人々がそれについて話すとき光ファイバーケーブルをテストする方法、これらは通常、インストール後の OTDR トレース、挿入損失、またはリンク認証を意味します。
実際に本格的なケーブルテストが始まりますずっと前に、ケーブルジャケットの前に、強度部材と装甲さえ存在します。最も重要なステップの 1 つは、将来のケーブルです光ファイバー耐力試験– 裸のファイバーに対する機械的強度テスト。完成した光ファイバー ケーブルが引っ張ったり、曲げたり、長期使用したりする際にどれだけ信頼できるかを判断します。-
この記事では、その 1 つのステップに焦点を当てます。
光ファイバーケーブルをテストする方法繊維レベルでケーブル内部のファイバーのプルーフテスト強度を確認します。{0}
光ファイバー ケーブルの証拠強度をテストするにはどうすればよいですか?{0}}
実際には、プルーフテストの強度はケーブル接続前にファイバーレベルでチェックされます。{0}}光ファイバーケーブルに入る各裸ファイバーは、全長に沿って指定された引張応力 (たとえば、0.69 GPa / 100 kpsi) まで引き伸ばされます。この応力に耐えられないファイバーは破損して廃棄されます。この全長耐力テストに合格したファイバーのみがケーブル コアに挿入され、完成したケーブルが定格引っ張り、曲げ、長期使用負荷に耐えられることが保証されます。-
証明テストは光ファイバー ケーブルのテストのどの部分に当てはまりますか?
の簡略化されたライフサイクル光ファイバーケーブル次のようになります:
ベアファイバーステージ
繊維の伸線
光ファイバーの耐力試験（将来のケーブルファイバーの機械的スクリーニング）
裸のファイバーの光学テスト (減衰、形状、分散)
ケーブル製造段階
撚り防止-テスト済みの繊維をルースチューブまたはリボンに加工
強度部材、フィラー、防水{0}}、ジャケットを追加する
完成したケーブルの機械的テスト(引張、圧壊、衝撃、曲げ、温度サイクル)
完成したケーブルの光学テスト(機械的試験後の減衰、追加損失)
フィールド展開段階
取付張力制御
受け入れテスト: OTDR、挿入損失、反射率
ケーブルの寿命中の定期チェック
の光ファイバー耐力試験に属しますベアファイバーステージただし、その結果はケーブルに永久に「焼き付けられ」ます。
光ファイバーケーブル内のすべてのファイバーには、次のいずれかが備わっています。合格した定義されたストレスレベルでの実証テスト、または失敗して削除されました.
これらのファイバーがケーブルに撚り合わされると、その選別ステップをやり直すことはできません。ケーブルの機械的マージンはすでに決定されています。
だから私たちが言うとき「光ファイバー ケーブルの強度をテストする方法-」、張力下でのケーブルの動作を決定するファイバーをメーカーがどのようにテストしてフィルタリングするかを実際に説明しています。
光ファイバーの耐力試験（ケーブルの観点から）とは何ですか?
破壊力学の観点から見ると、プルーフ試験は、表面に傷のあるガラスの引張試験です。
から光ファイバーケーブルという観点からは、次のように考えると簡単です。
製造業者は、各繊維を定義された応力レベルまで引き伸ばします (たとえば、0.69 GPa / 100 kpsi）全長に沿って。
このストレスに耐えられない繊維は破損し、決して使われないでください光ファイバーケーブルの中。
したがって、実証テストは次のように機能します。機械式安全ゲート裸のガラスと完成したケーブルの間:
適度なケーブルの引っ張りや取り扱いに耐えられないほど弱すぎるファイバーは、早期に除去されます。
ケーブル コアに入る繊維は、少なくとも指定された耐力試験強度を実証しています。{0}}
詳細セクション「1.1.1 光ファイバーの強度の証明-」では、これが欠陥、動的疲労、亀裂の成長に関してどのように機能するかを正確に説明しています。次のセクションでは、その理論を次のように翻訳します。ケーブルに対する実際的な影響.
光ファイバーの証拠-強度試験
光ファイバープルーフの定義と目的-強度試験
石英ガラスを媒体とした光ファイバーには、大小さまざまな欠陥、特にファイバー表面のクラックが必ず存在します。このような欠陥のサイズと形状はランダムに分布します。実際の光ファイバの強度を確保するには、線引き後の光ファイバに対してオンラインまたはオフラインで強度スクリーニングを実施し、規定の強度よりも低い光ファイバを排除し、工場から出荷されたファイバが耐力試験強度以下の負荷状態でも破断せずに使用できることを確認する必要があります。-
Bellcore GR-20-CORE 規格では、光ファイバーが 0.69 GPa (100 kpsi) での全長光ファイバー耐力テストに合格する必要があると規定しています。
光ファイバのプルーフ テストでは、ファイバの全長に沿ったすべての点に 100 kpsi の応力によるスクリーニング テストが適用されます。これにより、このストレスに耐えられないファイバ（1 μm を超える亀裂に相当）は弱点で破断しますが、プルーフ テストに合格したファイバは、プルーフ テスト レベルよりも低い応力下でも正常に動作することが保証されます。-。
光ファイバーの耐力試験中の動的疲労挙動
実際、光ファイバーの実証試験プロセス自体は動的疲労プロセスです。-プルーフテスト中、プルーフテストの応力の作用により、繊維の亀裂が拡大し、繊維の強度がさらに低下します。-動的疲労プロセス中の繊維の強度の低下は、次の式で表すことができます。
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
繊維強度低下の動的疲労方程式
ここで、Si はプルーフテスト前の繊維の強度です。-
Sf はプルーフテスト後の繊維の強度です。-
σ は光ファイバーの耐力試験中に加えられる応力です。
n と B は亀裂の成長を表す定数です。
プルーフテスト中、ファイバーのあらゆる点にかかる応力には、荷重、保持、除荷という 3 つのプロセスが含まれます (図. 1-1を参照)。プルーフテストの前後の繊維強度の変化は次の式で求められます。-
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₂) ] (1-2)
耐力試験前後の繊維強度の関係
ここで、σ₁ は荷重領域の応力増加率であるため、荷重時間は t₁=σp / σ₁;
σ₂ は除荷領域の応力減少率であるため、除荷時間は t₂=σp / σ₂;
σp は証明{0}}テスト応力です。
t_d は負荷がかかった状態での保持時間です。
図. 1-1に示されている曲線から、曲線aとbで示されているように、荷重領域と保持領域では、強度が耐力試験応力σp（この領域での動的疲労によって引き起こされる強度低下を含む）-よりも低いすべての繊維が破断することがわかります。ただし、除荷領域では 2 つの状況が発生する可能性があります。1 つは曲線 c に示すように、動的疲労による強度低下により除荷領域で繊維が破損する場合です。もう 1 つは曲線 d に示すとおりで、除荷中の動的疲労により強度が耐力試験応力 σp 以下に低下しますが、繊維は破断することなく耐力試験に合格します。その結果、耐力試験に合格した繊維であっても耐力試験応力より強度が低い箇所が存在し、局所的に耐力試験が無効になる場合があります。-
アンロード時間とプルーフ テスト ストレスがスクリーニング結果に及ぼす影響-
この問題を理解するには、2 つのアプローチが考えられます。 1 つは、光ファイバーの耐荷重試験におけるアンロード時間を最小限に抑えることです。これは、最新の光ファイバー証明試験装置の主要な技術指標の 1 つです。-もう 1 つは、さまざまなプルーフ テスト レベルと除荷時間に応じて、適切な実際のプルーフ テスト ストレスを選択することです。-たとえば、Mingxun Company の経験によれば、最小耐力試験強度が 0.7 GPa の光ファイバは、0.73 GPa での耐力試験に合格します（打ち切りテール値は約 4.3%、アンロード時間は 75 ミリ秒）。また、耐試験強度が最小 1.40 GPa の光ファイバは耐力試験で 1.50 の耐力試験に合格します。- GPa (打ち切りテール値約 7%、アンロード時間 25 ミリ秒)。
図. 1-2 光ファイバの破断強度の統計分布
亀裂があると、完成した光ファイバーの最小強度が実証試験の強度レベルよりも高くなります。{0}}
光ファイバーの表面亀裂における応力集中
光ファイバの亀裂先端は応力集中領域を形成し、これがファイバ破断を引き起こす可能性が最も高い要因となります。{0}応力集中の程度は通常、応力拡大係数 K_I で表されます。
K_I = σ√a (1-4)
モード I 応力強度係数の定義
ここで、 は定数です。
σ は外部から加えられる応力です。
aは亀裂の深さです。
特定の亀裂で応力が増加し、K_I が臨界値 K_C まで増加すると、繊維が破損します。
光ファイバーケーブルにおける光ファイバーの静疲労
光ケーブルの敷設および使用中、ファイバの表面亀裂は応力と湿気の作用により成長し続け、ファイバの強度が低下し、最終的にはファイバの破損につながります。これが光ファイバーの静的疲労プロセスです。
光ファイバーの静疲労特性:
光ファイバーの疲労特性は通常、次の指数関数で表されます。
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
静的疲労亀裂進展速度式
ここで、a は亀裂の深さです。
A は材料定数です。
K_I は応力拡大係数であり、亀裂の形状、深さ、加えられる応力の大きさに依存します。
n は応力腐食係数または疲労抵抗パラメータと呼ばれます。{0}}
AとK_Iはシリカガラスの構造によって決まり、与えられた繊維構造ではAとK_Iは定数とみなすことができます。
n の値は繊維構造だけでなく、繊維にかかる応力の環境条件にも依存します。これは光ファイバーの耐用年数に直接影響する重要な要素です。 nの値が大きいほど耐疲労性が強くなります。 Corning の光ファイバーの n 値は 22 ですが、Corning のセラミック-被覆光ファイバーの n 値は 29 です。
光ファイバーの耐用年数に影響を与える主な要因
要約すると、光ファイバーの耐用年数は主に次の 3 つの要因によって決まります。
(1) ひび割れ。
亀裂には、ファイバーの線引き、コーティング、取り扱い中に形成される初期表面や内部の傷のほか、ケーブル配線や設置中に発生する可能性のある追加の微小欠陥も含まれます。{0}}これらの亀裂のサイズ、密度、分布は繊維の初期の機械的強度を決定し、使用条件下での強度の低下速度に大きな影響を与えます。亀裂が少なく、より小さいファイバーは、光ファイバー ケーブルの寿命全体にわたって破損することなく生き残る可能性がはるかに高くなります。
(2) ストレス。
ファイバーの寿命全体にわたってファイバーに加えられる機械的ストレスのレベルと持続時間も同様に重要です。実際の光ファイバーケーブルでは、この応力は主に、設置時の引張荷重、引張後の残留ひずみ、熱膨張と収縮、シースの収縮、空中スパンの風や氷の荷重、および局所的な曲げや取り扱いによって発生します。ガラス内の持続応力が高くなると、亀裂の成長が早くなり、予想される耐用年数が短くなります。逆に、ファイバーのひずみをプルーフ-テスト-で導き出された限界値よりも十分に低く保つと、ケーブルの機械的信頼性が大幅に向上します。
(3) 湿気。
環境内の湿気は亀裂先端での応力腐食を促進し、静的疲労を促進します。光ファイバー ケーブルはファイバーを保護するためにコーティング、ゲル、および水分子を使用していますが、水分子はコーティングの欠陥や非常に長い時間スケールを通じてガラス表面に到達する可能性があります。{1}したがって、湿気の多い環境、または湿潤と乾燥のサイクルが繰り返されると、特定の応力レベルにおける亀裂の成長速度が増加します。優れたケーブル設計と適切な取り付け（たとえば、シースの損傷を回避し、効果的な水の遮断を確保する）は、ファイバー表面への湿気の侵入を制限するのに役立ち、ケーブル内のファイバーの耐用年数を延ばすことができます。
光ファイバー ケーブルではなぜ証明{0}}強度が重要なのでしょうか?
1. 取り付け: ケーブルをどれだけ強く引っ張ることができるか
光ファイバーケーブルは次のように設計されています。定格引張り張力– インストーラーが超えてはいけない値。
この 1 つの数字の背後には、ケーブル内のファイバーには少なくとも一定の強度があるという仮定があります。証拠-強度をテストする.
繊維がプルーフテストされていない場合、またはプルーフテストのレベルが低すぎる場合:{0}:
ケーブルは、外から見るとまだ機械的に強そうに見えるかもしれません (ジャケット、鋼線、FRP)。
ただし、コアの一部の繊維が壊れる可能性があります通常の取り付けテンションたとえケーブル全体が定格制限内であっても。
最低の実証テスト レベルを強制することで、メーカーは以下のことを保証します。{0}
の最も弱い繊維すでに壊れて拒否されましたケーブル配線前.
完成したケーブルは、コア内に隠れたファイバーの破損を引き起こすことなく、定格張力まで安全に引っ張ることができます。
言い換えると、プルーフ-テスト強度が内部安全マージンを設定します設置時のケーブルに。
2. 長期にわたるケーブルの信頼性と耐用年数-
光ファイバーケーブルは寿命のほとんどを次のような環境で過ごします。低いが継続的なひずみ:
スパンの自重、熱膨張/収縮、わずかなシースの収縮、設置時の残留張力など。
技術セクションでは次のように説明されています。
繊維の表面亀裂は、応力と湿気の下でゆっくりと成長します (静的疲労)。
亀裂の成長速度は応力強度と環境によって異なります。
完成したケーブルの場合、これは次のことを意味します。
ファイバーが大きな初期欠陥を持ってケーブルに入った場合（効果的な証明テストが行われていないため）、それらの欠陥は長年の運用中に増大する可能性があります。{0}}
最終的にはケーブルが損傷する可能性があります-サービスファイバーの破損中: シースと強度部材は無傷ですが、内部の 1 つ以上の繊維が切れています。
より高度でよく制御された-証拠-強度をテストするケーブルに入るファイバーの重大な欠陥のサイズと数を減らします。
結果として：
ケーブルは、温度、クリープ、またはシースの収縮による小さな追加の歪みに耐えることができます。
スパンの途中でファイバが自然に切断される確率は大幅に低下します。
したがって、プルーフテストは単に社内の工場要件ではなく、直接制御します。機械的寿命現場での光ファイバーケーブルの接続。
3. ケーブルの認定と規格への準拠
ケーブルが規格 (Telcordia、IEC など) に対して認定される場合、テスト プログラムには次のものが含まれます。
ケーブル引張試験: ケーブルを指定された張力まで引っ張り、光損失が増加することを確認します。
環境試験: 温度サイクル、水の浸透、圧壊、衝撃など。
これらのケーブル レベルのテストは、内部のファイバーがすでに定義された基準に合格していることを前提としています。{0}証明-テストのレベル.
証明テストが弱いか一貫性がない場合:{0}}
同じケーブル設計でも、リールごとに動作が大きく異なる場合があります。
ケーブルは実験室での型式テストに合格しても、大量生産や導入では予期しないファイバーの破損や大きな損失が発生する可能性があります。
メーカーは、プルーフテストの強度を指定して制御することで、{0}}ケーブルの機械的性能の再現性:
同じケーブル設計は、異なる製造バッチ間でも一貫して動作します。
お客様は、ケーブルの定格引張荷重がケーブル内の安全なファイバーの歪みに実際に対応していると信頼できます。
4. ケーブルコアの「隠れた強さ」を表すシンプルな数値
外側から見ると、2 本の光ファイバー ケーブルは、同じジャケット、同じ外装、同じコア数など、同一に見える場合があります。
内部では、それらは大きく異なる場合があります。
ケーブル A は{0}}テスト済みのファイバープルーフを使用しています0.69 GPa (100 kpsi)
ケーブル B はファイバープルーフを使用しています-1.0GPa以上
の証明-テストのレベルこの隠れた違いを簡単に理解する方法を示します。
より高い耐力-試験強度 → より強く、より疲労に強い繊維 →ケーブルの内部堅牢性が向上.
耐力-が低い → 強い引っ張り、きつい曲げ、長期的な応力に対する余裕が少なくなります。-
さまざまなサプライヤーの光ファイバー ケーブルを比較する場合、ファイバープルーフ テストの仕様を確認することが、ケーブル コアの真の機械的品質を判断する 1 つの方法です。{0}}
よくある質問
光ファイバーのプルーフテストは「光ファイバーケーブルのテスト方法」とどのように関係しますか?
*光ファイバー ケーブルのテスト方法*について話すとき、ほとんどの人は OTDR、挿入損失、またはエンドツーエンド リンク テストを思い浮かべます。{0}{1}光ファイバーの証明テストは、チェーンの初期段階、つまり裸ファイバーの段階で行われます。これは、どのファイバーをケーブルコアに入れるかを決定する機械的な選別ステップです。言い換えれば、プルーフテストは、フィールドテストが行われる前にケーブルの内部機械的マージンを決定する、光ファイバーケーブルテストの隠れた部分です。
プルーフテストに不合格になったファイバーはどうなりますか?まだケーブルの中に入ってますか？
いいえ。プルーフテストに不合格となったファイバーは、引張スクリーニング中に破損し、不合格となります。ファイバーのその部分は切り取られ、光ファイバー ケーブルには使用されません。全長にわたって指定された耐力試験ストレスに耐えたファイバーのみがケーブル配線に使用できます。-
光ファイバー ケーブルでは、証明テストのレベルが高いほど常に優れていますか?{0}?
耐力テストのレベルが高くなると、より多くの弱い繊維が除去され、一般にケーブル コアの機械的堅牢性が向上します。ただし、製造中にガラスにかかる応力も増加し、歩留まりが低下したり、コストが増加したりする可能性があります。実際には、各メーカーは次のような実証テスト レベルを選択します。-
- 関連する規格と顧客の仕様を満たしています
- 描画および証明試験装置の能力に一致します-
- 意図したケーブル用途に十分なマージンを提供します
したがって、「高ければ高いほど良い」は、安定した経済的な生産プロセスの範囲内でのみ当てはまります。
ファイバープルーフテストは、完成した光ファイバーケーブルの引張テストに代わるものですか?
いいえ。耐力試験とケーブル引張試験は異なる目的を果たします。
- プルーフテストでは、裸のファイバーの強度をチェックし、弱いガラスを選別します。
- ケーブル引張試験では、完成した **光ファイバー ケーブル**が張力下でどのように動作するかをチェックします。これには、強度部材、緩衝チューブ、ジャケット、終端の影響も含まれます。
ケーブルが信頼性の高い引張性能を発揮できるのは、両方の部分が適切に行われている場合のみです。つまり、適切に設計されたケーブル構造内に、強力で耐久性のあるテスト済みの繊維が{0}組み込まれているという{1}}ものです。
プルーフテストの強度は、光ファイバー ケーブルの最大引張張力にどのような影響を及ぼしますか?**
ケーブルの定格最大引っ張り張力は、内部のファイバーにかかる歪みが耐力試験で使用されるレベルを十分に下回るように選択されます。ファイバーの耐力試験強度が低いか一貫性がない場合、外部引っ張り張力が公開されているケーブル定格の範囲内であっても、ファイバーが破損する可能性があります。-ケーブル設計者は、適切に耐力試験が行われたファイバーを使用することで、ガラスに対して安全でありながら設置に実用的な引張り張力を定義できます。-
OTDR またはその他のフィールド テストでの証明テストの問題を確認できますか?{0}?
通常はできません。プルーフテストの失敗は工場で発生します。弱い繊維はプルーフテスト中に破損し、廃棄されます。現場に納品される完成した光ファイバー ケーブルには、すでに実証テストに合格したファイバーのみが含まれている必要があります。 OTDR と挿入損失の測定では、スプライス、コネクタ、マクロベンド、その他の現場の問題が表示されますが、プルーフ テスト プロセス自体は表示されません。-
ケーブル環境における応力と湿気は、耐試験強度にどのような影響を及ぼしますか?{0}}
プルーフテストの強度は、ファイバーの開始状態、つまり残っている亀裂の大きさと、製造直後のガラスの強度を定義します。-ファイバーがケーブル内に挿入されて設置されると、長期間にわたる応力や湿気への曝露により、亀裂がゆっくりと拡大する可能性があります (静的疲労)。-初期耐力-が高く、ケーブル設計がファイバーのひずみと水の浸入を制限している場合、亀裂の成長速度は低く抑えられ、ケーブル内のファイバーの耐用年数ははるかに長くなります。
マルチファイバー ケーブル内のすべてのファイバーは同じ耐強度を持っていますか?{0}
そうすべきです。管理された生産プロセスにおいて、ケーブル配線に使用されるすべてのファイバー リールは同じプルーフ テスト仕様に合格しています。-これにより、マルチファイバー ケーブル内のすべてのファイバーが同等の機械的強度と同様の疲労耐性を備えます。-ファイバ間のプルーフテスト強度に大きなばらつきがあると、現場での信頼性が不均一になり、ケーブルの動作が予測不能になる可能性があります。
光ファイバー ケーブルを選択する際に証明テスト情報が重要なのはなぜですか?{0}
それは、ケーブル コアの **隠れた機械的品質** について何かを物語っているからです。 2 本のケーブルは外側からは同じように見えますが、一方のケーブルに、より高度で適切に管理されたレベルでテストされた耐摩耗性ファイバーを使用すると、通常、強い引っ張り、きつい曲げ、長期の応力に対する耐性が向上します。-ファイバープルーフ-テスト仕様を確認すると、ジャケットの種類やファイバー数だけでなく、さまざまな光ファイバー ケーブルの内部堅牢性を比較する簡単な方法になります。