Когато хората говорят закак да тествате оптичен кабел, те обикновено означават OTDR следи, загуба на вмъкване или сертифициране на връзка след инсталиране.
Реално започва сериозно тестване на кабеламного по-рано, преди кабелната обвивка, укрепващите елементи и бронирането дори да съществуват. Една от най-важните стъпки забъдещ кабелетест за доказване на оптични влакна– тест за механична якост на голи влакна, който решава колко надежден ще бъде готовият оптичен кабел по време на теглене, огъване и дългосрочна-експлоатация.
В тази статия се фокусираме върху тази единствена стъпка:
как да тествате оптичен кабелна ниво фибри, чрез проверка на -тестовата якост на влакната, които влизат в кабела.
Как да тествам оптичния кабел за доказателство-за здравина?
На практика силата на доказателствения-тест се проверява на ниво влакно, преди окабеляване. Всяко голо влакно, което ще влезе във влакнесто-оптичен кабел, се разтяга по цялата му дължина до определено напрежение на опън (например 0,69 GPa / 100 kpsi). Всяко влакно, което не може да издържи на този стрес, се счупва и се изхвърля и само влакна, които преминат този тест за доказване на пълна-дължина, се допускат в сърцевината на кабела, като се гарантира, че готовият кабел може да издържи номинално издърпване, огъване и дългосрочни-експлоатационни натоварвания.
Къде се вписва доказателственото тестване в тестването на оптични кабели?
Опростен жизнен цикъл на aоптичен кабелизглежда така:
Етап на голи влакна
Рисуване на влакна
Тест за устойчивост на оптични влакна (механично екраниране на бъдещи кабелни влакна)
Оптични тестове на голи влакна (затихване, геометрия, дисперсия)
Етап на производство на кабели
Усукани{0}}тествани влакна в разхлабени тръби или ленти
Добавяне на укрепващи елементи, пълнители, водо{0}}блокиране и кожуси
Механични тестове на готов кабел(опън, смачкване, удар, огъване, температурни цикли)
Оптични тестове на готов кабел(затихване, допълнителна загуба след механични тестове)
Етап на разгръщане на място
Контрол на напрежението на инсталацията
Тестване за приемане: OTDR, вмъкнати загуби, коефициент на отражение
Периодични проверки по време на живота на кабела
Theтест за доказване на оптични влакнапринадлежи наетап на голи влакна, но резултатите от него са „изпечени“ в кабела завинаги:
Всяко влакно във влакнесто-оптичния кабел има и дветепреминатест за доказване при определено ниво на стрес, или имане успя и беше премахнат.
След като тези влакна са усукани в кабел, не можете да повторите тази стъпка на екраниране. Механичната граница на кабела вече е определена.
Така че, когато казваме"как да тествам оптичен кабел за доказателство-тест за якост", ние наистина описваме как производителят тества и филтрира влакната, които ще определят поведението на кабела при напрежение.
Какво представлява тестът за доказване на оптични влакна (от гледна точка на кабела)?
От гледна точка на механиката на счупване, тестът за доказателство е тест за опън върху стъкло с повърхностни дефекти.
От аоптичен кабелгледна точка, по-просто е да го мислим така:
Производителят разтяга всяко влакно до определено ниво на напрежение (напр0,69 GPa / 100 kpsi) по цялата му дължина.
Всяко влакно, което не може да преживее този стрес, ще се счупи и ще го направиникога не се използвавътре в оптичен кабел.
Така че доказателственото тестване действа катомеханична предпазна вратамежду голо стъкло и завършен кабел:
Влакната, които са твърде слаби, за да оцелеят при разумно издърпване и манипулиране на кабела, се отстраняват рано.
Влакната, които влизат в сърцевината на кабела, са показали най-малко определената якост на доказателствен-тест.
Вашият подробен раздел „1.1.1 Доказателство-тест за здравина на оптично влакно“ обяснява как точно работи това по отношение на дефекти, динамична умора и нарастване на пукнатини. Следващите раздели превеждат тази теория впрактически последствия за кабела.
Доказателство-тест за здравина на оптично влакно
Определение и цел на оптичното влакно за{0}}тест за устойчивост
В оптичните влакна, използващи силициево стъкло като среда, неизбежно съществуват дефекти с различни размери, особено пукнатини по повърхността на влакното. Размерът и формата на такива дефекти са произволно разпределени. За да се осигури здравината на практичните оптични влакна, е необходимо да се извърши онлайн или офлайн-онлайн или офлайн-проверка на якостта на оптичните влакна след изтегляне, така че да се елиминират оптични влакна, чиято якост е по-ниска от определената стойност, и да се гарантира, че влакната, напускащи фабриката, могат да се използват при състояния на натоварване под якостта на пробния-тест без счупване.
Стандартът Bellcore GR-20-CORE постановява, че оптичното влакно трябва да премине тест за устойчивост на оптично влакно с пълна дължина при 0,69 GPa (100 kpsi).
Тестът за доказателство на оптичното влакно прилага скрининг тест с напрежение от 100 kpsi към всяка точка по цялата дължина на влакното, така че онези влакна, които не могат да издържат на това напрежение (еквивалентно на пукнатини, по-големи от 1 μm), ще се счупят в слабите си точки, докато за влакна, които преминат теста за доказване, може да се гарантира, че работят нормално при напрежения, по-ниски от нивото на -теста за доказване.
Динамично поведение на умора по време на изпитване за устойчивост на оптични влакна
Всъщност процесът на доказателствено-тестване на оптичното влакно е процес на динамична умора. По време на тест-за доказване, под действието на стреса за-теста за доказване, пукнатините във влакното ще се разрастват, което допълнително ще намали здравината на влакното. Намаляването на якостта на влакното по време на процеса на динамична умора може да се изрази със следната формула:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Уравнение на динамична умора за влошаване на якостта на влакната
където Si е якостта на влакното преди тест-за доказване;
Sf е якостта на влакното след тест-за доказване;
σ е напрежението, приложено по време на теста за устойчивост на оптично влакно;
n и B са константи, описващи растежа на пукнатината.
По време на тест-за доказване напрежението, приложено към всяка точка на влакното, включва три процеса: натоварване, задържане и разтоварване (както е показано на фигура. 1-1). Промяната в якостта на влакното преди и след теста за доказване-се дава от:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₂) ] (1-2)
Връзка между якостта на влакната преди и след изпитването за доказване
където σ₁ е скоростта на нарастване на напрежението в областта на натоварване, така че времето за натоварване е t₁=σp / σ₁;
σ₂ е скоростта на намаляване на напрежението в областта на разтоварване, така че времето за разтоварване е t₂=σp / σ₂;
σp е тестовото-напрежение;
t_d е времето на задържане под товар.
От кривите, показани на Фигура . 1-1, може да се види, че в областите на натоварване и задържане всички влакна, чиято якост е по-ниска от изпитвателното-напрежение σp (включително намаляване на якостта, причинено от динамична умора в тази област), ще се скъсат, както е показано от криви a и b. Въпреки това, две ситуации могат да възникнат в областта на разтоварване: едната е както е показано от крива с, където влакното се счупва в областта на разтоварване поради намаляване на якостта, причинено от динамична умора; другото е, както е показано от крива d, където якостта намалява до под напрежението на теста за доказване-тест σp поради динамична умора по време на разтоварване, но влакното все още преминава теста за доказване, без да се счупи. В резултат на това, дори във влакна, които са преминали теста за доказване, все още може да има места, където якостта е по-ниска от напрежението при -теста за доказване, което води до местно анулиране на теста за доказване.
Ефект на времето за разтоварване и доказателствен-тестов стрес върху резултатите от скрининга
За да се разбере този проблем, могат да се предприемат два подхода. Единият е да се сведе до минимум времето за разтоварване при теста за устойчивост на оптични влакна; това е един от основните технически показатели за съвременното оборудване за-тестване на оптични влакна. Другото е да изберете подходящо действително напрежение за доказателство-тест според различни нива на доказателство-тест и времена на разтоварване. Например, според опита на Mingxun Company, оптично влакно с минимална пробо-тестова якост от 0,7 GPa преминава изпитателен тест при 0,73 GPa (със цензурна опашка от около 4,3% и време за разтоварване от 75 ms), а оптично влакно с минимална пробо{11}}тестова якост от 1,40 GPa издържа доказателствено-тестово напрежение от 1,50 GPa (със цензурна опашка от около 7% и време за разтоварване от 25 ms).
Фигура. 1-2 Статистическо разпределение на якостта на скъсване на оптичното влакно
Пукнатините гарантират, че минималната якост на завършеното оптично влакно е по-висока от нивото на якост на -пробния тест.
Концентрация на напрежение при повърхностни пукнатини в оптични влакна
Върхът на пукнатината на оптичното влакно образува област-на концентрация на напрежение, което е факторът, който най-вероятно ще причини счупване на влакното. Степента на концентрация на напрежение обикновено се изразява чрез коефициента на интензитет на напрежението K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Дефиниция на коефициента на интензитет на напрежение в режим I
където е константа;
σ е външно приложеното напрежение;
a е дълбочината на пукнатината.
При дадена пукнатина, когато напрежението се увеличава, когато K_I се увеличи до критичната си стойност K_C, влакното се счупва.
Статична умора на оптични влакна в оптични кабели
По време на полагането и обслужването на оптичния кабел, повърхностните пукнатини на влакното продължават да растат под действието на напрежение и влага, което води до намаляване на здравината на влакното и в крайна сметка води до счупване на влакното. Това е процесът на статична умора на оптичното влакно.
Характеристиките на статичната умора на оптичното влакно:
Характеристиките на умора на оптичното влакно обикновено се описват със следната експоненциална функция:
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Уравнение за скоростта на растеж на пукнатини от статична умора
където a е дълбочината на пукнатината;
А е материална константа;
K_I е коефициентът на интензивност на напрежението, който зависи от геометрията на пукнатината, дълбочината и големината на приложеното напрежение;
n се нарича коефициент на корозия при напрежение или параметър-устойчивост на умора.
A и K_I се определят от структурата на силициево стъкло и за дадена влакнеста структура A и K_I могат да се разглеждат като константи.
Стойността на n зависи не само от структурата на влакното, но и от условията на околната среда на напрежението, приложено към влакното. Това е важен фактор, пряко влияещ върху експлоатационния живот на оптичното влакно. Колкото по-голяма е стойността на n, толкова по-силна е устойчивостта на умора. Стойността n на оптичното влакно на Corning е 22, докато тази на оптичното влакно с керамично- покритие на Corning е 29.
Ключови фактори, влияещи върху живота на оптичните влакна
В обобщение, експлоатационният живот на оптичното влакно зависи главно от следните три фактора:
(1) Пукнатини.
Пукнатините включват първоначалните повърхностни и вътрешни дефекти, образувани по време на изтегляне на влакна, покритие и манипулиране, както и допълнителни микро-дефекти, които могат да бъдат въведени по време на окабеляване и монтаж. Размерът, плътността и разпределението на тези пукнатини определят първоначалната механична якост на влакното и оказват силно влияние върху това колко бързо силата ще намалее при условия на експлоатация. Влакно с по-малко и по-малки пукнатини има много по-голяма вероятност да оцелее през целия живот на оптичния кабел без счупване.
(2) Стрес.
Нивото и продължителността на механичното напрежение, приложено върху влакното през целия му живот, са еднакво важни. При практически оптични кабели това напрежение идва главно от натоварване на опън по време на монтаж, остатъчно напрежение след издърпване, топлинно разширение и свиване, свиване на обвивката, натоварване от вятър и лед върху въздушните участъци, както и локално огъване и манипулиране. Колкото по-голямо е постоянното напрежение в стъклото, толкова по-бързо ще растат пукнатини и толкова по-кратък е очакваният експлоатационен живот; обратно, поддържането на напрежението на влакното доста под границите, получени от доказателствен-тест-, значително подобрява механичната надеждност на кабела.
(3) Влага.
Влагата в околната среда ускорява корозията под напрежение в върховете на пукнатините и насърчава статичната умора. Въпреки че оптичните кабели използват покрития, гелове и водо{1}}блокиращи елементи за защита на влакната, водните молекули все още могат да достигнат стъклената повърхност чрез дефекти на покритието или за много дълги времеви мащаби. Следователно влажна среда или повтарящи се цикли мокро-сухо ще увеличат скоростта на растеж на пукнатините за дадено ниво на напрежение. Добрият дизайн на кабела и правилната инсталация – например избягване на повреда на обвивката и осигуряване на ефективно блокиране на вода – спомагат за ограничаване на достъпа на влага до повърхността на влакната и по този начин удължават експлоатационния живот на влакната вътре в кабела.
Защо доказателственият-тест за якост има значение за оптични кабели?
1. Монтаж: Колко силно можете да издърпате кабела
Оптичният кабел е проектиран с aноминално напрежение на теглене– стойност, която инсталаторът не трябва да надвишава.
Зад това единствено число стои предположение: влакната вътре в кабела имат поне определеноproof{0}}сила на теста.
Ако влакната не са тествани за доказателство-или ако нивото на-теста за доказване е твърде ниско:
Кабелът все още може да изглежда механично здрав отвън (кожух, стоманени проводници, FRP).
Но някои влакна в сърцевината могат да се счупятнормално инсталационно напрежение, въпреки че кабелът като цяло все още е в номиналната си граница.
Чрез налагане на минимално ниво на доказателство-тест, производителят гарантира:
Theнай-слабите влакнавече са счупени и отхвърленипреди окабеляване.
Готовият кабел може безопасно да бъде изтеглен до номиналното си напрежение, без да причинява скрити счупвания на влакна вътре в сърцевината.
С други думи,доказателство-силата на теста определя вътрешната граница на безопасностза кабела по време на монтажа.
2. Дългосрочна-надеждност на кабела и експлоатационен живот
Оптичният кабел прекарва по-голямата част от живота си подниско, но непрекъснато напрежение:
собствено тегло на участък, термично разширение/свиване, леко свиване на обвивката, остатъчно напрежение от монтажа и др.
Вашият технически раздел обяснява, че:
Повърхностните пукнатини във влакното нарастват бавно при напрежение и влага (статична умора).
Скоростта на нарастване на пукнатините зависи от интензивността на напрежението и околната среда.
За готовия кабел това означава:
Ако влакната са влезли в кабела с големи първоначални дефекти (тъй като не са били ефективно доказателствено-тествани), тези дефекти могат да нараснат през годините на работа.
В крайна сметка кабелът може да пострадав-работно влакно се скъсва: обвивката и здравите елементи са непокътнати, но едно или повече влакна вътре са се скъсали.
По-висок и добре{0}}контролиранproof{0}}сила на тестанамалява размера и броя на критичните дефекти във влакната, които влизат в кабела.
В резултат на това:
Кабелът може да понесе малки допълнителни натоварвания от температура, пълзене или свиване на обвивката.
Вероятността от спонтанни скъсвания на влакна в средата на обхвата намалява значително.
Така че пробното тестване не е просто вътрешно фабрично изискване – то директно контролирамеханичен животна оптичния кабел в полето.
3. Квалификация на кабела и съответствие със стандартите
Когато даден кабел е квалифициран спрямо стандарти (Telcordia, IEC и др.), тестовата програма включва:
Тестове на опън на кабела: издърпайте кабела до определено напрежение и проверете добавената оптична загуба.
Тестове за околната среда: температурни цикли, проникване на вода, смачкване, удар и др.
Тези тестове-на нивото на кабела предполагат, че влакната вътре вече са преминали определенадоказателство{0}}тестово ниво.
Ако доказателственият-тест е слаб или непоследователен:
Една и съща конструкция на кабела може да се държи много различно от макара до макара.
Кабелът може да премине типовия тест в лабораторията, но все още да показва неочаквани скъсвания на влакна или големи загуби при масово производство и внедряване.
Чрез определяне и контролиране на доказателствената -сила на теста, производителят правиповторяеми механични характеристики на кабела:
Една и съща конструкция на кабела ще се държи последователно в различните производствени партиди.
Клиентите могат да се доверят, че номиналното натоварване на опън на кабела наистина съответства на безопасно опъване на влакното вътре в кабела.
4. Просто число, което описва "скритата сила" на жилото на кабела
Отвън два оптични кабела може да изглеждат идентични: една и съща обвивка, еднакво брониране, еднакъв брой жила.
Вътре те могат да бъдат много различни:
Кабел А използва влакна,-тествани на0,69 GPa (100 kpsi)
Кабел B използва влакна,-тествани на1,0 GPa или по-висока
Theдоказателство{0}}тестово нивови дава бърз начин да разберете тази скрита разлика:
По-висока устойчивост на-изпитване → по-здрави, по-устойчиви на умора-влакна →по-висока вътрешна здравина на кабела.
По-ниска издръжливост на-тест → по-малка граница срещу силно издърпване, тесни завои и дългосрочно-напрежение.
Когато сравнявате оптични кабели от различни доставчици, проверката на спецификацията-тест за устойчивост на влакна е един от начините да прецените истинското механично качество на сърцевината на кабела.
ЧЗВ
Как тестването на оптични влакна е свързано с „как да се тества оптичен кабел“?
Когато говорим за *как да тестваме оптичен кабел*, повечето хора се сещат за OTDR, загуба на вмъкване или тестове за връзка от край-до-край. Тестването за устойчивост на оптични влакна се извършва по-рано във веригата, на етапа на голото влакно. Това е механична стъпка на скрининг, която решава кои влакна са разрешени в сърцевината на кабела. С други думи, тестът за доказателство е скритата част от тестването на оптичния кабел, която определя вътрешната механична граница на кабела, преди да се направят каквито и да е полеви тестове.
Какво се случва с влакно, което не премине теста? Още ли влиза в кабела?
Не. Влакно, което не издържа теста за доказване, се счупва по време на пресяването на опън и се отхвърля. Тази част от влакното е изрязана и няма да се използва в оптичен кабел. За окабеляване се приемат само влакна, които издържат на указаното напрежение-тест за доказване по цялата им дължина.
Винаги ли е по-добро ниво на тест-за доказателство за оптични кабели?
По-високите нива на -тест за доказване премахват повече слаби влакна и като цяло подобряват механичната устойчивост на сърцевината на кабела. Те обаче също така увеличават напрежението върху стъклото по време на производството и могат да намалят добива или да увеличат разходите. На практика всеки производител избира доказателствено-ниво на тест, което:
- Отговаря на съответните стандарти и спецификации на клиента
- Съответства на възможностите на оборудването за чертане и пробно{1}}тестване
- Осигурява достатъчно поле за предвидените кабелни приложения
Така че "по-високото е по-добро" е вярно само в границите на стабилен, икономичен производствен процес.
Изпитването за устойчивост на влакна замества ли тестовете за опън на завършен оптичен кабел?
Не. Тестовете за доказателство и тестовете за опън на кабела служат за различни цели:
- Пробният тест проверява здравината на голото влакно и отстранява слабото стъкло.
- Тестът за опън на кабела проверява как готовият **фиброоптичен кабел** се държи при опън, включително въздействието на якостните елементи, буферните тръби, кожухите и накрайниците.
Кабелът може да има надеждни показатели на опън само ако и двете части са изработени правилно: здрави, доказани{0}}тествани влакна в добре-проектирана структура на кабела.
Как силата на -теста за доказване влияе върху максималното опъване при издърпване на оптичен кабел?**
Номиналното максимално напрежение на издърпване на кабела е избрано така, че напрежението върху влакната вътре да остане доста под нивото, използвано при изпитването за доказване. Ако влакната имат ниска или непостоянна якост на доказателство-тест, те може да се скъсат дори когато външното напрежение на издърпване е в рамките на публикуваната оценка на кабела. С подходящо доказани -тествани влакна проектантът на кабела може да определи опън на издърпване, който е безопасен за стъклото и все пак практичен за монтаж.
Мога ли да видя проблеми с доказателствен-тест с OTDR или други полеви тестове?
Обикновено не можете. Фабрично възникват неуспехи на пробния-тест: слабите влакна се късат по време на пробния тест и се изхвърлят. Готовите оптични кабели, доставени на обекта, трябва да съдържат само влакна, които вече са преминали теста за доказване. OTDR и измерванията на загубите при вмъкване ще покажат снаждания, съединители, макро-огъвания и други полеви проблеми, но няма да покажат самия процес на доказателствен-тест.
Как напрежението и влагата в средата на кабела взаимодействат със силата на-пробния тест?
Проу{0}}тестовата якост определя началното състояние на влакното: колко големи са оставащите пукнатини и колко здраво е стъклото веднага след производството. След като влакното е вътре в кабела и е монтирано, дългосрочното-напрежение и излагане на влага може бавно да увеличи тези пукнатини (статична умора). Ако първоначалната якост на теста за доказателство е висока и конструкцията на кабела ограничава напрежението на влакната и проникването на вода, скоростта на нарастване на пукнатините остава ниска и експлоатационният живот на влакната в кабела е много по-дълъг.
Всички влакна в кабел с много-влакна имат ли еднаква издръжливост на-тест?
Те трябва. В контролиран производствен процес всяка макара с влакна, която се използва за окабеляване, е преминала една и съща доказателствена{1}}спецификация. По този начин всички влакна в кабел с много-влакна имат сравнима механична якост и подобна устойчивост на умора. Големите вариации в издръжливостта на тест-за доказване между влакната биха довели до неравномерна надеждност и непредсказуемо поведение на кабела в полеви условия.
Защо информацията от -пробния тест е важна при избора на оптичен кабел?
Защото ви казва нещо за **скритото механично качество** на сърцевината на кабела. Два кабела може да изглеждат еднакви отвън, но ако единият използва устойчиви на влакна-тествани на по-високо и добре-контролирано ниво, той обикновено предлага по-добра устойчивост на силно издърпване, тесни огъвания и дългосрочно-напрежение. Проверката на спецификацията на-теста за устойчивост на влакна е лесен начин за сравняване на вътрешната здравина на различни оптични кабели, освен типа на обвивката и броя на влакната.