【文章內(nèi)容簡介】 束散射法① 測量原理激光束散射法測量裸光纖曲率半徑（翹曲）的測量原理是用激光束散射，通過線傳感器讀出反射光束之間的距離，再將其有關(guān)參數(shù)代入光纖曲率半徑（翹曲）計算公式，從而求出未涂覆光纖的翹曲。② 試驗裝置激光束散射法測量光纖翹曲的試驗裝置。試驗裝置主要由光源和檢測器組成。A. 光源光源選用的是分離的氦氖激光束作為光源，由一只氦氖激光器、光束分離器和一個三棱鏡組成。B. 檢測器采用像電荷耦合器件線性傳感器一類的圖像傳感器作檢測器。 激光散射法試驗裝置③ 試驗程序光纖試樣被固定在一個旋轉(zhuǎn)夾持器中，夾持器應(yīng)允許試樣光纖繞夾具的軸旋轉(zhuǎn)360176。裸光纖固定在試樣夾持器中并豎直延伸出夾持器一個規(guī)定的懸空長度。用一根非翹曲光纖給出系統(tǒng)的標(biāo)定因子。光纖試樣旋轉(zhuǎn)時，通過線性傳感器讀出兩反射光束之間的距離。將最大反射光束距離記作△s。光纖的曲率半徑可由下式求出： ()式中：Rc—光纖的曲線半徑；L—光纖和線傳感器的距離；△s—反射光束距離；△z—入射光束距離。按國家有關(guān)光纖性能的規(guī)定，光纖的翹曲度宜大于4m。第六章 光纖帶機械性能第一節(jié) 光纖帶機械性能測試的目的眾所周知，光纖帶是由紫外光固化涂覆光纖和紫外光固化粘結(jié)材料共同組合的線性矩陣。如果光纖帶在成纜、施工、使用、維護中受扭轉(zhuǎn)、殘留扭轉(zhuǎn)等外力作用，那么會影響光纖的傳輸性能和機械使用壽命。同時，光纖帶在施工、維護中應(yīng)具有可分離性，即光纖能從光纖帶中分離成若干根光纖的子單元或單根光纖。光纖帶便于剝離，即光纖涂覆層及光纖帶粘結(jié)材料能容易地剝除。這樣，光纖帶機械性能包括：可分離性、可剝離性、抗扭轉(zhuǎn)能力和殘余扭轉(zhuǎn)度。研究光纖帶機械性能的目的在于，從光纖帶結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過模擬光纖帶在成纜、施工中受扭轉(zhuǎn)等條件進行必要的試驗來確保光纖帶的傳輸、機械性能及使用壽命。第二節(jié) 測量方法國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中介紹的驗證光纖帶機械性能優(yōu)劣的試驗方法有：光纖帶的可分離性、光纖帶剝離性、光纖帶抗扭轉(zhuǎn)能力和光纖帶殘余扭轉(zhuǎn)度。本章將簡要介紹這些試驗的測量原理、試驗裝置和試驗程序。一、 光纖帶可分離性1. 測量原理光纖帶可分離性試驗的測量原理是利用一工具或手工將未老化的6芯或12芯或24芯光纖帶中的光纖分離成單根或多根光纖的子單元。光纖帶可分離性試驗的目的有兩個：(1) 保證要求分離的光纖帶具有足夠的抗撕裂性能。(2) 確保要求分離的光纖帶具有可分離成單根光纖或多根光纖子單元的分離性。2. 試驗裝置光纖可分離性試驗裝置應(yīng)包括一個具有合適夾具的張力強度測量裝置和一個放大倍數(shù)為100倍的顯微鏡。3. 試驗程序?qū)τ趎芯光纖帶，從被測的每個約1m長的光纖帶試樣上截取最小長度為100mm的光纖帶試樣，共取n/2段試樣；對m批光纖帶，光纖帶試樣數(shù)共有mn/2個。對于x個光纖帶試樣（從批次中抽取，在產(chǎn)品規(guī)范中，x一般規(guī)定為3～5），用刀器將被試光纖帶中光纖一根根與光纖帶中其他光纖分開至長度為25～30mm，以便于試驗時夾持。對于x較多的光纖帶試樣，要將光纖帶中光纖兩根兩根地與光纖帶中其他光纖分開，直至分出的光纖根數(shù)為被測試光纖帶芯數(shù)的一半，即n/2。 可分離性試驗試樣制備可分離性試驗程序如下：將每個試樣插入強度測量裝置上，在離分離起始點約3mm處位置將分開的光纖夾住，以100mm/min的速度慢慢地將光纖撕開至50mm的長度，并連續(xù)記錄50mm的長度上的撕裂力。用顯微鏡檢查可分離性，即光纖帶撕裂后預(yù)涂覆層和著色層受損的情況。最后，比較所測的各光纖所需撕裂力的大小。 光纖帶可分離（撕裂）試驗示意圖評定光纖帶可分離性優(yōu)劣條件有：不使用特殊工具或器械就能完成光纖帶的分離。光纖分離過程不應(yīng)對光纖的傳輸和機械性能造成永久性的損傷。在分離試驗后光纖著色層允許有點脫落。二、 光纖帶可剝離性1. 測量原理使用專用的剝離工具，從未老化和老化的光纖帶上，以機械的方式剝?nèi)ヒ欢伍L度大于25mm光纖帶的粘結(jié)材料、著色層和光纖預(yù)涂覆層，以驗證光纖帶的可剝離性的優(yōu)劣。2. 試驗裝置光纖帶可剝離性的試驗裝置為一專門的剝離工具和用來擦去光纖帶上各涂覆層殘留物的酒精。3. 試驗程序受試光纖帶試樣預(yù)處理方法有兩種：溫度濕度老化法和水老化法。溫度濕度老化法是將受試光纖帶浸泡在溫度為85177。2℃，非冷凝濕度為85177。5％環(huán)境中停留30天。水老化法是將受試光纖帶浸泡在溫度為23177。5℃的去離子水或蒸餾水中持續(xù)14天。光纖帶可剝離性試驗在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進行。未經(jīng)過老化、濕度老化和水老化光纖帶的可剝離性試驗應(yīng)在老化后的8小時內(nèi)完成。剝離后的光纖帶的清潔應(yīng)用酒精擦清光纖上的殘留涂覆物，以使玻璃光纖能夠熔接?？蓜冸x性試驗的試樣最少為10個。三、 光纖帶抗扭轉(zhuǎn)1. 測量原理光纖帶在成纜、敷設(shè)、使用和維護中不可避免地受到扭轉(zhuǎn)的作用。光纖帶抗扭轉(zhuǎn)試驗的測量原理是設(shè)法在光纖帶上施加荷載，借助循環(huán)扭轉(zhuǎn)來模擬光纖帶實際扭轉(zhuǎn)情況，以檢驗光纖帶結(jié)構(gòu)的機械和功能的完整性，確保光纖帶經(jīng)受扭轉(zhuǎn)力作用后，光纖帶中光纖不會分離成單根光纖或多根光纖子單元。2. 試驗裝置光纖帶扭轉(zhuǎn)試驗的試驗裝置。該試驗裝置由兩個豎直放置的光纖帶定位夾具和為每根光纖施加1N張力的吊掛荷重器具組成。 抗扭轉(zhuǎn)試驗裝置3. 試驗程序從不同批次的光纖帶中選取5個有代表性試樣，每個試樣長度為340mm。將制備好的光纖帶試樣牢固地固定在試驗裝置中，兩夾具夾持的光纖帶距離為300mm。試驗時，先將頂端夾具順時針旋轉(zhuǎn)180176?；氐狡鹗嘉恢煤?，再逆時針旋轉(zhuǎn)180176。，然后再回到起始位置，這就構(gòu)成一個循環(huán)扭轉(zhuǎn)試驗。扭轉(zhuǎn)試驗應(yīng)重復(fù)進行20個循環(huán)，扭轉(zhuǎn)速度為每分鐘20個循環(huán)。四、 光纖帶殘余扭轉(zhuǎn)1. 測量原理光纜中絞合的光纖帶長度與敷設(shè)的光纜中的光纖長度相等。接入網(wǎng)中饋線和配線中所用的光纜要經(jīng)受很寬的溫度和濕度的作用。這種作用在光纜接續(xù)點或地上標(biāo)準(zhǔn)終接點或接頭盒處特別顯著。光纖帶必須在無扭轉(zhuǎn)狀態(tài)才能保持它們的尺寸完整性，允許重新排列或限制因光纖扭轉(zhuǎn)引起宏觀彎曲致使衰減增大。光纖殘余扭轉(zhuǎn)的測量原理是在受試光纖帶底部懸掛IN的荷載，使光纖帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)，測量出扭轉(zhuǎn)角θ，用扭轉(zhuǎn)角θ除以光纖帶試樣長度就可以計算出光纖帶的殘余扭轉(zhuǎn)。2. 試驗裝置光纖帶殘余扭轉(zhuǎn)試驗裝置。該試驗裝置由兩個夾具、一個加載重物和扭轉(zhuǎn)角測量儀器組成。 光纖帶殘余扭轉(zhuǎn)試驗裝置3. 試驗程序從被試光纖帶中選取5個有代表性的試樣，每個試樣長度應(yīng)不小于50mm。將試樣置于85℃下老化30天。試驗時，用夾具固定光纖帶的頂部，并在光纖帶底部加1N的荷重，使光纖帶無扭轉(zhuǎn)，記錄下此時光纖帶的位置，然后，卸除負(fù)荷，光纖帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)，測量扭轉(zhuǎn)角θ；用θ角除以光纖帶試樣長度計算出光纖的殘余扭轉(zhuǎn)。第七章 光纖的環(huán)境性能第一節(jié) 光纖環(huán)境性能測試的目的隨著人們對信息需求的日益增長及光纖通信技術(shù)的日趨成熟，光纖光纜正在以架空、直埋、管道、溝道、隧道、水下等敷設(shè)方式在各種各樣的實際使用環(huán)境中，織制著縱橫交錯的光纜網(wǎng)絡(luò)。光纖光纜跨越各種溫區(qū)，要能經(jīng)受不同環(huán)境條件的作用。為確保光纖能在各種嚴(yán)酷環(huán)境條件下正常工作，我們應(yīng)該模仿光纖實際使用場所的溫度、潮濕、高溫高濕、高溫、核輻射等環(huán)境條件設(shè)計出溫度循環(huán)、浸水、高溫高濕、高溫、核輻射等試驗來檢驗光纖對氣候的適應(yīng)性、耐核輻射等性能是否符合要求。人們正是在充分研究光纖的環(huán)境性能的基礎(chǔ)上，設(shè)法改進光纖的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、正確選擇涂覆、套塑材料及相應(yīng)的涂覆工藝和合理選擇光纜材料、光纜結(jié)構(gòu)和成纜工藝。如果我們從理論和試驗中找出致使光纖環(huán)境性能下降的原因所在，那么改善光纖環(huán)境性能的辦法也就指日可待了。第二節(jié) 測量方法光纖環(huán)境性能試驗主要包括溫度循環(huán)。浸水、高溫高濕、核輻射等。溫度循環(huán)試驗用來驗證光纖的氣候適應(yīng)性能，浸水試驗是考察光纖的耐水侵蝕性能，高溫高濕試驗則是判斷光纖耐高溫高濕作用的性能，高溫試驗是用來評價光纖耐高溫的性能，核輻射試驗用以檢測光纖耐γ射線輻射的耐輻照性能。下面對光纖環(huán)境性能的測量原理、試驗裝置和試驗程序等作簡單介紹。一、溫度循環(huán)1. 測量原理光纖溫度循環(huán)試驗的測量原理是通過模擬光纖在儲存、運輸和使用期間可能經(jīng)受的最壞溫度變化來確定A1aA1d多模光纖和B1B4單模光纖對溫度變化的衰減穩(wěn)定性，即光纖的衰減溫度特性。光纖的溫度衰減特性試驗是將受試的整筒光纖放在氣候室內(nèi)，在溫度循環(huán)試驗規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進行溫度循環(huán)試驗，以確定溫度變化時，光纖的附加損耗量。溫度循環(huán)試驗結(jié)束后，可按下式計算出光纖的平均附加損耗： (dB/km) ()式中：P—分別在試驗點TA、TB、保溫后的穩(wěn)定光功率；P0—參考溫度T0的光功率；L—試樣長度。另外，我們還可以用光時域反射計(OTDR)直接測量不同溫度點的OTDR曲線，從而確定光纖的溫度附加損耗量。2. 試驗裝置光纖的溫度衰減特性的試驗裝置主要由衰減測量裝置和氣候室組成。(1) 衰減測量裝置應(yīng)采用GB/T 《光纖總規(guī)范第4部分：傳輸特性和光學(xué)特性試驗方法》中規(guī)定的傳輸功率監(jiān)視法和GB/T 。(2) 氣候室氣候室的體積大小應(yīng)適合容納被試光纖線盤，氣候室的溫度應(yīng)地規(guī)定試驗溫度范圍內(nèi)，其溫度控制精度應(yīng)在177。3℃內(nèi)。采用強制空氣循環(huán)來維持氣候室內(nèi)溫度均勻，氣候室的設(shè)置及輔助設(shè)備的安放要避免冷凝水滴落到受試光纖試樣上。3. 試驗程序試樣為出廠長度或按產(chǎn)品規(guī)定的長度，并應(yīng)為可達到所需試驗準(zhǔn)確度的適當(dāng)長度。建議被試光纖最短長度為：多模光纖(A1a～A1d)應(yīng)不短于1000m，單模光纖(B1～B4)應(yīng)不短于2000m。如果受試光纖經(jīng)滑石粉處理，那么應(yīng)從該試樣光纖中抽出一段未涂抹滑石粉的光纖進行試驗。為了得到具有重復(fù)性的試驗結(jié)果，試驗光纖應(yīng)松馳地繞在線盤上并置于氣候室內(nèi)。試驗結(jié)果可能會受到光纖彎曲半徑的影響?；谶@個考慮，試樣松繞成卷并用滑石粉材料處理，以便使卷繞的緊挨各圈，彼此能自由地移動。受試光纖可以以水平或垂直方式繞成最小彎曲直徑為150mm，以避免發(fā)生宏彎作用。被測光纖試樣放入氣候室內(nèi)，在規(guī)定的時間內(nèi)經(jīng)受各種溫度變化。試驗條件。 溫度循環(huán)試驗條件預(yù)處理條件溫度測試條件標(biāo)稱值2h,23℃,50％RH最低溫度TA60℃或40℃最高溫度TB+85℃或+70℃在每個溫度下最小的持續(xù)時間t12h最大的溫度速率斜坡速率1℃/min需要完成的循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)2試驗具體步驟與內(nèi)容大致如下：試驗前應(yīng)將被試光纖試樣置于正常試驗大氣環(huán)境中預(yù)處理時，目視檢查外觀，然后將試樣光纖的兩端分別與穩(wěn)定光源和光檢測系統(tǒng)連接好，待監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定后測定環(huán)境溫度下的衰減基準(zhǔn)值。將處于環(huán)境溫度下的試樣光纖置入氣候室，并將試樣光纖兩端引出氣候室外，與穩(wěn)定光源和光檢測系統(tǒng)連接好或與光時域反射計連接好。再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速率將氣候室溫度降到規(guī)定的低溫TA，待室內(nèi)溫度達到穩(wěn)定后，接著使試樣光纖在TA溫度下保溫適當(dāng)?shù)臅r間t1(t1≥2h)。然后以適當(dāng)?shù)募訜崴俾蕦夂蚴覝囟壬咧烈?guī)定的高溫TB，待室內(nèi)溫度穩(wěn)定后，使試樣光纖在TB溫度下保溫適當(dāng)?shù)臅r間t1，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速率將氣候室溫度降至環(huán)境溫度。上述的降溫、保溫、升溫、保溫過程構(gòu)成了一個溫度循環(huán)。 一個溫度循環(huán)的試驗氣候室內(nèi)溫度循環(huán)曲線在一個溫度循環(huán)過程中要記錄好溫度點環(huán)境溫度TA、TB下經(jīng)過保溫時間t1后輸出光功率P0、PA、PB。光纖溫度衰減特性實驗時，被測光纖試樣應(yīng)經(jīng)歷兩個溫度循環(huán)過程。試驗結(jié)束后，按照式()計算出光纖的平均附加損耗量。二、溫度時延漂移1. 測量原理當(dāng)今光纖光纜被廣泛使用在不同的敷設(shè)方式和環(huán)境中，敷設(shè)方式有架空、管道、直埋、纜溝和水下等，使用環(huán)境溫度為50～+60℃，因此要求光纖的性能要有高度的穩(wěn)定性。長期以來，人們始終關(guān)心的光纖溫度特性包括溫度特性和時延溫度特性。由于過去的光纖通信采用的是異步數(shù)字傳輸，不考慮時鐘溫度漂移問題。當(dāng)今，隨著光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)的普及應(yīng)用，人們開始重視時鐘漂移問題，也開始研究光纖脈沖時延溫度特性。盡管光纖的時延溫度系數(shù)很小，但其對40Gbit/s速率的高速系統(tǒng)仍有影響。眾所周知，光脈沖通過長度為L的光纖的群時延為: ()式中：L為光纖長度，N為光纖材料群折射率，c為真空中的光速。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，群時延也發(fā)生變化，將時延τ對溫度T求導(dǎo)可得： ()實際上，光纖時延溫度的變化是一種慢變化，稱為溫度漂移。我們定義單位長度單位溫度間隔時延變化量為光纖溫度時延漂移常數(shù)，記作Kf，單位為ps/(km℃)，表示式為： ()式中：第一項是由于光纖材料群折射率隨溫度變化而引起的，第二項是由于光纖物理變化引起的。溫度時延漂移常數(shù)的測量原理是利用應(yīng)變測量儀，在頻域法中，測量同一波長下溫度變化引起的正弦波調(diào)制信號的相位移?ф，即：?ф=2πfΔτ =2πfkfLΔT ()將式()稍作變換得kf： ()式中：f為調(diào)制頻率；L為試樣光纖長度；ΔT為溫度間隔。在一般情況下，時延隨溫度的變化并不完全是線性關(guān)系。試驗時應(yīng)多選擇一些試驗溫度點，由測量取得的多組數(shù)據(jù)求出擬合曲線，從而確定不同溫度間隔內(nèi)的平均時延漂移常數(shù)。2. 試驗裝置光纖溫度時延漂移常數(shù)的試驗裝置與色散測量試驗裝置基本相同。所不同的是光纖先后放入溫箱和冰柜中，光纜放在人工氣候室內(nèi)。溫度變化范圍為40～+60℃之間。色散測量的是不同波長間的時延差，而溫度時延漂移常數(shù)是測量不同溫度下的時延差。光纖溫度時延漂移常數(shù)測量用的試驗裝置是應(yīng)變測量儀（色散測量儀加應(yīng)變測量軟件）。3. 試驗程序光纖時延溫度常數(shù)的試驗方法與單模光纖色散系數(shù)的試驗方法基本相同，所不同的是，對色散測量的是同一溫度下（室溫）不同波長間的時延