第六章光纤带机械性能(doc 47).docx

第六章 光纤带机械性能第一节 光纤带机械性能测试的目的众所周知，光纤带是由紫外光固化涂覆光纤和紫外光固化粘结材料共同组合的线性矩阵。如果光纤带在成缆、施工、使用、维护中受扭转、残留扭转等外力作用，那么会影响光纤的传输性能和机械使用寿命。同时，光纤带在施工、维护中应具有可分离性，即光纤能从光纤带中分离成若干根光纤的子单元或单根光纤。光纤带便于剥离，即光纤涂覆层及光纤带粘结材料能容易地剥除。这样，光纤带机械性能包括：可分离性、可剥离性、抗扭转能力和残余扭转度。研究光纤带机械性能的目的在于，从光纤带结构出发，通过模拟光纤带在成缆、施工中受扭转等条件进行必要的试验来确保光纤带的传输、机械性能及使用寿命。第二节 测量方法国内外有关标准中介绍的验证光纤带机械性能优劣的试验方法有：光纤带的可分离性、光纤带剥离性、光纤带抗扭转能力和光纤带残余扭转度。本章将简要介绍这些试验的测量原理、试验装置和试验程序。一、 光纤带可分离性1. 测量原理光纤带可分离性试验的测量原理是利用一工具或手工将未老化的6芯或12芯或24芯光纤带中的光纤分离成单根或多根光纤的子单元。光纤带可分离性试验的目的有两个：(1) 保证要求分离的光纤带具有足够的抗撕裂性能。(2) 确保要求分离的光纤带具有可分离成单根光纤或多根光纤子单元的分离性。2. 试验装置光纤可分离性试验装置应包括一个具有合适夹具的张力强度测量装置和一个放大倍数为100倍的显微镜。3. 试验程序对于n芯光纤带，从被测的每个约1m长的光纤带试样上截取最小长度为100mm的光纤带试样，共取n/2段试样；对m批光纤带，光纤带试样数共有m×n/2个。对于x个光纤带试样（从批次中抽取，在产品规范中，x一般规定为35），用刀器将被试光纤带中光纤一根根与光纤带中其他光纤分开至长度为2530mm，以便于试验时夹持，如图6.1所示。对于x较多的光纤带试样，要将光纤带中光纤两根两根地与光纤带中其他光纤分开，直至分出的光纤根数为被测试光纤带芯数的一半，即n/2。图6.1 可分离性试验试样制备可分离性试验程序如下：将每个试样插入强度测量装置上，如图6.2所示，在离分离起始点约3mm处位置将分开的光纤夹住，以100mm/min的速度慢慢地将光纤撕开至50mm的长度，并连续记录50mm的长度上的撕裂力。用显微镜检查可分离性，即光纤带撕裂后预涂覆层和着色层受损的情况。最后，比较所测的各光纤所需撕裂力的大小。图6.2 光纤带可分离（撕裂）试验示意图评定光纤带可分离性优劣条件有：不使用特殊工具或器械就能完成光纤带的分离。完成撕开时所需的应力不超过4.4N。光纤分离过程不应对光纤的传输和机械性能造成永久性的损伤。在分离试验后光纤着色层允许有点脱落，但在任意2.5cm长度的光纤上应留有足够的便于光纤带中各光纤相互区别的色标。二、 光纤带可剥离性1. 测量原理使用专用的剥离工具，从未老化和老化的光纤带上，以机械的方式剥去一段长度大于25mm光纤带的粘结材料、着色层和光纤预涂覆层，以验证光纤带的可剥离性的优劣。2. 试验装置光纤带可剥离性的试验装置为一专门的剥离工具和用来擦去光纤带上各涂覆层残留物的酒精。3. 试验程序受试光纤带试样预处理方法有两种：温度湿度老化法和水老化法。温度湿度老化法是将受试光纤带浸泡在温度为85±2，非冷凝湿度为85±5环境中停留30天。水老化法是将受试光纤带浸泡在温度为23±5的去离子水或蒸馏水中持续14天。光纤带可剥离性试验在标准大气压下进行。未经过老化、湿度老化和水老化光纤带的可剥离性试验应在老化后的8小时内完成。剥离后的光纤带的清洁应用酒精擦清光纤上的残留涂覆物，以使玻璃光纤能够熔接。可剥离性试验的试样最少为10个。三、 光纤带抗扭转1. 测量原理光纤带在成缆、敷设、使用和维护中不可避免地受到扭转的作用。光纤带抗扭转试验的测量原理是设法在光纤带上施加荷载，借助循环扭转来模拟光纤带实际扭转情况，以检验光纤带结构的机械和功能的完整性，确保光纤带经受扭转力作用后，光纤带中光纤不会分离成单根光纤或多根光纤子单元。2. 试验装置光纤带扭转试验的试验装置，如图6.3所示。该试验装置由两个竖直放置的光纤带定位夹具和为每根光纤施加1N张力的吊挂荷重器具组成。图6.3 抗扭转试验装置3. 试验程序从不同批次的光纤带中选取5个有代表性试样，每个试样长度为340mm。将制备好的光纤带试样牢固地固定在试验装置中，两夹具夹持的光纤带距离为300mm。试验时，先将顶端夹具顺时针旋转180°回到起始位置后，再逆时针旋转180°，然后再回到起始位置，这就构成一个循环扭转试验。扭转试验应重复进行20个循环，扭转速度为每分钟20个循环。四、 光纤带残余扭转1. 测量原理光缆中绞合的光纤带长度与敷设的光缆中的光纤长度相等。接入网中馈线和配线中所用的光缆要经受很宽的温度和湿度的作用。这种作用在光缆接续点或地上标准终接点或接头盒处特别显著。光纤带必须在无扭转状态才能保持它们的尺寸完整性，允许重新排列或限制因光纤扭转引起宏观弯曲致使衰减增大。光纤残余扭转的测量原理是在受试光纤带底部悬挂IN的荷载，使光纤带发生扭转，测量出扭转角，用扭转角除以光纤带试样长度就可以计算出光纤带的残余扭转。2. 试验装置光纤带残余扭转试验装置，如图6.4所示。该试验装置由两个夹具、一个加载重物和扭转角测量仪器组成。图6.4 光纤带残余扭转试验装置3. 试验程序从被试光纤带中选取5个有代表性的试样，每个试样长度应不小于50mm。将试样置于85下老化30天。试验时，用夹具固定光纤带的顶部，并在光纤带底部加1N的荷重，使光纤带无扭转，记录下此时光纤带的位置，然后，卸除负荷，光纤带发生扭转，测量扭转角；用角除以光纤带试样长度计算出光纤的残余扭转。第七章 光纤的环境性能第一节 光纤环境性能测试的目的随着人们对信息需求的日益增长及光纤通信技术的日趋成熟，光纤光缆正在以架空、直埋、管道、沟道、隧道、水下等敷设方式在各种各样的实际使用环境中，织制着纵横交错的光缆网络。光纤光缆跨越各种温区，要能经受不同环境条件的作用。为确保光纤能在各种严酷环境条件下正常工作，我们应该模仿光纤实际使用场所的温度、潮湿、高温高湿、高温、核辐射等环境条件设计出温度循环、浸水、高温高湿、高温、核辐射等试验来检验光纤对气候的适应性、耐核辐射等性能是否符合要求。人们正是在充分研究光纤的环境性能的基础上，设法改进光纤的材料选择、结构设计、制造工艺、正确选择涂覆、套塑材料及相应的涂覆工艺和合理选择光缆材料、光缆结构和成缆工艺。如果我们从理论和试验中找出致使光纤环境性能下降的原因所在，那么改善光纤环境性能的办法也就指日可待了。第二节 测量方法光纤环境性能试验主要包括温度循环。浸水、高温高湿、核辐射等。温度循环试验用来验证光纤的气候适应性能，浸水试验是考察光纤的耐水侵蚀性能，高温高湿试验则是判断光纤耐高温高湿作用的性能，高温试验是用来评价光纤耐高温的性能，核辐射试验用以检测光纤耐射线辐射的耐辐照性能。下面对光纤环境性能的测量原理、试验装置和试验程序等作简单介绍。一、温度循环1. 测量原理光纤温度循环试验的测量原理是通过模拟光纤在储存、运输和使用期间可能经受的最坏温度变化来确定A1a-A1d多模光纤和B1-B4单模光纤对温度变化的衰减稳定性，即光纤的衰减温度特性。光纤的温度衰减特性试验是将受试的整筒光纤放在气候室内，在温度循环试验规定的温度范围内进行温度循环试验，以确定温度变化时，光纤的附加损耗量。温度循环试验结束后，可按下式计算出光纤的平均附加损耗： (dB/km) (7.1)式中：P分别在试验点TA、TB、保温后的稳定光功率；P0参考温度T0的光功率；L试样长度。另外，我们还可以用光时域反射计(OTDR)直接测量不同温度点的OTDR曲线，从而确定光纤的温度附加损耗量。2. 试验装置光纤的温度衰减特性的试验装置主要由衰减测量装置和气候室组成。(1) 衰减测量装置应采用GB/T 15972.4-1998光纤总规范第4部分：传输特性和光学特性试验方法中规定的传输功率监视法和GB/T 15972.4规定的后向散射法中的衰减测量装置来测定被测光纤的温度衰减变化。(2) 气候室气候室的体积大小应适合容纳被试光纤线盘，气候室的温度应地规定试验温度范围内，其温度控制精度应在±3内。采用强制空气循环来维持气候室内温度均匀，气候室的设置及辅助设备的安放要避免冷凝水滴落到受试光纤试样上。3. 试验程序试样为出厂长度或按产品规定的长度，并应为可达到所需试验准确度的适当长度。建议被试光纤最短长度为：多模光纤(A1aA1d)应不短于1000m，单模光纤(B1B4)应不短于2000m。如果受试光纤经滑石粉处理，那么应从该试样光纤中抽出一段未涂抹滑石粉的光纤进行试验。为了得到具有重复性的试验结果，试验光纤应松驰地绕在线盘上并置于气候室内。试验结果可能会受到光纤弯曲半径的影响。基于这个考虑，试样松绕成卷并用滑石粉材料处理，以便使卷绕的紧挨各圈，彼此能自由地移动。受试光纤可以以水平或垂直方式绕成最小弯曲直径为150mm，以避免发生宏弯作用。被测光纤试样放入气候室内，在规定的时间内经受各种温度变化。试验条件，如表7.1所示。表7.1 温度循环试验条件预处理条件温度测试条件标称值2h,23,50RH最低温度TA-60或-40最高温度TB+85或+70在每个温度下最小的持续时间t12h最大的温度速率斜坡速率1/min需要完成的循环次数循环次数2试验具体步骤与内容大致如下：试验前应将被试光纤试样置于正常试验大气环境中预处理时，目视检查外观，然后将试样光纤的两端分别与稳定光源和光检测系统连接好，待监测系统稳定后测定环境温度下的衰减基准值。将处于环境温度下的试样光纤置入气候室，并将试样光纤两端引出气候室外，与稳定光源和光检测系统连接好或与光时域反射计连接好。再以适当的冷却速率将气候室温度降到规定的低温TA，待室内温度达到稳定后，接着使试样光纤在TA温度下保温适当的时间t1(t12h)。然后以适当的加热速率将气候室温度升高至规定的高温TB，待室内温度稳定后，使试样光纤在TB温度下保温适当的时间t1，再以适当的冷却速率将气候室温度降至环境温度。上述的降温、保温、升温、保温过程构成了一个温度循环。如图7.1所示。图7.1 一个温度循环的试验气候室内温度循环曲线在一个温度循环过程中要记录好温度点环境温度TA、TB下经过保温时间t1后输出光功率P0、PA、PB。光纤温度衰减特性实验时，被测光纤试样应经历两个温度循环过程。试验结束后，按照式(7.1)计算出光纤的平均附加损耗量。二、温度时延漂移1. 测量原理当今光纤光缆被广泛使用在不同的敷设方式和环境中，敷设方式有架空、管道、直埋、缆沟和水下等，使用环境温度为-50+60，因此要求光纤的性能要有高度的稳定性。长期以来，人们始终关心的光纤温度特性包括温度特性和时延温度特性。由于过去的光纤通信采用的是异步数字传输，不考虑时钟温度漂移问题。当今，随着光同步数字传输网的普及应用，人们开始重视时钟漂移问题，也开始研究光纤脉冲时延温度特性。尽管光纤的时延温度系数很小，但其对40Gbit/s速率的高速系统仍有影响。众所周知，光脉冲通过长度为L的光纤的群时延为: (7.2)式中：L为光纤长度，N为光纤材料群折射率，c为真空中的光速。当温度发生变化时，群时延也发生变化，将时延对温度T求导可得： (7.3)实际上，光纤时延温度的变化是一种慢变化，称为温度漂移。我们定义单位长度单位温度间隔时延变化量为光纤温度时延漂移常数，记作Kf，单位为ps/(km·)，表示式为： (7.4)式中：第一项是由于光纤材料群折射率随温度变化而引起的，第二项是由于光纤物理变化引起的。温度时延漂移常数的测量原理是利用应变测量仪，在频域法中，测量同一波长下温度变化引起的正弦波调制信号的相位移，即：=2f =2fkfLT (7.5)将式(7.5)稍作变换得kf： (7.6)式中：f为调制频率；L为试样光纤长度；T为温度间隔。在一般情况下，时延随温度的变化并不完全是线性关系。试验时应多选择一些试验温度点，由测量取得的多组数据求出拟合曲线，从而确定不同温度间隔内的平均时延漂移常数。2. 试验装置光纤温度时延漂移常数的试验装置与色散测量试验装置基本相同。所不同的是光纤先后放入温箱和冰柜中，光缆放在人工气候室内。温度变化范围为-40+60之间。色散测量的是不同波长间的时延差，而温度时延漂移常数是测量不同温度下的时延差。光纤温度时延漂移常数测量用的试验装置是应变测量仪（色散测量仪加应变测量软件）。3. 试验程序光纤时延温度常数的试验方法与单模光纤色散系数的试验方法基本相同，所不同的是，对色散测量的是同一温度下（室温）不同波长间的时延差；对时延温度漂移，测量的是同一波长下（工作波长，如1310nm），温度变化引起的光脉冲时延的变化。如将石英玻璃光纤的热膨胀系数、石英玻璃在1310nm处的群折射率和折射率随温度变化值代入式(7.4)可算出kf36ps/(km·)，式(7.4)估算kf时，未考虑光纤预涂覆材料的影响，实际上，不同的涂覆材料和工艺，光纤的温度时延漂移常数相差很大，大约在30200ps/(km·)之间。另外，成缆光纤的温度时延漂移常数会大一些，具体数值取决于光缆结构设计和填充材料。一般要求光纤的温度时延漂移常数以40ps/(km·)为好。三、浸水1. 测量原理光纤浸水试验的测量原理是通过将多模光纤(A1aA1d)和单模光纤(B1B4)浸入蒸馏水或去矿物或离子水中来模拟光纤在实际使用、储存和运输中可能遇到浸水环境条件来确定光纤的耐浸水适用性。我们可以借助插入损耗法和后向散射法来测量经规定的浸水时间后浸泡的光纤试样的衰减变化。2. 试验装置光纤浸水试验的试验装置主要由水箱和衰减测量装置组成。(1) 水箱浸泡光纤试验的水箱装满蒸馏水，去矿物水或离子水。水的PH值为5.08.0。(2) 衰减测量装置应采用GB/T 15972.4-1998光纤总规范第4部分：传输特性和光学特性试验方法中规定的插入损耗法和后向散射法中的衰减测量装置来测定浸水后的光纤衰减变化。3. 试验程序为确保光纤光传输性能测量的重复性，被测多模光纤(A1aA1d)的最短长度为1000m，单模光纤(B1B4)的最短长度则为2000m。水箱外部的光纤试样长度越短越好。所制备的光纤试样不会影响到其受试结果。光纤试样应松绕成盘，而且光纤两端应保持在水外，试样光纤以最小弯曲直径150mm水平或垂直绕成盘，以防止引起宏观弯曲损耗。光纤试样被放入充满水的水箱中，水温为23±5。光纤试样在水箱中放置30天。接着，可以用插入法和后向散射法，在规定波长下，测量浸水前、浸水中和浸水后的光纤试样的衰减变化。四、高温高湿1. 测量原理光纤高温高湿试验原理是通过模拟光纤在实际使用、储存和运输中可能经受到的高温高潮湿环境条件来确定适用性。高温高湿试验是通过观察规定时间范围内恒温下高潮湿对光纤的作用，从而达到评价光纤的实用性能的目的。这个试验给出一个实用的方法。2. 试验装置光纤的高温、高湿试验的试验装置主要由气候室、增湿器和衰减测量装置组成。(1) 气候室气候室的体积大小应适应容纳被测光纤线盘，而且便于试验中测量装置的接入。同时，气候室也能在规定的精度内保持给定的高温和高湿。高温高湿气候室和辅助设备的安放应避免冷凝水滴落到光纤试样上。(2) 增湿器用去矿物水或去离子水来获得规定的湿度。试验装置的锈或腐蚀杂质都不应作用到光纤试样上。应该按照增湿器制造厂家说明书要求控制加到增湿器中的水量。(3) 衰减测量装置采用GB/T 15972.4-1998光纤总规范第4部分：传输特性和光学特性试验方法中规定的插入损耗法和后向散射法中的衰减测量装置来测定被测光纤的衰减变化。3. 试验程序为确保被测光纤光传输性能测量的重复性对被测多模光纤(A1aA1d)的最短长度为1000m；对被测的单模光纤(B1B4)的最短长度则为2000m。位于气候室外的光纤试样长度越短越好。如果气候室外的光纤试样长度超过试样光纤总长度的10应记载于试验报告中。光纤试样的制备不应影响到其被测的性能。光纤试样应松绕成线盘，而且被涂上例如滑石粉材料，以求线盘上的彼此紧靠的各圈光纤可自由移动，光纤试样可以以水平或垂直绕成最小弯曲直径为150mm的线圈，以免产生宏观弯曲作用。如果光纤试样用滑石粉处理，那么应从该光纤试样中抽一段未涂滑石粉的光纤，暴露到试验环境中进行试验。高温高湿试验的试验条件为：温度为+85，相对湿度为+85，持续试验时间为30天。受试光纤的衰减测量是在规定的波长下，用插入法或后向散射法测量试验前、试验中（一旦试样稳定在规定的温度和相对湿度下）和试验后的光纤衰减变化。五、高温1. 测量原理光纤高温试验的测量原理是通过模拟多模光纤(A1aA1d)和单模光纤(B1B4)在实际使用、储存和运输中所经受的高温环境条件作用下，测量光纤衰减变化来确定光纤的适用性。这个试验目的是在给定的时间范围内观察高温对光纤的作用。2. 试验装置光纤高温试验的试验装置主要由高温箱和衰减测量装置组成。(1) 高温箱高温箱的体积大小应能容纳被测光纤线盘，并不会使辐射热直接作用到试样光纤上，且便于试验条件下测量装置的接入。高温箱还应具有在规定的精度范围内保持规定的温度的能力。可采用强制空气循环方法来保持高温箱内的温度均匀。(2) 衰减测量装置光纤高温环境下的衰减变化测量装置采用的是GB/T 15972.4-1998光纤总规范第4部分：传输特性和光学特性试验方法规定的插入法和后向散射法中的衰减测量装置。3. 试验程序为获得测量的重复性，光纤高温环境下衰减变化测量所需多模光纤最短长度为1000m，单模光纤最短长度为2000m。放在高温箱外的光纤试样长度应越短越好。光纤试样的制备应不影响在受试条件下的性能。建议将光纤试样松绕成线盘，并用诸如滑石粉等材料涂抹，以便使绕成的彼此紧靠的光纤圈可自由移动。光纤试样可水平或垂直地绕成一个最小弯曲直径为150mm的线盘，以防产生任何宏观弯曲作用。如果试样光纤被涂抹滑石粉处理，那么应从该试样光纤中抽出一段未涂抹滑石粉的光纤暴露到试验环境中进行试验。光纤高温试验的试验条件：温度为+85，持续试验时间为30天。尽管高温试验不控制湿度，但是试验开始时35下相对湿度不低于50，衰减测量是在规定的波长下，用插入法或后向散射法来测量试验前、试验中（一旦试样稳定在规定的温度）和试验后被测光纤的衰减变化。六、核辐照1. 测量原理为确保敷入有背景辐射和有害核辐射环境中的光纤能够安全可靠地工作，有必要研究测量暴露在辐射环境中的成缆或未成缆单模光纤或多模光纤中产生的辐照感应衰减的增加。这主要是由于光纤玻璃缺陷部位俘获了辐射分解的电子和空穴造成的（即形成了色心）。光纤核辐照测量原理是采用衰减测量中的截断法来确定光纤在环境背景下的辐照感应衰减。通过监测试样光纤暴露在辐照前后及期间的功率来实现光纤在有害核辐照环境下的辐照感应衰减。由于光或热作用导致的色心减少产生了恢复效应（减小了辐照感应衰减）。恢复效应可在104102时间范围内发生，这使得辐照引起的衰减变化特征变得很复杂。因为衰减与许多变量有关，如：试验环境温度、试样结构、施加于试样的辐射总剂量和剂量率以及测量衰减所使用的光平。2. 试验装置两种辐照环境下的光纤核辐照试验装置，如图7.2和7.3所示。两种试验装置主要由辐照源、光源、光滤波器/单色仪、光探测器、光功率计和辐射剂量计等组成。图7.2 环境背景辐照试验装置图7.3 有害核环境辐照试验装置(1) 辐照源 环境背景辐照试验应采用一个Co（钴）或等效的电离源以不大于0.2Gy/h的低剂量率产生辐射。 有害核环境辐照试验应采用一个Co（钴）或等效的电离源以0.05Gy/s至2.5Gy/s范围内所需的剂量产生辐射。(2) 光源应采用诸如卤钨灯、一组激光器或LED等光源来产生850nm、1300nm(1310nm)、1550nm工作波长。在完成测量的时间内，光源强度应保持稳定。从光源耦合到试验光纤中的功率应不大于-30dBm(1.0W)。光源应用占空比为50的脉冲信号进行调制。(3) 光滤波器/单色仪应用一组滤光器材或单色仪获得波长为850±20nm、1300(1310) ±20nm和1550±20nm的光。滤光器3dB光谱宽度大于25nm。(4) 包层模剥除器必要时，应在试样光纤输入端和输出端采用包层模剥除器以剥除包层模。如果光纤涂覆材料设计成可去除包层模（涂覆材料折射率略高于玻璃包层折射率），则不要求包层模剥除器。(5) 光纤固定和定位装置试样光纤应固定在诸和真空吸盘能稳定支撑试样输入端的装置上，以便试样端可与输入光进行重复定位。(6) 输入端注入模拟器 多模光纤（折射率渐变型）应用一稳态模滤模器去掉高阶传输模，在光纤输入端建立稳态条件。 单模光纤一光学透镜系统或尾纤可用于激励被试光纤。耦合进试样光纤中的光功率在试验期间应保持稳定。如果采用一光学透镜系统，一种使光纤定位较不敏感的方法就是对光纤输入端进行空间和角度的满注入；如果采用尾纤，可能有必要采用折射率匹配材料来消除干涉效应。应采用高阶模滤模器来滤除高阶模。(7) 光探测器应采用在接收光强范围内线性并稳定的光探测器。典型系统可包括采用电流输入前置放大器进行放大的光生伏打型光电二极管，由锁相放大器进行同步检测。(8) 光功率计应采用合适的光功率计测定从光源耦合进试样的光功率，确保它不大于1.0W或按产品规范规定的值。(9) 辐射剂量计应采用热致发光LiF或CaF晶体检测器(TLD)测定试样光纤接收到的辐射剂量。(10) 温度受控试验箱温度受控试验箱应能将规定温度保持在±2以内。(11) 试验线轴试验线轴对本试验所采用的辐射不应起屏蔽或吸收作用。3. 试验程序试样置入试验箱以前，应对辐照源剂量均匀性和强度进行校准。将四个TLD置于辐照区，使它们的中心放在试样所在线轴或线盘轴线上。采用四个TLD以便于获得具有代表性的平均值。应采用等于或略大于实际试验剂量的校准系统。为保证实际试验剂量测量的最大可能的准确度，TLD只限于使用一次。被测光纤端面应光滑、清洁并与光纤轴垂直。(1) 环境背景辐照试验测量试样暴露在辐照源前后衰减变化的测量步骤如下： 将光纤或光缆试样（绕成圈或绕在线轴或线盘上）置于图7.2所示的试验箱中； 将光纤输入端和输出端放在定位装置上，并分别与光源和探测器对准； 试验前，应对试样在25±5的温箱中预处理1h，或在该温度下按产品规范规定的时间预处理； 按截断法，测量试样在规定波长下的衰减值，并记录暴露于辐射源之前光纤的衰减值A1； 采用经校准的功率计测量试样输入端（图7.2中A点）的功率。需要时，应调节光源功率使得A点功率小于1.0W或按产品规范中的规定； 按要求制备试样端面，并将试样端对中在试验装置上； 在辐射源关闭的情况下，应对试样的输入端进行定位，以便在探测器上获得最大光功率。一旦调好之后，在辐照试验期间不应改变输入端光注入条件； 辐照前，应在规定的试验温度下对所有试验波长测量输出功率； 将某种曲线记录仪或合适的测量装置连接到检测系统进行连续功率测量，应调整测量设备。使检测信号不超过设备的极限； 通过使试样经受不大于0.2Gy/h的剂量率来测量由于暴露于辐照而产生的环境背景辐射效应。试样应经受至少为1Gy的最小总剂量； 在辐照周期内应记录试样输出功率； 在完成辐照过程的2h之内，应按截断法进行试样的衰减测量，应记录暴露于辐射源之后试样的衰减值A1； 对要求的试验温度和波长，重复步骤。对每一个要求的温度，必须采用新的未经辐照的试样。(2) 有害环境试验在暴露于辐射源前后及期间，测量试样中传输功率的程序如下所述； 按要求制备短段试样(12m)端面； 将短段试样输入端置于定位装置上并与试验装置对准（见图7.3），使得用经校准的功率计测量时获得最大光功率。需要时，应采用中性密度滤波器调节光源功率，以在短段试样输出端获得不大于1.0W或按产品规范规定的光功率； 将试样轴放于试验装置中，如图7.3所示； 应将试样输入端置于定位装置上并进行对准，应对输出端进行定位以使从试样出射的全部光入射到探测器光敏面上； 试验前，应对试样在25±5温度箱内预处理1h； 辐射源关闭后，应对试样输入端进行定位，以在探测器上获得最大光功率。一旦调好后，在辐照期间，不应改变输入端注入条件； 辐照前，应在规定的试验温度下，在所有的试验波长测量输出功率。这时还应测量参考探测器功率； 应将某种曲线记录仪或合适的连续测量装置连接到检测系统，以便进行连续功率测量。应调整测量设备以使检测信号不超过设备极限； 通过使试样至少经受表7.2规定的剂量率和总剂量大小组合之一来测定由于暴露于辐照而产生的有害效应。表7.2 总剂量/剂量率组合总剂量Gy(Sievert)剂量率Gy/s300.051000.510002100002因为辐射源特性变化，剂量率大小仅是近似值。辐射源之间剂量率的变化预计高达±50，打开或关闭辐射源所需的时间应不大于总暴露时间的10； 在辐照周期内记录试样输出功率，在完成辐照过程后至少还要记录功率15min或按产品规范规定。在完成辐照过程之后的恢复期内，还应记录参考检测功率大小； 对要求的试验温度和波长，重复步骤。对每一个要求的温度，必须采用新的未经辐照的试样。(3) 计算 光衰减变化A（环境背景辐照试验）A=A2-A1 (7.7)式中：A1暴露于辐照之前试样的衰减 (dB)；A2暴露于辐照之后试样的衰减 (dB)。 每一波长下光透射率变化A（有害环境试验）AO=-10lg(PO/PB) (7.8)A15=-10lg(P15/PB) (7.9)式中：PO停止辐照Is内试样的功率输出（除非另有规定）(mW)；P15停止辐照15min内试样的功率输出（除非另有规定）(W)；PB辐照开始前试样的功率输出 (W)；AO紧按辐照之后试样的光透射率变化（光衰减）(dB)；A15辐照后15min内试样的光透射率变化（光衰减）(dB)。 考虑到系统的不稳定性，采用参考测量时，参考探测器的测量结果为：AREF=-10lg(PE/PBN) (7.10)式中：PE测量结束时由参考探测器测得的功率 (W)；PBN辐照开始前由参考探测器测得的功率 (W)。 考虑系统不稳定，修正后的试验结果为：AONOR=AO-AREF (7.11)A15NOR=A15-AREF (7.12)第八章 光纤机械性能测试第一节 光缆机械性能测试的目的光缆机械性能试验是指检验光缆产品所具有的抗外部机械力作用能力的试验。光缆在制造、运输、施工和使用过程中都会受到各种外机械力作用。光缆在外机械力作用下。光缆中光纤很可能会受到外机械力作用，其传输性能可能发生变化，使用寿命有可能缩短，甚至出现断纤现象。光缆的机械性能技术指标是光缆产品质量的重要技术指标。光缆机械性能检测设备是检验光缆产品机械性能的设备。光缆在制造、运输、施工和使用中通常受到综合型的外机械力作用，不同情况下光缆承受的外作用力不但大小不同，而且类型也不同。综合各种受力状态，可分解为：拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕、卷绕和振动等八种典型的受力状态。光缆机械性能试验是检验光缆产品机械性能是否达到企业标准或者订货合同技术指标要求的检测试验，即判断被检测光缆产品是否合格的试验，光缆厂要定期按本厂企业标准对所生产的各种型号光缆做这种常规试验，以便及时判断所生产的光缆产品质量及质量控制是否存在问题。第二节 性能测试本章介绍的各种光缆机械性能测试方法，应根据光缆类型由用户与厂家共同商定。不同的光缆类型应选择不同的试验项目，并非所有的光缆类型都要做所有的项目。合格判据和试样数量等应符合相关的国家标准、行业标准和产品进网规定。一、 拉伸1. 目的拉伸的测试方法适用于在规定的拉力下试验光缆，以验证在敷设的光缆中光纤的衰减和光纤伸长应变性能与负载之间的关系。这个方法的初衷是非破坏性的（即施加的拉伸力应在光缆的弹性范围内）。两种测试方法为：方法1：测量衰减变化的方法。方法2：确定光纤伸长应变的方法。方法2可以提供现场敷设光缆最大允许拉力和光缆应变安全系数。两个方法既可单独使用，也可以组合使用，应按详细规范要求或按用户和厂方协商意见进行。2. 试样试样应在整盘光缆上进行。在受试光缆的两端做好光纤端面处理。3. 试验装置试验装置组成的示例，如图8.1和图8.2所示。(1) 方法1：用一台衰减测量仪来测量衰减变化(2) 方法2：用一台光纤伸长应变测量仪（详见光纤伸长测量方法）测量其拉伸应变。抗拉强度测量装置能够调节受试光缆的最小长度。所用的转向滑轮，如图8.2所示。负载传感器的最大负载范围的最大误差为3。仔细地按规定方法调节夹持装置来夹持光缆使之不影响试验结果。如需要，应提供机械和电气方法来测量光缆伸长。图8.1 拉伸性能测量原理图8.2 用转向滑轮和卡盘的拉伸试验装置示例4. 试验程序试验应在标准大气条件下进行。安装光缆至拉伸设备并保证其固定安全。在拉伸设备和两端所用的固定光缆的方法是均匀地固定受试光缆，限定住光缆中的所有元件的移动。对多层光缆结构（例如，层绞式光缆），实际上是夹持住光缆各元件（除光纤外），足以获得衰减变化和/或光缆的最大允许拉伸负载和应变极限。然而，对某些光缆结构（如中心管式）需要通过防止光纤滑动措施才能获得正确的应变极限值。将拉伸试验中光缆的光纤连接到测量仪。对方法2（光纤伸长测量方法差分脉冲时延），在试样拉伸中要小心不要让标准光纤长度发生变化。按有关规范要求连续增大拉伸负载至规定值。记录衰减变化和/或光纤应变与光缆负载或伸长的函数关系。对大芯数光缆，可以采用一台多路衰减和（或）多路光纤应变测量仪。通常，试验循环次数为一次。试样的衰减和/或光纤应变不超过相关规范的要求值。对方法2如果有详细的规范要求，应该计算出光纤伸长率与负载，包括去除拉伸负荷后的残留伸长。光缆伸长率c和光纤伸长率f，如图8.3所示。如果需要，应在光纤应变与拉伸负荷曲线上定义出光纤开始发生应变处的负荷，即曲线的线性部分与负荷横坐标轴的相交点。试验报告中应包括下列内容：光缆长度和受试长度、光纤端面制备状况、负荷传感器、注入条件、衰减测量仪用的光纤应变测量装置、在特定波长的衰减或光纤应变变化与负荷的函数关系及拉伸速率等。图8.3 光纤伸长和光缆伸长与拉伸负荷的函数关系二、 光缆护套耐磨损1. 目的光缆耐磨损包括两个涵义：护套的耐磨损和光缆标志的耐磨损。本书光缆耐磨损试验的目的是确定光缆护套耐磨损。2. 试样试样长度按规定要求，典型的试样长度为750mm。3. 试验装置耐磨损试验装置是由一个设计成沿平行光缆纵轴从两个方向以每分钟55±5个循环的频率磨擦光缆外表面的长度为10±1mm的设备组成。一个磨擦沿两个方向各移动一次构成一个磨损循环。磨擦刃口应是直径为按详细规范规定的一个钢针。一个典型的磨损试验装置，如图8.4所示。图8.4 磨损试验装置4. 试验程序试验应在标准大气条件下进行。用光缆夹头将测量长度大约为750mm的光缆试样牢牢地固定在支撑平台上。按有关规范要求给磨擦刃口提供所需的负荷力，而且要避免冲击光缆。对每个试样进行四次试验,每次试验后试样向前移动100mm,同时按同一方向旋转90°。按有关规范要求的循环数试验后，光缆护套应无磨穿现象出现，而且要保持光缆中光纤的光学连续性。三、 压扁1. 目的压扁试验的目的是验证光缆的耐压能力。2. 试样光缆试样长度要保证完成试验规定的要求。3. 试验装置试验装置应能使在平钢板和可移动钢板之间的光缆试样的受试长度为100mm的部分受到均匀的压力。可移动钢板的边缘应倒圆，倒圆的半径大约为5mm。在钢板的平面部分不包括边缘。典型的试验装置如图8.5所示。图8.5 压扁试验装置4. 试验程序将光缆试样置于两平钢板间，防止其侧向移动。逐渐施加压力，以求不产生突然变化。如采用逐步增量方式施加压力，则增量比不超过1.5:1。在不转动光缆试样的情况下，压力应施加在试样的三个不同的位置，它们的位置间隔应大于500mm。如有规范要求进行工作条件试验，可在垂直于试样方向插入一根或多根钢棒（直径为25mm）进行附加或替代试验。试验应在标准大气压下进行，试验时应在有关规范中规定最大压扁力、允许的短暂压扁力和长期压扁力。通常，试验施加负荷的持续时间至少为1min。如有要求应在加载下测量试样的附加衰减，卸载5min后，测量试样衰减变化。试验合格判断依据应详细规定。典型的破坏形式包括：光缆中光纤丧失光学连续性，光传输性能恶化或光缆遭受到物理损伤。图8.6所示为典型的压扁试验中测量的压扁力与附加衰减的变化曲线。图8.6 压扁力与附加衰减的变化曲线四、 冲击1. 目的冲击试验的目的是验证光缆耐冲击能力。2. 试样光缆试样长度要保证完成试验规定的要求，当只对光缆试样物理损坏进行判定时，试样长度为1m（如小直径的软跳线光缆或双芯光缆）至5m（大直径光缆）。如要进行光缆光学性能测量时则要求的光缆试样长度较长。光缆试样和每端连接一个连接器或者采用一种典型的方法，将光纤、护套和加强件夹持在一起，如冲击装置上的夹具合适，试样就不受上述限制。3. 试验装置试验装置将使冲击作用到固定在一个钢基座平台上的光缆试样上。对只需一次或几次冲击的试验，所选用的合适试验装置，如图8.7所示。图8.7 几次冲击试验装置冲击试验装置将重物以垂直落体方式使冲击力传递到受试光缆试样的一个中间钢件上。当需要进行重复冲击（即冲击数大于5次）试验时，选用的是更为实用的冲击试验装置，如图8.8所示。通过落锤可实现重复冲击。通常，冲击速率约为2秒一个循环。与试样接触的冲击表面应为圆形。它即可是半球形(图8.9