EuroWire March 2015

103 / 126

Техническая статья
99 март 2015 г.
На рисунке показаны 2 области:
Область I (внутренняя прочность) и
Область II (внешняя прочность). Кривая
демонстрирует основные области,
которые должныбытьохарактеризованы
для предусмотрения долговечности
волокна. Область I – это область с
большой внутренней прочности.
Рассматриваемое волокно показало
результаты прочности, присущие стеклу
при ~4,6 ГПа, что значительно выше
предела в 3,1 ГПа, рекомендуемого
Telcordia GR-20. Испытание прочности
на небольшой длине в данной
области может быть использовано
для определения значения n, которое
больше 20 для рассматриваемого
волокна.Внутренняянагрузкаизначения
n обычно указываются конечными
потребителями для обеспечения
долговечности эксплуатации кабеля.
К сожалению, внешняя часть, показанная
как Область II, играет важную роль
в определении долговечности
эксплуатации оптического кабеля.
Данная область содержит трещины
ближе к уровню эксплуатационных
испытаний, расстояние между которыми
может составлять до нескольких
километров.
Со временем это может привести к
разрушению волокна, если кабель
находится под напряжением.
Понимание данной области требует
наличия информации, которая может
быть получена только путём измерения
многих километров волокна. Большая
нагрузка при эксплуатационных
испытаниях устранит некоторые
недостатки волокна.
Однако,точноевлияниенадолговечность
оптического волокна в установленном
кабеле трудно определить без более
подробной информации по общему
распространению трещин на волокне.
Однимиз способов продемонстрировать
это было бы провести эксплуатационные
испытания оптического кабеля на
почти уровне внутренней прочности
волокна или около 3,8 ГПа (550 кфунтов/
дюйм2). Если образец волокна длиной
1,000 м, полученный в ходе данного
эксперимента, оставить под постоянной
нагрузкой 110 кфунтов/дюйм2, волокно
вероятно будет повреждено меньше,
чем за день, или задолго до 40-летнего
ожидаемого срока эксплуатации. Данный
пример является экстремальным
случаем, но он подчеркивает важность
понимания сложных зависимостей,
которые влияют на долговечность.
4 Руководства из
технического отчёта
по долговечности
Международной
электротехнической
комиссии
Одна из приемлемых в настоящее
время моделей была опубликована
Международной электротехнической
комиссией[4] . Одно из уравнений,
предоставленных в данном
отчёте, используется для расчёта
долговечности – уравнение срока
эксплуатации оптического волокна
после эксплуатационных испытаний. Это
можно продемонстрировать следующим
образом:
Где:
tf время до поломки (срок эксплуатации)
tp время эксплуатационных испытаний
σ p нагрузка эксплуатационных
испытаний
σ a применённая нагрузка
F вероятность выхода из строя
Np коэффициент поломок во время
эксплуатационных испытаний
L длина под напряжением
md параметр Вейбулла от динамической
усталости
n параметр механической коррозии
Соотношение сложное, но можно
сделать несколько наблюдений.
На рисунке 1 показано, что, чем
больше применяемая нагрузка, тем
меньше вероятность выхода из строя.
Таким образом, срок выхода из строя
в уравнении F напрямую зависит
от срока применяемой нагрузки
σ a. Стандартное правило, которое
использовалось для расчёта 20
процентов от нагрузки испытаний в
качестве постоянной максимальной
допустимой нагрузки подразумевает, что
две данные переменные независимы,
что не соответствует рисунку 1. Сотни
километров волокна необходимо
подвергнуть испытаниям для полного
понимания зависимости между частотой
поломок и применённой нагрузкой.
В таблице 1 показаны результаты
сравнения трёх сценариев.
Первый – это волокно, проходящее
испытание при 0,69 ГПа с постоянной
нагрузкой 20 процентов от нагрузки
эксплуатационных испытаний.
Получая данные, мы использовали
следующие показатели, заменённые в
Уравнении 1:
n d =20
md = 2,5
tp = 0,05 секунд
Np = 1 трещина через каждые 250 км
В таблице показано, что оптическое
волокно, соответствующее стандартным
вышеуказанным критериям
показывает надлежащие механические
характеристики для 0,69 ГПа при 20
процентахнагрузкиотэксплуатационных
испытаний. Во втором случае показано,
что то же самое волокно было получено
при 40 процентах эксплуатационных
испытаний. В данном случае частота
выхода из строя 1 ч/млн будет
достигнута менее, чем через год. Третий
класс – волокно, проходящее испытания
при 1,38 ГПа с постоянной нагрузкой
20 процентов от эксплуатационных
испытаний. Для данного ряда условий,
вероятность выхода из строя 1 ч/
млн наступает менее, чем за шесть
лет. Следует отметить, что данные в
Таблице 1 представлены для волокна
в неагрессивной среде. Такие термины,
как старение при нулевом напряжении,
макроизгибы, трение и другие факторы
Диаграмма (вероятность трещин)
Диаграмма (нагрузка)
Область II Внешний
Область I Внутренний
▼ ▼ Рисунок 1: Вероятность трещин на более 100 км волокна, прошедшего испытание на 10 м расчётной
длины