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光纤光缆工艺技术:拉伸性能介绍

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:拉伸性能检测是非破环性试验。对于电力光缆或其他重型铠装光缆等,因荷载较大,图9.5.1所示装置基本不能满足检测要求,一般采用卧式拉力机的方式,如图9.5.2所示。大拉力光缆的拉伸试验,应采用卧式拉力机。图9.5.3光缆受拉伸时光纤和光缆的应变曲线理论上,从试验可以推导出光缆中光纤的“净余长”,即套管中的光纤余长和成缆产生的余长叠加后,其相对于光缆而言富余的光纤长度。

光纤光缆工艺技术:拉伸性能介绍

拉伸性能检测是非破环性试验。通过施加小于光缆允许的最大拉伸荷载,测量在此情况下光缆中光纤的衰减变化、光纤的应变和/或光缆的应变情况。通过试验可以提供光缆安装时的最大允许拉力和光缆应变限量。为取得足够的测试精度,整个受试段光缆长度总和应不小于200m。

一般试验装置如图9.5.1所示。

对于电力光缆或其他重型铠装光缆(水下光缆)等,因荷载较大,图9.5.1所示装置基本不能满足检测要求,一般采用卧式拉力机的方式,如图9.5.2所示。

不管哪一种装置,在做拉力试验时,夹持装置应抓住光缆,使光缆无实质性滑移,且不会影响试验结果。对于层绞式光缆,夹持住除光纤以外的各元构件,就足以用于测量拉伸性能,例如衰减变化、光纤应变、光缆应变和最大允许拉力。但是,对于中心管式光缆,可能需要注意防止光纤纵向滑移,以便得到正确的光纤应变。

大拉力光缆的拉伸试验,应采用卧式拉力机。如电力光缆,应采用预绞式金具夹持光缆两端;对其他的重铠光缆,可以采用预绞式金具,也可以采用牵引网套夹持住光缆的两端。

图9.5.1 光缆拉伸测量装置示意图

图9.5.2 大拉力光缆拉伸试验装置(卧式拉力机)示意图

对于“8”字形自承式架空光缆(Figure 8光缆),原则上也应采用卧式拉力机进行检测,并采用施工所用的专用夹具,通过夹持悬吊线进行拉伸试验,而不建议采用通信光缆圆盘固定的方式,以与线路的实际安装方式接近。

拉力装置以规定的拉伸速率在规定的拉力范围内提供平稳的拉伸负载,同时实时监测光纤的衰减、光纤的应变及光缆的伸长量。光纤拉伸应变基本采用相移法进行监测,其精度要求优于0.01%,而光缆拉伸应变可采用机械方法或传感器方法进行监测,精度(或不确定度)优于0.05%。

拉伸力应连续地增加到各缆型所规定的力值,例如长期允许拉伸力和短暂允许拉伸力,并保持至少1分钟,然后逐渐卸去负载。当客户有要求时,在最终卸载5分钟后,测量衰减变化、光纤应变和(或)光缆应变的残余值。

根据标准要求,在长期允许拉力下,光纤应无明显的附加衰减和应变,短暂拉力下光纤附加衰减和应变应不大于各缆型的规定值。在拉力去除后,光纤应无明显的残余附加衰减和应变,光缆的残余应变允许值根据缆型确定,光缆护套应无目力可见的开裂。

一般地,对于12芯以下光缆,应监测全部光纤,对于12芯及以上光缆,应监测至少12根光纤。被监测的光纤应考虑具有广泛性和代表性,如来自于不同的套管、不同颜色的光纤。

拉力试验应变曲线如图9.5.3所示。横坐标为荷载(力值),纵坐标为应变值(伸长率),以百分比表示。对松套光缆来说,因有光纤余长,光纤的应变值远小于光缆的应变值。图中光纤应变曲线平缓变动部分,也就是曲线还没有抬头的部分就是光缆受力拉伸时,正“吃掉”光纤的余长,一旦余长消耗完,其受力时,应变直线上升,光纤开始受力。(www.xing528.com)

图9.5.3 光缆受拉伸时光纤和光缆的应变曲线

理论上,从试验可以推导出光缆中光纤的“净余长”,即套管中的光纤余长和成缆产生的余长叠加后,其相对于光缆而言富余的光纤长度。该参数对光缆的可用性具有指导作用。如果施工中施加在光缆上的负荷或架设后可能产生的负荷超过“吃掉”净余长的荷载时,光纤损耗将会增大,光纤受力拉伸,影响光纤的寿命。

光缆应变和光纤应变差值就相当于光纤的“净余长”。但实际上,拉伸试验时光纤应变斜率与光缆应变斜率不一定相同,无法准确计算该值,至少在受力的初始阶段会这样。这是因为试验时受力时间短,而光纤应变斜率受材料和结构的影响,如油膏粘滞性,光缆材料的延展性等,其与光缆应变斜率不一定相同。但随力值的加大,时间的持续,二者的斜率将会一致。

很多光缆的工艺结构设计需要进行拉伸试验来验证光纤余长,同时也检验应力是否满足要求。即使在日常生产过程中,也会因设备、人、材料、环境等的变化导致工艺的不稳定,需要经常抽查光缆的拉伸性能。最佳的光缆应力应变设计就是考虑光缆的安全系数,在短期应力和长期应力下光纤应变在标准范围内变化,且衰减满足要求。

下面就拉伸试验过程中出现的一些异常情况,结合生产和工艺设计进行分析。

(1)光纤应变在拉伸期间没有大的变化。拉伸试验时,光缆应变直线增加,而光纤应变变化很小,甚至接近设计的短期拉力时,光纤应变仍然很小。这可能是以下两方面的原因造成的。

·光纤余长大。为验证该判断,需看常温下OTDR测试时1550nm波长衰减是否正常,如果1550nm衰减超出指标,那么余长是过大了。同时结合光缆的高低温试验,高温时衰减能恢复一部分,而低温时更严重,就更佐证余长设计过量了。

·光缆抗拉元件设计保守,外力不足以让光纤产生应变。从使用来说,肯定是好,但存在设计过度,造成不必要的材料浪费,比如加强件太粗,或辅助加强构件太多(如玻纤或芳纶纱)。

(2)光纤应变在加负荷时即发生变化,或说光纤随光缆伸长而同步伸长。这种情况与前一个问题恰好相反,光纤没有余长或没有设计余量。骨架式光缆或紧套光纤结构,一般都出现这样的情况。对余长较小,甚至负余长的光缆,通过OTDR 1310nm波长测试,衰减都会增大。

(3)部分光纤的应变快速变化,甚至超标。对松套层绞式光缆,主要是多根套管的余长不一致,这可能是在不同的生产线生产或套管间不同的工艺参数造成的,也可能是各套管放线张力不一致造成。中心管式光缆,一般是光纤放线张力不一致。骨架式光缆,则可能是各槽间的放线张力不一致,或槽内空间不同。

(4)个别光纤应变曲线跳跃,后恢复至常态。一般是由于试验时光缆局部受力不均,光纤局部受短暂挤压,随着负荷的增大,光纤解脱束缚,恢复到正常状态。有时也会因光缆端头固定不牢,试验过程中光缆弹跳,后恢复常态。

(5)卸载后存在残余应变。主要是光缆受拉后产生了一定的塑性变形,或光纤余长太小,短时间内还不能恢复到正常状态。

(6)OPGW、ADSS光缆等电力光缆拉伸情况参见本书第5章电力通信光缆部分。

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