Kada ljudi pričaju o tomekako testirati optički kabl, obično znače OTDR tragove, gubitak umetanja ili certifikaciju veze nakon instalacije.
U stvarnosti počinje ozbiljno testiranje kablovamnogo ranije, prije nego što kabelski omotač, čvrstoća i armatura uopće postoje. Jedan od najvažnijih koraka zabudući kabljetest otpornosti na optička vlakna– ispitivanje mehaničke čvrstoće na golim vlaknima koje odlučuje koliko će gotovi optički kabl biti pouzdan tokom izvlačenja, savijanja i dugotrajne-službe.
U ovom članku fokusiramo se na jedan korak:
kako testirati optički kablna nivou vlakana, provjerom dokaznog-testiranja čvrstoće vlakana koja idu unutar kabla.
Kako testirati optički kabl za dokaz-test snage?
U praksi, dokaz-snaga testa se provjerava na nivou vlakana, prije kabliranja. Svako golo vlakno koje ide u optički kabl rasteže se duž cele dužine do određenog zateznog naprezanja (na primer 0,69 GPa / 100 kpsi). Svako vlakno koje ne može izdržati ovo naprezanje se lomi i odbacuje, a samo vlakna koja prođu ovaj test pune dužine su dozvoljena u jezgru kabla, osiguravajući da gotovi kabel može izdržati nominalno povlačenje, savijanje i dugotrajna-opterećenja.
Gdje se testiranje dokaza uklapa u testiranje optičkih kablova?
Pojednostavljeni životni ciklus aoptički kablizgleda ovako:
Faza golih vlakana
Crtanje vlakana
Test otpornosti na optička vlakna (mehaničko skriniranje budućih kablovskih vlakana)
Optički testovi na golim vlaknima (slabljenje, geometrija, disperzija)
Faza proizvodnje kabla
Otporna na uvijanje-testiranih vlakana u labave cijevi ili trake
Dodavanje čvrstih elemenata, punila, vodo{0}}blokada i omotača
Mehanička ispitivanja gotovog kabla(zatezanje, prignječenje, udar, savijanje, temperaturni ciklus)
Optički testovi na gotovom kablu(slabljenje, dodatni gubitak nakon mehaničkih ispitivanja)
Faza raspoređivanja na terenu
Kontrola napetosti instalacije
Ispitivanje prihvatljivosti: OTDR, gubitak umetanja, refleksija
Periodične provere tokom životnog veka kabla
Thetest otpornosti na optička vlaknapripadafaza golih vlakana, ali njegovi rezultati su zauvijek "upečeni" u kabel:
Svako vlakno unutar optičkog kabla ima bilo kojeprošaoprobni test na definisanom nivou naprezanja, ili imanije uspjelo i uklonjeno.
Jednom kada su ta vlakna upletena u kabl, ne možete ponoviti taj korak skriniranja. Mehanička margina kabla je već određena.
Pa kad kažemo"kako testirati optički kabl za dokaz-test snage", mi zaista opisujemo kako proizvođač testira i filtrira vlakna koja će odrediti ponašanje kabela pod naponom.
Šta je test otpornosti optičkih vlakana (sa stanovišta kabla)?
Sa stajališta mehanike loma, proof test je test zatezanja na staklu s površinskim nedostacima.
Od aoptički kablsa tačke gledišta, jednostavnije je razmišljati o tome ovako:
Proizvođač rasteže svako vlakno do definiranog nivoa naprezanja (npr0,69 GPa / 100 kpsi) cijelom dužinom.
Svako vlakno koje ne može da preživi ovaj stres će puknuti i hoćenikada ne koristitiunutar optičkog kabla.
Dakle, testiranje dokaza djeluje kao amehanička sigurnosna kapijaizmeđu golog stakla i gotovog kabla:
Vlakna koja su preslaba da prežive razumno povlačenje i rukovanje kablom uklanjaju se rano.
Vlakna koja ulaze u jezgro kabla pokazala su barem specificiranu otpor-ispitnu snagu.
Vaš detaljni odjeljak "1.1.1 Probni{1}}test čvrstoće optičkog vlakna" objašnjava tačno kako ovo funkcionira u smislu defekata, dinamičkog zamora i rasta pukotina. Sljedeći odjeljci prevode tu teoriju upraktične posljedice za kabel.
Probni{0}}test čvrstoće optičkog vlakna
Definicija i svrha ispitivanja otpornosti{0}}optičkih vlakana
U optičkim vlaknima koja koriste silikatno staklo kao medij neizbježno postoje defekti različitih veličina, posebno pukotine na površini vlakna. Veličina i oblik takvih defekata su nasumično raspoređeni. Kako bi se osigurala čvrstoća praktičnih optičkih vlakana, potrebno je izvršiti on-line ili off-provjeru čvrstoće optičkih vlakana nakon izvlačenja, kako bi se eliminisala optička vlakna čija je čvrstoća niža od navedene vrijednosti i kako bi se osiguralo da se vlakna koja izlaze iz fabrike mogu koristiti pod stanjima opterećenja ispod testne čvrstoće-
Bellcore GR-20-CORE standard propisuje da optičko vlakno mora proći test otpornosti optičkih vlakana pune dužine na 0,69 GPa (100 kpsi).
Test otpornosti optičkih vlakana primjenjuje test provjere sa naprezanjem od 100 kpsi na svaku tačku duž cijele dužine vlakna, tako da će se ona vlakna koja ne mogu izdržati ovo naprezanje (ekvivalentno da imaju pukotine veće od 1 μm) slomiti na svojim slabim tačkama, dok vlakna koja prođu test dokazivanja mogu biti zagarantovana da rade pod otpornim naprezanjima nižim od normalnog{2}
Ponašanje dinamičkog zamora tokom testiranja optičkih vlakana
U stvari, sam proces testiranja-optičkih vlakana je dinamički proces zamora. Tokom probnog-ispitivanja, pod djelovanjem probnog-naprezanja, pukotine u vlaknu će rasti, dodatno smanjujući čvrstoću vlakna. Smanjenje čvrstoće vlakna tokom procesa dinamičkog zamora može se izraziti sljedećom formulom:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Jednačina dinamičkog zamora za degradaciju čvrstoće vlakana
gdje je Si čvrstoća vlakna prije probnog-testiranja;
Sf je čvrstoća vlakna nakon probnog-testiranja;
σ je naprezanje primijenjeno tokom ispitivanja otpornosti optičkih vlakana;
n i B su konstante koje opisuju rast pukotine.
Tokom probnog-testiranja, napon primijenjen na svaku tačku vlakna uključuje tri procesa: utovar, držanje i rasterećenje (kao što je prikazano na slici. 1-1). Promjenu čvrstoće vlakana prije i nakon probnog-testiranja daje:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n{{6}))σ (n+1)σ
Odnos između čvrstoće vlakana prije i poslije probnog ispitivanja
gdje je σ₁ stopa povećanja naprezanja u području opterećenja, tako da je vrijeme opterećenja t₁=σp / σ₁;
σ₂ je stopa smanjenja naprezanja u području rasterećenja, tako da je vrijeme rasterećenja t₂=σp / σ₂;
σp je dokaz-test naprezanja;
t_d je vrijeme držanja pod opterećenjem.
Iz krivulja prikazanih na Fig. 1-1 može se vidjeti da će se, u područjima opterećenja i držanja, sva vlakna čija je čvrstoća manja od testnog-napona σp (uključujući smanjenje čvrstoće uzrokovano dinamičkim zamorom u ovoj regiji) prekinuti, kao što je prikazano krivama a i b. Međutim, u području istovara mogu se pojaviti dvije situacije: jedna je kao što je prikazano krivom c, gdje se vlakno lomi u području istovara zbog smanjenja čvrstoće uzrokovane dinamičkim zamorom; drugi je kao što je prikazano na krivulji d, gdje čvrstoća opada ispod ispitnog-napona σp zbog dinamičkog zamora tokom rasterećenja, ali vlakno i dalje prolazi probni test bez lomljenja. Kao rezultat toga, čak i kod vlakana koja su prošla probni test, i dalje mogu postojati lokacije gdje je čvrstoća niža od naprezanja za dokaz{5}}, što dovodi do lokalnog poništavanja probnog testa.
Utjecaj vremena istovara i probnog-naprezanja na rezultate skrininga
Za razumijevanje ovog problema mogu se uzeti dva pristupa. Jedan je da se minimizira vrijeme pražnjenja u testu otpornosti na optička vlakna; ovo je jedan od glavnih tehničkih pokazatelja za savremenu opremu za testiranje-otpornih optičkih vlakana. Drugi je odabir odgovarajućeg stvarnog dokaznog-testnog naprezanja u skladu sa različitim nivoima testiranja-i vremenima istovara. Na primjer, prema iskustvu kompanije Mingxun, optičko vlakno sa minimalnom otpornom-snagom od 0,7 GPa prolazi probni test na 0,73 GPa (sa vrijednošću repa cenzure od oko 4,3% i vremenom rasterećenja od 75 ms), a optičko vlakno s minimalnom snagom otpora od 0,7 GPa{11} proof-test napon od 1,50 GPa (sa vrijednošću repa cenzure od oko 7% i vremenom rasterećenja od 25 ms).
Slika. 1-2 Statistička distribucija prekidne čvrstoće optičkih vlakana
Pukotine osiguravaju da je minimalna čvrstoća gotovog optičkog vlakna viša od nivoa čvrstoće-probnog testa.
Koncentracija naprezanja na površinskim pukotinama u optičkim vlaknima
Vrh pukotine optičkog vlakna formira područje koncentracije-napona, što je faktor koji će najvjerovatnije uzrokovati lom vlakna. Stupanj koncentracije naprezanja obično se izražava faktorom intenziteta naprezanja K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Definicija faktora intenziteta naprezanja Mode I
gdje je konstanta;
σ je vanjski primijenjeni napon;
a je dubina pukotine.
Kod date pukotine, kako raste napon, kada se K_I poveća na svoju kritičnu vrijednost K_C, vlakno se lomi.
Statički zamor optičkih vlakana u optičkim kablovima
Tokom polaganja i servisiranja optičkog kabla, površinske pukotine vlakna nastavljaju da rastu pod dejstvom naprezanja i vlage, što dovodi do smanjenja čvrstoće vlakna i na kraju do loma vlakna. Ovo je proces statičkog zamora optičkog vlakna.
Karakteristike statičkog zamora optičkih vlakana:
Karakteristike zamora optičkih vlakana obično se opisuju sljedećom eksponencijalnom funkcijom:
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Jednačina stope rasta pukotine kod statičkog zamora
gdje je a dubina pukotine;
A je materijalna konstanta;
K_I je faktor intenziteta naprezanja, koji ovisi o geometriji prsline, dubini i veličini primijenjenog naprezanja;
n se naziva koeficijent korozije napona ili parametar otpornosti{0}}na zamor.
A i K_I su određeni strukturom silicijum stakla, a za datu strukturu vlakana, A i K_I se mogu smatrati konstantama.
Vrijednost n ovisi ne samo o strukturi vlakana, već i o uvjetima okoline naprezanja primijenjenog na vlakno. To je važan faktor koji direktno utiče na vijek trajanja optičkog vlakna. Što je veća vrijednost n, to je jača otpornost na zamor. Vrijednost n Corningovog optičkog vlakna je 22, dok je Corningovog optičkog-prevučenog keramičkim vlaknom 29.
Ključni faktori koji utječu na vijek trajanja optičkih vlakana
Ukratko, vijek trajanja optičkog vlakna ovisi uglavnom o sljedeća tri faktora:
(1) Pukotine.
Pukotine uključuju početnu površinu i unutrašnje nedostatke nastale tokom izvlačenja vlakana, premazivanja i rukovanja, kao i dodatne mikro{0}}defekte koji se mogu pojaviti tokom kabliranja i instalacije. Veličina, gustina i distribucija ovih pukotina određuju početnu mehaničku čvrstoću vlakna i snažno utiču na to koliko brzo će čvrstoća propasti u uslovima rada. Vlakno sa sve manjim naprslinama ima mnogo veću vjerovatnoću da preživi puni vijek trajanja optičkog kabla bez loma.
(2) Stres.
Nivo i trajanje mehaničkog naprezanja primijenjenog na vlakno tokom njegovog vijeka trajanja su podjednako važni. U praktičnim optičkim kablovima, ovo naprezanje uglavnom dolazi od vlačnog opterećenja tokom ugradnje, preostalog naprezanja nakon povlačenja, termičkog širenja i kontrakcije, skupljanja omotača, opterećenja vjetrom i ledom na zračnim rasponima, kao i lokalnog savijanja i rukovanja. Što je veći trajni napon u staklu, to će brže rasti pukotine i kraći je očekivani vijek trajanja; obratno, zadržavanje naprezanja vlakana znatno ispod granica izvedenih-testom-značajno poboljšava mehaničku pouzdanost kabla.
(3) Vlaga.
Vlaga u okolini ubrzava koroziju pod stresom na vrhovima pukotina i potiče statički zamor. Iako optički kablovi koriste premaze, gelove i{1}}elemente koji blokiraju vodu kako bi zaštitili vlakna, molekuli vode i dalje mogu doći do staklene površine kroz defekte premaza ili kroz veoma duge vremenske skale. Vlažno okruženje, ili ponovljeni ciklusi mokro-suvo, će stoga povećati stopu rasta pukotina za dati nivo naprezanja. Dobar dizajn kabla i pravilna instalacija – na primjer, izbjegavanje oštećenja omotača i osiguravanje efikasnog blokiranja vode – pomažu da se ograniči pristup vlage površini vlakana i time produži vijek trajanja vlakana unutar kabela.
Zašto je probna{0}}snaga testa važna za optičke kablove?
1. Instalacija: Koliko jako možete povući kabel
Optički kabel je dizajniran sa anazivna vučna napetost– vrijednost koju instalater ne smije prekoračiti.
Iza tog jedinog broja stoji pretpostavka: vlakna unutar kabla imaju barem određenuproof{0}}snaga ispitivanja.
Ako vlakna nisu testirana-ili ako je nivo{1}}testiranja bio prenizak:
Kabl može i dalje izgledati mehanički jak izvana (obuh, čelične žice, FRP).
Ali neka vlakna u jezgri bi mogla puknutinormalna instalacijska napetost, iako je kabel u cjelini još uvijek unutar svog nazivnog ograničenja.
Provođenjem minimalnog{0}}nivoa testiranja, proizvođač osigurava:
Thenajslabija vlaknaveć su pokvareni i odbijeniprije kabliranja.
Gotovi kabl se može bezbedno povući do svoje nominalne napetosti bez izazivanja skrivenih lomova vlakana unutar jezgra.
drugim riječima,proof-test jačine postavlja internu sigurnosnu marginuza kabl tokom instalacije.
2. Dugoročna-pouzdanost kablova i vijek trajanja
Optički kabel provodi većinu svog vijeka ispodnisko, ali kontinuirano naprezanje:
vlastita težina na rasponu, termičko širenje/kontrakcija, blago skupljanje plašta, zaostala napetost od ugradnje, itd.
Vaš tehnički odjeljak objašnjava sljedeće:
Površinske pukotine u vlaknima rastu sporo pod stresom i vlagom (statički zamor).
Brzina rasta pukotine zavisi od intenziteta naprezanja i okoline.
Za gotov kabl to znači:
Ako su vlakna ušla u kabl sa velikim početnim defektima (jer nisu efektivno dokazano-testirani), ti defekti mogu rasti tokom godina rada.
Na kraju kabel može stradatiu-prekidama servisnih vlakana: omotač i članovi čvrstoće su netaknuti, ali jedno ili više vlakana iznutra je puklo.
Viši i dobro{0}}kontrolisaniproof{0}}snaga ispitivanjasmanjuje veličinu i broj kritičnih nedostataka u vlaknima koja ulaze u kabl.
kao rezultat:
Kabl može podnijeti mala dodatna naprezanja zbog temperature, puzanja ili skupljanja omotača.
Verovatnoća spontanog pucanja vlakana u sredini raspona značajno opada.
Dakle, testiranje dokaza nije samo interni zahtjev tvornice – ono direktno kontroliramehanički vijek trajanjaoptičkog kabla na terenu.
3. Kvalifikacija kablova i usklađenost sa standardima
Kada je kabl kvalifikovan prema standardima (Telcordia, IEC, itd.), program ispitivanja uključuje:
Ispitivanja zatezanja kablova: povucite kabel do određene napetosti i provjerite dodatni optički gubitak.
Ispitivanja okoline: temperaturni ciklus, prodiranje vode, drobljenje, udar, itd.
Ovi testovi{0}}na nivou kabla pretpostavljaju da su vlakna unutra već prošla definisanidokaz{0}}nivo testa.
Ako je{0}}testiranje slabo ili nedosljedno:
Isti dizajn kabla može se ponašati veoma različito od kotura do kotura.
Kabl može proći test tipa u laboratoriji, ali i dalje pokazuje neočekivane prekide vlakana ili velike gubitke u masovnoj proizvodnji i implementaciji.
Određivanjem i kontrolom snage ispitivanja{0}}proizvođač činiponovljive mehaničke performanse kabla:
Isti dizajn kabela će se ponašati dosljedno u različitim proizvodnim serijama.
Kupci mogu vjerovati da nazivno vlačno opterećenje kabela zaista odgovara sigurnom naprezanju vlakana unutar kabela.
4. Jednostavan broj koji opisuje "skrivenu snagu" jezgre kabla
Izvana, dva optička kabla mogu izgledati identično: isti omotač, isti oklop, isti broj žila.
Iznutra mogu biti veoma različiti:
Kabel A koristi vlakna dokazana-testirana na0,69 GPa (100 kpsi)
Kabel B koristi vlakna dokazana-testirana na1,0 GPa ili više
Thedokaz{0}}nivo testadaje vam brz način da shvatite tu skrivenu razliku:
Veća otporna-snaga na ispitivanje → jača, otpornija na zamor-vlakana →veća unutrašnja robusnost kabla.
Manja otporna-ispitna čvrstoća → manja margina protiv velikih povlačenja, uskih savijanja i dugotrajnog-naprezanja.
Kada uporedite optičke kablove različitih dobavljača, provjera specifikacije za{0}}testiranje otpornosti na vlakna je jedan od načina da se ocijeni pravi mehanički kvalitet jezgre kabla.
FAQ
Kako se ispitivanje otpornosti na optička vlakna odnosi na "kako testirati optički kabel"?
Kada govorimo o *kako testirati optički kabl*, većina ljudi pomisli na OTDR, gubitak umetanja ili end{0}}do-testove veze. Testiranje otpornosti na optička vlakna se dešava ranije u lancu, u fazi golog vlakna. To je korak mehaničkog skriniranja koji odlučuje koja vlakna mogu ući u jezgro kabla. Drugim riječima, probno testiranje je skriveni dio testiranja optičkog kabla koji određuje unutrašnju mehaničku marginu kabla prije nego što se izvrši bilo kakvo ispitivanje na terenu.
Šta se dešava sa vlaknom koje ne prođe test dokaza? Da li i dalje ulazi u kabl?
Ne. Vlakno koje ne prođe probni test lomi se tokom zateznog skrininga i odbija se. Taj dio vlakna je izrezan i neće se koristiti ni u jednom optičkom kablu. Za kabliranje se prihvataju samo vlakna koja prežive specificirano test-naprezanje u cijeloj dužini.
Da li je viši nivo{0}}testiranja uvijek bolji za optičke kablove?
Viši nivoi{0}}testiranja uklanjaju više slabih vlakana i općenito poboljšavaju mehaničku robusnost jezgre kabla. Međutim, oni također povećavaju opterećenje stakla tokom proizvodnje i mogu smanjiti prinos ili povećati troškove. U praksi, svaki proizvođač bira-probni nivo dokaza koji:
- Zadovoljava relevantne standarde i korisničke specifikacije
- Odgovara mogućnostima opreme za crtanje i{1}}probno testiranje
- Pruža dovoljnu marginu za predviđene kablovske aplikacije
Dakle, "što je bolje" vrijedi samo u granicama stabilnog, ekonomičnog proizvodnog procesa.
Da li ispitivanje otpornosti na vlakna zamjenjuje testove zatezanja na gotovom optičkom kablu?
Ne. Probno ispitivanje i zatezna ispitivanja kabla služe u različite svrhe:
- Probni test provjerava čvrstoću golih vlakana i odstranjuje slabo staklo.
- Test zatezanja kabla provjerava kako se gotovi **optički kabl** ponaša pod naponom, uključujući efekte čvrstoće, tampon cijevi, omotača i završetaka.
Kabl može imati pouzdane zatezne performanse samo ako su oba dijela pravilno izvedena: jaka, dokazana-testirana vlakna unutar dobro-dizajnirane strukture kabla.
Kako jačina testiranja-utječe na maksimalnu vučnu napetost optičkog kabla?**
Nazivna maksimalna vučna napetost kabla je odabrana tako da naprezanje vlakana iznutra ostane znatno ispod nivoa koji se koristi u probnom ispitivanju. Ako vlakna imaju nisku ili nedosljednu otpor-ispitnu čvrstoću, mogu se slomiti čak i kada je vanjska vučna napetost unutar objavljenih ocjena kabla. Sa adekvatnim-testiranim vlaknima, dizajner kablova može definirati vučnu napetost koja je sigurna za staklo i još uvijek praktična za ugradnju.
Mogu li vidjeti dokaz-problema sa OTDR-om ili drugim terenskim testovima?
Obično ne možete. U fabrici se dešavaju greške-probnog testa: slaba vlakna se lome tokom probnog testiranja i odbacuju. Gotovi optički kablovi koji se isporučuju na gradilište treba da sadrže samo vlakna koja su već prošla probni test. Mjerenja OTDR-a i gubitka prilikom umetanja će pokazati spojeve, konektore, makro-savijanja i druge probleme na terenu, ali neće pokazati sam proces-testiranja.
Kako napon i vlaga u okruženju kablova utiču na otpor-test čvrstoće?
Probna{0}}snaga testa definira početno stanje vlakana: koliko su velike preostale pukotine i koliko je čvrsto staklo odmah nakon proizvodnje. Kada je vlakno unutar kabla i instalirano, dugotrajno-izlaganje naponu i vlazi mogu polako povećati te pukotine (statički zamor). Ako je inicijalna čvrstoća{4}}ispitivanja visoka i dizajn kabla ograničava naprezanje vlakana i ulazak vode, stopa rasta pukotina ostaje niska i vijek trajanja vlakana u kablu je mnogo duži.
Da li sva vlakna u kablu sa više-fiber kablova imaju istu otpor-ispitnu snagu?
Trebali bi. U kontrolisanom proizvodnom procesu, svaki kolut vlakana koji ide u kablove prošao je istu specifikaciju{1}}testiranja. Na taj način, sva vlakna u kablu sa više- vlakana imaju uporedivu mehaničku čvrstoću i sličnu otpornost na zamor. Velike varijacije u čvrstoći-ispitivanja između vlakana bi dovele do neujednačene pouzdanosti i nepredvidivog ponašanja kabla na terenu.
Zašto su informacije o dokaznom{0}}testiranju važne pri odabiru optičkog kabla?
Zato što vam govori nešto o **skrivenom mehaničkom kvalitetu** jezgre kabla. Dva kabla mogu izgledati identično izvana, ali ako jedan koristi otporna vlakna-testirana na višem i dobro-kontrolisanom nivou, obično nudi bolju otpornost na velika povlačenja, uska savijanja i dugotrajno-naprezanje. Provjera specifikacije za{5}}testiranje otpornosti na vlakna je jednostavan način za poređenje unutrašnje robusnosti različitih optičkih kablova, osim tipa omotača i broja vlakana.