Quan la gent parlaCom provar el cable de fibra òptica, solen significar rastres OTDR, pèrdua d'inserció o certificació d'enllaç després de la instal·lació.
En realitat, comencen les proves de cable seriosesmolt abans, abans de la jaqueta del cable, fins i tot existeixen membres de força i blindatge. Un dels passos més importants per alfutur cableés elprova de prova de fibra òptica– una prova de resistència mecànica de fibres nues que decideix la fiabilitat del cable de fibra òptica acabat durant l'estirada, la flexió i el servei{0}}a llarg termini.
En aquest article ens centrem en aquest únic pas:
Com provar el cable de fibra òpticaa nivell de fibra, comprovant la prova-de resistència de les fibres que van dins del cable.
Com provar el cable de fibra òptica per provar{0}}la força de la prova?
A la pràctica, la prova{0}}de resistència es comprova a nivell de fibra, abans del cablejat. Cada fibra nua que anirà a un cable de fibra òptica s'estira al llarg de tota la seva longitud fins a una tensió de tracció especificada (per exemple, 0,69 GPa / 100 kpsi). Qualsevol fibra que no pugui sobreviure a aquesta tensió es trenca i es descarta, i només les fibres que superen aquesta prova de prova de-longitud completa poden entrar al nucli del cable, assegurant que el cable acabat pot suportar les càrregues nominals de tracció, flexió i-de servei a llarg termini.
On s'ajusta la prova de prova a les proves de cable de fibra òptica?
Un cicle de vida simplificat d'acable de fibra òpticasembla així:
Etapa de fibra nua
Estirat de fibra
Prova de prova de fibra òptica (apantallament mecànic de futures fibres de cable)
Proves òptiques sobre fibra nua (atenuació, geometria, dispersió)
Fase de fabricació de cables
Fibres provades a prova de trenament-en tubs o cintes soltes
Afegeix membres de força, farciments, bloqueig d'aigua{0}} i jaquetes
Assajos mecànics sobre cable acabat(tracció, aixafament, impacte, flexió, cicle de temperatura)
Proves òptiques sobre cable acabat(atenuació, pèrdua addicional després de proves mecàniques)
Fase de desplegament de camp
Control de tensió de la instal·lació
Proves d'acceptació: OTDR, pèrdua d'inserció, reflectància
Comprovacions periòdiques durant la vida útil del cable
Elprova de prova de fibra òpticapertany a laetapa de fibra nua, però els seus resultats queden "coberts" al cable per sempre:
Cada fibra dins d'un cable de fibra òptica té qualsevolpassatuna prova de prova a un nivell d'estrès definit, o téha fallat i ha estat eliminat.
Un cop aquestes fibres estiguin encallades en un cable, no podeu tornar a fer aquest pas de cribratge. El marge mecànic del cable ja està decidit.
Així que quan diem"com provar el cable de fibra òptica per provar-la força de prova", realment estem descrivint com el fabricant prova i filtra les fibres que determinaran el comportament del cable sota tensió.
Què és una prova de prova de fibra òptica (des del punt de vista del cable)?
Des del punt de vista de la mecànica de fractura, una prova de prova és una prova de tracció sobre vidre amb defectes superficials.
Des d'acable de fibra òpticapunt de vista, és més senzill pensar-ho així:
El fabricant estira cada fibra fins a un nivell d'estrès definit (per exemple0,69 GPa/100 kpsi) en tota la seva longitud.
Qualsevol fibra que no pugui sobreviure a aquest estrès es trencarà i es faràmai ser utilitzatdins d'un cable de fibra òptica.
Per tant, la prova de prova actua com aporta de seguretat mecànicaentre el vidre nu i el cable acabat:
Les fibres que són massa febles per sobreviure a una tracció i manipulació raonables del cable s'eliminen aviat.
Les fibres que entren al nucli del cable han demostrat com a mínim la resistència de prova especificada-.
La vostra secció detallada "1.1.1 Prova-Resistència de la fibra òptica" explica exactament com funciona això en termes de defectes, fatiga dinàmica i creixement d'esquerdes. Les següents seccions tradueixen aquesta teoria aconseqüències pràctiques per al cable.
Prova-de la força de la fibra òptica
Definició i propòsit de la resistència de la prova de fibra òptica-
A les fibres òptiques que utilitzen vidre de sílice com a mitjà, existeixen inevitablement defectes de diferents mides, especialment esquerdes a la superfície de la fibra. La mida i la forma d'aquests defectes es distribueixen aleatòriament. Per garantir la resistència de les fibres òptiques pràctiques, és necessari realitzar un cribratge de la resistència en línia o fora de línia de les fibres òptiques després de l'estirament, per eliminar les fibres òptiques la resistència de les quals és inferior al valor especificat i per garantir que les fibres que surten de la fàbrica es puguin utilitzar en estats de càrrega inferiors a la resistència de prova sense trencar-se-.
L'estàndard Bellcore GR-20-CORE estableix que la fibra òptica ha de passar una prova de prova de fibra òptica de longitud completa a 0,69 GPa (100 kpsi).
La prova de prova de fibra òptica aplica una prova de cribratge amb una tensió de 100 kpsi a cada punt al llarg de tota la longitud de la fibra, de manera que aquelles fibres que no puguin suportar aquesta tensió (equivalent a tenir esquerdes superiors a 1 μm) es trencaran en els seus punts febles, mentre que les fibres que passen la prova de prova es pot garantir que funcionen sota nivells de prova inferiors als normals.
Comportament dinàmic de fatiga durant les proves de prova de fibra òptica
De fet, el procés de prova-de la fibra òptica en si és un procés de fatiga dinàmic. Durant les proves-de prova, sota l'acció de la tensió de prova-, les esquerdes de la fibra creixeran, reduint encara més la resistència de la fibra. La disminució de la força de la fibra durant el procés de fatiga dinàmica es pot expressar amb la fórmula següent:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Equació de fatiga dinàmica per a la degradació de la força de la fibra
on Si és la resistència de la fibra abans de la prova{0}}de prova;
Sf és la força de la fibra després de la prova{0}}de prova;
σ és la tensió aplicada durant la prova de prova de fibra òptica;
n i B són constants que descriuen el creixement de les esquerdes.
Durant les proves-de prova, la tensió aplicada a cada punt de la fibra inclou tres processos: càrrega, retenció i descàrrega (com es mostra a la figura. 1-1). El canvi en la força de la fibra abans i després de les proves-de prova ve donat per:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n{+1)]σ₂-2)
Relació entre la força de la fibra abans i després de la prova de prova
on σ₁ és la taxa d'augment de tensió a la regió de càrrega, de manera que el temps de càrrega és t₁=σp / σ₁;
σ₂ és la taxa de disminució de l'esforç a la regió de descàrrega, de manera que el temps de descàrrega és t₂=σp / σ₂;
σp és l'esforç-de prova;
t_d és el temps de retenció sota càrrega.
A partir de les corbes que es mostren a la figura . 1-1 es pot veure que, a les regions de càrrega i retenció, totes les fibres la resistència de les quals és inferior a la prova de prova-d'esforç σp (inclosa la reducció de força causada per la fatiga dinàmica en aquesta regió) es trencaran, tal com indiquen les corbes a i b. Tanmateix, es poden produir dues situacions a la regió de descàrrega: una és la que mostra la corba c, on la fibra es trenca a la regió de descàrrega a causa de la reducció de la força causada per la fatiga dinàmica; l'altre és el que mostra la corba d, on la resistència disminueix per sota de la tensió de prova-de prova σp a causa de la fatiga dinàmica durant la descàrrega, però la fibra encara passa la prova de prova sense trencar-se. Com a resultat, fins i tot a les fibres que han superat la prova de prova, encara pot haver-hi llocs on la resistència sigui inferior a la tensió de la prova-de prova, la qual cosa condueix a la invalidació local de la prova de prova.
Efecte del temps de descàrrega i de la prova{0}}estrès de la prova sobre els resultats de la detecció
Per entendre aquest problema, es poden adoptar dos enfocaments. Un és minimitzar el temps de descàrrega en la prova de prova de fibra òptica; aquest és un dels principals indicadors tècnics dels equips moderns de prova de fibra òptica-. L'altre és seleccionar una prova de tensió-de prova real adequada segons diferents nivells de prova-de prova i temps de descàrrega. Per exemple, segons l'experiència de l'empresa Mingxun, una fibra òptica amb una força de prova-mínima de 0,7 GPa passa una prova de prova a 0,73 GPa (amb un valor de cua de censura d'uns 4,3% i un temps de descàrrega de 75 ms) i una fibra òptica amb una força de prova{11}}mínima de 40{11}}prova GPa{11}}prova una prova de 40{11} tensió d'1,50 GPa (amb un valor de cua de censura d'un 7% i un temps de descàrrega de 25 ms).
Fig. 1-2 Distribució estadística de la resistència a la ruptura de la fibra òptica
Les esquerdes asseguren que la resistència mínima de la fibra òptica acabada sigui superior al nivell de resistència de prova-.
Concentració d'esforços a les esquerdes superficials de les fibres òptiques
La punta de l'esquerda de la fibra òptica forma una regió de concentració-d'estrès, que és el factor més probable que provoqui fractura de la fibra. El grau de concentració de l'estrès sol expressar-se pel factor d'intensitat de l'estrès K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Definició del Factor d'intensitat d'estrès Mode I
on és una constant;
σ és la tensió aplicada externament;
a és la profunditat de l'esquerda.
En una fissura determinada, a mesura que augmenta la tensió, quan K_I augmenta fins al seu valor crític K_C, la fibra es trenca.
Fatiga estàtica de fibres òptiques en cables de fibra òptica
Durant la col·locació i el servei del cable òptic, les esquerdes superficials de la fibra continuen creixent sota l'acció de l'estrès i la humitat, fent que la força de la fibra disminueixi i, finalment, condueix al trencament de la fibra. Aquest és el procés de fatiga estàtica de la fibra òptica.
Característiques de la fatiga estàtica de la fibra òptica:
Les característiques de fatiga de la fibra òptica es descriuen normalment per la següent funció exponencial:
V=dia/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Equació de la taxa de creixement d'esquerdes de fatiga estàtica
on a és la profunditat de l'esquerda;
A és una constant material;
K_I és el factor d'intensitat de tensió, que depèn de la geometria de l'esquerda, la profunditat i la magnitud de la tensió aplicada;
n s'anomena coeficient de corrosió per tensió o paràmetre de resistència a la fatiga{0}.
A i K_I estan determinats per l'estructura del vidre de sílice, i per a una estructura de fibra determinada, A i K_I es poden considerar constants.
El valor de n depèn no només de l'estructura de la fibra sinó també de les condicions ambientals de la tensió aplicada a la fibra. És un factor important que afecta directament la vida útil de la fibra òptica. Com més gran sigui el valor de n, més forta serà la resistència a la fatiga. El valor n de la fibra òptica de Corning és 22, mentre que el de la fibra òptica recoberta de ceràmica-de Corning és 29.
Factors clau que influeixen en la vida útil de la fibra òptica
En resum, la vida útil de la fibra òptica depèn principalment dels tres factors següents:
(1) Esquerdes.
Les esquerdes inclouen la superfície inicial i els defectes interns formats durant el tret, el recobriment i la manipulació de la fibra, així com els micro-defectes addicionals que es poden introduir durant el cablejat i la instal·lació. La mida, la densitat i la distribució d'aquestes esquerdes determinen la resistència mecànica inicial de la fibra i influeixen fortament amb la rapidesa amb què la resistència es deteriorarà en condicions de servei. Una fibra amb menys esquerdes i més petites té una probabilitat molt més alta de sobreviure a tota la vida útil del cable de fibra òptica sense fractura.
(2) Estrès.
El nivell i la durada de l'esforç mecànic aplicat a la fibra al llarg de la seva vida són igualment importants. En els cables pràctics de fibra òptica, aquesta tensió prové principalment de la càrrega de tracció durant la instal·lació, la tensió residual després de l'estirament, l'expansió i la contracció tèrmica, la contracció de la funda, les càrregues de vent i gel en trams aeris, així com la flexió i la manipulació locals. Com més gran sigui la tensió sostinguda del vidre, més ràpid creixeran les esquerdes i més curta serà la vida útil esperada; per contra, mantenir la tensió de la fibra molt per sota dels límits derivats de la prova-test- millora significativament la fiabilitat mecànica del cable.
(3) Humitat.
La humitat del medi ambient accelera la corrosió per estrès a les puntes de les esquerdes i afavoreix la fatiga estàtica. Tot i que els cables de fibra òptica utilitzen recobriments, gels i elements de bloqueig d'aigua-per protegir les fibres, les molècules d'aigua encara poden arribar a la superfície del vidre a través de defectes de recobriment o en escales de temps molt llargues. Per tant, un entorn humit, o cicles humit-sec repetits, augmentarà la taxa de creixement de les esquerdes per a un nivell d'estrès determinat. Un bon disseny del cable i una instal·lació adequada, per exemple, evitant danys a la funda i assegurant un bloqueig efectiu de l'aigua, ajuden a limitar l'accés a la humitat a la superfície de la fibra i així allargar la vida útil de les fibres dins del cable.
Per què és important la prova-la força de la prova per als cables de fibra òptica?
1. Instal·lació: amb quina força pots estirar el cable
Un cable de fibra òptica està dissenyat amb atensió de tracció nominal– un valor que l'instal·lador no ha de superar.
Darrere d'aquest número únic hi ha una suposició: les fibres dins del cable tenen almenys un certprova{0}}la força de prova.
Si les fibres no s'han provat-de prova, o si el nivell de prova-de prova era massa baix:
El cable encara pot semblar mecànicament fort des de l'exterior (jaqueta, cables d'acer, FRP).
Però algunes fibres del nucli es podrien trencartensió normal d'instal·lació, tot i que el cable en conjunt encara es troba dins del seu límit nominal.
En aplicar un nivell de prova-mínim, el fabricant assegura:
Elfibres més feblesja s'han trencat i han estat rebutjatsabans del cablejat.
El cable acabat es pot estirar amb seguretat a la seva tensió nominal sense provocar trencaments de fibra ocults dins del nucli.
En altres paraules,prova-la força de la prova estableix el marge de seguretat internper al cable durant la instal·lació.
2. Fiabilitat del cable-a llarg termini i vida útil
Un cable de fibra òptica passa la major part de la seva vida sotatensió baixa però contínua:
pes mort en un vano, dilatació/contracció tèrmica, lleugera contracció de la funda, tensió residual de la instal·lació, etc.
La vostra secció tècnica explica que:
Les esquerdes superficials de la fibra creixen lentament sota estrès i humitat (fatiga estàtica).
La taxa de creixement de l'esquerda depèn de la intensitat de l'estrès i de l'entorn.
Per al cable acabat això significa:
Si les fibres van entrar al cable amb grans defectes inicials (perquè no es van provar de manera efectiva-), aquests defectes poden augmentar durant anys de funcionament.
Finalment el cable pot patiren{0}}ruptures de fibra de servei: la funda i els membres de força estan intactes, però una o més fibres a l'interior s'han trencat.
Un més alt i{0}}ben controlatprova{0}}la força de provaredueix la mida i el nombre de defectes crítics a les fibres que entren al cable.
Com a resultat:
El cable pot tolerar petites tensions addicionals per temperatura, fluïdesa o contracció de la funda.
La probabilitat que la fibra es trenqui espontàniament al mig d'un tram disminueix significativament.
Per tant, la prova de prova no és només un requisit intern de la fàbrica, sinó que controla directament elvida útil mecànicadel cable de fibra òptica al camp.
3. Qualificació del cable i compliment de la norma
Quan un cable està qualificat segons els estàndards (Telcordia, IEC, etc.), el programa de prova inclou:
Assajos de tracció del cable: estireu el cable a una tensió especificada i comproveu la pèrdua òptica afegida.
Proves ambientals: cicle de temperatura, penetració d'aigua, aixafament, impacte, etc.
Aquestes proves de nivell de cable-suposen que les fibres de l'interior ja han superat un límit definitprova{0}}nivell de prova.
Si les proves-de proves són febles o inconsistents:
El mateix disseny de cable pot comportar-se de manera molt diferent de bobina a bobina.
Un cable pot passar la prova de tipus al laboratori, però encara mostra trencaments de fibra inesperats o pèrdues elevades en la producció i el desplegament en massa.
En especificar i controlar la força de la prova-de prova, el fabricant fa larendiment mecànic del cable repetible:
El mateix disseny de cable es comportarà de manera consistent en diferents lots de producció.
Els clients poden confiar que la càrrega de tracció nominal del cable realment correspon a una tensió de fibra segura dins del cable.
4. Un número senzill que descriu la "força oculta" del nucli del cable
Des de l'exterior, dos cables de fibra òptica poden semblar idèntics: mateixa jaqueta, mateix blindatge, mateix nombre de nuclis.
Per dins, poden ser molt diferents:
El cable A fa servir la prova de fibres-provada a0,69 GPa (100 kpsi)
El cable B fa servir la prova de fibres-a1,0 GPa o superior
Elprova{0}}nivell de provaus ofereix una manera ràpida d'entendre aquesta diferència oculta:
Major resistència-de prova → fibres més fortes i més resistents a la-fatiga →major robustesa interna del cable.
Menor força de prova-de prova → menys marge contra tirades altes, corbes estretes i tensió-a llarg termini.
Quan compareu cables de fibra òptica de diferents proveïdors, comprovar l'especificació de la prova de prova de fibra-és una manera de jutjar la veritable qualitat mecànica del nucli del cable.
Preguntes freqüents
Com es relacionen les proves de prova de fibra òptica amb "com provar el cable de fibra òptica"?
Quan parlem de *com provar el cable de fibra òptica*, la majoria de la gent pensa en l'OTDR, la pèrdua d'inserció o les proves d'enllaç de final{0}}a-final. Les proves de prova de fibra òptica es produeixen abans de la cadena, a l'etapa de fibra nua. És un pas de cribratge mecànic que decideix quines fibres s'admeten al nucli del cable. En altres paraules, la prova de prova és la part oculta de les proves de cable de fibra òptica que determina el marge mecànic intern del cable abans que es facin les proves de camp.
Què passa amb una fibra que no supera la prova de prova? Encara entra al cable?
No. Una fibra que no supera la prova de prova es trenca durant el cribratge de tracció i es rebutja. Aquesta secció de fibra està tallada i no s'utilitzarà en cap cable de fibra òptica. Només s'accepten per al cablejat les fibres que sobreviuen a l'esforç de prova-de prova especificat en tota la seva longitud.
Un nivell de prova-superior és sempre millor per als cables de fibra òptica?
Els nivells de prova més alts-eliminen les fibres més febles i, en general, milloren la robustesa mecànica del nucli del cable. Tanmateix, també augmenten l'estrès sobre el vidre durant la fabricació i poden reduir el rendiment o augmentar el cost. A la pràctica, cada fabricant tria un-nivell de prova que:
- Compleix amb els estàndards i les especificacions del client pertinents
- Coincideix amb la capacitat del dibuix i l'equip de prova-de proves
- Proporciona un marge suficient per a les aplicacions de cable previstes
Així que "més alt és millor" només és cert dins dels límits d'un procés de producció estable i econòmic.
Les proves de prova de fibra substitueixen les proves de tracció del cable de fibra òptica acabat?
No. Les proves de prova i les proves de tracció del cable tenen diferents finalitats:
- La prova de prova comprova la resistència de la fibra nua i elimina el vidre feble.
- La prova de tracció del cable comprova com es comporta el **cable de fibra òptica** acabat sota tensió, inclosos els efectes dels membres de força, els tubs amortidors, les jaquetes i les terminacions.
Un cable només pot tenir un rendiment de tracció fiable si les dues parts es fan correctament: fibres resistents-provades dins d'una estructura de cable-ben dissenyada.
Com afecta la força de prova-de prova a la tensió màxima de tracció d'un cable de fibra òptica?**
La tensió de tracció màxima nominal d'un cable s'escull de manera que la tensió de les fibres a l'interior es mantingui molt per sota del nivell utilitzat en les proves de prova. Si les fibres tenen una resistència de prova-de prova baixa o inconsistent, es poden trencar fins i tot quan la tensió de tracció externa estigui dins de la classificació del cable publicada. Amb fibres provades adequadament-, el dissenyador de cables pot definir una tensió de tracció que sigui segura per al vidre i encara pràctica per a la instal·lació.
Puc veure problemes de prova-de prova amb OTDR o altres proves de camp?
Normalment no pots. Els errors de les proves-de prova es produeixen a la fàbrica: les fibres febles es trenquen durant les proves de prova i es descarten. Els cables de fibra òptica acabats lliurats al lloc només haurien de contenir fibres que ja hagin superat la prova de prova. Les mesures d'OTDR i de pèrdua d'inserció mostraran empalmes, connectors, macro-corbes i altres problemes de camp, però no mostraran el procés-de prova en si.
Com interaccionen l'estrès i la humitat a l'entorn del cable amb la força de prova-?
La força de prova-de prova defineix la condició inicial de la fibra: la mida de les esquerdes restants i la resistència del vidre immediatament després de la fabricació. Un cop la fibra està dins d'un cable i instal·lada, l'estrès a llarg termini i l'exposició a la humitat poden fer créixer aquestes esquerdes (fatiga estàtica). Si la resistència inicial de la prova-de prova és alta i el disseny del cable limita la tensió de la fibra i l'entrada d'aigua, la taxa de creixement de les esquerdes es manté baixa i la vida útil de les fibres del cable és molt més llarga.
Totes les fibres d'un cable multi-fibra tenen la mateixa força de prova-de prova?
Ho haurien de fer. En un procés de producció controlat, cada bobina de fibra que passa al cablejat ha superat la mateixa especificació de prova-de prova. D'aquesta manera, totes les fibres d'un cable multi-de fibra tenen una resistència mecànica comparable i una resistència similar a la fatiga. Les grans variacions en la força de prova-de proves entre fibres provocaran una fiabilitat desigual i un comportament del cable impredictible al camp.
Per què és important la informació de prova-a l'hora de seleccionar un cable de fibra òptica?
Perquè us diu alguna cosa sobre la **qualitat mecànica oculta** del nucli del cable. Dos cables poden semblar idèntics des de l'exterior, però si un s'utilitza a prova de fibres-provat a un nivell més alt i-ben controlat, normalment ofereix una millor resistència a grans estirades, corbes estretes i tensió-a llarg termini. Comprovar l'especificació de prova-de prova de fibra és una manera senzilla de comparar la robustesa interna de diferents cables de fibra òptica, més enllà del tipus de jaqueta i el nombre de fibres.