光纤光缆大规模使用经验表明光缆(尤其是OPGW)的寿命主要取决于光纤受到的机械应力情况。常规的OTDR测试难以发现光纤的应力超标等潜在隐患。布里渊光时域反射仪(BOTDR)可以测出光纤的应力分布情况,因此要提高光缆线路的可靠性,线路检测系统中应该有BOTDR。
图1 BOTDR测试的光纤应变图
光缆线路中光纤是否应该受到应力或者受到的应力多少合适呢?这个问题的答案对通信用光纤光缆的设计、制造、使用和标准都有非常重要的意义,对传感光缆的设计使用也有重要指导价值。 “藤仓”公司发布的研究数据认为光纤有几个应变阈值范围,分别对应着不同的安全运行周期。应变0.2%是一个重要的安全阈值,如果光纤的应变小于这个阈值,对光纤寿命基本没有影响。光纤应变大于0.6%是不可接受的,因为它会导致光纤很快破坏。光纤应变在0.2%-0.6%的范围内时,光纤的寿命会缩短。一般光缆的设计使用保修期为25年,条件是需保证光纤的拉伸应变小于0.2%以维持保修期。如果光纤应变为0.45%,则光纤在25年内断裂的发生概率约为50%。 根据图2所示,允许的可靠性性能值为KAF(T)=0.999。我们通过此值确定光纤寿命。如果光纤的应变不超过0.2%,光纤的使用寿命将为25年。如果光纤的应变增加到0.33%的水平,光纤的使用寿命将为13年。如果应变进一步增加到0.45%,则光纤的寿命降至8年。 康宁公司发布的白皮书WP5053给出了康宁光纤的应用设计指导,明确了光纤在不同的条件下允许施加的安全应 力。如下表1-3所示,其中σp为筛选试验应力强度。表2 中等长度光纤在允许一定程度的失效率的情况下最大允许应力表3 对长长度和短长度光纤所计算的允许最小弯曲半径 康宁公司在白皮书中强调这些指南的使用不保证光纤一定不失效。这些是基于光纤出厂时对康宁光纤的强度分布的知识,不包括后续的任何处理对强度分布的影响。这些指南也不包括光学性能的信息:它们只限于机械失效。
已有的这些国际主流公司给出的数据有很好的参考价值。但以上数据的实验验证都比较困难,加速模拟实验难免和实际情况都会有出入。如何验证数据的有效性,并基于这些重要信息重新审视我们的标准参数和实际光纤光缆的设计制造,是一项非常重要有意义的基础研究工作。