автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование влияния предельных характеристик современных типов оптических волокон на эксплуатационный ресурс оптических кабелей различного назначения

На правах рукописи

ИСХАКОВ Дмитрий Рашитович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РЕСУРС ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность: 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

10 ОКТ 2013

Москва 2013 г.

005534675

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой «Инновационные технологии в приборостроении, микро- и оптоэлектронике» МГУПИ КОНДРАТЕНКО Владимир Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

МГТУ им. Н.Э.Баумана КОВАЛЁВ Виктор Григорьевич

Кандидат технических наук, Зам. генерального директора «Научно-производственное предприятие «Старлинк», ООО СМИРНОВ Юрий Владимирович

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное

предприятие «Центральный научно-исследовательский институт связи» ЦНИИС

Защита состоится «29» октября 2013 года в зале Советов в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д212.119.01 при Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПИ.

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, 20, Ученый Совет.

Автореферат разослан «27» сентября 2013 года.

Учёный секретарь диссертационного Совета, д.т.н., профессор

£

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отечественные оптические кабели изготавливаются более 30 лет. Несмотря на большое разнообразие уже разработанных конструкций оптических кабелей (ОК), количество вновь проектируемых не уменьшается. Это связано с непрерывным изменением требований, расширением областей применения и способов монтажа, появлением новых материалов для производства и возрастающим спросом на оптические кабели.

Например, одна из лидирующих компаний «Интегра-Кабель» занимающаяся производством и поставкой оптического кабеля более 10 лет, имеет не менее 500 освоенных в производстве конструкций ОК различного назначения. Реагируя на поступающие запросы клиентов, в компании продолжают заниматься конструированием ОК. В результате база освоенных в производстве конструкций ежегодно пополняется не менее чем 50-60-ю новыми. Сказанное выше иллюстрирует не сокращающуюся необходимость решения задачи проектирования оптических кабелей.

Целью проектирования ОК, в конечном счёте, является сохранение передаточных характеристик оптического волокна (ОВ) при заданных величинах внешних воздействий, возникающих на протяжении всего жизненного цикла. Основная задача расчёта конструкции ОК связана с необходимостью учёта взаимодействия входящих в её состав элементов и их влияния на оптическое волокно, в результате внешних воздействий.

На современном этапе, когда время становится решающим «бизнес фактором», изготовители вынуждены прибегнуть к методам проектирования, позволяющим максимально быстро принимать необходимые решения. Автоматизация процесса выполнения расчётных процедур, несмотря на очевидные преимущества, не позволяет просто распространить отработанные подходы проектирования на новые, динамично развивающиеся области применения ОК. Например, появление нового типа оптических волокон стандарта ITU-T G.657 с уменьшенной чувствительностью к изгибам, заставляет полностью пересмотреть параметры существующих конструкций оптических кабелей.

Поэтому, в настоящее время сложилась практика проектирования («от достигнутого»), суть которой сводится к определению ближайшего аналога из перечня освоенных конструкций оптического кабеля и внесению небольших (необходимых) изменений в уже установленные параметры. Существующую практику нельзя считать удовлетворительной. Внесение изменений в ближайший аналог не позволяет держать под контролем момент перехода характеристик конструкции оптического кабеля (находящихся в прямой зависимости от состояния каналообразующего элемента) в «недопустимую» область. Вторичное внесение изменений в конструкцию, уже однажды модернизированную (и добавленную в перечень освоенных конструкций) усугубляет ситуацию. Существует и еще один существенный недостаток: проектирование «от достигнутого», по сути, заключается в копировании

известного образца и не позволяет разрабатывать принципиально новые типы конструкций кабелей, обрекая изготовителя на нарастающее отставание.

Из выше сказанного следует необходимость разработки метода проектирования ОК позволяющего обеспечить учёт постоянного развития способов монтажа и новых областей применения, а, следовательно, предъявлению к кабелям все новых и новых требований. Для возможности подтверждения соответствия проектируемой продукции необходимо предусмотреть возможность расширения стандартных методик испытаний и обратной связи с практикой применения готовых разработанных конструкций, с анализом отзывов потребителей.

Целью работы является разработка оптимального метода проектирования на основе исследования влияния предельных характеристик современных типов оптических волокон на эксплуатационный ресурс оптических кабелей различного назначения.

Для достижения поставленной цели необходимо последовательно решить следующие задачи:

1. Провести исследование и анализ методов проектирования ОК, основанных на автоматизированных расчётных процедурах с целью определения основных ограничений метода.

2. Провести исследование и анализ проектирования ОК, основанного на вариации параметров ближайшего аналога. Выявить и обосновать недостатки метода.

3. Разработать последовательный алгоритм расчёта различных типов ОК, эффективно сочетающий элементы автоматизации расчётных процедур и проектирования «от достигнутого», содержащий непрерывно пополняемую базу данных.

4. Обеспечить возможность улучшения качества проектирования за счёт пополнения базы данных опытом эксплуатации ОК и результатами испытаний, в том числе натурных.

5. Применить разработанный метод расчёта и алгоритм конструирования для проектирования продукции, содержащей новые, не привязанные к стереотипам, связи элементов конструкции.

Методы исследования. Использованные в настоящей работе методы включают рефлектометрические измерения коэффициента затухания ОВ, измерения удлинения волоконных световодов в оптических кабелях с помощью прибора регистрации фазового сдвига при проведении механических и температурных испытаний на специально созданных установках в соответствии с общепринятыми методиками испытаний Международной электротехнической комиссии. Исследование оптических кабелей воздушной прокладки проводилось на специально разработанной установке натурных испытаний.

Решение всех задач выполнено с применением современной вычислительной техники.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- Предложен метод проектирования, позволяющий гарантировать соответствие параметров конструкций в условиях жёстких временных рамок.

- Разработан алгоритм конструирования, основанный на исследовании механических свойств и передаточных характеристик ОВ и воздействиях на него в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации ОК.

Сконструирован специальный автоматизированный стенд натурных испытаний воздушных ОК, отслеживающий состояние, в реальных условиях эксплуатации.

- Создан метод проектирования, позволяющий на основе сопоставительного анализа функций элементов конструкций, новейших разработок ОВ, комплектующих и материалов, разрабатывать новые оригинальные решения рассмотренные в работе.

Практическая значимость:

- разработанный метод конструирования позволяет осуществлять расчёт конструкций ОК с заданным набором параметров в условиях ограниченного времени на проектирование;

- разработанный метод позволяет провести оптимизацию параметров (массогабаритных характеристик) и контроль качества уже освоенных конструкций;

- на основе применения метода разработаны, запатентованы и внедрены конструкции оптических кабелей, обладающие улучшенными, по сравнению с существующими аналогами, функциональными характеристиками.

Реализация и внедрение результатов работы.

Предложенный метод проектирования нашел практическое применение и внедрен на ряде производств:

ООО «Сибирь-Кабель» (Новосибирская область, г. Бердск)

- ИООО «СОЮЗ-КАБЕЛЬ» (республика Беларусь, г. Витебск)

ООО «Интегра Кабельные Системы» (г. Москва)

Технико-экономическая эффективность нового подхода к проектированию предопределила многолетнюю успешную работу заводов изготовителей. Отсутствие рекламаций по качеству изготовленного оптического кабеля также является результатом внедрения предложенной системы проектирования.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- 6-ом семинаре, «Волоконно-кабельные технологии в транспортных телекоммуникационных сетях. Тенденции и перспективы» (ВОЛС-2011) 16 ноября 2011 г., Москва;

научной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук» 01 июня 2012 г. МГУ ПИ, г. Москва;

- семинарах УЦ ССД по «Технологии строительства и монтажа ЛКС ВОЛП», 2010-2012 гг., Москва;

- образцы продукции демонстрировались на Международных выставках «Связь-Экспокомм» - 2010-2012 гг.

Личный вклад автора. Личное участие автора диссертации охватывает весь спектр исследований представленный в работе. Автором выполнен основной объем исследований, разработок, проведен анализ полученных результатов, сформулированы основные положения диссертации, составляющие её новизну и практическую значимость. Личный творческий вклад Исхакова Д.Р. оценен 70% вкладом в публикациях с соавторством.

Большое влияние на формирование концепции исследований оказал к.т.н. Б.В. Авдеев. Автор искренне благодарен Б.В. Авдееву за постоянное внимание и поддержку.

Положения, выносимые на защиту:

1. Расчёт и алгоритм конструирования оптических кабелей различного назначения с использованием элементов автоматизации и использования накопленного опыта (базы данных).

2. Методика расчёта и оптимизации конструкций подвесных и самонесущих оптических кабелей на основе накопления и анализа результатов испытаний, в том числе с применением специальной автоматизированной метрологической базы для длительных натурных испытаний подвесных оптических кабелей и аксессуаров.

3. Новая оригинальная конструкция самонесущего оптического кабеля, учитывающая особенности монтажа воздушных ОК.

4. Разработанная арматура для подвесных оптических кабелей, сочетающая в себе функции устройства крепления оптического кабеля и одновременно служащая для размещения строительного запаса.

5. Конструкции перспективных внугриобъектовых оптических кабелей для вертикальной и горизонтальной прокладки, содержащие защитную оболочку сложной формы для упрощения процесса монтажа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждается публикациями в научных изданиях, а также положительными результатами испытаний образцов и продукции. Кроме того, достоверность подтверждается отсутствием претензий

по качеству проектирования и успешной эксплуатации ОК на сетях операторов связи в течении достаточно долгого времени.

Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 10 публикациях, в том числе, 4 патентах на полезную модель, 1 статье в реферируемом журнале, 3 статьях, опубликованных в научно-технических журналах, 2 опубликованных тезисах докладов на научно технических семинарах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 120 страниц текста 30 рисунков и 20 таблиц и графиков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы по исследованию влияния предельных характеристик современных типов оптических волокон на эксплуатационный ресурс оптических кабелей различного назначения. Сформулирована цель и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту, подчеркнута научная новизна и практическая значимость работы. Представлены сведения об апробации и о реализации результатов работы.

В первой главе проанализированы основные характеристики современных видов оптических волокон, определяющие их применимость в качестве каналообразующего элемента в различных типах кабельных конструкций в условиях предельных механических и температурных воздействий в соответствии с «Правилами применения оптических кабелей связи, пассивных оптических устройств и устройств для сварки оптических волокон», утверждённых Приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации «19» апреля 2006 г. В указанном документе оптические кабели связи подразделяются на кабели наружной прокладки (для прокладки вне зданий и сооружений), внутренней прокладки (для прокладки внутри зданий и сооружений). В зависимости от области применения, оптические кабели наружной прокладки подразделяются на подземные (для прокладки в трубах, кабельной канализации или грунтах), воздушной прокладки (подвесные, самонесущие), подводные. Правила определяют, в частности, порядок применения оптических кабелей в сети связи общего пользования, в технологических сетях связи и сетях связи специального назначения, в случае их присоединения к сети связи общего пользования и устанавливают требования к их техническим характеристикам, требования к устойчивости от внешних воздействий, требования к надежности. Основные механические характеристики ОК в зависимости от области применения приведены в таблице 1.

Основные механические характеристики ОК. Таблица 1.

Назначение OK (по условиям прокладки) Усилие растяж., не менее, кН Усилие раздавл., не менее, кН/100 мм Энергия удара, не менее, Дж Температура окружающей среды, °С

пониже повышен иная ная

Подземные

для прокладки в защитных пластмассовых трубах (в т.ч. методом пневмопрокладки) 1,0 3 5 минус 40 50

для прокладки в кабельной канализации, а также в туннелях и коллекторах 1,5 3 5

для прокладки по мостам и эстакадам 2,5 3 5 минус 50 50

для прокладки в асфальтовом или бетонном покрытой дорог 1,5 4 3 минус 40 70

для прокладки в грунты 1-3 групп 2,5 4 10 минус 40 50

для прокладки в грунты 4-5 групп 7 7 10

для прокладки в болота глубиной до 2 м 7 4 10

для прокладки в скальные грунты и грунты, подверженные мерзлотным деформациям, болота глубиной более 2 м 20 10 20

Подвесные

навивные, присоединяемые и прикрепляемые 1,0 3 5 минус 60 70

для подвески между зданиями, на опорах В/1 С, опорах контактной сети и автоблокировки электрифицированных ж/д, на опорах ЛЭП 3,0 3 5

Внутсенней прокладки

- внутри зданий и сооружений, - монтажные (в кроссовом оборудовании) 1,0 0,05 2 0,5 3 1 минус 10 50

В разделе определено главное назначение кабельной конструкции как средства сохранения свойств передающей среды в процессе её изготовления, тестирования, транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации.

Уже на ранних этапах проектирования оптических кабелей было обосновано применение избыточной длины оптического волокна в сердечнике оптического кабеля в качестве основного средства обеспечения минимизации внешних воздействий на каналообразующий элемент. Этот подход потребовал большого объёма расчётов. Каждый разработанный вариант конструкции требовал испытаний опытного образца с подробным исследованием его свойств и проверкой соответствия установленным требованиям. При проектировании все новых и новых вариантов конструкций, и необходимости множество раз повторять одни и те же расчёты, возникла естественная необходимость эти расчёты максимально автоматизировать.

Однако, в конечном счёте, по мере накопления разработанных вариантов конструкций и занесения результатов уже произведённых расчётов в базу данных, сама база достигла такого достаточного объема, при котором необходимость в новых расчётах практически отпала. Целесообразнее стало не ускорять расчётные процедуры, а обращаться к уже готовым результатам. Процесс разработки получил своё дальнейшее продолжение - проектирование на основе полностью готовых результатов. Поскольку при таком подходе

осуществлялись относительно небольшие модификации параметров уже разработанной конструкции, исключался процесс подтверждения параметров испытаниями. В результате, уйдя от необходимости проведения расчётов, а следственно от математической модели, постепенно была потеряна связь с параметрами каналообразующего элемента. Кабели, рассчитанные с некоторым запасом прочности, могли допустить такой подход к решению задачи, до определённого этапа. В какой-то момент такая ускоренная процедура начала давать сбой. Отказ от анализа математической модели, а, следовательно, возможность непрогнозируемого выхода параметров за границы дозволенного, при проектировании «от достигнутого» результата привела многих разработчиков к ряду крупных ошибок. В главе приведены примеры таких случаев.

В разделе поставлена задача разработки подхода к проектированию ОК на основе исследования и анализа существующей практики, оптимального, максимально эффективного по скорости и по качеству, учитывающего изменения и новые свойства материалов, в особенности оптических волокон. Поставлена задача расширения области применения разработанного метода для случаев отсутствия ближайшего аналога, в условиях ограниченного времени на проектирование [11].

На основе проведённого анализа методов проектирования и выявленных недостатков, был предложен метод проектирования основанный на анализе свойств ОВ и их взаимосвязей с элементами конструкции ОК. Для этого, прежде всего, потребовалось вернуть в процесс проектирования анализ математической модели работы конструкции. В обязательном порядке сохранить процедуру испытаний опытного образца для подтверждения соответствия параметров кабеля и возможности пополнения базы данных. С учётом развития способов монтажа, новых областей применения, новых требований, поставлена задача расширения стандартных методик испытаний и обратной связи с практикой применения разработанных конструкций [8]. Имея ввиду, что не все процедуры конструирования формализуются, порядок расчёта может быть дополнен базой знаний с элементами логического выбора.

Во второй главе, посвященной разработке алгоритма конструирования, прежде всего, рассмотрен вопрос о корректности постановки задачи проектирования ОК. Исходные данные для разработки конструкции оптического кабеля могут содержаться в запросе потребителя или в условиях на участие в конкурсе на поставку (тендере). Реже, инициатива новой разработки принадлежит руководству или собственно разработчику. Практически всегда, число определяемых параметров не соответствует числу заданных в проектном задании. При недостатке входных данных для проектирования мы получаем огромное количество возможных вариантов решений и в последующем сталкиваемся с необходимостью выбора, часто не связанного с заданием проекта. В другом случае, проектное задание содержит избыточное количество требований, не связанных с процессом конструирования. Известны примеры, когда заказчик настаивает на соблюдении параметров, в принципе, не достижимых или содержащих внутреннее противоречие.

В разделе определено, что именно от содержания исходных данных зависит возможность дальнейшего проектирования ОК. Входные данные требуют глубокого анализа и корректировки проектного задания. С помощью анализа входных данных, уже до начала разработки конструкции, осуществляется отбор не реализуемых вариантов или значительно уменьшается поле возможных решений. Следовательно, анализ исходных данных обоснованно введён в начало процесса, в обязательном порядке.

Переходя, непосредственно, к разработке конструкции, в первую очередь, необходимо восстановить связь с параметрами каналообразующего элемента, но уже не через возврат к расчётам по готовой модели, а через введение обязательного функционального анализа взаимодействия элементов кабельной конструкции, позволяющего модифицировать саму модель.

Задавшись величиной максимального прилагаемого к кабелю статического растягивающего усилия, при максимальном значении рабочей температуры, установим верхнюю границу растяжения ОК. При этом в сердечнике конструкции кабеля необходимо обеспечить возможность растяжения оптических волокон, не более заданного изготовителем значения (0,2 %).

Это значение предельно допустимого удлинения волокон устанавливается из условия статистически прогнозируемого срока службы для конкретного типа оптических волокон, подвергнутых, как это следует из спецификации на оптическое волокно, однократной перемотке при заданной нагрузке (рис. 1). Здесь, стоит оценить и риски выхода из строя ОК по причине обрыва ОВ вследствие удлинения, напрямую зависящие от количества и длины оптических волокон в строительной длине кабеля.

Допустимое приложенное натяжение. МРа

[■л НЮ ЭОС *СС 500 600

Допустимое приложенное натяжение, крв)

Рис. 1 Зависимость приложенной нагрузки и срока службы ОВ от усилия натяжения при перемотке ОВ.

При уменьшении приложенной к кабелю растягивающей нагрузки, можно установить её значение, при котором величина растяжения оптических волокон становится равной нулю. При дальнейшем уменьшении нагрузки до нуля и

охлаждении кабеля до минимально допустимого значения рабочей температуры, избыточная длина оптических волокон (по отношению к длине кабеля) достигает максимально допустимого значения. Оптические волокна подвергаются предельно допустимому изгибу. При пересечении порога минимального радиуса изгиба оптические волокна начинают проявлять потери на рассеяние оптического излучения. Величина деформации оптического волокна (радиуса изгиба) при охлаждении кабеля задаётся геометрическими параметрами элементов конструкции сердечника, в частности, внутренним диаметром оптического модуля, параметрами повива оптических модулей, характеристиками применяемых материалов, в первую очередь температурным коэффициентом удлинения центрального элемента.

Задавшись характеристиками применяемого оптического волокна и требованиями, предъявляемыми к проектируемому оптическому кабелю по предельно допустимым значениям механических и температурных воздействий, можно рассчитать конструкцию с минимальными весогабаритными параметрами, а, следовательно, с минимальной материалоёмкостью и стоимостью.

Например, в кабельных конструкциях содержащих силовые элементы в виде стальных проволок, практически всегда, завышена, заданная заказчиком, необходимая стойкость к растягивающему усилию. Таковы свойства самой конструкции. С помощью анализа легко прийти к однозначному ответу: бронированные кабельные конструкции, рассчитанные на небольшие предельные растягивающие нагрузки, нужно изготавливать с сердечником в виде центральной трубки, т.к. центральный силовой элемент становится не нужным из-за избытка силовых элементов в повиве бронепокрова. Такое решение позволяет отказаться от целого блока вариантов конструкций.

За счёт использования в предложенном порядке расчёта опыта эксплуатации отражённых в базе данных, а также использования новых комплектующих и новых материалов, становится возможным принципиально по-иному подойти к процессу проектирования. Отказавшись от лишних элементов или придав существующим новые функции, обеспечивается возможность достижения того же результата более простым и дешевым способом. На основе описанной логики рассуждений, в следующей главе, разработана конструкция оптического кабеля воздушной прокладки [7].

С целью подтверждения соответствия параметров разработанных ОК необходимо включить в алгоритм процесс испытаний. Однако, в связи с развитием областей применения и способов монтажа ОК, перечень испытательных процедур также необходимо развивать, дополняя их новыми методиками и новыми видами испытаний [6, 9]. Отмечено, что особенно важно проведение натурных испытаний для кабелей воздушной прокладки, где один и тот же оптический кабель подвергается различным воздействиям в пролёте подвески, в бухте строительного запаса, в месте крепления натяжного устройства. Отсутствие или недостаточность необходимых данных вынуждает разработчика непроизводительно увеличивать конструкционные запасы и материалоёмкость кабеля. В процессе натурных испытаний кабеля внешние

факторы воздействуют в комплексе, в комбинациях, соответствующих реальным условиям эксплуатации. Именно таким образом, необходимо пополнять базу данных результатами испытаний, к которым можно отнести и результаты эксплуатации ОК в реальных условиях (рис. 2).

Рис 2. Стенд натурных испытаний.

В третьей главе, в рамках предложенной модернизации методов проектирования, были осуществлены разработки принципиально новых конструкций оптических кабелей для воздушных сетей связи.

Сети связи на основе оптических кабелей для воздушной прокладки получили широкое распространение, в основном, за счёт возможности использования готовой инфраструктуры. Полностью диэлектрические самонесущие кабели с применением арамидных нитей (All Dielectric Self Support, ADSS) прокладываются на магистральных участках сетей по опорам линий электропередачи (ЛЭП) или вдоль контактной сети железных дорог. Подвесные ОК с бронепокровом из стеклонитей нитей и кабели с вынесенным металлическим или диэлектрическим силовым элементом (типа 8) используются для внутригородской прокладки между зданиями и сооружениями по столбам освещения, на линиях электропередачи низкого напряжения.

Основным отличием кабелей воздушной прокладки от кабелей для подземной прокладки являются совершенно иные условия работы. Воздушные кабели, находятся под воздействием постоянного натяжения, определяемого условиями подвески (величина пролёта, провеса) в процессе всего срока службы, и постоянно испытывают дополнительные нагрузки на растяжение вызываемые суточными и сезонными колебаниями температуры, усугубляемые воздействия ветра и гололёда и пр. (рисунок 3).

13

Рис 3. Интерфейс программ погодной станции, опроса динамометров, базы данных поведения ОК.

Указанные факты осложняют процесс проектирования довольно сложными расчётами, в основе которых лежат уравнения цепной линии. Основной проблемой проектирования является то, что при заказе, как правило, указывают величину растягивающей нагрузки. Это требование выполняется достаточно просто. Но без учёта погонного веса практическое применение кабеля остаётся неопределённым. Конечно, было бы корректнее задавать требуемую величину пролёта подвески, а проектировщик бы определял параметры кабеля. Тогда конструкцию кабеля придётся рассчитывать, с учётом региона эксплуатации, требуемого запаса надёжности, стрелы подвеса и т.д., что выходит за рамки его ответственности. Чтобы разрешить указанное противоречие необходимо разрабатывать такие конструкции, которые с запасом могли бы обеспечить условия эксплуатации.

Работа ОК в области отрицательных температур чаще всего обеспечивается опорным элементом (стеклопластиковым прутком) в центре повива ОМ. При расчёте конструкции разработчик дополняет необходимым количеством силовых нитей недостающую стойкость к заданным растягивающим усилиям. Из анализа следует возможность обеспечения стойкости к растягивающим усилиям и другим внешним воздействиям только за счёт силовых элементов. Применение стеклопластиковых прутков с дополнительным этилакрилатным покрытием позволило механически объединить эти прутки с наружной оболочкой в единое целое. В результате такая армированная оболочка ограничивает удлинение ОК при максимальной растягивающей нагрузке и надёжно противостоит сжатию конструкции при охлаждении. Конструкция, на основе центральной трубки, с наружной

оболочкой армированной 9 стеклопластиковыми прутками диаметром по 1 мм, при растягивающей нагрузке 3 кН, обеспечивает удлинение ОК не более 0,6 %, и расчётную величину пролёта подвески более 200 м, при погонном весе всего 23 кг/км и диаметре кабеля 05,4 мм (рис. 4,5) [1].

Оптическое волокно Внутримодульный гидрофобный заполнитель Оптический модуль

Стеклопластиковые прутки с ЕАА покрытием

Наружная оболочка

Рис 4. Конструкция кабеля для воздушной прокладки

Рис 5. Фото оптического кабеля с оболочкой армированной стеклопрутками.

Результат анализа процесса монтажа ОК привёл к ещё одному оригинальному решению. В разработанной конструкции силовые элементы кабеля, арамидные или стеклопластиковые прутки, расположены без закручивания, параллельно оси. В результате чего конструкция кабеля допускает прокладку, как традиционным способом, так и простым распрямлением намотки из бухты, без необходимости применения вращающихся отдатчиков и других вспомогательных приспособлений [4].

Для осуществления комплексного решения по подвеске, предложен вариант арматуры для воздушных кабелей связи, изготовленный в виде жёсткой кольцевой оправки (рис. 6). Разработанная оправка может служить, как для натяжения оптического кабеля в пролёте, независимо от его формы и размеров, так и для хранения строительного запаса, обеспечивая сохранение передаточных характеристик при крайне низких (до минус 60 °С) температурах, снова за счёт совмещения функций [10].

J

-\>

\ в пролёт подвески

Рис 6. Пример исполнения арматуры для подвески оптического кабеля.

1 - жесткая кольцевая оправка; 2 - узел крепления устройства к опоре; 3 -ось для крепления жесткой кольцевой оправки; 4 - талреп; 5 - оптический

кабель.

При таком способе крепления растягивающая нагрузка кабеля равномерно спадает в пределах первых нескольких витков намотки, благодаря чему значительно снижается вероятность повреждения защитной оболочки в месте выхода кабеля в пролёт. Конструкция арматуры защищена патентом на полезную модель [5].

Четвёртая глава посвящена разработке конструкций внугриобъектовых оптических кабелей с учётом требований к построению оптических сетей доступа и новым способам инсталляции.

Потребность в широкополосных цифровых информационных услугах способствует стремительному «приближению оптических кабелей к абоненту». Оптическое волокно доводится до группы зданий или отдельного здания и далее непосредственно к установленному абонентскому устройству или компьютеру. В сетях FTTH (Fiber То The Ноте)волокно входит в квартиру каждого абонента, обеспечивая передачу голоса, данных и видео (triple play).

В нормативных документах требования к ОК, предназначенным для построения сетей доступа, до сих пор не окончательно сформированы. Из заимствованных зарубежных вариантов строительства наиболее эффективным, с точки зрения монтажа, оказался метод проталкивания оптического кабеля по вертикальному стояку здания с последующим извлечением оптических волокон для разводки по этажу. Анализ иностранных разработок конструкций показал, что они не полностью соответствуют требованиям Минкомсвязи. Во-первых,

из-за нарушения симметрии, вызванной параллельно расположенными в оболочке кабеля двумя жёсткими силовыми элементами, становятся неопределёнными требования и способы определения стойкости ОК к изгибу. Во- вторых, для извлечения ОВ требуется осуществлять надрез оболочки кабеля, в результате которого возникает возможность их повреждения.

В итоге удалось примирить возможность эффективной вертикальной прокладки, увеличив безопасность извлечения волокон. Результат достигнут за счет применения защитной оболочки сложной формы, объединенной радиальными перемычками с полимерной оболочкой жесткого силового элемента, расположенного по оси конструкции (рис. 7,8). В качестве опорного силового элемента используется стекло - или арамидопластиковый пруток. Оболочка сложной формы формирует несколько одинаковых прямых параллельных каналов для свободного размещения в них оптических волокон или ОВ в плотном полимерном покрытии или полимерных трубок, со свободно уложенными в них оптическими волокнами. Для идентификации каналов на оболочку кабеля нанесены канавки или выступы или цветные полосы. [2]

Центральный опорный элемент: Стеклопластиковый пруток с этилакриллатным покрытием Оптические волокна или ОВ в плотном полимерном покрытии или оптические модули содержащие ОВ Оболочка сложной формы: ив полиэтилена или композиции обеспечивающей нераспространение пламени при групповой вертикальной прокладке Выступ на поверхности наружной оболочки обеспечивающий идентификацию каналов

Рис 7. Внутриобъектовый ОК для вертикальной прокладки.

Рис 8. Фото образца оптического кабеля для вертикальной прокладки.

Кроме всего прочего, конструкция внутриобъектового кабеля должна удовлетворять требованиям пожарной безопасности. Такое качество практически невозможно обеспечить количественными расчётами. Только с помощью подбора новых материалов, знания их свойств и прецедентов использования возможно достижение требуемого результата, а это снова обращение к базе данных, обоснованно включенных в процесс проектирования.

Заключение.

1. Проведены исследования и осуществлён анализ методов проектирования ОК, основанных на автоматизированных расчётных процедурах и на вариациях параметров ближайшего аналога. Установлено, что основным ограничением методов является отсутствие возможности разработки конструкций с учётом новых областей применения.

2. Предложен метод проектирования и соответствующий алгоритм конструирования оптических кабелей, эффективно сочетающий элементы автоматизации расчётных процедур и проектирования «от достигнутого».

3. Предложена и реализована метрологическая установка для длительных натурных испытаний различных конструкций подвесных оптических кабелей и аксессуаров.

4. Реализована возможность совершенствования разработанного подхода к проектированию за счёт пополнения базы данных результатами испытаний и опытом эксплуатации ОК.

5. Предложен и спроектирован ряд новых оригинальных решений для строительства оптических сетей связи:

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах: Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Авдеев Б .В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А.

Яи 107596 Ш. Патент на полезную модель «Внутриобъектовый оптический кабель для вертикальной прокладки» заявка №2011112795 с приоритетом от 05.04.2011. Печатных страниц - 2.

2. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А.

1Ш 107595 Ш. Патент на полезную модель «Внутриобъектовый распределительный оптический кабель» заявка №2011112791 с приоритетом от05.04.2011.Печатных страниц - 2.

3. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А.

1Ш 103630 Ш. Патент на полезную модель «Круглый оптический кабель для прокладки с бухты» заявка №2010141901 с приоритетом от13.10.2010.Печатных страниц - 2.

4. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А.

RU 111605 Ul. Патент на полезную модель «Арматура для подвески оптического кабеля» заявка №2011112794 с приоритетом от 05.04.2011 .Печатных страниц - 2.

5. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Моисеев В.В., Овсянников А.Е.

Депонент в Информэлектро «О проектировании подвесных оптических кабелей»№15 от 09.09.2009. Печатных страниц - 11.

Другие публикации по теме диссертационного исследования:

6. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А. «Грунтовые оптические кабели для зимней прокладки» // «Фотон-Экспресс»,№ 3 (91), апрель 2011, Москва - с. 14-15.

7. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Овсянников А.Е., Солодянкин М.А.

«Снова о подвесных оптических кабелях» //«Фотон-Экспресс», № 3 (91), апрель 2011, Москва.-с. 30-32.

8. Авдеев Б.В., Исхаков Д.Р., Моисеев В.В., Овсянников А.Е.

«О проектировании подвесных оптических кабелей» // «Фотон-экспресс», № 2 (82), март 2010, Москва - с. 35-39.

9. Исхаков Д.Р, Ракитин К.А. «Методика подтверждения возможности зимней прокладки оптического кабеля» // Тезисы докладов 6-го семинара «Волоконно-Кабельные технологии в транспортных телекоммуникационных сетях. Тенденции и перспективы» (BOJ1C-2011), 2011 г., Москва - с. 32.

10. Исхаков Д.Р, Ракитин К.А. «Универсальная арматура для подвески оптического кабеля» // Тезисы докладов 6-го семинара «Волоконно-Кабельные технологии в транспортных телекоммуникационных сетях. Тенденции и перспективы» (BOJIC-2011), 2011 г., Москва,-с. 33-34.

П.Кондратенко B.C., Исхаков Д.Р., «Особенности методов проектирования оптических кабелей» // Программа преподавательской научной конференции МГУПИ «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук », июнь 2012 г., Москва.

Подписано к печати 25.09.2013 г.

Тираж 100 экз. Заказ № 968 Отпечатано в типографии «Реглет» r.MocKsa, ул. Ленинский проспект, д. 2 8(495)979-98-99, www.reglet.ru

Московский государственный университет приборостроения и информатики

ИСХАКОВ ДМИТРИЙ РАШИТОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ ТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РЕСУРС ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность: 05.11.14 - Технология приборостроения

(МГУПИ)

На правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор В.С. Кондратенко

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ (ОБЗОР СОСТОЯНИЯ).......................... 10

§1.1 Оптические волокна для средств связи...................................... 10

§ 1.2. Анализ свойств кварцевых оптических волокон......................... 11

§1.3 Области применения оптических кабелей связи.......................... 16

§ 1.4 Определение срока службы оптического волокна в оптическом

кабеле..................................................................................... 20

§ 1.5 Анализ методов расчёта конструкций оптических кабелей............ 22

24 24 27 30 40 44 47

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАБЕЛЕЙ

ВОЗДУШНОЙ ПРОКЛАДКИ....................................................... 54

§3.1 Функциональное назначение элементов конструкции оптического

кабеля воздушной прокладки........................................................ 54

§3.2 Расчет характеристик оптических кабелей для

воздушной прокладки................................................................. 58

§3.3 Разработка кабеля для прокладки с бухты................................ 74

§3.4 Универсальная арматура для подвески оптического кабеля.......... 76

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ.................................................

§2.1 Анализ входных данных.............................................

§ 2.2 Порядок расчёта оптических кабелей.............................

§ 2.3 Расчёт конструкции на основе свойств оптических волокон

§ 2.4 Методы испытаний ОК...............................................

§ 2.5 Разработка базы натурных испытаний............................

§ 2.6 Алгоритм проектирования...........................................

§3.5 Алгоритм проектирования на основе метода совмещения функций 79 элементов конструкций...............................................................

ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ ДЛЯ СЕТЕЙ ДОСТУПА............................81

§4.1 Нормативные требования к кабелям для сетей доступа..................................81

§ 4.2 Технология строительства сетей «волокно в дом»............................................84

§ 4.3 Обеспечение требований пожарной безопасности..............................................89

§ 4.4 Разработка конструкции оптического кабеля для вертикальной

прокладки..................................................................................................................................................................95

§ 4.5 Расчёт экструзионного инструмента..................................................................................99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................................103

ЛИТЕРАТУРА......................................................................................................................................................105

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ....................................................................................114

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПАТЕНТЫ............................................................................................................117

ВВЕДЕНИЕ

Отечественные оптические кабели изготавливаются более 30 лет. Несмотря на большое разнообразие уже разработанных конструкций оптических кабелей (ОК), количество вновь проектируемых не уменьшается. Это связано с непрерывным изменением требований, расширением областей применения и способов монтажа, появлением новых материалов для производства и возрастающим спросом на оптические кабели.

Например, одна из лидирующих в отрасти компаний «Интегра-Кабель» занимающаяся производством и поставкой оптического кабеля более 15 лет, имеет не менее 500 освоенных в производстве конструкций ОК различного назначения. Реагируя на поступающие запросы клиентов, в компании продолжают заниматься конструированием ОК. В результате база освоенных в производстве конструкций ежегодно пополняется не менее чем 50-60-ю новыми. Выше сказанное иллюстрирует необходимость, возвращения к' решению задачи проектирования оптических кабелей вновь и вновь.

Целью проектирования ОК, в конечном счёте, является сохранение передаточных характеристик оптического волокна (ОВ) при заданных величинах внешних воздействий, возникающих в процессе изготовления, испытаний, упаковки, транспортировки, хранения, инсталляции и эксплуатации на протяжении заданного срока службы. Основная задача расчёта ОК связана с необходимостью учёта взаимодействия элементов конструкции и их влияния на оптическое волокно, в результате внешних воздействий.

На заре освоения процесса проектирования большинство конструкций оптических кабелей рассчитывалось «с нуля», в полном объёме [1]. Уже тогда, более 20 лет назад, была поставлена задача сокращения времени выполнения повторяющихся расчётных операций [2]. На современном этапе, когда время становится решающим «бизнес фактором», такой подход становится тем более неприемлемым. Изготовители вынуждены прибегнуть к

методам проектирования, позволяющим максимально быстро принимать необходимые решения. Автоматизация процесса выполнения расчётных процедур, несмотря на очевидные преимущества, не позволяет просто

распространить отработанные подходы проектирования на новые, динамично

* , »v •

развивающиеся области применения ОК. Например, появление новых типов оптических волокон стандарта ITU-T G.657 с уменьшенной чувствительностью к изгибам, заставляет полностью пересмотреть параметры существующих конструкций оптических кабелей [3].

В результате чего, в настоящее время, сложилась практика проектирования («от достигнутого»), суть которой сводится к определению ближайшего аналога из перечня освоенных конструкций оптического кабеля и внесению небольших (необходимых) изменений в уже установленные параметры. Существующую практику нельзя считать удовлетворительной. Внесение изменений в ближайший аналог не позволяет держать под

< и й

контролем момент перехода характеристик конструкции оптического'кабеля

1 , ' , vu". » М^ <> ' ' ' ' i^if ' '

(находящихся < в i прямой зависимости от состояния каналообразующего

1 < 1 1

элемента) в «недопустимую» область. Вторичное внесение изменений в конструкцию, уже однажды модернизированную (и добавленную в перечень освоенных), усугубляет ситуацию. Существует и еще один существенный недостаток: проектирование «от достигнутого», по сути, заключается в копировании известного образца и не позволяет разрабатывать принципиально новые типы конструкций кабелей, обрекая изготовителя на нарастающее отставание.

Поставленная задача заключается в разработке методов проектирования ОК основанных на исследовании и анализе существующей практики, оптимальных, максимально эффективных по скорости и по качеству, учитывающих изменения и новые свойства материалов, в особенности оптических волокон. Поставлена задача расширения области применения разработанных методов для случаев отсутствия ближайшего аналога, в условиях ограниченного времени на проектирование.

Целью работы является разработка оптимального метода проектирования на основе исследования влияния предельных характеристик современных типов оптических волокон на эксплуатационный ресурс оптических кабелей различного назначения.

Для достижения поставленной цели необходимо последовательно решить следующие задачи:

1. Провести исследование и анализ методов проектирования ОК основанных на автоматизированных расчётных процедурах с целью определения основных ограничений метода.

2. Провести исследование и анализ проектирования ОК основанного на вариации параметров ближайшего аналога. Выявить и обосновать недостатки метода.

3. Разработать последовательный, взаимоувязанный алгоритм расчёта различных типов ОК эффективно сочетающий элементы автоматизации расчётных процедур и проектирования «от достигнутого», содержащий непрерывно пополняемую базу данных.

4. Обеспечить совершенствование разработанного подхода к проектированию за счёт пополнения базы данных и базы знаний результатами испытаний и эксплуатации ОК.

5. Применить разработанные методы расчёта и алгоритм конструирования для проектирования продукции содержащей новые, не привязанные к стереотипам, связи элементов конструкции.

Положения, выносимые на защиту

1. Взаимоувязанный порядок расчёта и алгоритм конструирования оптических кабелей различного назначения с использованием элементов автоматизации и накопления базы данных.

2. Методика расчёта и оптимизации конструкций подвесных и самонесущих оптических кабелей на основе накопления и анализа результатов испытаний, в том числе с применением специальной автоматизированной

метрологической базы для длительных натурных испытаний подвесных оптических кабелей и аксессуаров.

3. Новая оригинальная конструкция самонесущего оптического кабеля, учитывающая особенности монтажа воздушных ОК.

4. Универсальная арматура для подвесных оптических кабелей, сочетающая в себе функции устройства крепления оптического кабеля и одновременно служащая для размещения строительного запаса.

5. Образцы перспективных внутриобъектовых оптических кабелей для вертикальной и горизонтальной прокладки, содержащие защитную оболочку сложной формы, упрощающую процесс монтажа.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен оптимизированный метод проектирования позволяющий гарантировать соответствие параметров конструкций в условиях жёстких временных рамок.4 ' !<>-' ' »

2. Разработан взаимоувязанный алгоритм конструирования, основанный на исследовании механических свойств и передаточных характеристик ОВ и воздействиях на него в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации ОК.

3. Сконструирован специальный автоматизированный стенд натурных испытаний воздушных ОК отслеживающий состояние в пролёте подвески, в бухте строительного запаса, и связке кабель - зажим, в реальных условиях эксплуатации.

4. Создан метод проектирования позволяющий на основе сопоставительного анализа функций элементов конструкций, новейших разработок ОВ, комплектующих и материалов, разрабатывать новые оригинальные решения.

Практическая значимость

1. Разработанные методы конструирования позволяют осуществлять расчёт конструкций ОК с заданным набором параметров, в условиях ограниченного времени на проектирование.

2. Разработанные методы позволяет провести оптимизацию и контроль качества уже освоенных конструкций ОК.

3. На основе применения методов разработаны, запатентованы и внедрены конструкции оптических кабелей обладающие улучшенными, по сравнению с существующими аналогами, функциональными характеристиками.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

1. 6-ом семинаре, «Волоконно-кабельные технологии в транспортных телекоммуникационных сетях. Тенденции и перспективы» (ВОЛС-2011) 16 ноября 2011 г., Москва;

2. научной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук» 01 июня 2012 г. МГУПИ, г. Москва;

3. семинарах УЦ ССД по «Технологии строительства и монтажа ЛКС ВОЛП», 2010-2012 гг., Москва;

4. образцы продукции демонстрировались на Международных выставках «СвязьЭкспокомм» - 2010-2012 гг.

Реализация и внедрение результатов работы

Предложенные методы проектирования нашли практическое применение и внедрены на ряде производств:

- ООО «Сибирь-Кабель» (РФ, Новосибирская область, г. Бердск)

- ИООО «СОЮЗ-КАБЕЛЬ» (республика Беларусь, г. Витебск)

- ООО «Интегра Кабельные Системы» (РФ, г. Москва)

Технико-экономическая эффективность нового подхода к проектированию предопределила многолетнюю успешную работу заводов изготовителей. Отсутствие рекламаций по качеству изготовленного

оптического кабеля также является результатом внедрения предложенной системы проектирования.

Акты об использовании результатов кандидатской диссертационной работы в приложении 1.

Патенты на разработки описанные в диссертации приведены в приложении 2.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОПТИЧЕСКИХ

КАБЕЛЕЙ (ОБЗОР СОСТОЯНИЯ)

'i 1 I

§1.1 Оптические волокна для средств связи

Кварцевый световод - это цилиндрическая кварцевая нить двухслойной структуры, сердцевина которого имеет больший коэффициент преломления для переноса оптического сигнала внутри себя посредством полного внутреннего отражения [4]. Наружный диаметр кварцевого световода используемого в телекоммуникационных оптических сетях 125 мкм. Для защиты от химических и механических повреждений кварцевый световод покрывают двухслойным (первое полужидкое, второе твёрдое) полимерным покрытием. Защищенный кварцевый световод наружным диаметром 250 мкм

принято называть оптическим волокном (ОВ).

л I'" ■•>' ; I «I д. '„• 'I ." и'1.' «V1 I

Оптические волокна, грубо, можно разделить на многомодовые, с

диаметром сердцевины в разы большей длины волны (I) распространяющегося излучения и одномодовые с сердцевиной примерно равной длины волны (X).

В соответствии с международными стандартами, диаметр сердцевины многомодовых ОВ (ММ) может быть равен 62,5 мкм, либо 50 мкм (в соответствии с рекомендацией ITU-T G.651.1 [5]. В силу ограничений вызываемых модовой дисперсией к протяжённости линии связи и нормируемой частоте, многомодовые ОВ в сетях связи практически не используются. Ещё в 2007 г. их доля от общей доли изготавливаемых ОВ была меньше 3% [6].

Диаметр сердцевины современных одномодовых волокон (SM) изменяется в зависимости от типа ОВ в пределах 7-10 мкм, однако нормируемым параметром одномодовых ОВ является диаметр модового поля (MFD) значение которого определяется для рабочей длины волны в пределах 6,5-11 мкм.

Наиболее распространёнными типами одномодовых ОВ являются: стандартные одномодовые волокна (ITU-T G.652); ОВ с ненулевой смещённой дисперсией (ITU-T G.655, G.656) [7-9].

§ 1.2. Анализ свойств кварцевых оптических волокон

Оптические потери в кварцевых ОВ зависят от длины волны распространяющегося излучения (Рисунок 1.1).

дБ/км

3,0

«а s

X га х

fr га го

2,0

1,0

0.0

Рисунок 1.

Из графика видно, что затухание сигнала в ОВ обуславливается двумя основными причинами - релеевским рассеянием, с левой стороны и инфракрасным поглощением, с правой. С ростом длины волны (X) релеевское рассеяние уменьшается пропорционально четвёртой степени частоты (1/ А,4), а поглощение возрастает. Минимум оптических потерь приходится на длину волны А,=1,55 мкм. Предлагаемое всемирно известной фирмой Corning

Реальное затухание

Кривая поглощени

Кривая рассеивания

0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 мкм

Длина волны

1 Зависимость затухания сигнала кварцевого ОВ от длины волны.

t-

серийно производимое оптическое волокно марки SMF-28 ULL имеет максимальное специфицированное затухание 0,17-0,18 dB/km [10]. В районе А,=1,383 мкм для стандартных одномодовых волокон, изготавливаемых в соответствии с ITU-T G.652.B, пик поглощения обусловлен наличием в волокне ионов ОН. Подвергая OB принудительной дегидратации в процессе изготовления число ионов воды и содержание водорода удаётся уменьшить до 0,31 дБ/км. Такие волокна «без водяного пика» изготавливаются в соответствии с рекомендацией ITU-T G.652.D.

Механизмы потерь при изгибах OB обусловлены различной скоростью распространения оптического сигнала в сердцевине и оболочке и находятся в зависимости от длины волны, радиуса изгиба и количества витков волокна. С появлением новой серии рекомендаций ITU-T G.657 допустимый радиус изгиба OB уменьшился с 30мм до 10 мм и менее (см. таблицу 1.1). Соответственно, должны были измениться конструкции оптических кабелей в сторону миниатюризации; но этого не последовало.

Таблица 1.1

Километрическое затухание и допустимый радиус изгиба одномодовых ОВ.

Потери в ОВ на макроизгибах

Прирост затухания на

Рекомендация ITU-T

G.652.D

G.655.E

G.656

G.657.A1

G.657.A2

G.657.B2

Радиус (мм)

30 30 30 10 ~~ 10 10

Количество витков на оправке

100 100

100

_

1 1

длине волны 1550 нм (ДБ)

0.75 0.5 0Л

G.657.B3

10

1

0.03

Основная причина, обусловливающая хрупкость волокна, это наличие микротрещин на поверхности и дефектов внутри волокна. Их рост обусловлен сочетанием воздействий растягивающих нагрузок в условиях влажной среды вследствие которых происходит разрушения напряженных 81-0 связей в вершинах дефектов при протекании химической реакции взаимодействия этих связей с молекулами воды постоянно присутствующих в окружающей среде и даже материалах кабеля. Не все микротрещины, образующиеся на поверхности световодов в процессе их производства, могут залечиваться материалами первичных защитных покрытий. Материалы покрытий заполняющие поверхности микротрещин формируют внутри них наноразмерные молекулярные структуры, которые, подобно клею, скрепляют противоположные края трещин. При воздействии растягивающих нагрузок на световод часть механических напряжений, пропорциональная величине модуля упругости «залечивающих» молекулярных структур передается через