Содержание к диссертации
Введение
1. Оценка срока службы оптического волокна в оптическом кабеле по величине его растяжения (относительному удлинению)
1.1. Механические свойства оптических кварцевых волокон
1.1.1 Рост трещин в кварцевом оптическом стекле -14
1.1.2 Прогнозирование срока службы оптических волокон
1.1.3 Оценка срока службы оптических волокон после перемотки под нагрузкой. Прочность оптического волокна после перемотки под нагрузкой -29
1.1.4 Методы определения параметра наклона распределения Вейбулла -33
1.1.5 Оценка срока службы оптического кабеля по величине растяжения оптического волокна -38
1.2 Анализ возможностей использования спектров мандельштам-бриллюэновского рассеяния для оценки срока службы оптического волокна в оптическом кабеле по величине его растяжения (относительному удлинению) -40
1.2.1 Принципы мандельштам-бриллюэновской рефлектометрии -41
1.2.2 Схема установки для экспериментального исследования спектров мандельштам-бриллюэновского рассеяния в оптическом волокне -45
1.2.3 Анализ влияния различных факторов на вид спектра мандельштам-бриллюэновского рассеяния -49
Выводы к главе 1 -58
2. Исследование механического состояния оптического волокна при уменьшении относительного удлинения оптического кабеля -60
2.1 Принципы конструирования оптических кабелей -60
2.2 Влияние внешних механических воздействий и изменений температуры окружающей среды на работу модульной конструкция оптического кабеля -63
2.2.1 Одномодульная конструкция оптического кабеля -63
2.2.2 Многомодульная конструкция оптического кабеля -65
2.3 Исследование механического состояния оптического волокна, расположенного внутри оптического модуля с различной избыточной длиной -68
2.4 Исследование мандельштам-бриллюэновских спектров оптических волокон под действием изгибающей нагрузки -80
Выводы к главе 2 -84
3. Измерение относительного удлинения оптического волокна методом регистрации изменения фазы амплитудно-модулированного сигнала, проходящего по волокну -86
3.1 Принцип и особенности работы установки для -86
измерения относительного удлинения оптического волокна методом измерения изменения фазы амплитудно-модулированного сигнала, проходящего по волокну
3.2 Испытания оптических кабелей на стойкость к действию растягивающих нагрузок (с измерением относительного удлинения оптического волокна), сопоставление с расчетными данными -89
3.2.1 Исследование оптических кабелей с центральным оптическим модулем -91
3.2.2 Исследование оптических кабелей многомодульной конструкции -97
Выводы к главе 3 -115
4. Исследование мандельштам-бриллюэновских спектров оптических волокон по операциям изготовления оптического кабеля -116
4.1 Начальные параметры -116
4.2 Операционный контроль растяжения оптического волокна при помощи мандельштам-бриллюэновской рефлектометрии для различных конструкций оптического кабеля
4.2.1 Операционный контроль растяжения оптического волокна для оптического кабеля типа ОКСТМ. -123
4.2.2 Операционный контроль растяжения оптического волокна и проведение испытаний для оптического кабеля типа ОМЗКГМ. -130
4.2.3 Операционный контроль растяжения оптического волокна для оптического кабеля типа ОМЗКГЦ. -140
4.3 Исследование дефектов, возникающих в технологическом процессе производства оптического кабеля, при помощи мандельштам-бриллюэновской рефлектометрии -145
4.3.1 Покраска оптического волокна -145
4.3.2 Изготовление оптического модуля -149
4.3.3 Скрутка оптических модулей -155
4.3.4 Бронирование оптических кабелей -164
4.3.5 Наложение оболочки оптического кабеля -164
Выводы к главе 4
- Оценка срока службы оптических волокон после перемотки под нагрузкой. Прочность оптического волокна после перемотки под нагрузкой
- Влияние внешних механических воздействий и изменений температуры окружающей среды на работу модульной конструкция оптического кабеля
- Испытания оптических кабелей на стойкость к действию растягивающих нагрузок (с измерением относительного удлинения оптического волокна), сопоставление с расчетными данными
- Операционный контроль растяжения оптического волокна при помощи мандельштам-бриллюэновской рефлектометрии для различных конструкций оптического кабеля
Введение к работе
Общая характеристика работы. Постоянное расширение областей применения оптических кабелей, каждая из которых определяет свой диапазон внешних воздействий, является причиной разработки и внедрения новых конструкций оптических кабелей.
Наибольшее распространение получила модульная конструкция оптического кабеля: многомодульная и с центральным оптическим модулем. Оптическое волокно в модульной конструкции расположено в кабеле в свободном состоянии по пространственной кривой, близкой к винтовой линии (геликоиде), с некоторой избыточной длиной оптического волокна по отношению к длине кабеля. Задачей конструкции оптического кабеля является обеспечить сохранение передаточных характеристик оптического волокна в диапазоне изменения температуры окружающей среды и внешних механических воздействий.
С другой стороны, практика показала, что хорошие оптические характеристики оптического кабеля, измеренные после изготовления, не гарантируют его безотказной работы в течение срока эксплуатации. Причина этого в склонности кварцевого волокна к развитию в нем микротрещин, приводящих к разрушению его под действием внешних растягивающих нагрузок. Теоретические основы волоконной оптики и накопленный производственный опыт показывают, что механическое напряжение
оптического волокна является одним из наиболее важных параметров, определяющих качество оптического кабеля.
Срок службы оптического волокна определяется его механическим состоянием в кабеле. При этом механические нагрузки на оптическое волокно в технологическом процессе производства кабеля могут значительно снизить исходную прочность волокна, а остаточные деформации стать причиной преждевременного разрушения волокон и, соответственно, выхода из строя линии связи уже через несколько месяцев после ввода в эксплуатацию.
Необходимо отметить, что расположение оптического волокна по винтовой линии, иными словами изгиб волокна, при формировании его избыточной длины в кабеле модульной конструкции, является причиной растяжения отдельных участков волокна и также влияет на уменьшение срока его службы.
Ситуация усугубляется еще и тем, что рост трещин в оптическом волокне, снижающий срок его службы, носит накопительный характер, зависит от проделанных с волокном ранее операций, количества и длительности оказанных на него механических воздействий. Методики корректной оценки срока службы оптического волокна по его механическому состоянию в оптическом кабеле модульной конструкции в настоящее время отсутствуют.
Актуальность темы. Накопленный опыт показал несостоятельность определения ресурса оптического кабеля только по затуханию оптического сигнала в волокне. В то же время появилась возможность использования новых приборов для определения механического состояния оптического волокна в составе оптического кабеля. Актуальность выбранной темы определяется необходимостью контроля и при этом отсутствием практических методик по определению качества оптического кабеля по механическому состоянию волокна в нем.
Цель работы.
Определение допустимого интервала величин избыточной длины оптического волокна в оптических кабелях различных конструкций, при котором обеспечивается срок службы кабеля не менее 25 лет.
Разработка методики исследования растяжения и избыточной длины волокна в кабеле и обоснование критериев, определяющих максимально возможное допустимое растяжение оптического волокна в кабеле.
3. Исследование степени механического воздействия на оптическое волокно в технологическом процессе производства оптического кабеля на технологических операциях покраски оптического волокна, изготовления оптического модуля, скрутки модулей, наложения защитных оболочек и бронирующих покровов, в готовом оптическом кабеле различных
конструкций, при испытаниях оптического кабеля на стойкость к различным внешним воздействиям. Научная новизна.
Проведено исследование влияния величины избыточной длины оптического волокна в кабеле на его работу в течение установленного техническими условиями срока службы.
Разработаны экспериментальные методики исследования механического состояния оптического волокна по операциям изготовления и при испытании оптического кабеля.
Проведены экспериментальные исследования механического состояния оптического волокна в кабелях различных конструкций по технологическим операциям его изготовления.
Изучены локальные дефекты, возникающие при производстве оптического кабеля, и сделана оценка их влияния на качество готового оптического кабеля.
В диссертации защищаются следующие основные положения:
Методика измерения механического состояния оптического волокна в элементах конструкции оптического кабеля и в готовом кабеле при помощи фазометрического метода.
Методика измерения механического состояния оптического волокна по операциям изготовления оптического кабеля при помощи измерения мандельштам-бриллюэновского рассеяния.
Полученные теоретические и экспериментальные зависимости растяжения участков оптического волокна от радиуса его изгиба при создании избыточной длины волокна в кабеле.
Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров изготовления оптического кабеля на основе полученных данных об уровне растяжения оптического волокна в нем.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы использованы для оптимизации технологического процесса производства оптического кабеля. Представленные в работе методы испытаний оптического кабеля используются на предприятии ЗАО "Москабель-Фуджикура" для оценки качества изготавливаемой продукции.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научной конференции МЭИ (Москва, 2000 г.), на IV международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (Клязьма, 2001 г.), на семинарах по строительству волоконно-оптических линий связи ООО "Оптические телекоммуникации" (Москва, 2003 г.).
Публикации;
1. Длютров О.В., Принцев Д.В. Проблемы выбора материалов при конструировании волоконно-оптических кабелей. //Радиоэлектроника,
электротекника и энергетика. Тезисы докладов научно-технической конференции - Москва, 2000, том 2.
Длютров О.В., Макаров М.А. Стратегии модернизации производства в кабельной промышленности. //Электромеханика и электротехнологии. Тезисы докладов научно-технической конференции. - Москва, 2000, том 3.
Барышников Е. Н., Длютров О.В., Рязанов И. Б., Серебрянников СВ. Измерение избыточной длины волокна в оптическом модуле // Сб. докладов IV международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов 24-27 сентября 2001 г., Россия, Клязьма. - М.: Издательство МЭИ, 2001 г.З.
Авдеев Б. В., Барышников Е. Н., Длютров О. В., Стародубцев И. И. Оптический модуль - основа волоконно-оптического кабеля. - Кабели и провода, № 1, 2002 г.
5. Авдеев Б. В., Барышников Е. Н., Длютров О. В., Стародубцев И. И. Изменение избыточной длины в процессе изготовления ВОК. - Кабели и провода, № 3, 2002 г.
Авдеев Б. В., Барышников Е. Н., Длютров О. В., Стародубцев И. И. Об избыточной длине оптического волокна в оптическом кабеле. - М., 2001.- 33 с: ил. - Библиогр.: 6 назв. - Рук. - Деп. в Информэлектро №2 2001 г.
Длютров О.В. Измерение натяжения оптического волокна методом регистрации фазы амплитудно модулированного сигнала, проходящего по волокну. М.,2003.-32 с. -Рук.-Деп. в ВИНИТИ, №1791-2003 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 79 наименований, 2 приложений и содержит 187 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 40 формул и 25 таблиц.
Оценка срока службы оптических волокон после перемотки под нагрузкой. Прочность оптического волокна после перемотки под нагрузкой
Для достоверной оценки срока службы оптического волокна недостаточно знать нагрузку, которая на него действует, и параметры статической усталости в условиях эксплуатации. Как было показано в разделе 1.1.2, надо определить размер наибольшего дефекта на всей длине оптического волокна (исходную инертную прочность), который рассчитывается по результатам перемотки, поэтому все оценки механической надежности оптического волокна основаны на результатах перемотки под нагрузкой.
Соотношение, описывающее изменение инертной прочности ОВ за время t действия нагрузки, следующее [1]:
B-(Sr2 -S}-2) = )andT, (1.16) о где Si и Sf — начальная и конечная инертные прочности световода. Во время перемотки все дефекты оптического волокна увеличиваются под действием нагрузки ап в течение времени ее действия tn. Если при этом инертная прочность оказывается ниже ац, волокно в таком месте разрушается. Соответственно, участки волокна, прошедшие перемотку без обрыва, должны были иметь инертную прочность не ниже ап.
Однако за время разгрузки tP, которое всегда конечно, дефект, имеющий инертную прочность чуть выше оп, продолжает расти, и его конечная инертная прочность может оказаться существенно ниже уровня ап (рис. 1.3). Разрушения при этом не происходит, поскольку в каждый момент времени уменьшающееся в процессе разгрузки усилие перемотки оказывается все время ниже инертной прочности этого дефекта.
Изменение инертной прочности оптического волокна в процессе перемотки под нагрузкой ап [26] S; — начальная инертная прочность; Sf — инертная прочность после перемотки; t„ - время нагружения; tn - время действия нагрузки; tp - время разгрузки
Мицунаги удалось получить выражения для минимально возможной инертной прочности после перемотки под нагрузкой Sf min и соответствующей исходной инертной прочности Sj min [26] (1.18) где у - параметр, определяемый по формуле (1.14).
Для накопленной вероятности разрыва оптического волокна, прошедшего перемотку (функции Sf, описывающей распределение инертной прочности волокна после перемотки), выражение оказалось следующим [26]: где Nn - среднее число обрывов на единицу длины оптического волокна во время перемотки под нагрузкой; L - длина образца; m - параметр Вейбулла для распределения прочности оптического волокна до перемотки.
На рис. 1.4 в координатах Вейбулла построено распределение этой функции. Условно его можно разбить на три участка — на первом, когда инертная прочность выше S; min, инертная прочность после перемотки остается практически неизменной, и наклон графика остается приблизительно равным m. На втором участке (Sj m;n Sf Sf mjn) распределение дефектов после перемотки изменяется таким образом, что наклон графика становится равным (п-2).
Существует несколько методов для определения наклона распределения Вейбулла. Вначале рассмотрим метод многократной перемотки оптического волокна с возрастающим уровнем нагружения [26]. Если предположить, что при перемотке с усилием о"П1 было зафиксировано N„i обрывов, а последующая перемотка с усилием ап2 о"„ь вызвала Nn2 обрывов, то можно определить параметр m из следующего соотношения (при условии, что перемотки проводилась в одинаковых условиях)
Отметим, что при вычислении параметра m на основании соотношения (1.20) необходимо учитывать только те обрывы оптических волокон, которые были вызваны поверхностными дефектами.
В условиях производства оптического волокна повторная перемотка при повышенной нагрузке крайне нежелательна. Для получения достоверного значения параметра m необходимо при повторной перемотке зарегистрировать 8-10 обрывов, поэтому придется либо повторно перематывать большие длины оптических волокон, либо значительно увеличить нагрузку при повторной перемотке. Например, если n=21; m=2; tn2 = чи; Nm = 0,1 обрывов/км, то при повторной перемотке необходимо НаТЯЖеНИе 0"п2 - 1,4оПі.
В большинстве случаев можно обойтись без повторной перемотки с повышенной нагрузкой. Для оценки параметра m достаточно сопоставить данные по перемотке со стандартным усилием ап, которую проходит каждое оптическое волокно, с результатами динамических измерений разрывной прочности этого же волокна. Если обозначить через (о , FP) координаты точки, в которой происходит изменение наклона распределения Вейбулла для разрывной прочности (рис. 1.6), то наклон низкопрочной части распределения Вейбулла можно определить из следующего соотношения [1]: где а - скорость нагружения на испытаниях на разрыв; Fn = NnLn (LP - расстояние между зажимами разрывной машины при измерениях прочности).
Полученное из выражения (1.21) значение m может оказаться несколько выше реального, однако для оценки срока службы оптического волокна необходимо использовать максимальную величину параметра т.
Параметр m может быть также определен с помощью фрактографического анализа торцов волокна в месте их разрушения при перемотке под нагрузкой [73].
Влияние внешних механических воздействий и изменений температуры окружающей среды на работу модульной конструкция оптического кабеля
Изменение температуры окружающей среды. При изменении температуры окружающей среды линейные размеры сердечника оптического кабеля будут изменяться пропорционально ТКЛР материалов, входящих в состав оптического кабеля.
При отсутствии внешних воздействий и температуре +20 С оптическое волокно расположено в центральной части оптического модуля (рис 2.3, положение б). При повышении температуры окружающей среды с удлинением кабеля оптическое волокно будет смещаться к центральному силовому элементу (рис 2.3, положение в). Как только волокно коснется внутренней стенки оптического модуля, к нему начнет прилагаться растягивающая нагрузка. Взаимодействие со стенкой оптического модуля приведет к возникновению микроизгибов и росту затухания оптического сигнала.
При понижении температуры относительное удлинение кабеля будет уменьшаться, оптическое волокно будет смещаться к внешней стенке оптического модуля (рис 2.3, положение а), пока не коснется ее. Дальнейшее уменьшение длины кабеля приведет к резкому росту затухания сигнала в оптическом волокне вследствие возникновения множества микроизгибов волокна при его взаимодействии со внутренней стенкой оптического модуля [54-57].
Воздействие внешних растягивающих нагрузок с точки зрения изменения относительного удлинения кабеля аналогично влиянию повышения температуры окружающей среды. Увеличение относительного удлинения происходит пропорционально модулю упругости кабеля, зависящему от механических свойств материалов, в первую очередь силовых элементов и защитных покровов в конструкции кабеля. Результатом воздействия, как и в случае повышения температуры, будет рост относительного удлинения кабеля, оптическое волокно будет смещаться к центральному силовому элементу (рис 2.2 положение в).
Таким образом, оптическое волокно в модульной конструкции оптического кабеля расположено по пространственной кривой с некоторой избыточной длиной. С целью обеспечения ресурса кабеля в 25 лет при конструировании избыточная длина волокна в модуле выбирается такой, чтобы при максимально возможном допустимом удлинении кабеля, вызванным совокупным возможным воздействием повышенной температуры окружающей среды и растягивающей нагрузки, прикладываемая к волокну растягивающая нагрузка не превышала допустимую 0,26%. Расчет производится на основании эквивалентных для данной конструкции кабеля значений ТКЛР и модуля упругости. Расчетные величины избыточной длины волокна, закладываемой при изготовлении кабелей конструкции с центральным оптическим модулем, составляют 0,2-0,4 %, для кабелей многомодульной конструкции - 0,7-1,5% в зависимости от особенностей конструкции.
Условия конкурентной борьбы между различными предприятиями создают предпосылки к уменьшению размеров оптических кабелей. Сохранить необходимый запас избыточной длины при уменьшении размеров кабеля возможно лишь путем уменьшения шага укладки волокна внутри оптического модуля, что связано с уменьшением радиуса его изгиба.
Однако, изгиб оптического волокна приводит к растяжению отдельных его участков, следовательно должно существовать ограничение максимальной избыточной длины оптического волокна с точки зрения обеспечения его ресурса при изгибе.
Таким образом, важным и актуальным остается вопрос возникновения деформации оптического волокна под воздействием внешних растягивающих и изгибающих нагрузок при испытании оптического кабеля до момента начала роста затухания сигнала и влияния этих деформаций на ресурс оптического кабеля модульной конструкции.
Испытания оптических кабелей на стойкость к действию растягивающих нагрузок (с измерением относительного удлинения оптического волокна), сопоставление с расчетными данными
Отсутствие центрального силового элемента в рассматриваемых конструкциях оптических кабелей вызвало необходимость создания жесткой механической связи между центральным оптическим модулем и периферийным силовым элементом. Поэтому в настоящее время разработана и серийно изготавливается только конструкция оптического кабеля с центральным оптическим модулем, поверх которого нанесен повив из стальных оцинкованных проволок и защитная оболочка кабеля (оптический кабель марки ОМЗКГЦ-10-01-0,22-4... 10-(7,0), Приложение 1). На ее примере рассмотрим работу оптического кабеля при проведении испытаний на стойкость к действию растягивающих нагрузок.
Конструкция кабеля следующая: двухслойный центральный оптический модуль из полибутилентерефталата с тонким 0,3 мм внутренним слоем полиамида диаметром di= 4,8 мм и внутренним отверстием диаметром d2=2,5 мм с 4-12 оптическими волокнами Пространство внутри оптического модуля заполнено гелеобразным заполнителем. Поверх центрального оптического модуля нанесен с шагом Н=185 мм бронепокров из 12 стальных оцинкованных проволок диаметром 1,6 мм (для кабеля 1) 15 стальных оцинкованных проволок диаметром 1,2 мм (для кабелей 2 и 3). Пространство между проволоками пропитано гидрофобным составом. Поверх повива проволок нанесена защитная оболочка из полиэтилена высокой плотности радиальной толщиной 2,0 мм [28].
Избыточная длина оптического волокна в кабеле складывается только за счет избыточной длины его в центральном оптическом модуле и составляет 0,5-0,55%. При растяжении кабеля избыточная длина волокна уменьшается до тех пор, пока волокно не начнет натягиваться (по крайней мере, можно так предположить). Причем если в оптическом модуле находится одно волокно, то оно может распрямиться полностью. В случае нескольких волокон при растяжении они образуют пучок, мешая распрямлению друг друга. В этом случае запас избыточной длины естественным образом уменьшается. Испытанию на растяжение подвергнуты три образца кабеля с различным количеством оптических волокон: Кабель 1 ОМЗКГЦ-10-01 -0,22-4-(7,0) - четырехволоконный Кабель 2 ОМЗКГЦ-10-01-0,22-8-(7,0) - восьмиволоконный Кабель 3 ОМЗКГЦ-10-01 -0,22-10-(7,0) - десятиволоконный Результаты испытаний приведены на рис.3.2 и рис.3.3. Большее сечение стальных проволок кабеля 1 обеспечивает его меньшее растяжение по сравнению с кабелями 2 и 3 при одинаковой растягивающей нагрузке (в табл.3.2 и рис.3.4). Для анализа относительного удлинения оптического волокна представим его в функции удлинения кабеля.
Как видно на рис.3.2, у 10-волоконного кабеля ОМЗКГЦ-10-01-0,22-10-(2,7) волокно оказалось под нагрузкой уже при 0,12-0,16 % удлинения кабеля, для 8-волоконного ОМЗКГЦ-10-01 -0,22-10-(2,7) это значение несколько больше и составляет 0,16-0,20%. У 4-волоконного кабеля ОМЗКГЦ-10-03-0,22-10-(2,7) волокно оказалось под нагрузкой при 0,4-0,5% удлинения кабеля, что очень близко к расчетному значению 0,5-0,55%, однако все равно несколько меньше его.
Таким образом подтверждается факт, что с увеличением числа оптических волокон в оптическом модуле существенно снижается допустимый диапазон внешних воздействий на оптический кабель, другими словами, уменьшается запас избыточной длины в кабеле.
Особое внимание следует обратить на тот факт, что в диапазоне относительного удлинения оптического волокна от 0 до 0,4-0,6% (в зависимости от числа волокон в оптическом модуле) затухание оптического сигнала остается неизменным. Для определения относительного удлинения оптического волокна, при котором в конструкции с центральным оптическим модулем начинается рост затухания оптического сигнала, Кабель 1 (ОМЗКГЦ-10-01-0,22-4-(7,0)) был испытан на стойкость к действию растягивающих нагрузок до 18 кН. Рост затухания оптического сигнала зарегистрирован при удлинении оптического волокна около 0,45% (рис.3.4), что обеспечивает 50%-ую вероятность обрыва оптического волокна в процессе прокладки и эксплуатации кабеля.
Таким образом, корректно провести испытания оптического кабеля с центральным оптическим модулем на стойкость к воздействию растягивающих нагрузок, контролируя лишь коэффициент затухания оптического сигнала, не представляется возможным.
Операционный контроль растяжения оптического волокна при помощи мандельштам-бриллюэновской рефлектометрии для различных конструкций оптического кабеля
Одной из целей работы является получение экспериментальных данных об удлинении оптического волокна после различных технологических операций изготовления кабеля.
Операционный контроль удлинения оптического волокна проводится при помощи бриллюэновской рефлектометрии для следующих марок оптического кабеля: ОКСТМ-10-02-0,22-12-(2,7), партия №05/05-03; ОМЗКГМ-10-01-0,22-8-(7,0), партия №120/10-02; ОМЗКГЦ-10-01-0,22-8-(7,0), партия №36/10-02. Кроме того, проводились испытания оптических кабелей: ОКСТМ-10-02-0,22-8-(2,7), партия № 122/12-02; ОМЗКГМ-10-01-0,22-8-(7,0), партия №120/10-02; на стойкость к действию растягивающих нагрузок и к циклическому изменению температуры под контролем относительного удлинения оптического волокна при помощи бриллюэновской рефлектометрии.
Операционному контролю подверглись несколько длин оптического кабеля типа ОКСТМ. Рассмотрим два наиболее интересных полученных результата.
Первым рассмотрим операционный контроль кабеля ОКСТМ-10-02-0,22-12-(2,7), партия №05/05-03. Полученные экспериментальные данные приведены в таблице 4.3 и на рисунке 4.3.
Анализируя полученные изменения относительного удлинения (рис.4.3), необходимо отметить увеличение (-0,01%) удлинения окрашенного оптического волокна на катушках. Объясняется это более высоким (0,55 Н), по сравнению с исходным на заводских катушках FUJIKURA, натяжением намотки оптического волокна, необходимым при работе на высоких скоростях в технологическом процессе (скорость покраски до 1000 м/мин, скорость изготовления оптических модулей до 350 м/мин).
В дальнейшем вне зависимости от того, окрашено оптическое волокно или нет, его удлинение внутри оптического модуля определяется только параметрами изготовления самого модуля: так удлинение оптических волокон внутри 1-го красного оптического модуля -0,002%, внутри 2-го желтого 0,003%, внутри 3-го бесцветного 0,000%, те есть волокно находится практически в свободном состоянии.
После операции скрутки удлинение волокон во всех оптических модулях увеличилось до 0,006-0,008%, что объясняется натяжением оптических волокон при изгибе в связи с достаточно малым (порядка 70-100 мм) радиусом скрутки оптических модулей. Небольшой разброс в растяжении оптических волокон в разных модулях соответствует практически нулевой разнице в оптических длинах между волокнами после операции скрутки.
Несколько ярко выраженных ступенек до 0,035%, появившихся после операции скрутки и совпадающих по длине кабеля для различных волокон в кабеле, свидетельствуют о дефектах на центральном силовом элементе. Подробно механизмы появления и влияния этих дефектов будут рассмотрены ниже.
Увеличение растяжения волокон до 0,01-И),015% после операции наложения брони из стальной гофрированной ленты и защитной оболочки кабеля является следствием уменьшения радиуса изгиба кабеля: диаметр шейки оборотного барабана на операции скрутки составляет 900 мм, а диаметр шейки приемного барабана для готового кабеля всего 700 мм, а также следствием более высокого натяжения готового кабеля на приемном барабане по сравнению с натяжением заготовки скрутки. Также достаточно большой вклад в рост удлинения оптических волокон вносит послеэкструзионная усадка полиэтилена внешней оболочки кабеля. Физика данного явления заключается в следующем: если принять длину витка кабеля, намотанного на барабан, за Lj, то для первого ряда кабеля на барабане Ьі=яс1ж, гле с!ж - диаметр животика приемного барабана, для любого другого ряда ряда кабеля на барабане Lj=7t(d K+2(i-l)dK), где dK - диаметр кабеля, і -порядковый номер ряда. При усадке полиэтиленовой оболочки кабеля длина витка Lj уменьшается на AL. Так как диаметр животика барабана - величина постоянная, при уменьшении длины витка оптический кабель растягивается.
В результате послеэкструзинной усадки в кабеле, намотанном на приемный барабан, возникают внутренние напряжения, наиболее ярко выраженные с нижнего конца кабеля, где радиус его изгиба меньше.
Растяжение оптического волокна в кабеле в результате действия послеэкструзионной усадки полиэтиленовой оболочки проявляются лишь при приемке кабеля на барабан. При перематывании рассматриваемого кабеля в бухту относительное удлинение оптических волокон снижается.
Далее рассмотрим результаты исследований стойкости к действию растягивающих нагрузок под контролем бриллюэновской рефлектометрии оптического кабеля ОКСТМ-10-02-0,22-8-(2,7), партия №122/12-02
Экспериментальные данные об относительном удлинении волокна в кабеле, полученные при проведении испытаний оптического кабеля на стойкость к действию растягивающих нагрузок и климатических испытаниях, приведены в таблице 4.4 и на рисунках 4.4 и 4.5.
