ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН

В настоящее время установлено, что срок службы оптических кабелей определяется, в основном, величиной натяжения волокон. Дело в том, что под действием нагрузки кварцевые волокна постепенно снижают свою прочность из-за роста трещин на их поверхности. Это явление, называемое статической усталостью стекла, объясняется совместным действием напряжения и молекул веществ (в первую очередь воды), попадающих в трещину и активирующих разрыв химических связей в её вершине. Для оценки срока службы волокна обычно используют выражение:

^{. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.1)}

где n ≅ 20…22 – параметр статической усталости волокна, ε_п – относительное удлинение волокна при его перемотке под нагрузкой, ε – относительное удлинение волокна в процессе эксплуатации, t_o – параметр имеющий размерность времени.

Из (4.1) видно, что если в процессе эксплуатации волокно удлинится до величины ε = ε_п, то его срок службы будет равен t_o. Типичное значение этого параметра, для волокна длиной 100 км, составляет сотые доли секунд, что несравненно много меньше номинального срока службы волокна (25 лет). Ситуацию спасает очень большая величина показателя степени в выражении (4.1): n = 20…22. Так для того, чтобы достичь срока службы в 25 лет необходимо, чтобы относительное удлинение волокна в процессе эксплуатации было всего лишь в 3 – 4 раза меньше относительного удлинения волокна в процессе его перемотки.

Для оценки срока службы волокна, из-за его сильной степенной зависимости от величины удлинения волокна, по существу, необходимо знать только три параметра: ε, ε_п и n. Значения относительного удлинения волокна при его перемотке под нагрузкой ε_п и параметра статической усталости n обычно приводятся в спецификациях на волокно. Величину же относительного удлинения волокна ε необходимо каким-то образом контролировать в процессе его эксплуатации. В настоящее время величину натяжения волокон в уложенном в линию кабеле удается измерить только с помощью бриллюэновского рефлектометра (BOTDR – Brfflouin Optical Time Domain Reflectometer).

В этой главе мы обсудим факторы, влияющие на прочность и долговечность кварцевых волокон, и методы бриллюэновской рефлектометрии позволяющие находить распределение натяжения вдоль волокна.