Способ испытания оптических кабелей на долговечность Российский патент 2021 года по МПК G01M11/08 G01N25/58 G01N25/72 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям оптических кабелей, более конкретно к способу ускоренной оценки долговечности оптического кабеля.

Уровень техники

Из уровня техники известны способы испытаний оптических кабелей на надежность, раскрытые 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 хорошо 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 ТПЖ.

Данные известные способы мало пригодны для оценки надежности оптических кабелей, т.к. по кварцевому 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 "Optical fibres - Reliability - Power law theory".

Недостатком этих известных способов является то, что в них оценивается наличие / отсутствие механических напряжений только оптического волокна без учета свойств полимерных элементов конструкции кабеля, которые существенно влияют на его свойства.

Сущность изобретения

Изобретение решает задачу повышения точности ускоренной оценки долговечности оптического кабеля.

Изобретением обеспечиваются следующие технические результаты: повышение точности ускоренной оценки долговечности оптического кабеля путем циклических испытаний этого кабеля в условиях, имитирующих его условия прокладки и эксплуатации.

Указанные технические результаты достигаются тем, что способ испытания оптических кабелей на долговечность состоит в том, что

- получают образцы оптического кабеля;

- проверяют стойкость упомянутых образцов к воздействию механических нагрузок, имитирующих условия прокладки кабели;

- осуществляют цикл испытаний, содержащий воздействие на упомянутые образцы минимальной температуры, воздействие максимальной температуры и воздействие повышенной влажности;

- повторяют упомянутый цикл испытаний дополнительно не менее девяти раз;

- в конце каждого цикла испытаний выдерживают упомянутые образцы в нормальных климатических условиях, после чего осуществляют контроль параметров.

Указанные технические результаты достигаются также тем, что длина образцов составляет не менее 40 м, а бухта имеет средний диаметр не менее 30 см.

Указанные технические результаты достигаются также тем, что цикл испытаний подвесных кабелей дополняют воздействием среднеэксплуатационной растягивающей нагрузки.

Отличительной особенностью настоящего способа является то, что испытания на долговечность проводят расчетно-экспериментальным методом путем ускоренного циклического воздействия механических и климатических факторов, которым оптический кабель наиболее подвержен в реальных условиях эксплуатации. При этом механическое воздействие имитирует процесс прокладки кабеля, а цикл климатических нагрузок имитируют условия эксплуатации кабеля.

Перечень фигур чертежей

На Фиг. 1 и Фиг. 2 показаны варианты перемотки оптического кабеля при испытаниях.

Осуществление изобретения

В качестве критерия долговечности оптического кабеля используется так называемый гамма-процентный ресурс гамма-процентный срок службы.

В начале испытаний по оценке соответствия требованиям к гамма-процентному сроку службы проверяют стойкость испытываемого оптического кабеля к воздействию механических нагрузок, имитирующих условия прокладки.

Испытания, имитирующие условия прокладки испытываемого кабеля, состоят из перемотки с натяжением с отдающего устройства (барабан, катушка) на приемное устройство через систему роликов, обеспечивающих изгибы оптического кабеля, имитирующие его изгибы, возникающие при монтаже и прокладке.

Схемы установок для испытаний оптического кабеля на перемотку через систему роликов приведены на Фиг. 1 и Фиг. 2, на которых показаны: 1 - отдающее устройство; 2 - приемное устройство; 3 - ролики.

Расположение роликов 3 друг относительно друга должно соответствовать изображенному на рисунках. Допускается два типа расположения.

Предпочтительно, диаметр роликов 3 должен быть равным двум минимально допустимым радиусам изгиба при монтаже.

После испытания оценивают внешний вид, целостность оптических волокон, коэффициент затухания, электрическое сопротивление токопроводящей жилы и ее изоляции (если они имеются в конструкции испытуемого оптического кабеля).

После испытаний на перемотку испытываемые образцы оптического кабеля должны быть намотаны на кабельный барабан (катушку), или смотаны в бухты с внутренним диаметром не менее двух допустимых эксплуатационных радиусов изгиба кабеля.

В качестве критерия стойкости к механическим нагрузкам целесообразно использовать деформацию оптического волокна, которую определяют следующим образом:

- 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 C^∈_ν изменения частоты ν_ОВ вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна при температуре Т_нку;

- получают образец оптического кабеля;

- упомянутый образец оптического кабеля сматывают в бухту с натяжением ε, 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_ОК вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна;

- определяют деформацию оптического волокна в оптическом кабеле по формуле , где Δν=ν_ОК - ν_ОВ.

Длина образцов должна составляет не менее 40 м, а бухта имеет средний диаметр не менее 30 см.

Последующие испытания проводят на этих образцах в условиях повышенной влажности, при максимальной повышенной и минимальной пониженной температурах эксплуатации, имитирующих режим эксплуатации кабеля, установленный в нормативной документации на кабель. Испытания подвесных кабелей дополняют воздействием растягивающей нагрузки.

Испытания по подтверждению долговечности должны состоять из нескольких циклов. Один цикл принимается эквивалентным 876 часам эксплуатации. Рекомендуемое количество циклов - не менее 10.

Продолжительность воздействия повышенной относительной влажности, минимальной пониженной и максимальной повышенной температур эксплуатации в одном цикле устанавливают пропорциональными продолжительности их воздействия в типовом режиме эксплуатации в соответствии с таблицей.

Целесообразно придерживаться значений продолжительности воздействий внешних факторов в течение одного цикла испытаний, указанных в таблице ниже.

Кабели воздушной прокладки после каждого цикла испытаний в условиях повышенной влажности, при максимальной повышенной и минимальной пониженной температурах эксплуатации, подвергают воздействию растягивающей нагрузки со значением, соответствующем значению среднеэксплуатационной нагрузки, в течение 10 минут. В качестве среднеэксплуатационной нагрузки принимают величину, указанную в нормативных документах на конкретную модель оптического кабеля.

Испытание кабеля на воздействие растягивающей нагрузки проводят в соответствии методом Е1 международного стандарта IEC 60794-1-21: Ed. 1.0 (2015-03) "Optical fibre cables - Part 1-21: Generic specification - Basic optical cables test procedures - Mechanical test methods".

По завершении каждого цикла испытаний измеряют параметры - критерии годности: коэффициент затухания испытываемого оптического кабеля и электрическое сопротивление токопроводящей жилы и изоляции токопроводящей жилы (для комбинированных оптических кабелей).

Используя измеренные после каждого цикла испытаний значения параметров - критериев годности, строят график зависимости этих параметров от срока службы (долговечности). Полученная зависимость экстраполируется до значений, соответствующих требуемому значению гамма-процентного срока службы Т_усл (долговечности) испытываемого оптического кабеля.

Соответствие испытываемого оптического кабеля требованиям к долговечности (гамма-процентному сроку службы) считают подтвержденным, если после каждого цикла параметры-критерии годности испытываемого кабеля будут соответствовать требованиям установленным в нормативной документации на конкретный вид кабеля, а значения коэффициента затухания и электрического сопротивления изоляции токопроводящей жилы (для комбинированных оптических кабелей), полученные расчетно-экспериментальным путем (после экстраполяции) для требуемого гамма-процентного срока службы Т_усл (долговечности), останутся в пределах значений, установленных для периода эксплуатации и хранения в НД на конкретный кабель.

Указанные технические результаты достигаются тем, что испытания на долговечность проводят расчетно-экспериментальным методом путем ускоренного циклического воздействия механических и климатических факторов, которым оптический кабель наиболее подвержен в реальных условиях эксплуатации.

Отличительной особенностью изобретения является использование комбинированного расчетно-экспериментального способа определения долговечности для повышения точности результатов при сокращении срока проведения испытаний. Используя измеренные после каждого цикла испытаний значения коэффициента затухания испытываемого оптического кабеля и электрического сопротивления изоляции токопроводящей жилы (для комбинированных оптических кабелей), строят график зависимости этих параметров от срока службы (долговечности). Полученная зависимость экстраполируется до значений, соответствующих требуемому значению гамма-процентного срока службы Т_усл (долговечности) испытываемого оптического кабеля и сравнивается с требуемым значением гамма-процентного срока службы, установленным в нормативной документации.

Изобретение относится к средствам испытания оптических кабелей. Способ состоит том, что проверяют стойкость образцов оптического кабеля к воздействию механических нагрузок, имитирующих условия прокладки кабели. Далее осуществляют цикл испытаний, содержащий воздействие на упомянутые образцы минимальной температуры, воздействие максимальной температуры и воздействие повышенной влажности. Повторяют упомянутый цикл испытаний дополнительно не менее девяти раз. В конце каждого цикла испытаний выдерживают упомянутые образцы в нормальных климатических условиях, после чего осуществляют контроль параметров. Технический результат - повышение точности определения долговечности. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ испытания оптических кабелей на долговечность, состоящий в том, что

- получают образцы оптического кабеля;

- проверяют стойкость упомянутых образцов к воздействию механических нагрузок, имитирующих условия прокладки кабелей;

- осуществляют цикл испытаний, содержащий воздействие на упомянутые образцы минимальной температуры, воздействие максимальной температуры и воздействие повышенной влажности;

- повторяют упомянутый цикл испытаний дополнительно не менее девяти раз;

- в конце каждого цикла испытаний выдерживают упомянутые образцы в нормальных климатических условиях, после чего осуществляют контроль параметров.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае испытаний оптического кабеля воздушной прокладки его образцы после каждого цикла подвергают воздействию растягивающей нагрузки со значением, соответствующем значению среднеэксплуатационной нагрузки.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что длина образцов составляет не менее 1000 м.