Руководство по прочности на растяжение и испытаниям волоконно-оптических кабелей

Волоконно-оптические кабели — это высокоскоростные двигатели глобальной связи. Мы считаем, что при правильном подходе к обеспечению структурной целостности эти невероятные инструменты могут обеспечить десятилетия безупречной работы. 

В этом руководстве подробно описаны основные технические аспекты прочности на растяжение и методов испытаний, которые помогут вам построить действительно долговечную сеть.

Основные выводы

• Физический стресс — враг: Стекловолокно отлично передает данные, но легко рвется под давлением. Конструкционные компоненты, такие как арамидные нити, выполняют основную работу, обеспечивая бесперебойную работу сети.
• Кабельные каналы многократно увеличивают опасность: Протягивание кабелей по извилистым подземным трубам создает огромные скачки трения. Проведение серьезных физических испытаний перед этим абсолютно необходимо для предотвращения повреждения внутреннего стекла.
• Математические вычисления обязательны: Для обеспечения безопасности и успешного выполнения монтажных работ бригады на местах должны рассчитывать натяжение троса, используя вес троса, его общую длину и пределы трения.
• Стандартизированное тестирование не подлежит обсуждению: Если ваше испытательное оборудование не соответствует в строгом соответствии с международными правилами, такими как метод E1 стандарта IEC 60794-1-2, ваши данные, по сути, бесполезны для международных проектов.

Определение предела прочности на растяжение в волоконно-оптической инфраструктуре

То, что мы называем пределом прочности на растяжение волоконно-оптического кабеля, по сути, является абсолютным пределом того, какую силу можно приложить, прежде чем тонкие стеклянные волокна внутри начнут растягиваться, плохо изгибаться или просто разрушаться. Поскольку стекло не растягивается, как медная проволока, основная нагрузка приходится на структурные элементы кабеля, такие как арамидные нити или невероятно жесткие центральные силовые элементы.

Давайте приведем конкретные цифры, чтобы показать разницу. Кабель с плотной буферной оболочкой диаметром 5.6 мм и диэлектрическими элементами имеет максимальную прочность на разрыв 1.85 кН, в то время как кабель с кевларовым армированием диаметром 6.5 мм может достигать 3 кН при максимальной деформации 2%.

Многие кабели для наружной прокладки (OSP) специально рассчитаны на максимальное натяжение около 600 фунтов силы, или приблизительно 2.7 кН. В специализированных глубоководных кабелях даже используются испытания на прочность с деформацией около 2.2%, чтобы гарантировать прочность волокна при интенсивных нагрузках на большой глубине. 

Именно такой широкий спектр требований является причиной того, почему мы проводим испытания под различными нагрузками, используя такие системы, как наши машины серии TT-OFCT-ID и машины серии TT-OFCT-OD для тяжелых условий эксплуатации . Также стоит отметить, что изменения температуры окружающей среды могут изменять механическое напряжение кабеля на несколько процентов из-за различий в коэффициентах теплового расширения арамидных и стекловолоконных элементов.

На наш взгляд, превышение допустимой нагрузки на кабель является одной из основных причин отключения сети. Это приводит к досадным потерям сигнала или, в худшем случае, к полному обрыву связи, в результате которого все остаются без доступа к сети. Именно поэтому мы всегда призываем команды внимательно следить за этими двумя показателями:

• Максимальное натяжение при монтаже (кратковременное): Абсолютно максимальная сила, которую вы можете приложить во время активного вытягивания и установки кабеля.
• Максимальное рабочее напряжение (долгосрочное): Остаточное напряжение, которое кабель может выдерживать годами, не выходя из строя (вспомните воздушные кабели, которые подвергаются воздействию сильного ветра или сильного обледенения).
   

Прочностные характеристики при прокладке кабельного канала

Одно из самых суровых испытаний, которым когда-либо подвергается кабель, — это его протягивание через трубу в здании или под землей. 

При определении прочности на растяжение оптоволоконного кабеля в трубе необходимо учитывать сложную реальность значительного трения. Большинство оптоволоконных кабелей допускают натяжение примерно от 1,800 до 4,500 Ньютонов (от 400 до 1,000 фунтов), и превышение этого предела при прокладке в трубе чревато серьезными микротрещинами и повышенным затуханием света.

В качестве наглядного примера рассмотрим стандартную коммерческую работу: протягивание троса через 500 футов подземной ПВХ-трубы с двумя резкими изгибами на 90 градусов. По прямой линии натяжение относительно несложное. Но как только трос достигает этих изгибов, трение резко возрастает, и усилие натяжения фактически удваивается или утраивается.

По мере того, как кабель проходит через эти узкие, извилистые трубы, каждый виток действует как множитель силы. Если натяжение становится сильнее, чем рассчитано на кабель, внешняя оболочка может деформироваться, а стекло внутри фактически разрушается. Именно поэтому мы рекомендуем перед закладкой кабеля в землю пропустить образцы через машину для испытаний на истирание оптических волоконных кабелей , например, нашу серию TT-OFCA, или проверить усталость при изгибе с помощью прибора для испытаний на многократный изгиб , например, серии TT-OFCRB.

Для дальнейшего снижения рисков настоятельно рекомендуется контроль осевой нагрузки и тщательный мониторинг с использованием лебедок с ограничителями натяжения во время прокладки кабелей в открытых кабельных каналах. Мы считаем, что проведение пробного запуска с серьезными испытаниями является абсолютно необходимым перед началом прокладки кабелей в кабелепроводах. Это единственный способ предотвратить дорогостоящие задержки во время строительства.

Расчет натяжения при растяжении для успешной эксплуатации в полевых условиях

Полевые бригады и специалисты, закупающие оборудование, часто должны рассчитать прочность на разрыв оптического волоконного кабеля, чтобы случайно не поставить под угрозу весь проект. Хотя производители устанавливают базовые значения в лаборатории, эти полевые оценки показывают, какое физическое усилие потребуется для конкретного натяжения. 

Инженеры обычно вычисляют максимальную растягивающую силу и напряжение, используя площадь поперечного сечения несущих элементов и их модуль Юнга. Для специализированных встроенных датчиков прочность на сдвиг в месте соединения даже оценивается на основе максимальной силы и длины встраивания.

В базовой схеме установки используются несколько различных компонентов:

• W: Вес кабеля в расчете на фут или метр.
• L: Общая длина планируемой вами выемки.
• f: Каков уровень трения между оболочкой кабеля и материалом трубы?

Для прямого натяжения обычно используется математический подход T = W x L x f.

Вот краткий гипотетический пример, чтобы показать, как это работает на практике. Допустим, у вас есть кабель весом 0.5 фунта на фут (W), длина натяжения 1,000 футов (L) и коэффициент трения 0.4 (f). Ваша формула выглядит так: T = 0.5 x 1000 x 0.4. Это означает, что вам потребуется усилие натяжения 200 фунтов.

Но как только добавляются повороты, расчеты становятся гораздо сложнее, и приходится учитывать дополнительные факторы напряжения для каждого градуса поворота. По нашему опыту, эти математические модели полезны, но их эффективность зависит от реальных данных, которые в них вводятся. 

Именно поэтому мы являемся большими сторонниками проведения реальных физических испытаний для установления точных и безопасных в использовании показателей. Для команд, работающих в смешанных условиях, такой прибор, как наш TT-OFCT-IDOD, идеально подходит для проверки этих формул на разных типах кабелей.

Критерии выбора оборудования для испытаний на растяжение

Чтобы быть на 100% уверенным в цифрах, указанных в технических характеристиках, вам необходима абсолютно точная испытательная установка. Но как выбрать машину для испытания на растяжение волоконно-оптического кабеля? Мы считаем, что каждый, кто совершает покупку, должен учитывать эти четыре важнейших фактора:

1. Строгое соблюдение международных стандартов.

Для нас это не подлежащее обсуждению требование. Машина должна строго соответствовать методу E1 стандарта IEC 60794-1-2 , который является мировым эталоном для испытаний на протяжку кабеля. Кроме того, стандарты для отдельных волокон, такие как ASTM C1557 и D3822, содержат важные процедуры коррекции деформации, которые необходимо учитывать.

Именно поэтому мы разрабатываем наши комбинированные устройства, такие как TT-OFCT-IDOD, в соответствии с требованиями стандартов ASTM E4, ISO 7500-1, EN 10002-2 и JIS B7721. Если оборудование не соответствует этим правилам, получаемые им данные практически бесполезны для международных проектов.

2. Выбор оборудования, соответствующего конкретному применению.

Мы рекомендуем убедиться, что тестер действительно соответствует тому, что вы производите. Вам нужен прибор для измерения толщины кабелей внутри помещений, например, серии TT-OFCT-ID, для тяжелых кабелей наружного применения, например, серии TT-OFCT-OD, или универсальный комбинированный стенд? Приобретение слишком слабого или громоздкого прибора для вашей конкретной линейки продукции — это ошибка, которой следует избегать.

3. Интегрированная точность и автоматизированное отслеживание данных.

Специализированная машина для испытаний на растяжение оптических волокон и кабелей должна использовать специальные захваты, чтобы избежать повреждений и проскальзывания, а также точно измерять напряжение и деформацию. 

Для специализированных датчиков в усовершенствованных системах используются даже двойные системы измерения смещения для коррекции проскальзывания и потерь при передаче деформации в зажимах, что обеспечивает точные коэффициенты деформации. Мы настоятельно рекомендуем выбирать высокоточные датчики и программное обеспечение, которые одновременно отслеживают натяжение и потери сигнала.

Рассмотрим типичную ситуацию на заводском цехе, чтобы понять, почему это важно. Высокоскоростной тестер с автоматизированным программным обеспечением обнаруживает мельчайший микродефект изгиба во время обычной выборки партии. Поскольку система мгновенно отображает проблему на мониторе, линия немедленно останавливается. 

Эта единственная автоматизированная система предотвращает отправку клиенту бракованной катушки длиной 10 000 метров, экономя компании тысячи долларов на возвратах и ​​защищая ее репутацию.

4. Долгосрочная надежность и техническая поддержка

Высококлассные стенды для механических испытаний строятся на основе стола для растяжения с контролируемым перемещением и независимым контролем натяжения до номинального максимума, что гарантирует надежность. Лабораторное оборудование — это значительные инвестиции. 

Мы верим в сотрудничество с командой, известной созданием надежного оборудования и оказанием реальной поддержки, когда она вам необходима. Вам нужна установка, достаточно прочная, чтобы выдерживать тысячи тестов без потери точности.

Оптимизируйте надежность волоконно-оптической связи с помощью технологий Torontech.

Надежность сети начинается в лаборатории. Мы считаем, что тестирование оборудования должно быть таким же точным, как и тестирование поддерживаемой им инфраструктуры.

Наша цель — предоставить передовые технологии, чтобы ваши компоненты соответствовали всем требованиям. Профессиональное тестирование не должно быть тяжелым финансовым бременем.

Перестаньте полагаться на случайность в вопросах прочности кабелей. Модернизируйте свою лабораторию с помощью наших экономичных систем. Ознакомьтесь с полным ассортиментом наших тестеров OFC здесь , и наша команда подберет для вас оптимальное решение.