Способ определения срока сохраняемости оптического кабеля Российский патент 2020 года по МПК G01M11/00 G01N25/58 G01N25/72 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям оптических кабелей, более конкретно, к средствам определения срока сохраняемости оптического кабеля путем измерения деформации оптических волокон.

Уровень техники

Из уровня техники известны способы испытаний оптических кабелей на надежность, раскрытые в стандартах ГОСТ РВ 20.57.414-97 и ОСТ 16 0.800.305-84 «Кабели, провода и шнуры. Общие требования по надежности. Методы оценки соответствия требованиям по надежности». Данные известные способы испытаний основаны на оценке срока службы и сохраняемости оптических кабелей методом Аррениуса, который состоит в проведении ускоренных испытаний материалов оболочек оптических кабелей путем теплового старения при повышенной температуре. Данный метод подходит для кабелей, содержащих токопроводящие жилы, т.к. одним из критериев годности является оценка электрических параметров полимерных материалов оболочек и изоляции кабелей. Кроме того, в процессе эксплуатации изоляция реально подвергается тепловому старению в результате нагрева токопроводящих жил.

Данные известные способы мало пригодны для оценки надежности оптических кабелей, т.к. по кварцевому оптическому волокну не распространяется электрический ток, т.е. в процессе эксплуатации конструктивные материалы не подвергаются существенному воздействию повышенной температуры, за исключением воздействия температуры окружающей среды, кроме того, их электрические характеристики не имеют принципиального значения с точки зрения надежности. Важны только те параметры конструктивных элементов оптического кабеля, которые влияют на их способность защищать основной функциональный элемент - оптическое волокно от внешних воздействий.

Существующие методы испытаний на надежность оптического волокна включают измерение одного параметра - стойкости к коррозии в напряженном состоянии согласно стандарту ГОСТ Р МЭК 60793-1-33-2014 «Волокна оптические. Часть 1-33. Методы измерений и проведение испытаний. Стойкость к коррозии в напряженном состоянии», или определение ряда параметров, связанных с растягивающими нагрузками, действующими на оптическое волокно, способом, описанным в техническом отчете Международной электротехнической комиссии IEC TR 62048 ed.3.0 (2014-01) "Optical fibres - Reliability - Power law theory".

Недостатком этих известных способов является низкая точность определения срока сохраняемости оптического кабеля. Другим недостатком является то, что оценка наличия/отсутствия механических напряжений прочности и надежности оптического волокна проводится без учета свойств полимерных элементов конструкции кабеля, которые существенно влияют на свойства кабеля.

Сущность изобретения

Изобретение решает задачу повышения точности определения срока сохраняемости оптического кабеля.

Изобретением обеспечиваются следующие технические результаты: повышение точности определения срока сохраняемости оптического кабеля путем определения деформации оптического волокна в составе этого кабеля в условиях, имитирующих хранение кабеля.

Указанные технические результаты достигаются тем, что способ определения срока сохраняемости оптического кабеля состоит в том, что

- получают образец оптического волокна из той же партии, из которой изготовлен оптический кабель;

- упомянутый образец оптического волокна сматывают в бухту с начальным натяжением ε₀, выдерживают в нормальных климатических условиях с известной температурой Т_НКУ и подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического волокна частоту ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- для упомянутого образца оптического волокна определяют скорость изменения частоты ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна при температуре Т_НКУ;

- получают образец оптического кабеля;

- упомянутый образец оптического кабеля сматывают в бухту или наматывают на кабельный барабан с параметрами, соответствующими условиям, в которых осуществляют хранение кабеля, выдерживают в тех же нормальных климатических условиях с температурой Т_НКУ и подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического кабеля частоту ν_{B ОК} вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- определяют изменение деформации оптического волокна в оптическом кабеле по сравнению с начальным напряжением ε₀ по формуле , где Δν = ν_ОК - ν_ОВ;

- по величине ε делают вывод о сроке сохраняемости оптического кабеля.

Отличительной особенностью изобретения является использование изменения частоты ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна для определения деформации оптического волокна в оптическом кабеле, на основе которой определяют срок сохраняемости.

Осуществление изобретения

Оптическое волокно состоит из кварцевого световода и первичного защитного покрытия, которое защищает его от воздействия внешней окружающей среды. В стандартном телекоммуникационном оптическом волокне роль первичного защитного покрытия выполняет полимерный материал, который не способен придать оптическому волокну дополнительной прочности на растяжение. Вместе с тем, при нарушении первичного защитного покрытия происходит существенное снижение срока службы оптического волокна. Это подтверждается, в частности, публикацией Геча Э.Я., Гордиенко В.Н., Овчинникова И.А., Тарасов Д.А., Влияние степени полимеризации первичного защитного покрытия на механические характеристики оптического волокна, Журнал «Кабели и провода» №5 (379) за 2019 г., стр. 19-25.

В составе конструкции оптического кабеля оптические волокна также подвергаются механической нагрузке, обусловленной конструкцией кабеля с одной стороны (наличие избыточной длины оптического волокна, скрутка вокруг оси кабеля с малым шагом, за счет воздействия силовых элементов, оболочек и пр.) и условиями эксплуатации кабеля (изгибы кабеля, динамическая нагрузка и пр.). Определение деформированного состояния оптических волокон в оптическом кабеле имеет важное значение для оценки срока службы сохраняемости оптического кабеля. Сохраняемость является одной из характеристик надежности, наряду с долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью.

Способ определения срока сохраняемости оптического кабеля осуществляют следующим образом.

Получают образец оптического волокна из той же партии, из которой изготовлен оптический кабель.

Образец оптического волокна сматывают с транспортной катушки в бухту со свободной укладкой. Начальное натяжение ε₀ может быть равно нулю. Далее выдерживают образец в нормальных климатических условиях с известной температурой Т_НКУ не менее двух часов и подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.

Измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического волокна частоту ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.

Аналогичным образом получают образец оптического кабеля, в конструкцию которого входит оптическое волокно из той же партии, что и ранее испытанный образец. Длина образца должна составлять не менее 100 м, предпочтительно 1000 м. Образец оптического кабеля сматывают в бухту или на кабельный барабан, аналогично тем условиям, в которых осуществляют хранение кабеля, и выдерживают не менее 24 часов в тех же нормальных климатических условиях с температурой Т_НКУ. Намотка испытуемого кабеля на барабан или в бухту имитирует условия хранения кабеля. Величина деформации оптических волокон в кабеле будет зависеть от его конструкции, технологии изготовления, диаметра бухты или шейки барабана и усилия при намотке. В качестве критерия соответствия условиям хранения можно принять максимальную величину отклонения параметров при испытаниях от соответствующих фактических параметров при хранении на 10%. Так, например, если внутренний фактический диаметр бухты при хранении оптического кабеля составляет 60 см, то соответствующими допустимыми внутренними диаметрами бухты при испытаниях могут считаться величины от 54 см до 66 см.

Целесообразно обеспечить условие, что испытуемая длина образца оптического кабеля должна быть равна длине образца оптического волокна и составлять не менее 100 м, предпочтительно 1000 м. При этом бухта волокна должна иметь внутренний диаметр не менее 30 см, а внутренний диаметр намотки оптического кабеля должен быть не менее его 40 наружных диаметров.

Далее образец испытуемого кабеля подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна и измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического кабеля частоту ν_ОК.

Деформация оптического волокна в оптическом кабеле, которая фактически представляет собой некий прирост относительно величины начального напряжения ε₀ определяется по формуле , где Δν = ν_ОК - ν_ОВ.

В случае наличия неоднородностей деформации по длине в измеряемом оптическом волокне и волокнах контролируемого оптического кабеля, результаты могут быть дополнены графиком зависимости величины деформации от длины.

Скорость изменения частоты ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна при постоянной температуре испытания характеризует значение изменения частоты (Гц) при растяжении (удлинении) оптического волокна, равном 1% от его дины. Справочно, в качестве значения этого параметра можно принять величину 529 МГц/%. Это означает, что при 1% удлинении волокна, частота ВРМБ изменится на 529 МГц.

После определения деформации оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением оценивают параметры сохраняемости оптического кабеля. Например, при наличии деформации оптического волокна в кабеле (Δε) не превышающей 0,2% можно гарантировать сохраняемость оптического кабеля в течение не менее чем 25 лет. При величине деформации превышающей 0,2% делают вывод о недостаточном сроке сохраняемости.

Уровень допустимого натяжения оптического волокна в оптическом кабеле и связанное с этим время до разрушения (обрыва) оптического волокна установлены в международном стандарте IEC 60794-1-1 ed.4.0 (2015-11) "Optical fibre cables - Part 1-1: Generic specification - General", а также техническом отчете IEC TR 62048 ed.3.0 (2014-01) "Optical fibres - Reliability - Power law theory".

Настоящее изобретение позволяет определять с большей точностью деформацию оптических волокон, а также связанный с ней срок сохраняемости и другие параметры оптических кабелей, имеющих различную конструкцию.

Изобретение относится к испытательной технике. Способ состоит в измерении частот вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна образцов оптического волокна в свободном состоянии и в составе оптического кабеля, на основе которых рассчитывают степень деформации оптического волокна в кабеле и определяют срок сохраняемости. Технический результат - повышение точности определения срока сохраняемости. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения срока сохраняемости оптического кабеля, состоящий в том, что

- получают образец оптического волокна из той же партии, из которой изготовлен оптический кабель;

- упомянутый образец оптического волокна сматывают в бухту со свободной укладкой с начальным натяжением ε₀, выдерживают в нормальных климатических условиях с известной температурой Т_НКУ и подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического волокна частоту ν_ОB вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- для упомянутого образца оптического волокна определяют скорость изменения частоты ν_ОB вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна при температуре Т_НКУ;

- получают образец оптического кабеля;

- упомянутый образец оптического кабеля сматывают в бухту или на кабельный барабан с параметрами, соответствующими условиям, в которых осуществляют хранение кабеля, выдерживают в тех же нормальных климатических условиях с температурой Т_НКУ и подключают к анализатору вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- измеряют среднюю по длине упомянутого образца оптического кабеля частоту ν_{B ОK} вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- определяют изменение деформации оптического волокна в оптическом кабеле по сравнению с начальным напряжением ε₀ по формуле , где Δν=ν_ОК - ν_ОВ;

- по величине Δε делают вывод о сроке сохраняемости оптического кабеля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина образцов составляет не менее 100 м, а бухта волокна имеет внутренний диаметр не менее 30 см.