孫陽(yáng)

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，各種基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目也在快速發(fā)展著，比如說(shuō)一些市政、管道的工程。這些工程雖然能給城市的發(fā)展帶來(lái)好處，但也給直埋的電纜帶來(lái)了一定的威脅，特別是對(duì)公路建設(shè)方面。本文從重力機(jī)械性能的定義出發(fā)，講述了重力機(jī)械性能對(duì)光纜產(chǎn)品研發(fā)的影響測(cè)試，比如說(shuō)：拉伸、壓扁、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)等外力作用方式的影響。之后闡述了進(jìn)行這些測(cè)試原理，即光纖衰減、光纖應(yīng)變、光纜應(yīng)變、光纖色散等。從多個(gè)角度全面、深入的介紹了重力機(jī)械對(duì)光纜產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的影響。

【關(guān)鍵詞】重力機(jī)械；光纜產(chǎn)品；研發(fā)；生產(chǎn)

電力通信的快速發(fā)展，使得越來(lái)越多的光纜產(chǎn)品被應(yīng)用在電力線路中。目前，國(guó)內(nèi)較為常用的是全介質(zhì)自承式光纜、光纖復(fù)合架空地線光纜。強(qiáng)電場(chǎng)合，比如說(shuō)電力和鐵路通信系統(tǒng)，或者是跨越復(fù)雜地形、大江大河等大跨距場(chǎng)合時(shí)，主要使用的是全介質(zhì)自承式電纜。光纖復(fù)合地線是在電力輸送地線中包含供通信用的光纖單元。它是通過(guò)復(fù)合在地線中的光纖來(lái)傳遞信息，也是作為輸電線路的防雷線，保護(hù)輸電導(dǎo)線免遭雷電襲擊。這兩種電纜都是利用電力桿路來(lái)架設(shè)的，需要光纜能實(shí)現(xiàn)耐腐蝕、大跨度。因此，對(duì)這種光纖的機(jī)械性能測(cè)試是非常重要的。

1.重力機(jī)械性能

光纜無(wú)論在制造、運(yùn)輸、施工，還是在使用的過(guò)程中，都會(huì)受到各種各樣、不同程度的外機(jī)械力的作用，使得其傳輸?shù)男阅?、使用壽命?huì)發(fā)生變化。這些外力的作用狀態(tài)大致有：壓扁、拉伸、振動(dòng)、彎曲、扭轉(zhuǎn)等幾種常見方式。

根據(jù)實(shí)際的鋪設(shè)、維修等使用情況以及實(shí)際環(huán)境條件的限制，需要對(duì)光纜的機(jī)械性能做出一定的要求。如果在使用過(guò)程中，光纜受到的張力很大，當(dāng)超過(guò)了自身的極限值時(shí)，光纜很有可能會(huì)失去原有的功能，甚至是出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。在光纖的安裝或者維修過(guò)程中，光纜還會(huì)在外力的作用下，加上光纜自身的脆性，使得光纖受損，影響其的功能發(fā)揮。

2.重力機(jī)械性能對(duì)光纜產(chǎn)品研發(fā)的影響測(cè)試

2.1壓扁

鑒定光纜的抗壓性能是壓扁試驗(yàn)的主要目的。試驗(yàn)期間光纜內(nèi)的光纖不被破壞，且應(yīng)該保證衰減變化的數(shù)值在合理的范圍內(nèi)。壓扁試驗(yàn)的程序是：將試驗(yàn)樣品放置于水平的鋼制基板和可移動(dòng)的鋼制平板之間，利用重型工具在不同的負(fù)荷量下對(duì)其進(jìn)行擠壓。施加的負(fù)荷是在三個(gè)不同的區(qū)域上，持續(xù)時(shí)間超過(guò)1min，間隔超過(guò)500s，在擠壓5min后測(cè)試衰減變化。

2.2拉伸

在光纜的一定拉伸范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)出性能衰減和和光纖應(yīng)變?cè)诠饫|上的負(fù)載的函數(shù)關(guān)系，叫做拉伸試驗(yàn)。這是一種非破壞性的試驗(yàn)。具體的步驟如下：在拉伸裝置的兩端，固定和夾持試驗(yàn)光纜，防止光纜中的元件發(fā)生縱向滑動(dòng)；然后將試驗(yàn)光纖和光學(xué)監(jiān)測(cè)裝置連接起來(lái)，完成安裝。接下來(lái)，按照5mm/min-10mm/min的拉伸速度，連續(xù)不間斷的拉伸光纖的負(fù)荷至一定的標(biāo)準(zhǔn)值，并在此保持1min以上時(shí)間，每次都記錄下相應(yīng)拉伸負(fù)荷下的衰減變化和光纖應(yīng)變數(shù)據(jù)。最后，將所有的數(shù)據(jù)計(jì)算、繪制出拉伸負(fù)荷和衰減變化、光纖應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系，分析光纜的機(jī)械性能。

2.3反復(fù)彎曲

測(cè)定光纜抗反復(fù)彎曲性能是此試驗(yàn)的主要目的。能夠測(cè)定出光纜的物理?yè)p傷或者試驗(yàn)樣品的衰減增加是此試驗(yàn)的結(jié)論要求。具體程序如下：光纜試驗(yàn)樣品一定要按照規(guī)定截取長(zhǎng)度，然后將其固定在特定的試驗(yàn)裝置上。試驗(yàn)樣品從垂直的位置彎曲到右側(cè)的極限位置，2秒之后將樣品彎曲到左側(cè)的極限位置，之后再返回到初始位置，形成一次循環(huán)的、反復(fù)彎曲的過(guò)程。彎曲的變化速度應(yīng)該維持在2秒一次的循環(huán)時(shí)間內(nèi)，按照試驗(yàn)的規(guī)定要求，對(duì)彎曲的角度、循環(huán)的次數(shù)、重物的質(zhì)量和彎曲的半徑進(jìn)行特定規(guī)劃。每一次循環(huán)后都需要記錄下當(dāng)時(shí)的光纜性能是否變化，變化值是多少等數(shù)據(jù)。

2.4扭轉(zhuǎn)

測(cè)定光纜的抗扭轉(zhuǎn)性能需要對(duì)光纜進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)要求在合理的、有效的范圍內(nèi)，測(cè)出樣品的物理?yè)p傷或者是衰減的增加值。將按照規(guī)定截取有效長(zhǎng)度的光纜試驗(yàn)樣品，然后在試驗(yàn)裝置的固定夾頭一端夾持住光纜樣品，另一端則通過(guò)連接器或者其他端接件固定在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的夾頭上。按照規(guī)定的要求，讓處于起始位置的光纜進(jìn)行一定時(shí)間的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后再在同樣的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，最后回到起始位置。這個(gè)完整的過(guò)程就是一個(gè)循環(huán)周期。

3.測(cè)試原理

3.1光纖衰減

光纖的衰弱是指光電信號(hào)沿著光纖傳輸時(shí)，光功率的損耗。衰減表明了光纖對(duì)光能的傳輸損耗，是光纖的一個(gè)重要參數(shù)。光纖衰減的重要作用主要體現(xiàn)在對(duì)光纖質(zhì)量的評(píng)定和和對(duì)光通信系統(tǒng)的中繼距離的確定。光纖傳輸特性的主要參數(shù)就是指光纖在其工作波長(zhǎng)下的衰減系數(shù)。截?cái)喾ā⒉迦敕?、后向散射法是用于測(cè)量光纖損耗的三種主要方法。

3.2光纖應(yīng)變

光纖應(yīng)變的定義是指光纖在受到外力拉伸的時(shí)候，單位長(zhǎng)度的光纖所發(fā)生的伸長(zhǎng)量變化。光纖的伸長(zhǎng)量并不能用具體的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)樗潜话菰诠饫|之中的。因此，只能變相的采用測(cè)量光纖傳輸中的正弦調(diào)制光信號(hào)的變化值的方法，進(jìn)一步算出光纖長(zhǎng)度的變化。

3.3光纜應(yīng)變

光纜應(yīng)變的測(cè)量，在拉伸試驗(yàn)中，是在水平部分的試驗(yàn)光纜樣品外護(hù)套上進(jìn)行的，可以直觀的測(cè)量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)裝置中的兩個(gè)輪式位移光柵傳感器可以通過(guò)調(diào)節(jié)支架對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行固定，儀表部分主要是處理傳感器輸送過(guò)來(lái)的信號(hào)，轉(zhuǎn)換后送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理或繪制成應(yīng)變測(cè)試圖像。

3.4光纖色散

光纖中傳輸?shù)男盘?hào)是由不同頻率、不同信號(hào)能量的模式成分組成的。因?yàn)樗俣鹊牟煌a(chǎn)生不同速度的傳輸信號(hào)，導(dǎo)致在信號(hào)傳輸過(guò)程中的波形失真現(xiàn)象。這種脈沖展寬的物理現(xiàn)象叫做色散。測(cè)試的過(guò)程可以通過(guò)測(cè)量同一正弦調(diào)制信號(hào)在不同波長(zhǎng)下的相移得出群延時(shí)和波長(zhǎng)的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出色散系數(shù)。

4.結(jié)論

重量輕、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、不容易受電磁干擾等是光纖通信的有點(diǎn)，也是其被廣泛應(yīng)用的主要原因。目前，國(guó)內(nèi)通信行業(yè)的主干線路，基本上采用的都是光纖運(yùn)輸。光纖的運(yùn)用也能夠滿足電力部門對(duì)通信的需求。對(duì)于這些可能會(huì)對(duì)光纜產(chǎn)品造成影響的重力機(jī)械，應(yīng)該深入的研究，并制定出相應(yīng)的措施來(lái)防御。而且因?yàn)楣饫w自身的特殊屬性，對(duì)架設(shè)的條件、光纜的機(jī)械性能都有一些更高的要求。因此，準(zhǔn)確、快速的對(duì)光纜性能進(jìn)行測(cè)試，并采取措施改善并運(yùn)用，是光纜行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。這也對(duì)光纜的研發(fā)和生產(chǎn)提出了更高的要求。 [科]

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