Алькина А.Д., Какимова К.Ш., Белик М.Н. АНАЛИЗ ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО
advertisement
Алькина А.Д., Какимова К.Ш., Белик М.Н. АНАЛИЗ ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСЛОВИЯХ ПРЕДЕЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В данной статье выполнен анализ повреждений оптического волокна в процессе эксплуатации условиях предельных механических напряжений. Приведены основные оптических волокон. функциональные Рассмотрена аспекты методов контроля автоматизированная система администрирования волоконно-оптических кабелей Remote Fiber Test System. Повышенное натяжение волокна в кабеле вызывает деградацию его прочностных характеристик. Выявлены основные Определены причины разрыва волокна. возможные причины появления механических напряжений внутри оптического волокна. Приведены кривые зависимость срока службы от удлинения волокна Берілген макалада шекті механикалык кернеу жағдайда пайдалану үрдісі кезінде оптикалык талшыктың закымдану талдауы орындалған. Оптикалык талшыкты бакылау әдісінің негізгі функционалды аспекттер келтірілген. Remote Fiber Test System талшыкты-оптикалык бакылау автоматтандырылған жүйесі карастырылған. кәбілдің Кәбілдегі талшыкты жоғары керу оның беріктік сипаттамасының нашарлауын тудырады. үзілу Талшыктын себебі аныкталған. Оптикалык талшыктын ішінде мехаикалык кернеудің пайда болу себебенің негізгі мүкіншіліктері аныкталған. In this article, the analysis of the optical fiber damage during operation under extreme stress. The basic functional aspects of the control methods of optical fibers. We consider the automated system administration fiber optic cables Remote Fiber Test System. Increased tension in the cable fibers degrades its strength characteristics. Determine the cause of the fiber break. The basic possible causes of stress in the optical fiber. Shows the dependence of the life of the fiber elongation. Сегодня одним из самых динамично развивающихся отраслью является телекоммуникация, которая проникает и интегрируется практически во все сфера жизни и деятельности человека. При этом реальный спрос на услуги связи постоянно превышает прогнозируемый. Постоянный рост потребности в широкой полосе пропускания каналов связи привел к значительному росту объемов прокладки волоконно-оптических кабелей (ВОК) по всему миру [1]. Данное обстоятельство выдвигает на ведущие позиции задачу централизованного контроля за сетевым волоконно-оптическим кабельным хозяйством в целях его документирования, своевременного обнаружения и оперативного устранения повреждений, возникающих в волоконно- оптических линиях связи. Независимо от метода контроля оптических волокон такие системы должны обеспечивать: дистанционный контроль пассивных и активных волокон оптических кабелей; достоверное и своевременное документирование и составление отчетности; автоматическое обнаружение неисправностей волоконно-оптических линий и каналов связи с указанием их точного местоположения; контроль и управление процессом оповещения о повреждении оптических кабелей; проведение измерений параметров оптических волокон в ручном режиме; прогнозирование изменений параметров оптических кабелей. Наиболее эффективно эти задачи решают автоматизированные системы администрирования волоконно-оптических кабелей, включающих систему удаленного контроля оптических волокон (RFTS - Remote Fiber Test System) [1], программу привязки топологии сети к географической карте местности, а также базы данных оптических компонентов, критериев и результатов контроля. Эти системы одновременно решают задачи документирования волоконно-оптического кабельного хозяйства, оперативного обнаружения и локализации повреждения волоконно-оптических кабелей, прогнозирования повреждения оптических волокон на основе сравнения накопленной в процессе тестирования информации, отображения волоконно-оптической сети на электронную географическую карту местности. В результате выявлены проведенных основные возможные нами аналитических причины появления исследований механических напряжений внутри оптического волокна: нарушение технологического процесса производства оптоволоконного кабеля; нарушение норм, регулирующих процессы прокладки оптического кабеля; суточные перепады температуры окружающей среды; различного рода деформации грунта; просаживание канализационных ходов телефонной линии; обледенение подвесных кабелей; просаживание фундаментов высотных зданий, мостов, эстакад и прочих инженерных сооружений. В результате нарушения технологии изготовления заготовки или в процессе вытяжки волокна, в световоде могут возникнуть локальные вмороженные неоднородности кварца, которые и являются центрами внутренних напряжений. Подобные напряжения делают оптическое волокно уязвимым даже к небольшим по амплитуде вибрациям или изгибам. Кроме того, могут иметь место нарушения в технологии производства самого кабеля, в результате чего условие свободной укладки волокон в модулях может быть нарушено. Все изгибы кабеля с радиусом меньше рекомендованной величины, различного рода защемления или неправильный крепеж кабеля обернутся в итоге повышенным натяжением волокна в кабеле и его преждевременным разрушением. Негативно влияют и суточные перепады температуры окружающей среды. Так как кварц, защитная оболочка волоконного кабеля, средства его крепежа, грунт и материалы коммуникаций имеют различные коэффициенты теплового расширения, то в случае резкого перепада температуры могут возникать существенные напряжения внутри световода из-за неравномерного расширения соприкасающихся материалов. В результате большие среднесуточные колебания температуры окружающей среды могут привести к разрушению волокна. Механических напряжений внутри оптического волокна связанные с различного рода деформации грунта, сопряжены с тем, что значительная часть современных коммуникаций связи на сегодняшний день проложена под землей. Соответственно различного рода деформации грунта, появившиеся по той или иной причине, будут влиять на возникновение напряжений в волокне. Даже незначительные подвижки слоев грунта могут оказаться фатальными для целостности волоконного кабеля и привести к обрыву волокон в нем. Повреждение волокна канализационных ходов связано с ситуацией при просаживании телефонной линии. Возникшие напряжения неминуемо приведут к обрыву световодов. В последнее время все более популярным становится метод прокладки ВОЛС с подвешиванием волоконно-оптического кабеля на телеграфных и высоковольтных столбах линий электропередач. Как и в случае с обычным электропроводом, возникает проблема, связанная с обледенением определенных участков кабеля в зимний период. Соответственно натяжение волокна под весом льда будет причиной появления напряжений внутри световода, которые могут оказаться необратимыми и значительно сократить срок службы волокна. Таким образом, надежность волоконно-оптических линий связи невозможно оценить, не имея достоверной информации о натяжении волокна в кабеле. Повышенное натяжение волокна в кабеле вызывает деградацию его прочностных характеристик, что в конечном итоге приводит к разрыву волокна. Даже незначительное увеличение натяжения волокна может привести к многократному уменьшению его срока службы [1]. В настоящее время, когда запущены в эксплуатацию многие тысячи километров оптических линий, особую актуальность приобретает задача обеспечения их многолетней надежности. Для решения этой задачи были разработаны бриллюэновские рефлектометры (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer), которые не только измеряют оптические свойства, но и на их основе позволяют прогнозировать обрыв волокна [1]. Для обеспечения долголетней работы необходимы соответствующие условия и главное из них - отсутствие механических напряжений. Дело в том, что срок службы оптических волокон определяется процессом роста в них микроскопических трещин. Центры роста таких трещин всегда присутствуют на поверхности стекла, но не всегда развиваются. Однако, если волокно растянуто, то трещина начинает лавинообразно расти, и волокно разрывается. Характер зависимости срока службы волокна от его натяжения проиллюстрирован на графике на рисунок 1, где натяжение выражено в единицах продольного удлиннения. Графики построены по типичным данным японской фирмы FUJIKURA для стандартного телекоммуникационного одномодового волокна. Левая кривая соответствует длине волокна 10000 км, а правая - 1 км; так что между ними располагаются практически все возможные длины волокон в линиях связи. Можно выделить три диапазона напряжений: безопасные - до 0.3 %; недопустимые - более 0.6 %; промежуточные, приведенных оценках требующие не дополнительного учитывался ряд анализа. факторов, Хотя таких в как микроповреждения волокна или влияние влаги, из графика видно, что незначительное увеличение натяжения волокна многократному уменьшению его срока службы [1]. может приводить к Рисунок 1- Зависимость срока службы от удлинения волокна Надежность волоконно-оптических линий связи невозможно оценить, не имея достоверной информации о натяжении волокна в кабеле. Актуальность такой задачи стимулировала исследования тонких оптических эффектов в волокне, в результате чего возникла бриллюэновская рефлектометрия. Литература 1. Методы и средства измерения параметров волоконно-оптических линий М54 связи/: Учебник/ Н.И. Горлов, А.Д. Мехтиев, В.И. Эйрих, О.В. Алдошина, А.А. Кшалова; Карагандинский государственный технический университет. Караганда: Издво КарГТУ, 2014. 293 с.
