EuroWire March 2015

Technischer artikel

Spannung (proof test) in Verbindungen stehen können, jedoch wird somit eine bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit in derselben Prüfung angenommen. verschiedene S p a n n u n g s k o r r o s i o n s p a r a me t e r berücksichtigt sowie bei 50kpsi und 100kpsi geprüfte Faser, um zu zeigen, dass deren Approximation eine angemessene, zurückhaltende Methode war, um die Langzeitzuverlässigkeit zu sichern. Dieser Artikel war ein wichtiger Schritt nach vorne für die Faserindustrie und unterstützte die Tendenz die Faser einzusetzen, die entsprechend den aktuellen Niveaus geprüft wird. Leider besteht eine Grundsatzannahme zu der Fehlerverteilung des Lichtwellenleiters, d. h. die Möglichkeit eines Faserbruchs während des Proof- Tests. Diese Wahrscheinlichkeit ist nicht konstant und kann variieren für Fasern, die unter verschiedenen Bedienungen oder mit Einsatz unterschiedlicher Rohstoffe hergestellt werden. Abbildung 1 zeigt eine Kurve der Ausfallwahrscheinlichkeit für Silizium-Fasern, die von einer Einrichtung des Autors hervorgerufen wurde, mit Einsatz einer 10m Messlänge, um die Auswahl an festgestellten Fehlern in den Lichtwellenleiter darzustellen. Die Abbildung zeigt zwei Bereiche: Bereich I (inhärente Festigkeit) und Bereich II (äußere Festigkeit). Die Kurve verdeutlicht die Hauptbereiche, die gekennzeichnet werden müssen, um die Langzeitzuverlässigkeit der Faser vorauszusagen. Bereich I ist der Bereich der hohen inhärenten Festigkeit. Die erforschte Faser zeigte die inhärente Festigkeit des Glases bei ~4,6GPa, die wesentlich über die in Telcordia GR-20 empfohlene Grenze von 3,1GPa liegt. kurzer Messlänge in diesem Bereich kann eingesetzt werden, um den n-Wert festzulegen, der größer als 20 für die erforschte Faser ist. die n-Werte werden in der Regel von den Endbenutzern spezifiziert, um die Langzeitzuverlässigkeit des Kabels zu sichern. Leider spielt der äußere Teil, der als Bereich II dargestellt wird, eine wichtige Rolle bei der Kennzeichnung der Langzeitzuverlässigkeit eines Lichtleitkabels. Dieser Bereich enthält die dem Proof-Test-Niveau näherstehende Fehler und zwar im Abstand, der mehrere Kilometer entfernt sein könnte. Dann wurden Die Festigkeitsprüfung bei Die inhärente Festigkeit und

Bei 0,69GPa geprüfte Faser bei 20 Prozent Langzeitlast

Bei 0,69GPa geprüfte Faser bei 40 Prozent Langzeitlast

Bei 1,38GPa geprüfte Faser bei 20 Prozent Langzeitlast

Ausfallwahrscheinlichkeit von 1km Lichtwellenleiter

1,0ppm pro km

1,600 Jahre

0.0 Jahre 0.0 Jahre

530 Jahre* 5.3 Jahre*

1,0ppm pro 100km

16 Jahre

* Die Ausfallrate variiert stark mit der Änderung der geprüften Werte (Proof-Test), indem man von 0,69GPa auf 1,38GPa übergeht ▲ ▲ Tabelle 1 : Vergleich zwischen den Ausfallwahrscheinlichkeiten (1ppm Lebensdauer)

Mit der Zeit kann dies zu Faserbrüchen führen, wenn das Kabel gespannt bleibt. Zum Verständnis dieses Bereichs werden Informationen gefordert, die nur durch das Messen vieler Kilometer Fasern gesammelt werden können. Höhere Niveaus des Proof-Tests werden einige der größeren Fehler in der Faser beseitigen. Dennoch ist der genaue Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Lichtwellenleiter in einem verlegten Kabel schwer zu bestimmen, ohne über weitere Informationen der gesamten Fehlerverteilung in der Faser zu verfügen. Eine Möglichkeit zur entsprechenden Darstellung könnte darin liegen, ein Lichtleitkabel dem Proof-Test zu unterziehen bei einem Niveau knapp bei der inhärenten Festigkeit der Faser oder um 3,8GPa (550kpsi). Würde ein von diesem Versuch erzeugtes 1.000m Fasermuster einer Dauerspannung von 110kpsi unterzogen, würde die Faser wahrscheinlich in weniger als einem Tag brechen, bzw. wesentlich früher als die erwartete Lebensdauer von 40 Jahren. Dieses Beispiel ist ein extremer Fall, hebt aber die Bedeutung des Verständnisses der komplexen Gleichungen hervor, die die Zuverlässigkeit bestimmen.

Wo: t f die Zeit vor dem Fehler (Lebensdauer) ist t p die Zeit des Proof-Tests ist σ p die Spannung des Proof-Tests ist σ a die angelegte Spannung ist F die Ausfallwahrscheinlichkeit ist N p die Bruchrate während des Proof-Tests ist L die Länge unter Spannung ist m d das Weibull m-Parameter von der dynamischen Ermüdung ist n der Spannungskorrosionsparameter ist Der Ausdruck ist komplex, jedoch können einige Beobachtungen erwähnt werden. Abbildung 1 zeigt, je größer die angelegte Spannung, desto größer die Ausfallwahrscheinlichkeit. Demzufolge ist der Term der Ausfallwahrscheinlichkeit in der Gleichung, F, direkt mit dem Term der angelegten Spannung, σ a , verbunden Die traditionelle Faustregel, die benutzt wurde um 20 Prozent der Probespannung als langzeitige maximale zugelassene Spannung abzuleiten, nimmt an, dass diese zwei Variablen unabhängig sind, was aber nicht mit der Abbildung 1 übereinstimmt. müssen geprüft werden, um die Beziehung zwischen der Ausfallrate und der angelegten Spannung vollkommen zu ergreifen. Tabelle 1 liefert die Ergebnisse aus dem Vergleich von drei Szenarien. Das erste ist die mit 0,69GPa geprüfte Faser mit einer Langzeitlast von 20 Prozent der geprüfte Last (Proof-Test). Bei der Erzeugung der Daten wurden nachfolgende in der Gleichung 1 ausgetauschte Werte benutzt: n d =20 m d = 2,5 t p = 0,05/sec N p = 1 Bruch alle 250km Die Tabelle zeigt, dass ein Lichtwellenleiter, der den obengenannten konservativen Kriterien entspricht, angemessene mechanische Leistungen für 0,69GPa bei 20 Prozent des Proof-Test-Niveaus zeigen würde. Hunderte Kilometer Fasern

4 Anleitung aus

dem technischen IEC-Bericht über die Zuverlässigkeit

Einer angenommenen Zuverlässigkeitsmodelle wurde von IEC veröffentlicht [4] . Eine der im diesem Bericht angegebenen Gleichungen wird benutzt, um die Lebensdauer der Faser vorauszusagen – die Lebensdauergleichung für Lichtwellenleiter nach dem sie geprüft wurden (Proof-Test). Dargestellt wird dies mit nachfolgendem Ausdruck: der derzeit

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