений при разрыве σ1, σ3, σ4, тем большей механической прочностью обладает волокно.

Срок службы ОВ.Если волокно выдержало испытание на прочность при определенном значении напряжения, то это не означает, что оно может противостоять ему повторно или выдерживать меньшие значения неограниченно долго. Воздействие на волокно постоянно приложенной растягивающей силы более низкого значения, чем при его испытаниях на прочность, также приводит через определенный промежуток времени к разрушению волокна вследствие процесса статической коррозии. Под статической коррозией понимается процесс уменьшения прочности волокна (увеличение размеров трещин) во времени при воздействии на волокно напряжения, влаги, высокой температуры, щелочи или аммиака. Способность волокон противостоять воздействию оптической коррозии оценивается коэффициентом устойчивости ОВ к статической коррозии, его численное значение определяется путем измерений и чем оно больше, тем лучше. Конкретное значение определяется, главным образом, материалом волокна и его первичного покрытия, приложенных усилий, влажности и температуры. При увеличении температуры и влажности коэффициент устойчивости уменьшается. Это объясняется тем, что коррозия возникает, когда под действием воды разрушаются молекулярные связи кремния и кислорода, повышение же температуры и влажности ускоряет реакцию разрыва связей.

Производители ОВ указывают численное значение коэффициента устойчивости ОВ к статической коррозии (п) в спецификациях на волокно. Для обычных волокон значение коэффициента равно п 20, а для волокон, имеющих тонкий слой титана в отражающей оболочке для повышения механической прочности и надежности п 25.

Статическая коррозия ограничивает допустимое итоговое остаточное напряжение, которое может выдержать волокно в течение срока службы или другими словами — определяет срок службы волокна, при известном остаточном напряжении, внутри кабеля. Статическая коррозия также ограничивает минимальный радиус изгиба волокна в муфте.

Так как после прохождения испытаний волокна на прочность гарантирован определенный наибольший размер трещины, то может быть рассчитан его минимальный срок службы. Для выполнения расчетов должны быть известны следующие три величины:

— напряжение растяжения (относительное удлинение) при заводских испытаниях волокна на прочность;

— напряжение растяжения, приложенное к волокну в процессе срока службы;

— коэффициент устойчивости оптических волокон к статической коррозии.

Чем при большей величине силы растяжения (относительного удлинения) выполнено испытание волокна на прочность, тем больше срок службы ОВ в кабеле при прочих равных условиях.

Чем большая итоговая сила растяжения приложена к волокну в процессе эксплуатации кабеля, тем меньше срок службы кабеля. Итоговое напряжение растяжения зависит от остаточной деформации волокна. Причиной остаточной деформации волокна может быть растяжение, скручивание и изгибание, которые возникают при изготовлении, прокладке и эксплуатации кабеля. Остаточная деформация волокна сокращает срок его службы вследствие ускоренного роста трещин из-за присутствия загрязняющих веществ в окружающей среде. Кроме того, остаточная деформация снижает допустимый уровень динамической деформации, которую может выдержать волокно до его разрыва. Наименьшие итоговые остаточные напряжения растяжения в зависимости от способа прокладки оптического кабеля имеют место при прокладке кабеля в трубопроводах методом вдувания, а наибольшие напряжения растяжения в процессе эксплуатации может испытывать самонесущий подвесной кабель при воздействии гололедной и ветровой нагрузки, а также в случае ослабления по той или иной причине упрочняющих элементов при прокладке или эксплуатации.

Динамическая деформация волокна также уменьшает срок службы волокна. Она может возникать при ударах и толчках во время прокладки, а также в течение срока эксплуатации самонесущих кабелей. Динамическая деформация возникает при самопроизвольной вибрации самонесущего кабеля, а также при воздушных вводах кабеля за счет падения гололеда с выше расположенных проводов и падения глыб льда с крыш. Для защиты ОК на вводах необходимо предусмотреть подвеску металлического троса выше ОКС. Динамическая деформация, наряду со статической деформацией, вызывает ускоренный рост трещин, а при превышении определенного значения может произойти разрыв ОВ. Поэтому в процессе прокладки, монтажа и эксплуатации ОК его нельзя подвергать воздействию ударных нагрузок.

Контрольные вопросы:

1. Какие существуют типы одмодоводых волокон?

2. Опишите характеристики G.652 стандартного одномодового ОВ (SM).

3. Опишите характеристики G.653 одномодового ОВ со смещенной дисперсией (DSF).

4. Опишите характеристики G.654 одномодового ОВ со смещенной длиной волны отсечки.

5. Опишите характеристики G.655 одномодового ОВ с ненулевой смещенной дисперсией.

6. Опишите характеристики G.656 Одномодового ОВ с ненулевой дисперсией для широкополосной передачи данных.

7. Опишите характеристики G.657 одномодового ОВ с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба.

8. Перечислите передаточные характеристики ОВ.

9. В чем состоит смысл понятия затухания и коэффициента затухания ОВ?

10. От чего зависит пропускная способность ОВ?

11. Через какие характеристики оцениваются дисперсионные свойства многомодовых и одномодовых ОВ?

12. Каковы причины возникновения модовых искажений и хроматической дисперсии?

13. Опишите коэффициент (показатель) преломления сердцевины и оболочки.

14. Опишите оптический параметр разность показателей преломления.

15. Опишите оптический параметр относительная разность показателей преломления.

16. Опишите групповой показатель преломления, эффективный групповой показатель преломления.

17. Опишите профиль показателя преломления.

18. Опишите оптический параметр — диаметр модового поля (для ООВ).

19. Опишите числовую апертуру, длину волны среза (для ООВ).

20. Что относят к механическим характеристикам ОВ?

21. Что относят к геометрическим параметрам ОВ?

22. Перечислите геометрические характеристики ОВ и поясните значимость нормирования их допусков.

23. Какие характеристики ОВ обуславливают их срок службы?

24. Поясните физические процессы разрушения волокон в процессе эксплуатации ОКС.

25. Что означает теоретическая и реальная прочность ОВ на разрыв?

Литература

1. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии связи. М: ИПК Желдориздат, 2002, 278с.

2. Липская М.А. Волоконно-оптические линии связи. Алматы, КазАТК, 2007, 157с.

3. Липская М.А. Волоконно-оптические линии связи. Алматы, КазАТК, 2010, 173с.