Když lidé mluví ojak otestovat kabel z optických vláken, obvykle znamenají trasování OTDR, ztrátu vložení nebo certifikaci odkazu po instalaci.
Ve skutečnosti začíná seriózní testování kabelůmnohem dříve, před pláštěm kabelu, pevnostními prvky a pancéřováním dokonce existují. Jedním z nejdůležitějších kroků probudoucí kabeljetest odolnosti optických vláken– test mechanické pevnosti na holých vláknech, který rozhodne, jak spolehlivý bude hotový optický kabel při tahu, ohýbání a-dlouhodobém provozu.
V tomto článku se zaměříme na tento jediný krok:
jak otestovat kabel z optických vlákenna úrovni vláken, a to tak, že zkontrolujete zkušební-pevnost vláken, která jdou dovnitř kabelu.
Jak otestovat kabel z optických vláken pro ověření pevnosti-testu?
V praxi se pevnost v důkazním{0}}testu kontroluje na úrovni vláken před kabeláží. Každé holé vlákno, které půjde do kabelu z optických vláken, je nataženo po celé své délce na specifikované tahové napětí (například 0,69 GPa / 100 kpsi). Jakékoli vlákno, které nevydrží toto namáhání, se zlomí a je vyhozeno a do jádra kabelu jsou povolena pouze vlákna, která projdou tímto úplným -testem, což zajistí, že hotový kabel odolá jmenovitému tahu, ohybu a dlouhodobému -provoznímu zatížení.
Kam se hodí zkušební testování při testování optických kabelů?
Zjednodušený životní cyklus aoptický kabelvypadá takto:
Fáze holých vláken
Kreslení vláken
Test odolnosti proti optickým vláknům (mechanické stínění budoucích kabelových vláken)
Optické testy na holém vláknu (útlum, geometrie, disperze)
Fáze výroby kabelů
Testovaná vlákna odolná proti navlékání- do volných trubic nebo pásků
Přidání pevnostních prvků, výplní, blokování vody-a bund
Mechanické zkoušky hotového kabelu(tah, stlačení, náraz, ohyb, teplotní cykly)
Optické testy na hotovém kabelu(útlum, dodatečná ztráta po mechanických zkouškách)
Fáze nasazení v terénu
Kontrola tahu při instalaci
Přejímací zkoušky: OTDR, vložný útlum, odrazivost
Pravidelné kontroly během životnosti kabelu
Thetest odolnosti optických vlákenpatří kfáze holých vláken, ale jeho výsledky jsou „zapečeny“ do kabelu navždy:
Každé vlákno uvnitř optického kabelu má buďprošeldůkazní test na definované úrovni stresu, nebo máselhal a byl odstraněn.
Jakmile jsou tato vlákna spletena do kabelu, nemůžete tento krok stínění opakovat. Mechanická rezerva kabelu je již rozhodnuta.
Takže když říkáme„jak otestovat kabel z optických vláken pro ověření pevnosti-testu“, skutečně popisujeme, jak výrobce testuje a filtruje vlákna, která budou určovat chování kabelu pod napětím.
Co je test odolnosti proti optickým vláknům (z pohledu kabelu)?
Z hlediska lomové mechaniky je důkazní zkouškou tahová zkouška na skle s povrchovými vadami.
Od aoptický kabelz pohledu, je jednodušší si to představit takto:
Výrobce natáhne každé vlákno na definovanou úroveň napětí (např0,69 GPa / 100 kpsi) po celé délce.
Jakékoli vlákno, které nemůže přežít tento stres, se zlomí a budenikdy nepoužítuvnitř optického kabelu.
Takže důkazní testování funguje jako amechanická bezpečnostní bránamezi holým sklem a hotovým kabelem:
Vlákna, která jsou příliš slabá na to, aby přežila rozumné tahání kabelu a manipulaci, jsou brzy odstraněna.
Vlákna, která vstupují do jádra kabelu, prokázala alespoň specifikovanou zkušební-pevnost.
Vaše podrobná část „1.1.1 Důkazní-test pevnosti optického vlákna“ přesně vysvětluje, jak to funguje z hlediska defektů, dynamické únavy a růstu trhlin. Následující oddíly převádějí tuto teorii dopraktické důsledky pro kabel.
Důkaz-test pevnosti optického vlákna
Definice a účel testu odolnosti optických vláken-
V optických vláknech využívajících jako médium křemičité sklo nevyhnutelně existují defekty různých velikostí, zejména praskliny na povrchu vlákna. Velikost a tvar takových defektů jsou rozloženy náhodně. Aby byla zajištěna pevnost praktických optických vláken, je nutné po tažení provést on-line nebo off-line kontrolu pevnosti optických vláken, aby se vyloučila optická vlákna, jejichž pevnost je nižší než specifikovaná hodnota, a aby bylo zajištěno, že vlákna opouštějící továrnu mohou být použita při zatížení pod zkušební pevností, aniž by se zlomila.
Norma Bellcore GR-20-CORE stanoví, že optické vlákno musí projít testem odolnosti optických vláken v plné délce při 0,69 GPa (100 kpsi).
Test odolnosti optických vláken aplikuje screeningový test s namáháním 100 kpsi na každý bod po celé délce vlákna, takže vlákna, která tomuto namáhání (ekvivalent trhlinám větším než 1 μm) nevydrží, se na svých slabých místech zlomí, zatímco u vláken, která projdou kontrolním testem, lze zaručit, že budou normálně fungovat i při namáhání nižším, než je zkušební-úroveň.
Dynamické únavové chování během testování odolnosti proti optickým vláknům
Samotný proces zkušebního-testování optického vlákna je proces dynamické únavy. Během zkušebního-testování, působením zkušebního-namáhání, praskliny ve vláknu porostou, čímž se pevnost vlákna dále sníží. Pokles pevnosti vlákna během procesu dynamické únavy lze vyjádřit následujícím vzorcem:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Dynamická únavová rovnice pro degradaci pevnosti vlákna
kde Si je pevnost vlákna před zkušebním-testováním;
Sf je pevnost vlákna po zkušebním-testování;
σ je napětí aplikované během zkoušky odolnosti optických vláken;
n a B jsou konstanty popisující růst trhliny.
Během zkušebního-testování zahrnuje namáhání každého bodu vlákna tři procesy: nakládání, přidržování a vykládání (jak je znázorněno na obr. 1-1). Změna pevnosti vlákna před a po důkazním-testování je dána:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / (2)σⁿ⁺¹⁾ / ((n{2}})-σ₁}
Vztah mezi pevností vláken před a po kontrolním testování
kde σ₁ je rychlost nárůstu napětí v oblasti zatížení, takže doba zatížení je t₁=σp / σ₁;
σ₂ je míra poklesu napětí v oblasti vykládání, takže doba vykládání je t₂=σp / σ₂;
σp je důkazní-zátěž;
t_d je doba výdrže při zatížení.
Z křivek zobrazených na obr V oblasti vykládání však mohou nastat dvě situace: jedna je znázorněna křivkou c, kde se vlákno láme v oblasti vykládání v důsledku snížení pevnosti způsobené dynamickou únavou; druhá je znázorněna na křivce d, kde pevnost klesá pod zkušební-napětí σp v důsledku dynamické únavy během odlehčování, ale vlákno stále projde zkušebním testem bez porušení. Výsledkem je, že i ve vláknech, která prošla kontrolním testem, mohou stále existovat místa, kde je pevnost nižší než namáhání ve zkušebním-testu, což vede k místní neplatnosti kontrolního testu.
Vliv doby vykládky a zátěžového testu-testu na výsledky screeningu
K pochopení tohoto problému lze použít dva přístupy. Jedním z nich je minimalizace doby vyložení při testu odolnosti optických vláken; toto je jeden z hlavních technických ukazatelů pro moderní testovací zařízení pro optická vlákna-. Druhým je výběr vhodného skutečného zkušebního-zátěže podle různých úrovní důkazního-testu a doby vyložení. Například podle zkušeností společnosti Mingxun projde optické vlákno s minimální pevností-testu 0,7 GPa zkušebním testem při 0,73 GPa (s hodnotou cenzury kolem 4,3 % a dobou odlehčení 75 ms) a optické vlákno s minimálním důkazem pevnosti v namáhání-}-}Pa-}testem pevnosti GPa 1,50 GPa (s cenzurní koncovou hodnotou asi 7 % a dobou vyložení 25 ms).
Obr. 1-2 Statistické rozložení pevnosti optického vlákna v přetržení
Praskliny zajišťují, že minimální pevnost hotového optického vlákna je vyšší než úroveň pevnosti při zkušebním-testu.
Koncentrace napětí na povrchových trhlinách v optických vláknech
Špička trhliny optického vlákna vytváří oblast koncentrace napětí-, což je faktor s největší pravděpodobností způsobující prasknutí vlákna. Stupeň koncentrace napětí se obvykle vyjadřuje faktorem intenzity napětí K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Definice faktoru intenzity stresu v módu I
kde je konstanta;
σ je vnější napětí;
a je hloubka trhliny.
V dané trhlině, jak se napětí zvyšuje, když K_I vzroste na svou kritickou hodnotu K_C, vlákno se přetrhne.
Statická únava optických vláken v optických kabelech
Během pokládky a servisu optického kabelu se povrchové trhliny vlákna působením napětí a vlhkosti dále zvětšují, což způsobuje snížení pevnosti vlákna a nakonec vede k přetržení vlákna. Toto je proces statické únavy optického vlákna.
Statické únavové charakteristiky optického vlákna:
Únavové charakteristiky optického vlákna jsou obvykle popsány následující exponenciální funkcí:
V=da/dt=A K_Iⁿ (1–5)
Rovnice míry růstu statické únavové trhliny
kde a je hloubka trhliny;
A je materiálová konstanta;
K_I je faktor intenzity napětí, který závisí na geometrii trhliny, hloubce a velikosti působícího napětí;
n se nazývá koeficient koroze napětí nebo parametr-únavové odolnosti.
A a K_I jsou určeny strukturou křemičitého skla a pro danou strukturu vlákna lze A a K_I považovat za konstanty.
Hodnota n závisí nejen na struktuře vlákna, ale také na okolních podmínkách napětí aplikovaného na vlákno. Je to důležitý faktor přímo ovlivňující životnost optického vlákna. Čím větší je hodnota n, tím silnější je odolnost proti únavě. Hodnota n optického vlákna Corning je 22, zatímco hodnota n optického vlákna Corning-potaženého keramikou je 29.
Klíčové faktory ovlivňující životnost optických vláken
Stručně řečeno, životnost optického vlákna závisí především na následujících třech faktorech:
(1) Praskliny.
Mezi praskliny patří počáteční povrchové a vnitřní vady vzniklé během tažení vláken, potahování a manipulace, stejně jako další mikro-defekty, které se mohou objevit během kabeláže a instalace. Velikost, hustota a distribuce těchto trhlin určují počáteční mechanickou pevnost vlákna a silně ovlivňují, jak rychle se pevnost za provozních podmínek sníží. Vlákno s méně a menšími trhlinami má mnohem vyšší pravděpodobnost, že přežije celou životnost optického kabelu bez prasknutí.
(2) Stres.
Úroveň a trvání mechanického namáhání aplikovaného na vlákno po celou dobu jeho životnosti jsou stejně důležité. V praktických kabelech z optických vláken toto namáhání pochází hlavně z tahového zatížení během instalace, zbytkového napětí po tažení, tepelné roztažnosti a smršťování, smršťování pláště, zatížení větrem a ledem na rozpětí antén, stejně jako místní ohyb a manipulace. Čím vyšší je trvalé napětí ve skle, tím rychleji porostou trhliny a tím kratší je očekávaná životnost; naopak udržování namáhání vláken hluboko pod limity odvozenými z-testu- výrazně zlepšuje mechanickou spolehlivost kabelu.
(3) Vlhkost.
Vlhkost v prostředí urychluje napěťovou korozi na špičkách trhlin a podporuje statickou únavu. Přestože kabely z optických vláken používají k ochraně vláken povlaky, gely a prvky blokující vodu-, molekuly vody se přesto mohou dostat na povrch skla defekty povlaku nebo po velmi dlouhou dobu. Vlhké prostředí nebo opakované cykly mokro-sušení proto zvýší rychlost růstu trhliny pro danou úroveň napětí. Dobrý design kabelu a správná instalace – například zamezení poškození pláště a zajištění účinného blokování vody – pomáhá omezit přístup vlhkosti k povrchu vlákna, a tím prodloužit životnost vláken uvnitř kabelu.
Proč je pevnost v-testu pro kabely z optických vláken důležitá?
1. Instalace: Jak silně dokážete zatáhnout za kabel
Optický kabel je navržen s ajmenovité tažné napětí– hodnotu, kterou instalační technik nesmí překročit.
Za tímto jediným číslem je předpoklad: vlákna uvnitř kabelu mají alespoň jistéotestovat-pevnost.
Pokud vlákna nebyla testována -důkazem nebo pokud úroveň- testu-byla příliš nízká:
Kabel může zvenčí stále vypadat mechanicky pevný (plášť, ocelové dráty, FRP).
Ale některá vlákna v jádru by se mohla podlomitnormální instalační napětí, i když je kabel jako celek stále ve svém jmenovitém limitu.
Prosazením minimální úrovně testu-výrobce zajišťuje:
Thenejslabší vláknajiž byly porušeny a byly odmítnutypřed kabeláží.
Hotový kabel lze bezpečně vytáhnout na své jmenovité napětí, aniž by došlo ke skrytému přerušení vlákna uvnitř jádra.
jinými slovy,síla testu-nastavuje vnitřní bezpečnostní rezervupro kabel během instalace.
2. Dlouhodobá- spolehlivost a životnost kabelu
Kabel z optických vláken tráví většinu svého života podnízké, ale trvalé napětí:
vlastní hmotnost na rozpětí, tepelná roztažnost/kontrakce, mírné smrštění pláště, zbytkové napětí z instalace atd.
Vaše technická část vysvětluje, že:
Povrchové trhliny ve vláknu rostou pomalu pod napětím a vlhkostí (statická únava).
Rychlost růstu trhlin závisí na intenzitě napětí a prostředí.
Pro hotový kabel to znamená:
Pokud vlákna vstoupila do kabelu s velkými počátečními defekty (protože nebyla účinně testována-), mohou tyto defekty během let provozu narůstat.
Kabel může nakonec trpětv-přerušení optických vláken: plášť a výztužné prvky jsou neporušené, ale jedno nebo více vláken uvnitř prasklo.
Vyšší a dobře{0}}kontrolovatelnýotestovat-pevnostsnižuje velikost a počet kritických vad ve vláknech, které jdou do kabelu.
V důsledku toho:
Kabel může tolerovat malé dodatečné namáhání způsobené teplotou, tečením nebo smršťováním pláště.
Pravděpodobnost samovolného přetržení vlákna uprostřed rozpětí výrazně klesá.
Kontrolní testování tedy není pouze interním požadavkem továrny – přímo řídímechanická životnostoptického kabelu v terénu.
3. Kvalifikace kabelu a shoda se standardy
Pokud je kabel kvalifikovaný podle norem (Telcordia, IEC atd.), testovací program zahrnuje:
Zkoušky tahu kabelů: natáhněte kabel na předepsané napětí a zkontrolujte přidanou optickou ztrátu.
Environmentální testy: teplotní cykly, průnik vody, drcení, náraz atd.
Tyto testy na{0}}úrovni kabelu předpokládají, že vlákna uvnitř již prošla definovanouúroveň-testu.
Pokud je důkazní-testování slabé nebo nekonzistentní:
Stejný design kabelu se může chovat u různých navijáků velmi odlišně.
Kabel může projít typovým testem v laboratoři, ale přesto bude vykazovat neočekávané prasknutí vlákna nebo vysoké ztráty při hromadné výrobě a nasazení.
Zadáním a kontrolou síly důkazu-výrobce zajišťujeopakovatelný mechanický výkon kabelu:
Stejný design kabelu se bude chovat konzistentně v různých výrobních sériích.
Zákazníci se mohou spolehnout, že jmenovité tahové zatížení kabelu skutečně odpovídá bezpečnému namáhání vlákna uvnitř kabelu.
4. Jednoduché číslo, které popisuje „skrytou sílu“ jádra kabelu
Zvenčí mohou dva optické kabely vypadat identicky: stejný plášť, stejné pancéřování, stejný počet žil.
Uvnitř se mohou velmi lišit:
Kabel A používá vlákna odolná-testovaná na0,69 GPa (100 kpsi)
Kabel B používá vlákna odolná-testována na1,0 GPa nebo vyšší
Theúroveň-testuvám dává rychlý způsob, jak pochopit tento skrytý rozdíl:
Vyšší odolnost-testovací pevnosti → silnější vlákna odolnější proti únavě-→vyšší vnitřní robustnost kabelu.
Nižší zkušební-pevnost → menší rezerva proti vysokému tahu, úzkým ohybům a dlouhodobému-namáhání.
Když porovnáte kabely z optických vláken od různých dodavatelů, kontrola specifikace testu odolnosti vůči vláknům- je jedním ze způsobů, jak posoudit skutečnou mechanickou kvalitu jádra kabelu.
FAQ
Jak souvisí testování odolnosti optických vláken s „jak testovat kabel z optických vláken“?
Když mluvíme o tom, *jak testovat kabel z optických vláken*, většina lidí si vybaví testy OTDR, vložný útlum nebo testy end-to-end link. Testování odolnosti optických vláken probíhá dříve v řetězci, ve fázi holých vláken. Je to krok mechanického stínění, který rozhoduje o tom, která vlákna jsou povolena do jádra kabelu. Jinými slovy, zkušební testování je skrytá část testování kabelu z optických vláken, která určuje vnitřní mechanickou rezervu kabelu před provedením jakýchkoli testů v terénu.
Co se stane s vláknem, které neprojde kontrolním testem? Pořád to jde do kabelu?
Ne. Vlákno, které neprojde zkušební zkouškou, se během tahového třídění rozbije a je vyřazeno. Tato část vlákna je odříznuta a nebude použita v žádném optickém kabelu. Pro kabeláž jsou akceptována pouze vlákna, která vydrží specifikované zkušební-namáhání po celé své délce.
Je vyšší úroveň testu-pro optické kabely vždy lepší?
Vyšší úrovně testování-odstraňují více slabých vláken a obecně zlepšují mechanickou odolnost jádra kabelu. Nicméně také zvyšují namáhání skla během výroby a mohou snížit výtěžnost nebo zvýšit náklady. V praxi si každý výrobce vybere zkušební-úroveň, která:
- Splňuje příslušné normy a specifikace zákazníků
- Odpovídá schopnostem kreslicího a zkušebního zařízení-
- Poskytuje dostatečnou rezervu pro zamýšlené kabelové aplikace
Takže „čím je lepší“ platí pouze v mezích stabilního, ekonomického výrobního procesu.
Nahrazuje zkoušky odolnosti proti vláknům zkoušky tahem hotového optického kabelu?
Ne. Důkazní zkoušky a zkoušky tahem kabelu slouží různým účelům:
- Důkazní test kontroluje pevnost holých vláken a odcloňuje slabé sklo.
- Zkouška tahem kabelu kontroluje, jak se hotový **kabel z optických vláken** chová při tahu, včetně vlivu pevnostních prvků, nárazníkových trubek, plášťů a zakončení.
Kabel může mít spolehlivý výkon v tahu pouze tehdy, jsou-li obě části provedeny správně: pevná, prověřená-testovaná vlákna uvnitř dobře-navržené struktury kabelu.
Jak ovlivní pevnost zkušebního-testu maximální tahové napětí optického kabelu?**
Jmenovité maximální tažné napětí kabelu je zvoleno tak, aby namáhání vláken uvnitř zůstalo výrazně pod úrovní používanou při zkušebním testování. Pokud mají vlákna nízkou nebo nekonzistentní pevnost při zkušebním-testu, mohou se zlomit, i když je vnější tažné napětí v rámci publikovaných jmenovitých hodnot kabelu. S adekvátně ověřenými-testovanými vlákny může návrhář kabelu definovat tahové napětí, které je bezpečné pro sklo a přesto praktické pro instalaci.
Mohu vidět důkazy-problémů s testem OTDR nebo jinými testy v terénu?
Normálně nemůžete. V továrně dochází k chybám zkušebního-testu: slabá vlákna se během zkušebního testování zlomí a jsou vyřazena. Hotové optické kabely dodané na místo by měly obsahovat pouze vlákna, která již prošla zkušebním testem. Měření OTDR a vložného útlumu zobrazí spoje, konektory, makro-ohyby a další problémy v terénu, ale neukážou samotný proces důkazu-.
Jak působí napětí a vlhkost v prostředí kabelu s pevností při zkušebním-testu?
Důkazní-test pevnosti definuje výchozí stav vlákna: jak velké jsou zbývající trhliny a jak silné je sklo bezprostředně po výrobě. Jakmile je vlákno uvnitř kabelu a nainstalováno, může dlouhodobé-namáhání a vystavení vlhkosti tyto trhliny pomalu narůstat (statická únava). Pokud je počáteční pevnost při zkušebním-testu vysoká a konstrukce kabelu omezuje namáhání vláken a průnik vody, rychlost růstu trhlin zůstává nízká a životnost vláken v kabelu je mnohem delší.
Mají všechna vlákna ve více-vláknovém kabelu stejnou zkušební-pevnost?
Měli by. V kontrolovaném výrobním procesu prošla každá cívka s vlákny, která se používá pro kabeláž, stejnou zkušební- specifikací. Tímto způsobem mají všechna vlákna ve vícevláknovém kabelu srovnatelnou mechanickou pevnost a podobnou odolnost proti únavě. Velké rozdíly ve zkušební pevnosti mezi vlákny by vedly k nerovnoměrné spolehlivosti a nepředvídatelnému chování kabelu v terénu.
Proč jsou při výběru kabelu z optických vláken důležité-informace o zkušebních testech?
Protože to vypovídá něco o **skryté mechanické kvalitě** jádra kabelu. Dva kabely mohou z vnějšku vypadat identicky, ale pokud jeden používá vláknům odolný-testovaný na vyšší a dobře{2}}kontrolované úrovni, obvykle nabízí lepší odolnost proti velkému tahu, ostrým ohybům a dlouhodobému-namáhání. Kontrola specifikace testu odolnosti vůči vláknům- je jednoduchý způsob, jak porovnat vnitřní robustnost různých kabelů z optických vláken, kromě typu pláště a počtu vláken.