Cuando la gente habla decómo probar el cable de fibra óptica, normalmente significan rastros de OTDR, pérdida de inserción o certificación de enlace después de la instalación.
En realidad, comienzan las pruebas serias de cablesmucho antes, antes de la cubierta del cable, incluso existen elementos de resistencia y armadura. Uno de los pasos más importantes para lacable futuroes elprueba de prueba de fibra óptica– una prueba de resistencia mecánica en fibras desnudas que decide qué tan confiable será el cable de fibra óptica terminado durante el estiramiento, la flexión y el servicio a largo plazo-.
En este artículo nos centramos en ese único paso:
cómo probar el cable de fibra ópticaa nivel de fibra, comprobando la resistencia-de las fibras que van dentro del cable.
¿Cómo probar la resistencia-de prueba del cable de fibra óptica?
En la práctica, la resistencia-de prueba se comprueba a nivel de fibra, antes del cableado. Cada fibra desnuda que irá a un cable de fibra óptica se estira en toda su longitud hasta una tensión de tracción específica (por ejemplo, 0,69 GPa / 100 kpsi). Cualquier fibra que no pueda sobrevivir a esta tensión se rompe y se descarta, y solo las fibras que pasan esta-prueba de longitud completa se permiten en el núcleo del cable, lo que garantiza que el cable terminado pueda soportar tirones, flexiones y cargas de servicio a largo plazo-clasificadas.
¿Dónde encajan las pruebas de prueba en las pruebas de cables de fibra óptica?
Un ciclo de vida simplificado de uncable de fibra ópticase ve así:
Etapa de fibra desnuda
Dibujo de fibra
Prueba de resistencia de fibra óptica (cribado mecánico de futuras fibras de cable)
Pruebas ópticas sobre fibra desnuda (atenuación, geometría, dispersión)
Etapa de fabricación de cables.
Fibras probadas-a prueba de torceduras en cintas o tubos sueltos
Agregar miembros de fuerza, rellenos,-bloqueos de agua y chaquetas
Ensayos mecánicos sobre cable terminado.(tracción, aplastamiento, impacto, flexión, ciclos de temperatura)
Pruebas ópticas en cable terminado.(atenuación, pérdida adicional después de pruebas mecánicas)
Etapa de despliegue sobre el terreno
Control de tensión de instalación.
Pruebas de aceptación: OTDR, pérdida de inserción, reflectancia
Controles periódicos durante la vida del cable
Elprueba de prueba de fibra ópticapertenece a laetapa de fibra desnuda, pero sus resultados quedan "grabados" en el cable para siempre:
Cada fibra dentro de un cable de fibra óptica tieneaprobadouna prueba de prueba a un nivel de estrés definido, o tienefalló y fue eliminado.
Una vez que esas fibras están trenzadas en un cable, no se puede rehacer ese paso de detección. El margen mecánico del cable ya está decidido.
Entonces cuando decimos"Cómo probar el cable de fibra óptica para comprobar-la resistencia de la prueba"En realidad estamos describiendo cómo el fabricante prueba y filtra las fibras que determinarán el comportamiento del cable bajo tensión.
¿Qué es una prueba de prueba de fibra óptica (desde el punto de vista del cable)?
Desde el punto de vista de la mecánica de fractura, una prueba de resistencia es una prueba de tracción sobre vidrio con defectos superficiales.
De uncable de fibra ópticaDesde este punto de vista, es más sencillo pensarlo así:
El fabricante estira cada fibra hasta un nivel de tensión definido (por ejemplo0,69 GPa/100 kpsi) en toda su longitud.
Cualquier fibra que no pueda sobrevivir a este estrés se romperá ynunca ser usadodentro de un cable de fibra óptica.
Entonces las pruebas de prueba actúan como unpuerta de seguridad mecánicaentre el vidrio desnudo y el cable terminado:
Las fibras que son demasiado débiles para sobrevivir a una manipulación y tracción razonables del cable se eliminan tempranamente.
Las fibras que entran en el núcleo del cable han demostrado al menos la resistencia de prueba-especificada.
Su sección detallada "1.1.1 Prueba-Prueba de resistencia de la fibra óptica" explica exactamente cómo funciona en términos de defectos, fatiga dinámica y crecimiento de grietas. Las siguientes secciones traducen esa teoría aconsecuencias prácticas para el cable.
Prueba-de resistencia de la fibra óptica
Definición y finalidad de la prueba de resistencia-de fibra óptica
En las fibras ópticas que utilizan vidrio de sílice como medio, inevitablemente existen defectos de diferentes tamaños, especialmente grietas en la superficie de la fibra. El tamaño y la forma de dichos defectos se distribuyen aleatoriamente. Para garantizar la resistencia de las fibras ópticas prácticas, es necesario realizar un análisis de resistencia en línea o fuera de línea- de las fibras ópticas después del estirado, a fin de eliminar las fibras ópticas cuya resistencia sea inferior al valor especificado, y para garantizar que las fibras que salen de fábrica se puedan utilizar en estados de carga inferiores a la resistencia de prueba-sin romperse.
El estándar Bellcore GR-20-CORE estipula que la fibra óptica debe pasar una prueba de prueba de fibra óptica de longitud completa a 0,69 GPa (100 kpsi).
La prueba de prueba de fibra óptica aplica una prueba de detección con una tensión de 100 kpsi a cada punto a lo largo de toda la fibra, de modo que aquellas fibras que no puedan soportar esta tensión (equivalente a tener grietas mayores a 1 μm) se romperán en sus puntos débiles, mientras que se puede garantizar que las fibras que pasan la prueba de prueba funcionarán normalmente bajo tensiones inferiores al nivel de prueba-.
Comportamiento de fatiga dinámica durante las pruebas de prueba de fibra óptica
De hecho, el proceso de prueba-de la fibra óptica en sí es un proceso de fatiga dinámica. Durante las pruebas-de prueba, bajo la acción de la tensión de prueba-las pruebas, las grietas en la fibra crecerán, reduciendo aún más la resistencia de la fibra. La disminución de resistencia de la fibra durante el proceso de fatiga dinámica se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Ecuación de fatiga dinámica para la degradación de la resistencia de la fibra
donde Si es la resistencia de la fibra antes de las pruebas-;
Sf es la resistencia de la fibra después de-pruebas;
σ es la tensión aplicada durante la prueba de resistencia de la fibra óptica;
n y B son constantes que describen el crecimiento de las grietas.
Durante las pruebas-, la tensión aplicada a cada punto de la fibra incluye tres procesos: carga, sujeción y descarga (como se muestra en la figura. 1-1). El cambio en la resistencia de la fibra antes y después de las pruebas-está dado por:
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₂) ] (1-2)
Relación entre la resistencia de la fibra antes y después de las pruebas de prueba
donde σ₁ es la tasa de aumento de tensión en la región de carga, por lo que el tiempo de carga es t₁=σp / σ₁;
σ₂ es la tasa de disminución de tensión en la región de descarga, por lo que el tiempo de descarga es t₂=σp/σ₂;
σp es el estrés de la prueba-de prueba;
t_d es el tiempo de espera bajo carga.
De las curvas que se muestran en la Fig. 1-1 se puede ver que, en las regiones de carga y sujeción, todas las fibras cuya resistencia es inferior a la tensión de prueba-σp (incluida la reducción de resistencia causada por la fatiga dinámica en esta región) se romperán, como lo indican las curvas a y b. Sin embargo, pueden ocurrir dos situaciones en la región de descarga: una es la que muestra la curva c, donde la fibra se rompe en la región de descarga debido a la reducción de la resistencia causada por la fatiga dinámica; el otro es como se muestra en la curva d, donde la resistencia disminuye por debajo del esfuerzo de prueba-σp debido a la fatiga dinámica durante la descarga, pero la fibra aún pasa la prueba de prueba sin romperse. Como resultado, incluso en las fibras que han pasado la prueba de prueba, aún puede haber lugares donde la resistencia sea menor que la tensión de prueba-, lo que lleva a la invalidación local de la prueba de prueba.
Efecto del tiempo de descarga y de la prueba-Prueba de estrés en los resultados del cribado
Para comprender este problema se pueden adoptar dos enfoques. Uno es minimizar el tiempo de descarga en la prueba de prueba de fibra óptica; Este es uno de los principales indicadores técnicos de los equipos de prueba-de fibra óptica modernos. La otra es seleccionar una prueba de estrés-real adecuada según los diferentes niveles de prueba-y tiempos de descarga. Por ejemplo, según la experiencia de Mingxun Company, una fibra óptica con una resistencia de prueba mínima de 0,7 GPa pasa una prueba de prueba de 0,73 GPa (con un valor de cola de censura de aproximadamente el 4,3 % y un tiempo de descarga de 75 ms), y una fibra óptica con una resistencia de prueba mínima de 1,40 GPa pasa una prueba de tensión de 1,50 GPa. (con un valor de cola de censura de aproximadamente el 7% y un tiempo de descarga de 25 ms).
Fig. 1-2 Distribución estadística de la resistencia a la rotura de la fibra óptica
Las grietas garantizan que la resistencia mínima de la fibra óptica terminada sea superior al nivel de resistencia de la prueba-.
Concentración de tensiones en grietas superficiales de fibras ópticas
La punta de la grieta de la fibra óptica forma una región de concentración de tensión-, que es el factor con mayor probabilidad de causar la fractura de la fibra. El grado de concentración de tensiones suele expresarse mediante el factor de intensidad de tensiones K_I:
K_I = σ√a (1-4)
Definición del factor de intensidad del estrés Modo I
donde es una constante;
σ es la tensión aplicada externamente;
a es la profundidad de la grieta.
En una grieta dada, a medida que aumenta la tensión, cuando K_I aumenta hasta su valor crítico K_C, la fibra se rompe.
Fatiga estática de fibras ópticas en cables de fibra óptica
Durante el tendido y servicio del cable óptico, las grietas superficiales de la fibra continúan creciendo bajo la acción del estrés y la humedad, lo que hace que la resistencia de la fibra disminuya y eventualmente provoque su rotura. Este es el proceso de fatiga estática de la fibra óptica.
Las características de fatiga estática de la fibra óptica:
Las características de fatiga de la fibra óptica suelen describirse mediante la siguiente función exponencial:
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Ecuación de la tasa de crecimiento de grietas por fatiga estática
donde a es la profundidad de la grieta;
A es una constante material;
K_I es el factor de intensidad de tensión, que depende de la geometría de la grieta, la profundidad y la magnitud de la tensión aplicada;
n se denomina coeficiente de corrosión bajo tensión o parámetro de resistencia-a la fatiga.
A y K_I están determinados por la estructura del vidrio de sílice y, para una estructura de fibra determinada, A y K_I pueden considerarse constantes.
El valor de n depende no sólo de la estructura de la fibra sino también de las condiciones ambientales de la tensión aplicada a la fibra. Es un factor importante que afecta directamente a la vida útil de la fibra óptica. Cuanto mayor sea el valor de n, mayor será la resistencia a la fatiga. El valor n de la fibra óptica de Corning es 22, mientras que el de la fibra óptica recubierta de cerámica-de Corning es 29.
Factores clave que influyen en la vida útil de la fibra óptica
En resumen, la vida útil de la fibra óptica depende principalmente de los tres factores siguientes:
(1) Grietas.
Las grietas incluyen la superficie inicial y los defectos internos que se forman durante el estirado, el recubrimiento y la manipulación de la fibra, así como micro{0}}defectos adicionales que pueden introducirse durante el cableado y la instalación. El tamaño, la densidad y la distribución de estas grietas determinan la resistencia mecánica inicial de la fibra e influyen fuertemente en la rapidez con la que la resistencia decaerá en condiciones de servicio. Una fibra con menos grietas y más pequeñas tiene una probabilidad mucho mayor de sobrevivir toda la vida útil del cable de fibra óptica sin fracturas.
(2) Estrés.
El nivel y la duración de la tensión mecánica aplicada a la fibra a lo largo de su vida son igualmente importantes. En los cables de fibra óptica prácticos, esta tensión proviene principalmente de la carga de tracción durante la instalación, la tensión residual después del tirón, la expansión y contracción térmica, la contracción de la funda, las cargas de viento y hielo en los tramos aéreos, así como la flexión y manipulación local. Cuanto mayor sea la tensión sostenida en el vidrio, más rápido crecerán las grietas y más corta será la vida útil esperada; por el contrario, mantener la tensión de la fibra muy por debajo de los límites derivados de la prueba-prueba-mejora significativamente la confiabilidad mecánica del cable.
(3) Humedad.
La humedad en el ambiente acelera la corrosión bajo tensión en las puntas de las grietas y promueve la fatiga estática. Aunque los cables de fibra óptica utilizan recubrimientos, geles y-elementos que bloquean el agua para proteger las fibras, las moléculas de agua aún pueden llegar a la superficie del vidrio a través de defectos en el recubrimiento o en escalas de tiempo muy largas. Por lo tanto, un ambiente húmedo o ciclos húmedos-secos repetidos aumentarán la tasa de crecimiento de grietas para un nivel de tensión determinado. Un buen diseño del cable y una instalación adecuada (por ejemplo, evitando daños en la funda y garantizando un bloqueo eficaz del agua) ayudan a limitar el acceso de la humedad a la superficie de la fibra y, por tanto, prolongan la vida útil de las fibras dentro del cable.
¿Por qué es importante la resistencia de las pruebas-para cables de fibra óptica?
1. Instalación: ¿Con qué fuerza puedes tirar del cable?
Un cable de fibra óptica está diseñado con untensión de tracción nominal– un valor que el instalador no debe superar.
Detrás de ese único número hay una suposición: las fibras dentro del cable tienen al menos una ciertaprueba-de resistencia.
Si las fibras no fueron sometidas a pruebas-o si el nivel de prueba-fue demasiado bajo:
Es posible que el cable aún parezca mecánicamente resistente desde el exterior (envoltura, alambres de acero, FRP).
Pero algunas fibras del núcleo podrían romperse.tensión normal de instalación, aunque el cable en su conjunto todavía esté dentro de su límite nominal.
Al aplicar un nivel mínimo de prueba-, el fabricante garantiza:
Elfibras más débilesya se han roto y han sido rechazadosantes del cableado.
El cable terminado se puede tirar de forma segura hasta su tensión nominal sin provocar roturas ocultas de la fibra dentro del núcleo.
En otras palabras,La fuerza de la prueba-establece el margen de seguridad interno.para el cable durante la instalación.
2. Fiabilidad y vida útil del cable-a largo plazo
Un cable de fibra óptica pasa la mayor parte de su vida bajotensión baja pero continua:
peso muerto en un tramo, expansión/contracción térmica, ligera contracción de la funda, tensión residual de la instalación, etc.
Su apartado técnico explica que:
Las grietas superficiales de la fibra crecen lentamente bajo tensión y humedad (fatiga estática).
La tasa de crecimiento de las grietas depende de la intensidad del estrés y del medio ambiente.
Para el cable terminado esto significa:
Si las fibras entraron en el cable con grandes defectos iniciales (porque no se sometieron a pruebas{0}}eficaces), esos defectos pueden aumentar durante años de funcionamiento.
Con el tiempo el cable puede sufriren-roturas de fibra en el servicio: la funda y los miembros de resistencia están intactos, pero una o más fibras del interior se han roto.
Un nivel más alto y bien-controladoprueba-de resistenciaReduce el tamaño y la cantidad de fallas críticas en las fibras que entran en el cable.
Como resultado:
El cable puede tolerar pequeñas tensiones adicionales debidas a la temperatura, la fluencia o la contracción de la funda.
La probabilidad de que se produzcan roturas espontáneas de fibras en medio de un tramo disminuye significativamente.
Por lo tanto, las pruebas de calidad no son sólo un requisito interno de la fábrica: controlan directamente lavida mecánicadel cable de fibra óptica en el campo.
3. Calificación del cable y cumplimiento de estándares
Cuando un cable está calificado según los estándares (Telcordia, IEC, etc.), el programa de prueba incluye:
Ensayos de tracción de cables: tire del cable hasta una tensión especificada y compruebe la pérdida óptica adicional.
Ensayos ambientales: ciclos de temperatura, penetración de agua, aplastamiento, impacto, etc.
Estas pruebas de nivel-de cable suponen que las fibras del interior ya han pasado un período definido.nivel de prueba-de prueba.
Si las pruebas-de prueba son débiles o inconsistentes:
El mismo diseño de cable puede comportarse de manera muy diferente de un carrete a otro.
Un cable puede pasar la prueba de tipo en el laboratorio pero aun así mostrar roturas inesperadas de la fibra o grandes pérdidas en la producción e implementación en masa.
Al especificar y controlar la resistencia de la prueba-, el fabricante hace queRendimiento mecánico del cable repetible.:
El mismo diseño de cable se comportará de manera consistente en diferentes lotes de producción.
Los clientes pueden confiar en que la carga de tracción nominal del cable realmente corresponde a una tensión segura de la fibra dentro del cable.
4. Un número simple que describe la "fuerza oculta" del núcleo del cable
Desde el exterior, dos cables de fibra óptica pueden parecer idénticos: la misma cubierta, el mismo blindaje, el mismo número de núcleos.
Por dentro pueden ser muy diferentes:
El cable A utiliza fibras-probadas en0,69 GPa (100 kpsi)
El cable B utiliza fibras-probadas en1,0 GPa o superior
Elnivel de prueba-de pruebale ofrece una forma rápida de comprender esa diferencia oculta:
Mayor resistencia-de prueba → fibras más fuertes y más resistentes-a la fatiga →mayor robustez interna del cable.
Menor resistencia-de prueba → menos margen contra tirones fuertes, curvas cerradas y estrés-a largo plazo.
Cuando se comparan cables de fibra óptica de diferentes proveedores, comprobar la especificación de prueba{0}}de fibra es una forma de juzgar la verdadera calidad mecánica del núcleo del cable.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se relacionan las pruebas de prueba de fibra óptica con "cómo probar el cable de fibra óptica"?
Cuando hablamos de *cómo probar cables de fibra óptica*, la mayoría de la gente piensa en OTDR, pérdida de inserción o pruebas de enlace de extremo a extremo. Las pruebas de prueba de fibra óptica se realizan en una etapa anterior de la cadena, en la etapa de fibra desnuda. Es un paso de cribado mecánico que decide qué fibras se permiten en el núcleo del cable. En otras palabras, las pruebas de prueba son la parte oculta de las pruebas de cables de fibra óptica que determina el margen mecánico interno del cable antes de realizar cualquier prueba de campo.
¿Qué le sucede a una fibra que no pasa la prueba de resistencia? ¿Todavía entra en el cable?
No. Una fibra que no pasa la prueba de resistencia se rompe durante el cribado de tracción y es rechazada. Esa sección de fibra está cortada y no se utilizará en ningún cable de fibra óptica. Solo se aceptan para el cableado fibras que sobrevivan la prueba de tensión de prueba-especificada en toda su longitud.
¿Es siempre mejor un nivel de prueba-más alto para los cables de fibra óptica?
Los niveles de prueba-más altos eliminan más fibras débiles y, en general, mejoran la robustez mecánica del núcleo del cable. Sin embargo, también aumentan la tensión sobre el vidrio durante la fabricación y pueden reducir el rendimiento o aumentar el costo. En la práctica, cada fabricante elige un nivel de prueba-que:
- Cumple con los estándares relevantes y las especificaciones del cliente
- Coincide con la capacidad del equipo de dibujo y pruebas-
- Proporciona suficiente margen para las aplicaciones de cable previstas
Por lo tanto, "cuanto más alto, mejor" sólo es cierto dentro de los límites de un proceso de producción estable y económico.
¿Las pruebas de resistencia a la fibra reemplazan las pruebas de tracción en cables de fibra óptica terminados?
No. Las pruebas de prueba y las pruebas de tracción de cables tienen diferentes propósitos:
- La prueba de resistencia comprueba la resistencia de la fibra desnuda y descarta el vidrio débil.
- La prueba de tracción del cable comprueba cómo se comporta el **cable de fibra óptica** terminado bajo tensión, incluidos los efectos de los miembros resistentes, los tubos de protección, las cubiertas y las terminaciones.
Un cable solo puede tener un rendimiento de tracción confiable si ambas partes se fabrican correctamente: fibras resistentes-probadas dentro de una estructura de cable bien-diseñada.
¿Cómo afecta la resistencia-de la prueba a la tensión máxima de tracción de un cable de fibra óptica?**
La tensión de tracción máxima nominal de un cable se elige de modo que la tensión sobre las fibras del interior se mantenga muy por debajo del nivel utilizado en las pruebas de prueba. Si las fibras tienen una resistencia de prueba-baja o inconsistente, pueden romperse incluso cuando la tensión de tracción externa está dentro de la clasificación del cable publicada. Con fibras-probadas adecuadamente, el diseñador del cable puede definir una tensión de tracción que sea segura para el vidrio y aún práctica para la instalación.
¿Puedo ver problemas de prueba-con OTDR u otras pruebas de campo?
Normalmente no puedes. Las fallas en las pruebas-de prueba ocurren en la fábrica: las fibras débiles se rompen durante las pruebas de prueba y se descartan. Los cables de fibra óptica terminados entregados al sitio solo deben contener fibras que ya hayan pasado la prueba de prueba. Las mediciones de OTDR y pérdida de inserción mostrarán empalmes, conectores, macro-dobladuras y otros problemas de campo, pero no mostrarán el proceso de prueba-en sí.
¿Cómo interactúan la tensión y la humedad en el entorno del cable con la resistencia-de la prueba?
La resistencia de la prueba-define la condición inicial de la fibra: qué tan grandes son las grietas restantes y qué tan fuerte es el vidrio inmediatamente después de la fabricación. Una vez que la fibra está dentro de un cable e instalada, el estrés-a largo plazo y la exposición a la humedad pueden hacer que esas grietas crezcan lentamente (fatiga estática). Si la resistencia de la prueba-inicial es alta y el diseño del cable limita la tensión de la fibra y la entrada de agua, la tasa de crecimiento de grietas se mantiene baja y la vida útil de las fibras en el cable es mucho más larga.
¿Todas las fibras de un cable multi-fibra tienen la misma resistencia de prueba-?
Deberían hacerlo. En un proceso de producción controlado, cada carrete de fibra que se utiliza en el cableado ha pasado la misma especificación de prueba-. De esa manera, todas las fibras de un cable multi-fibras tienen una resistencia mecánica comparable y una resistencia a la fatiga similar. Grandes variaciones en la resistencia de las pruebas-entre fibras darían lugar a una confiabilidad desigual y un comportamiento impredecible del cable en el campo.
¿Por qué es importante la información-de prueba al seleccionar un cable de fibra óptica?
Porque te dice algo sobre la **calidad mecánica oculta** del núcleo del cable. Dos cables pueden parecer idénticos desde el exterior, pero si uno utiliza fibras-probadas a un nivel más alto y bien-controlado, generalmente ofrece una mejor resistencia a tirones fuertes, curvaturas cerradas y tensión-a largo plazo. Verificar la especificación de prueba-de prueba de fibra es una forma sencilla de comparar la robustez interna de diferentes cables de fibra óptica, más allá del tipo de cubierta y el número de fibras.