2.2.4. Механические характеристики и эксплуатационная надежность

Механические характеристики ОВ входят в число важнейших параметров, определяющих возможность эффективного строительства и эксплуатации волоконно-оптической линии связи, включая ее прокладку, монтаж, ремонт и техническое обслуживание. Эти характери­стики доминируют в проблеме обеспечения многолетней эксплуатационной надежности оптического кабеля и, соответственно, линии связи.

Потенциально ОВ имеют очень высокую прочность. Известно, что прочность безде­фектного кварцевого волокна больше, чем стальной проволоки такого же сечения. Однако на практике наблюдаются обрывы ОВ в линиях связи даже при воздействии незначитель­ных нагрузок. Наличие микротрещин и дефектов стекла в десятки раз уменьшают проч­ность ОВ, поскольку натяжение волокна, влага и высокая температура приводят к быстрому росту микротрещин, всегда присутствующих в волокне, и математическое ожидание време­ни обрыва волокна, составляющее в нормальных условиях десятки тысяч лет, уменьшается до года и даже нескольких месяцев.

Таким образом, долговременная механическая прочность длин ОВ является основным фактором, обеспечивающим механическую надежность ОВ в процессе эксплуатации. Спо­собность волокна выдерживать долговременные механические нагрузки определяется пара­метрами статической усталости, основным из них является безразмерный параметр , свя­зывающий рост трещин с натяжением волокна. Чем выше n, тем выше механическая надеж­ность ОВ. Величина параметра _n определяется экспериментально и всегда должна указы­ваться в спецификации на ОВ. Значение параметра n для стандартных волокон равно 20, для волокон особой прочности достигает 25.

Исходная инертная прочность волокна является вторым фактором оценки эксплуатаци­онной надежности ОВ. Этот фактор определяется размером наибольшего дефекта по всей длине волокна. Для выявления этого «наиболее слабого звена» всё ОВ в процессе производ­ства подвергается перемотке под нагрузкой (proof-test). При этом устанавливается фиксиро­ванное усилие натяжения при перемотке строительной длины волокна. Усилие натяжения при перемотке имеет размерность ГПа или выражаются через % удлинения волокна.

Для обеспечения гарантированного безаварийного срока службы линии длиной 100 км в течение 25 лет (с очень малой вероятностью разрушения, равной 0,001) отноше­ние натяжения перемотки к эксплуатационному — так называемый запас по перемотке — должно составлять значение 3—4 [2.9]. При этом надо учитывать, что сама процедура пе­ремотки ОВ под нагрузкой вносит изменения (ухудшает) в распределение прочности во­локна. В производственной практике для большинства волокон величина усилия натяже­ния при перемотке составляет 0,7 ГПа, для ОВ, предназначенного к использованию в под­водных кабелях, величина усилия натяжения равна 1,4 ГПа — эти значения указываются в спецификации на волокно.

Натяжение волокна при эксплуатации является третьим фактором, определяющим его эксплуатационную механическую надежность. Напряженное состояние оптического волок­на в кабеле, которое может привести к снижению его механической надежности, возникает по различным причинам: нарушение технологии производства оптического кабеля (непра­вильный выбор избыточной длины волокна или сбои в работе оборудования), нарушение технологии прокладки, воздействие мерзлотных деформаций, сейсмические подвижки грун­тов, оползней, обледенение подвесных кабелей при их эксплуатации и др.

Отсюда понятна важность контроля натяжения ОВ в кабеле и проложенной линии. Са­мым эффективным современным методом диагностирования состояния натяжения ОВ в ка­беле является метод, основанный на анализе спектров бриллюэновского рассеяния света в волокне. Метод позволяет оценить натяжение волокна, выявить ненадежные участки линии и оценить ее механическую надежность в процессе эксплуатации.

Оценка величины предельного натяжения ОВ в линии показывает, что для обеспечения гарантированной эксплуатационной надежности линии длиной 100 км при вероятности об­рыва 0,001 в течение 25 лет, его допустимое натяжение (относительное удлинение) не долж­но превышать 0,2...0,25%. Эта величина является критерием предельного натяжения волок­на, используемым для выявления ненадежных участков линии связи по результатам измере­ний с помощью бриллюэновского рефлектометра [2.10].

Усилие стягивания покрытия также относится к механическим характеристикам волок­на и служит показателем того, насколько легко и эффективно осуществляется работа с во­локном при строительстве, ремонтно-восстановительных работах и техническом обслужи­вании линий связи (легкость разделки ОВ, снятие покрытия при операциях скалывания и сращивания ОВ).

Величина усилия стягивания покрытия внесена в спецификации на оптические волокна и имеет одно и то же значение как для сухих ОВ, так и для ОВ во влажной атмосфере.