1、中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分机械性能试验方法发布实施国家质量技术监督局发布前言本标准是等效采用国际电工委员会标准光纤第部分总规范第篇机械性能试验方法和修改单对光纤机械性能试验方法和光纤总规范中的进行修订的这样使我国光纤国家标准与国际标准相一致以适应在此领域的国际技术交流和贸易往来迅速发展的需要本标准与和相比增加了可剥性应力腐蚀敏感性参数及光纤的翘曲等试验方法在光纤总规范总标题下包括五个部分第部分即总则第部分即尺寸参数试验方法第部分即机械性能试验方法第部分即传输特性和光学特性试验方法第部分即环境性能试验方法本标准是第部分本标准的附录是标准的附录本标准的附录附录附录都是提示的附录本标准从
2、实施之日起同时代替和本标准由中华人民共和国邮电部和电子工业部共同提出本标准由邮电部电信科学研究规划院归口本标准起草单位邮电部武汉邮电科学研究院电子工业部上海传输线研究所本标准主要起草人陈永诗刘泽恒吴金良陈国庆前言国际电工委员会是一个包括所有国家电工委员会国家委员会的世界性标准化组织的目标是促进电气和电子领域内涉及的所有标准化问题的国际合作为了此目的除其他活动外发布国际标准标准的制定委托给技术委员会对该内容感兴趣的任何国家委员会都可以参加这个制定工作与有联系的国际的政府的和非政府的组织也可参加制定工作与国际标准化组织按照双方协商确定的条件密切合作在技术问题上的正式决议或协议是由对这些问题特别关切
3、的国家委员会参加的技术委员会制定的对所涉及的问题尽可能地代表了国际上的一致意见这些决议或协议应按国际应用的建议以标准技术报告或导则的形式发布并在此意义上为各国家委员会接受为了促进国际上的统一各国家委员会有责任使其国家和地区标准尽可能采用国际标准国家或地区标准与标准之间的任何差异应在国家或地区标准中清楚地指明国际标准由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的年颁布的第版已被修改它被分成五个标准每个标准包括一篇的第版取消并替代的第篇形成了一个技术修订版本标准应与下列标准结合起来使用光纤第部分总规范第篇总则光纤第部分总规范第篇尺寸参数试验方法光纤第部分总规范第篇传输特性和光学特性试验方法光纤第
4、部分总规范第篇环境性能试验方法本标准文本依据下列文件国际标准草案表决报告表决批准本标准的全部资料可在上表中列出的表决报告中查阅附录是标准的附录附录是提示的附录附修改单前言修改单是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的修改单的文本依据下列文件最终国际标准草案表决报告表决批准本修改单的全部资料可在上表中列出的表决报告中查阅附录和附录是提示的附录中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分机械性能试验方法代替一部分国家质量技术监督局批准实施范围本标准规定了对光纤机械性能统一的技术要求和试验方法本标准适用于具有预涂覆层或缓冲层玻璃光纤的机械强度试验操作性能试验以及物理缺陷可剥性应力腐蚀敏感性参数以
5、及光纤翘曲的检测引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性电工电子产品基本环境试验规程总则光纤总规范第部分传输特性和光学特性试验方法机械性能试验项目光纤的机械性能应按表中所列项目进行检验验收准则和样品数目应在产品规范中规定表光纤的机械性能试验方法标准号试验方法试验方法适用的性能光纤筛选试验短长度光纤的抗张强度大长度光纤的抗张强度机械强度磨损操作性能目视检验背向散射法物理缺陷可剥性可剥性轴向张力法的动态疲劳两点弯曲法的动态疲劳轴向张力法的静态疲劳两点弯曲法的静态疲劳均匀弯曲法的
6、静态疲劳应力腐蚀敏感性参数侧视显微法激光束散射法翘曲性能在考虑之中工作定义一段玻璃光纤的机械强度一段玻璃光纤的机械强度与该段长内存在的最深裂纹的深度有关在环境温度和湿度条件下一段光纤受到应力时裂纹深度将按查尔斯提出的关系式增加根据格里菲斯理论由给定式中应力强度因子形状因子常数应力应力腐蚀敏感性参数常数裂纹深度比例常数由实验确定如图所示在时间内裂纹增长到某一数值使达到即临界应力强度因子时光纤将断裂图在应力下玻璃光纤的裂纹增长曲线图举例说明当一根光纤在时间内受到应力时裂纹深度将从增长到然而在产品验收中应假设在应力下作筛选试验后几乎已达到值即光纤将发生断裂的数值如要避免光纤断裂以后的应力时必须小于物
7、理缺陷光纤内可能存在物理缺陷例如含有杂质和气泡这将影响光纤的光学性能和机械性能某些类型的缺陷可用光学反射技术方法或其他测量方法检查出来方法光纤筛选试验目的本试验是对一根光纤的全长作筛选试验去除机械强度低于或等于筛选试验水平的点试验条件试验应在规定的标准大气条件下进行一般试验程序筛选试验应按下列方法之一进行恒定应力恒定轴向应变恒定弯曲应变具有足够弹性模量和厚度的保护预涂覆层和缓冲层的光纤只要能经受施加的轴向和径向力并能保护光纤表面不受有害的径向应力的影响可以采用恒定应力筛选试验和恒定轴向应变筛选试验预涂覆层和缓冲层不足以经受这些力的光纤可以采用恒定弯曲应变筛选试验筛选试验水平应按有关产品规范中的
8、规定光纤放线和收线中的张力变化应对设备的筛选试验区无影响应根据产品规范规定的筛选试验时间确定光纤通过试验装置的速度和试验装置几何形状恒定应力筛选试验装置恒定应力筛选试验装置通常如图所示和是驱动轮或滑轮是自由运动轮与两轮处于同一平面内该轮在通过其轴的垂直线上作自由运动重物加在轮上提供与应力相应的张力光纤与三轮之间应有较高的静态摩擦系数使滑动减至最低程度可以用加压皮带等方式来达到这一要求应以恒定的角速度驱动轮用合适的方式调整轮转动的角速度使轮始终保持在恒定的垂直位置上放线张力和收线张力应不超过试验张力的轮子的直径应使光纤试样由于弯曲在任一点上产生的应力不超过试验值的图恒定应力筛选试验装置程序光纤应
9、以与产品规范中规定的筛选时间相应的速度通过试验装置施加到自由运动轮上的重物质量应按产品规范中的规定恒定轴向应变筛选试验装置恒定轴向应变筛选试验装置通常如图所示和是轮子或滑轮用等于规定应变的圆周速度差进行转动图恒定轴向应变筛选试验装置当两轮的标称直径相同时可调整两轮的速度使两轮转动的角速度差与要求的应变水平相适应当两轮的角速度相同时可调整两轮的直径使两轮直径的比值与要求的应变水平相适应光纤与两轮之间应有较高的静态摩擦系数使滑动减至最低程度可用加压皮带等方式来达到这一要求放线张力和收线张力应不超过试验值的轮子直径应使光纤试样由于弯曲在任一点上产生的应力不超过试验值的程序用调节速度的方法控制两轮子给
10、出要求的转动差或者用要求的直径差来配备轮子把施加的应变设定到产品规范中规定的值光纤应以与产品规范中规定的筛选时间相应的速度通过试验设备恒定弯曲应变筛选试验装置恒定弯曲应变筛选试验装置通常如图所示和是三个绕着各自的轴自由转动的滚轮其轴相互平行光纤在足够张力牵引下呈弯曲状通过三个自由转动的滚轮光纤弯曲与三个滚轮排列的几何形状一致根据光纤保护预涂覆层和缓冲层的厚度选择合适的滚轮直径使光纤表面由弯曲产生的最大应变等于要求的应变为了保证基本恒定的最大应变作用到光纤表面的所有部分应使用与第一组滚轮成一定角度的若干组滚轮一般可以使用彼此成角的四个滚轮组见图应调整好光纤放线和收线装置以避免光纤通过机器时产生扭
11、曲程序通过选择滚轮直径把应变设定到产品规范中规定的值光纤应以与产品规范中规定的筛选时间相应的速度通过试验设备图恒定弯曲应变筛选试验装置图复合滚轮要求采用任一方法对光纤进行筛选试验后应使用光时域反射仪或其他方法检查光纤是否断裂光纤应不断裂结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识试样长度环境温度和相对湿度应力或应变施加应力时间卸去应力的时间筛选试验时每公里光纤的断裂次数报告也可包括下列内容试验方法装置说明方法短长度光纤的抗张强度目的本试验将给出短长度光纤的抗张强度值一根给定光纤的抗张强度值的分布主要取决于试样长度拉伸速度和环境条件本试验应在要求光纤强度统计数据的场合用于光纤
12、检验应采用统计质量控制分布的方法来报告试验结果通常试样经温度和湿度预处理之后进行试验在某些情况下也可不作预处理直接在环境温度和湿度条件下测试抗张强度值试样制备制备试样应使试验长度达到装置应使用一台合适的拉力机光纤夹具应避免试样损坏和打滑拉伸速度每分钟应为试样长度的约注拉力机的拉伸方向可以是垂直的或水平的夹持光纤可以用卡盘或其他合适的方法预处理是否预处理按产品规范中的规定如果需要试样可在温度的自来水槽中或在气候箱如控制温度和相对湿度中作预处理预处理时间应不少于程序试验不作预处理将试样安置在拉力机上两夹具之间的光纤自由长度应达到拉伸速度按光纤产品规范中的规定试验作预处理将试样从预处理装置中取出后内
13、以与试验中相同的程序开始试验结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识试样长度环境温度和相对湿度标距长度即夹具之间的距离夹具类型拉伸速度强度值光纤断裂时的应力值和应变值作为参考资料报告也可包括下列内容同类光纤的质量分布例如威布尔分布分布曲线与试验光纤总长度以及各试样长度有关装置说明注在夹具附近例如断裂时其数值不应计入统计质量控制分布中而应分开报告方法大长度光纤的抗张强度在考虑之中方法磨损在考虑之中方法目视检验在考虑之中方法可剥性目的本试验是定量确定沿光纤纵轴向机械剥去保护涂覆层所需的力本试验主要用于检验光纤制造厂生产的光纤或其后采用各种聚合物作外被覆层紧包缓冲层的光纤本试
14、验可在刚制造的或在暴露到各种环境中之后的光纤上进行本试验适用和类光纤装置拉伸装置应使用一台合适的装置例如立式拉力机来提供受试光纤和剥离工具之间的相对运动拉伸装置应能提供恒定的剥离速率没有猛拉受试光纤或剥离工具的现象剥离速率应按的规定进行该装置应能提供两个方向的相对运动以便复位剥离工具应在拉伸装置的夹头上夹紧其刀刃应与光纤轴保持垂直并要防止光纤弯曲把受试光纤的另一端固紧为防止光纤断裂用于在夹持点固紧光纤的方法不应使光纤遭受过大的应力试验装置实例如图所示图涂覆层剥离试验装置示意图注剥离工具或轮子是固定的力值传感器采用合适的能检测出剥去光纤涂覆层时施于光纤上力的任何装置转换放大器本装置接收来自力值传
15、感器的信号并显示受试光纤直到涂覆层剥掉时的剥离力力值读数应是连续的例如使用一台曲线记录仪来提供足够的资料进行计算最大力和平均力以及剥离期间力值波动的幅度和频率力值的测量精度应按产品规范中规定剥离工具试验结果的准确性主要取决于剥离工具的设计故剥离工具的设计应遵守下列准则为了不损伤包层表面工具刀刃孔的直径或刀刃间的距离应大于被剥离光纤标称包层直径例如对于目前通用的光纤来说刀刃中的孔或之间的距离应比标称包层直径大剥离工具的刀刃应不引起光纤弯曲在本试验中剥离工具的刀刃对接在同一平面上为最佳状态剥离工具应安装在试验固定架上并使用合适的夹具使其紧紧夹持在光纤的周围剥离工具使用一段时间后或刀刃已磨损到足以影
16、响试验结果时应予以更换注剥离工具磨损会影响下列的任一项或全部光纤断裂玻璃光纤表面涂覆层残余量从光纤上剥去涂覆层的方式以及剥去涂覆层所需的力光纤导向孔应使用一种合适的导向孔可以设计在剥离工具自身上使要通过剥离工具的光纤保持笔直导向孔要满足下列要求导向孔应能支撑光纤防止光纤自重引起的下弯导向孔应能防止涂覆层被剥去时的皱缩而引起的光纤弯曲导向孔应尽可能在靠近剥离工具的位置且不妨碍剥离操作导向孔应易于安装到试验装置上且容易清洗如果涂覆层皱曲应能免受干扰试样制备代表性试样试样应能代表总体光纤以便作出正确的质量评估由于试验的可变性故至少取段试样做试验然后取平均值得到该试样的试验结果试样长度所剥光纤长度会影
17、响剥离力对于标称涂覆层直径为的光纤所剥光纤长度对剥离力影响很小光纤的剥离长度应当在产品规范中规定对于标称涂覆直径为的光纤可取的值为和对于较粗的涂覆层直径可选取较短的剥离长度试样总长度由光纤固定端与剥离工具间的距离要通过剥离工具所规定的待剥光纤长度见图和在固定端把光纤绕到轮子上所需的长度来确定试验结果部分地取决于光纤的剥离长度与试样总长度无关图剥离长度示意图程序设定剥离速率从光纤上剥去涂覆层所需的力部分地取决于剥离速率如果要比较不同试验的结果应采用相同的剥离速率拉伸试验机应能按产品规范中规定的速率在光纤与剥离工具之间提供相对运动对于标称涂覆层直径为的光纤可取的值为或较粗涂覆层直径的剥离速率可取预
18、处理试样应在的温度和的相对湿度下至少预处理标定转换放大器每组试验前应按设备仪器使用说明书标定转换器和力值传感器安装试样安装光纤之前剥离工具两刀刃周围的区域应无残渣和或累积物试验光纤的一端应固紧在试验夹具上使其在加载时不打滑例如光纤在直径为的轮子上绕三圈光纤的另一端穿过剥离工具并插入到光纤导向孔中剥离涂覆层距光纤端头规定的距离处切开涂覆层启动拉伸试验机在光纤和剥离工具之间提供一个恒定的相对运动从光纤上剥去涂覆层观察测量并记录剥去玻璃光纤涂覆层所需的力要去除试验期间光纤断裂情况下的数据当涂覆层完全从光纤上剥去时试验完成注光纤上留有任何肉眼可见的涂覆层残留物应能用实验室薄纸很容易地轻轻擦去结果试验结
19、果应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员受试光纤的识别包括涂覆层外径和涂覆层材料类型预处理和试验期间的环境条件包括温度和相对湿度受试光纤未断裂或者未损坏的数目对段或更多段试样上去掉第一个峰值后平均剥离力进行平均的结果值试验总体的标准偏差或范围完全剥去涂覆层以前受试光纤的断裂或损坏数目是否有涂覆层残留物试验结果还可包括下列内容试验方法使用的剥离工具类型的识别包括制造厂和刀刃孔的标称尺寸剥离速率被剥离涂覆层的长度应力腐蚀敏感性参数的测定概述确定应力腐蚀敏感性参数主要有五种试验方法实际上分为二大类即动态疲劳试验法和静态疲劳试验法任何光纤的机械试验都应在尽可能接近实际应用的模拟条件下确定断裂应力和疲
20、劳性质合适的试验方法如下轴向张力下的动态疲劳两点弯曲下的动态疲劳轴向张力下的静态疲劳两点弯曲下的静态疲劳均匀弯曲下的静态疲劳以上试验方法适用于类多模光纤和类单模光纤所有试验都应在恒定的环境条件下进行试验期间温度的标称值应在之内容差为相对湿度的标称值应在之内容差为为了获得可靠的实验结果要求相对湿度的标称值靠近优选值其优选值为所有试样在试验环境中至少预处理光纤置于高温高湿环境中即使是短暂的时间用这些试验方法测量的值也会改变这些试验方法的使用指南在附录提示的附录中给出注用各种疲劳试验方法得到的应力腐蚀敏感性参数值可能不同测量时间和施加的应力量对测试结果均有影响在选择试验方法时必须小心选择何种方法应在
21、用户和制造厂之间达成一致如果静态和动态疲劳试验在相同的有效测试时间内完成则两种试验方法的结果相差不大对动态疲劳试验而言这意味着其测试时间是静态疲劳试验测试时间的倍采用静态疲劳试验方法时对较长的测量时间和相应较低的施加应力水平值增加本标准中给出的静态疲劳试验测试时间范围比在相对短的时间内完成的动态疲劳试验测试时间范围更接近实际情况方法用轴向张力法测量光纤动态疲劳参数目的本方法用来确定光纤在规定的恒定应变速率下的动态疲劳参数本方法只用于在最高应变速率下中值断裂应力大于的光纤对中值断裂应力小于的光纤本方法的测试条件达不到足够的精度本方法通过改变应变速率来试验光纤的疲劳性能本试验适用于断裂应力值的对数
22、与应变速率的对数呈线性关系的那些光纤和应变速率装置本条规定了用于动态断裂应力试验装置的基本要求典型示例见图图和图张力试验中试样的标距长度为图拉伸试验装置示意图试样夹持应把受试光纤段两端夹紧并施加张力直到光纤标距长度区域发生断裂应尽量减少光纤在夹持处的断裂应记录光纤在夹持处的断裂但不算作试样的有效数目或不用于随后的计算中选择一种用弹性材料套覆盖表面的合适轮子来夹持光纤见图不受试验的一段光纤围绕轮子缠绕几圈端头用弹性带或胶粘带固定光纤绕在轮子上不得交叉光纤伸长前两轮轴芯之间的光纤长度定为标距长度确定轮子和滑轮直径的原则是缠绕在轮子上的光纤不应受到能引起光纤断裂的弯曲应力对典型的石英系光纤如图那样缠
23、绕在轮子上或绕过滑轮时弯曲应力不应超过对包层涂覆层石英光纤最小的轮子直径为轮子表面应有足够的刚性以保证充分加载时光纤不会切割表面通过预先试验的方法能够确定这一条件图旋转试验装置示意图图旋转试验装置示意图给光纤施加应力光纤应在恒定的应变速率下伸长直至断裂伸长速率用每分钟标距长度伸长的百分比来表示完成光纤伸长直至断裂的方法有两种在恒定的速率下移动一个或两个轮子来增加夹持轮子之间的间距其初始间距等于光纤的标距长度见图旋转一个或两个轮子来收紧受试光纤见图和图应变速率就是单位时间内受试光纤两定点之间的长度变化用百分比时间表示如果使用方法应采取措施防止光纤在旋转轮上缠绕时互相交叉如果同时试验多根光纤应保护
24、每根光纤不受相邻光纤的影响以便在断裂处的鞭击不损伤其他受试光纤测量断裂力应采用一个力值传感器测定每根试验光纤在拉伸过程中直至断裂时的抗张应力对每一断裂应力范围传感器应定标在断裂负载或最大负载的以内力值传感器应与光纤受到负载时的同样方式进行定标和定向对方法当用一根绳子和标准重量来标定力值传感器时应当用一个轻的低摩擦的滑轮或滑轮组来代替非旋转轮见图或旋转轮见图一端连接到负载测试装置或其轮子上的绳子应模仿实际试验光纤的方向并且粗细或直径类似于受试光纤标定力值传感器至少使用三种标定重量其中包括典型的断裂负载或最大负载最大负载的最大负载高于最大负载应用记录仪记录断裂时的最大张力负载其响应时间应满足记录的
25、断裂负载在真实值的以内注对卧式旋转轮试验机的力值传感器进行标定时滑轮的摩擦影响可导致相当大的误差设定应变速率速度控制单元的设定应通过试验确定以符合规定的应变速率应变速率应当用每单位时间标距长度的百分数表示最大应变速率应不大于选择有效的最大应变速率时应考虑试验方法的各个方面诸如设备的能力及试样的材料特性除最大应变速率外还应另外使用三种应变速率它们大致以个数量级的大小依次从最大应变速率减小到最小应变速率使用较快的应变速率结合较低的负载值来缩短试验周期是可能的例如若规定的应变速率为先用次快速率来试验一些试样以建立断裂应力范围接着用次快速率把光纤预加载到等于或小于在此速率下找到的最低断裂应力的接着再按
26、规定的应变速率进行试验直至光纤断裂表征应力速率应力速率会随光纤类型拉伸设备断裂应力光纤打滑和施加的应变速率的不同而变化可用下式表征用于疲劳计算中每一应变速率下的应力速率式中断裂应力断裂时间至断裂应力时所用时间试样样本大小由于测试结果的可变性对每一种应变速率至少测试个试样且舍去各应变速率下最低断裂应力数据点当对曲线斜率的估算标准偏差为或更大时则对每种应变速率应至少试验个试样并舍去各应变速率下的两个最低断裂应力数据点样本大小可选择的正如附录标准的附录的中解释的在某些应用中需要知道估算动态张力应力腐蚀敏感性参数的置信区间时可能需要一些附加的试样各种样本大小可查阅表样本的大小取决于期望的动态威布尔斜率
27、附录中的算法只限于每种应变速率都规定相同的样本大小的那些试验程序本程序描述了如何从在给定的应变速率下试验的一组给定试样获得光纤断裂应力数据的总体统计计算在中给出设定和记录标距长度见设定和记录应变速率见如果使用方法把夹持轮返回到标距长度的间隔位置把试样两端依次安装在夹具上光纤的切线点应与负载标定时处于同一位置引导每根试样在卡盘上至少缠绕要求的圈数缠绕过程不得自相交叉将负载记录仪置启动电机拉伸光纤记录应力与时间的关系曲线直至光纤断裂停转电机对试样组内的所有光纤重复程序至使用的方程计算每根光纤的断裂应为根据的方程计算应力速率以备在中使用使用的方程完成需要的总体统计计算计算断裂应力当忽略涂层效应小于时
28、对通用包层直径为涂覆层直径为聚合物涂覆层的光纤可用下式计算断裂应为式中涂覆层光纤试样的断裂张力玻璃光纤的标称横截面积当涂覆层的效应明显时可采用附录中给出的一种更完整的方法计算断裂应力给定应变速率下的断裂应力绘制表征总体的威布尔分布曲线需按以下步骤进行将断裂应力从最低值至最高值依次排列好并按顺序给定一个序号即第一号为最低断裂应力第二号为次低断裂应力等等即使几个试样的断裂应力相同也要对其给定不同的序号计算每一断裂应力的累积失效概率式中样本大小绘出对的威布尔曲线注用威布尔概率纸可得到这根曲线曲线上标出所需数据对给定标距长度和直径的试样动态疲劳威布尔曲线与下述累积概率函数有关设来定义一个与给定概率有关
29、的序号若为整数令为第序号的断裂应力若不为整数令为低于的整数且然后令中值断裂应力为威布尔斜率为式中累积失效概率为时的断裂应力累积失效概率为时的断裂应力威布尔参数为绘出每种应力速率的威布尔分布曲线确定每种应力速率的中值断裂应力动态张力应力腐蚀敏感性参数中值断裂应力通常会随恒定应力速率按下式变化截距式中截距为单位应力速率下断裂应力的对数如图所示截距可按下式计算截距斜率采用附录中给出的算法计算估算值和试验的置信区间与曲线斜率的估算标准偏差应小于参见附录中确定结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识环境温度和相对湿度动态张力应力腐蚀敏感性参数其他参数在考虑中按用户要求提供下列数据
30、应变速率每种应变速率下的样本大小估算值标准偏差和标距长度环境预处理时间断裂应力计算方法光纤杨氏模量若考虑涂覆层杨氏模量若考虑所有应变速率的威布尔曲线若采用计算应力速率的方法若与方法不同图断裂应力对应力速率的动态疲劳曲线方法用两点弯曲法测量光纤动态疲劳参数目的本方法用来确定光纤在一个恒定的压板速率下两点弯曲的动态疲劳参数对于使用中光纤应力起因于弯曲的情况应优先采用本试验方法本方法通过改变压板速率来试验光纤的疲劳性能本试验适用于其断裂应力对数与压板速率对数呈线性关系的那些光纤和压板速率装置一种可能的试验装置示于图此装置是通过测量光纤断裂时的压板间距来测量光纤呈两点弯曲几何形状断裂时所需的应变应力值
31、步进电机控制此装置为平板直线运动提供准确可靠可重复的电机化控制使用的最大步进长度应为的步进长度能用于更高的精度步进电机驱动移动压板通过一根丝杆将步进电机的旋转运动转换成移动压板的直线平移图两点弯曲装置示意图图平面压板示意图固定压板本部件对着移动压板支撑光纤移动压板速度光纤应置于两压板之间用计算机控制步进电机以规定的恒定速度驱使活动压板压向固定压板常数直至光纤断裂采用的移动速度为等档控制精度均为光纤断裂监测系统可采用下列方法中的一种来探测光纤断裂方法采用一种声发射探测器或传感器来探测光纤的断裂断裂信号通过计算机停止移动压板运动且在断裂时显示压板的间距方法将力值压力传感器安装在固定压板上并连接到一
32、合适的信号处理装置上用以测量试验过程中施加于光纤的力当光纤断裂时力降为零从而提供一种检测光纤断裂的方法方法探测光纤断裂的另一种技术是给试验中的光纤通光并监测光输出信号当光纤断裂时光传输信号消失对以上所有方法光纤断裂时压板间距的计算为压板初始位置压板行程试样试样为一段长度约的涂覆光纤玻璃光纤的直径应确知到涂覆层直径应确知到各速度的样本大小至少为程序试验前应先对试验装置进行标定设两块压板面完全接触时的距离为零这时步进电机控制器的读数应调为零当光纤断裂时可采用块规来校验该距离以核实步进电机控制器显示的压板间距值零位置的可重复性应在注两压板的表面在接触之前应仔细清洁光纤压板分开的初始间隙应调定在其中包
33、括槽深在总体光纤以给定的压板速度作试验以前从同批光纤中先取一根进行断裂试验以确定光纤断裂时的压板间距用这个压板间距来计算断裂应力式式和式采用等于断裂应力的应力值用式式式和式就可计算确定初始开始时压板间距由于步进电机的最高速度限制了压板的最高速度采用计算出的压板间距将缩短试验时间和达到最高压板速度先用较高的压板速度结合降低负载值的方法可以缩短试验时间若规定的压板速度为那么在次快速度下试验一些样品来确定一个断裂应力范围接着用次快速度把光纤预加载到等于或小于此速度下找到的最低断裂应力的接着再用规定的压板速度进行试验直至光纤断裂小心掐住试样的两端把它弯曲后插入两压板之间然后将其向上拉至图所示位置在操作
34、光纤或对光纤加载时不得用手指触摸弯曲的光纤标距长度弯曲光纤的顶点应始终在夹具中的同一位置这可减小压板不平行的影响光纤的方向朝上或朝下均可样品断裂后停掉电机记录光纤断裂时压板的间距在规定的加载速率下对每一根光纤样品重复步骤至在其他规定的加载速率下对所有样品重复步骤至使用中的方程计算每次断裂时的光纤断裂应力使用中的方程完成要求的总体统计计算计算断裂应力每根光纤的断裂应力由下式计算式中断裂应力杨氏模量光纤弯曲顶点的断裂应变非线性应力应变特性的修正系数的典型值为玻璃光纤直径光纤断裂时压板间的距离包括任何涂覆层的光纤总直径两个槽的总深度见图在给定压板速率下的断裂应力按中的规定动态两点弯曲应力腐蚀敏感性参
35、数中值断裂应力通常将按下式随恒定压板速度变化截距式中玻璃光纤的半径截距如图所示的在单位恒定压板速度下断裂应力的对数截距可按下式计算截距斜率采用附录中的算法来计算的估算值和试验的置信区间而且对的斜率的估算值标准偏差应小于参见附录中来确定结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识环境温度和相对湿度动态两点弯曲应力腐蚀敏感性参数其他参数在考虑中按用户要求提供下列数据压板速度每种压板速度的样本大小估算值标准偏差环境预处理时间玻璃光纤的杨氏模量如果设定值与给定的值不同拟合参数断裂应力中值和所有压板速率下的威布尔曲线和玻璃光纤直径图动态疲劳数据图方法用轴向张力法测量光纤静态疲劳参数目
36、的本方法用来确定单根光纤段在张力下的静态疲劳参数本方法通过改变施加的应力水平来试验光纤的静态疲劳性能装置试验装置的排列如图所示每种装置均由对光纤施加应力和监测光纤断裂时间两部分构成标距长度即两个卡盘之间的距离应为试样夹持按的要求给光纤施加应力将已知重量悬挂在一个轮子上给光纤施加应力见图在一给定标称应力水平下试验几个样品对一给定的标称量实际应力水平的范围能影响测试精度对于简单的中值计算法试验用应力水平应在给定标称应力值的以内对同调法和最大似然估算法应记录每根样品的单个应力水平以便于计算见测量断裂时间有许多监测光纤断裂时间的技术可供本试验中采用其中之一是在对光纤施加应力的悬挂重物下放置记时器图静态
37、疲劳张力试验装置示意图试样每种标称应力水平下的样本大小应至少为程序应对至少五种不同的标称施加应力水平进行试验标称应力的选择应使其中值断裂时间大约从使得在对数坐标纸上有大约相等的间距对标准的二氧化硅系光纤达到这一要求的负载范围为由于断裂时间取决于光纤断裂应力和疲劳参数所施加的实际标称应力水平和施加的应力水平的个数能反复来确定换句话说开始试验时可以用一个宽的应力水平范围将断裂太快或太慢的试验数据舍去样品作完预处理之后安装在试验装置上监测并记录每根光纤断裂的时间对一样品组在一给定的标称应力水平下进行试验时只要中间样品已断裂就可提前中止试验若多半样品已断裂在所有余留样品断裂以前就可进行计算并确定中值断
38、裂时间应对每次测试计算和报告估算值标准偏差估算值标准偏差应小于计算断裂应力按的规定静态张力应力腐蚀敏感性参数样品中值法本方法不需假设威布尔斜率为线性由于未采用全部数据将会产生比其他方法更大的估算值标准偏差对每种标称应力水平对应的中值断裂时间就被确定用最小均方差和的方法把数据拟合到下面线性回归模式截距上式中的截距值为截距中值中值其他替代方法例如同调法或最大拟然估算法也能用于确定见附录的结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识环境温度和相对湿度静态张力应力腐蚀敏感性参数其他参数在考虑中按用户要求提供下列数据光纤直径涂覆层直径若考虑标距长度每种标称应力水平的初始样本大小和标称
39、应力水平的个数所用的环境预处理时间的计算方法和的中值断裂应力计算方法若采用的方法应报告涂覆层和玻璃的杨氏模量标称应力水平方法用两点弯曲法测量光纤静态疲劳参数目的本程序规定了用两点弯曲测量光纤静态疲劳参数的方法对使用中光纤因弯曲而产生应力的那些情况应选弯曲法装置一种试验装置如图所示刻有槽的平行板和间距调节垫应由热稳定材料例如不锈钢制成间距调节垫用于限定平板之间要求的间隙可用精确内径的玻璃管或精密铰孔过的金属板代替图所示的平行板在这些情况中管壁起到像平行板同样的功能图静态疲劳两点弯曲装置示意图可采用声学传感器和合适的输出电压监视器检测光纤的断裂也可采用其他方法检测光纤的断裂例如将光注入试验光纤传感
40、装置应能以精度等于或优于实际断裂时间的精度测量断裂时间试样试样为一段长度大约的涂覆光纤玻璃光纤直径应确知到涂覆层直径应确知到每种标称应力水平下的样本大小至少为程序应至少采用五种不同的标称应力水平进行试验标称应力的选择应使其中值断裂时间大约从装配两点弯曲夹具采用合适高度的垫片以便在光纤弯曲的顶点产生期望的最大应力用式式和式计算产生期望施加应力值的垫片高度若采用精确内径的玻璃管或精密铰孔过的金属板式中的等于零将预处理过的光纤装入夹具使用探测器记录每次断裂的时间探测器应确保记录准确计算断裂应力按的规定静态两点弯曲应力腐蚀敏感性参数按的规定结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标
41、识环境温度和相对湿度静态两点弯曲应力腐蚀敏感性参数其他参数在考虑中按用户要求提供下列数据光纤玻璃直径涂覆层直径光纤的弹性模量每种标称应力水平的初始样本大小和标称应力水平的个数计算的方法对所测的每个应变值按算出威布尔形状参数的估算值标准偏差标称应力水平方法用均匀弯曲法测量光纤静态疲劳参数目的本程序规定了用均匀弯曲确定单根光纤段静态疲劳参数的方法本方法采用不同的弯曲直径来试验光纤静态疲劳性能装置弯曲应力试验装置由不同精确直径的圆棒组成光纤缠绕在圆棒上便受到弯曲应力如图所示样品夹持应采用橡胶环粘结剂粘胶带的方法把受试光纤两端头固定在圆棒上应夹紧光纤使得在断裂之前不会滑动并尽量避免光纤在夹持处断裂记录
42、在夹持处发生断裂的根数但不算作样品部分或不用在随后的计算中需要一台缠绕设备将受试光纤绕在圆棒上光纤应以最小节距缠绕应小心避免缠绕过程中给光纤引入不必要的张力需要足够的卷绕力如确保光纤缠绕在圆棒上时全长都接触到圆棒图静态疲劳均匀弯曲装置示意图给光纤施加应力适当选择圆棒直径可改变光纤应力水平在每种给定的标称应力水平下应试验几个样品对于简单的中值计算法一个给定应力水平下圆棒直径的范围应在标称值的以内对于同调法和最大似然计算法应记录每根样品单个应力水平以便用于计算测量断裂时间有很多监测光纤断裂时间的技术可供本试验使用一种方法是采用声发射探测器或转换器来响应光纤断裂并在光纤断裂时给计算机发出信号另一种方
43、法是用光学技术探测圆棒在一个特殊支承套中的存在当光纤断裂时圆棒从支承套中推出另外还可通过探测受试光纤传输光的技术来测量试样每种标称应力水平下的样本大小至少为每次试验的光纤长度为玻璃光纤直径应确知到涂层直径应确知到程序应至少试验五种不同的标称应力水平应按中值断裂时间从大约到的范围选择标称应力计算断裂应力由下式计算每根光纤的断裂应力式中断裂应力杨氏模量断裂应变非线性应力应变特性修正系数的典型值为玻璃光纤直径圆棒直径包括任何涂覆层的光纤总直径静态均匀弯曲应力腐蚀敏感性参数按的规定结果试验结果报告应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤标识环境温度和相对湿度静态均匀弯曲应力腐蚀敏感性参数其他参数在
44、考虑中按用户要求提供下列数据光纤玻璃直径涂覆层直径估算值的标准偏差缠绕在圆棒上的光纤长度缠绕力每个试验组的初始样本大小和试验组的个数每种直径的圆棒数目计算的方法方法用侧视显微技术测量光纤的翘曲目的本试验方法规定了一种用侧视显微技术测量未涂覆光纤曲率半径或翘曲的程序在使用无源对准熔融焊接机或有源对准批量熔融焊接机时光纤翘曲度是影响连接损耗的一个重要参数本程序通过确定未支撑光纤端头绕纤轴旋转时产生的偏离量来测量未涂覆光纤的曲率半径已知光纤最大偏离量和从光纤夹具到测量点的悬空距离用一个简单的圆模型就能计算光纤的曲率光径计算公式推导见附录提示的附录本程序给出了二种收集数据和计算的方法在方法中是将光纤旋
45、转时用测微器测得的最大和最小读数之差的一半确定为光纤偏离量在方法中是将均匀旋转步幅下测得的一组偏离数据用正弦函数拟合最佳拟合正弦波的峰到峰幅值的一半被确定为光纤偏离量装置典型的试验装置示于图图和图光纤夹具使用一种合适的夹具保持光纤在一个恒定的轴上并允许光纤旋转夹具可以由一型槽例如真空卡盘或一光纤套筒组成若使用套筒为减小测量偏离的易变性需保证内径与光纤外径的配合公差足够小旋转夹具采用一旋转夹具夹住光纤一端并能提供将试样旋转的精确方法该装置可以手动操作或靠步进电机驱动偏离测量装置提供一种来测量光纤旋转时偏离的装置该装置可由可视显微镜或如激光测微器类的光学测量仪器组成若采用可视显微镜要提供允许精确测
46、量光纤偏离的方式例如测微目镜或图像分析系统摄像机和监视器摄像机和监视器可用于增强手动或自动操作的可视系统功能视频分析仪采用视频图像分析仪可提供更精密的测量线的定位计算机可用计算机系统进行过程控制数据收集和计算试样试样应是一段适当长度的未成缆光纤其一端应剥去足够长度的涂覆层使之能安装在夹具上并有适当悬空长度试验程序将未涂覆光纤端安放在光纤夹具中端头伸出夹具外适当的悬空距离典型悬空距离是试样另一端固定在旋转装置上方法的程序旋转试样直到偏离读数是在最大或最小位置记录此时的偏离值再旋转试样约直到偏离读数是在另一极端位置记录偏离值方法的程序记录试样在初始位置的偏离值和角度值以均等角度步幅旋转样品记录在每
47、个步幅下的偏离值和角度步幅典型的角度步幅是至计算偏离量的计算方法由下式计算光纤偏离量式中和分别是最小偏离值和最大偏离值偏离量的计算方法把位置数据和拟合成下列形式的正弦函数并确定系数和式中就是光纤偏移量即曲率半径翘曲的计算因为测量任何样品的总光纤偏离量将取决于悬空距离采用圆模型把光纤翘曲作为曲率半径进行计算是方便的式中曲率半径悬空距离光纤偏离量结果试验结果应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤样品标识光纤曲率半径按用户要求提交下列资料采用的试验方法所用设备的描述标定数据图采用光学显微镜测量光纤翘曲装置的示意图图采用激光测微仪测量光纤翘曲装置的示意图图样品夹持在套筒中测量光纤翘曲装置的示意图
48、方法用激光束散射法测量光纤的翘曲目的本方法规定了用激光束散射测量未涂覆光纤的曲率半径翘曲的程序该参数与同时连接多根光纤的技术有关对连接损耗有重要影响装置典型试验装置示于图光源采用分离的激光束作光源它由一激光器光束分离器和一个三棱镜组成检测器采用像线性传感器一类的图像传感器作检测器试样样品固定在一个旋转夹持器中该夹持器应允许光纤绕夹具的轴旋转未涂覆光纤固定在样品夹持器中并竖直延伸出夹持器一个规定的悬空长度程序标定用一根非翘曲光纤给出系统的标定因子测量样品旋转时通过线传感器读出两反射光束之间的距离将最大反射束距离记作光纤的曲率半径由下式计算式中曲率半径光纤和线传感器间的距离反射束距离入射束距离式的
49、推导见附录提示的附录结果试验结果应包括下列内容试验名称试验日期和操作人员光纤样品标识光纤曲率半径按用户要求提交下列资料采用的试验方法所用设备的描述标定数据图用激光束散射法测量光纤翘曲装置的示意图附录标准的附录断裂应力试验的统计计算样品尺寸和样本大小样品尺寸断裂应力试验具有统计特性应测量许多单根光纤的断裂应力其中每根光纤都是一个给定总体的代表试验结果作为一个整体以概率分布的形式来报告样品尺寸和标距长度决定了其代表总体特征的程序以及测量的概率范围通常标距长度也会影响试验结果因为实测的断裂应力随标距长度的增加而下降样本大小实际上不可能预先选择相同的裂纹样品在每种应变速率下进行试验而是要求抽取的试样可估算光纤的平均裂纹性质试验置信区间宽度受到在不同应变速率下受试裂纹的不同性所支配也就是置信区间是疲劳试验准确度的度量而不是光纤属性的直接度量表给出了动态应力腐蚀敏感性参数威布尔斜率和每种应变速率下样本大小的各种组合下的典型置信区间此结果是对式章所定义的疲劳特性用蒙特卡罗模拟一条理想的威布尔分布而得到
