Quand les gens parlent decomment tester un câble à fibre optique, ils signifient généralement des traces OTDR, une perte d'insertion ou une certification de lien après l'installation.
En réalité, des tests sérieux de câbles commencentbeaucoup plus tôt, avant la gaine du câble, il existe même des éléments de renforcement et des blindages. L'une des étapes les plus importantes pour lefutur câbleest letest de fibre optique– un test de résistance mécanique sur des fibres nues qui détermine la fiabilité du câble à fibre optique fini lors de la traction, du pliage et du service à long terme.
Dans cet article, nous nous concentrons sur cette seule étape :
comment tester un câble à fibre optiqueau niveau des fibres, en vérifiant la résistance-du test de résistance des fibres qui pénètrent à l'intérieur du câble.
Comment tester un câble à fibre optique pour vérifier sa-force ?
En pratique, la résistance des tests-est vérifiée au niveau de la fibre, avant le câblage. Chaque fibre nue qui entrera dans un câble à fibre optique est étirée sur toute sa longueur jusqu'à une contrainte de traction spécifiée (par exemple 0,69 GPa / 100 kpsi). Toute fibre qui ne peut pas survivre à cette contrainte se brise et est jetée, et seules les fibres qui réussissent ce test de résistance sur toute la longueur sont autorisées dans l'âme du câble, garantissant que le câble fini peut résister aux charges nominales de traction, de flexion et de service à long terme -.
Quelle est la place des tests de preuve dans les tests de câbles à fibre optique ?
Un cycle de vie simplifié d'uncâble à fibre optiqueça ressemble à ça :
Étape de fibre nue
Tirage des fibres
Test de résistance des fibres optiques (criblage mécanique des futures fibres des câbles)
Tests optiques sur fibre nue (atténuation, géométrie, dispersion)
Étape de fabrication du câble
Fibres testées à l'épreuve du toronnage-dans des tubes ou des rubans lâches
Ajout d'éléments de renforcement, de charges, de systèmes de blocage de l'eau-et de vestes
Essais mécaniques sur câble fini(traction, écrasement, impact, flexion, cyclage de température)
Tests optiques sur câble fini(atténuation, perte supplémentaire après essais mécaniques)
Étape de déploiement sur le terrain
Contrôle de la tension d'installation
Tests d'acceptation : OTDR, perte d'insertion, réflectance
Contrôles périodiques pendant la durée de vie du câble
Letest de fibre optiqueappartient auétape de fibre nue, mais ses résultats sont "intégrés" pour toujours au câble :
Chaque fibre à l'intérieur d'un câble à fibre optique possède soitpasséun test de preuve à un niveau de contrainte défini, ou il aa échoué et a été supprimé.
Une fois ces fibres toronnées dans un câble, vous ne pouvez plus refaire cette étape de filtrage. La marge mécanique du câble est déjà décidée.
Alors quand on dit"comment tester un câble à fibre optique pour vérifier sa résistance-test", nous décrivons en réalité comment le fabricant teste et filtre les fibres qui vont déterminer le comportement du câble sous tension.
Qu'est-ce qu'un test de preuve de fibre optique (du point de vue du câble) ?
Du point de vue de la mécanique de la rupture, un essai de preuve est un essai de traction sur du verre présentant des défauts de surface.
D'uncâble à fibre optiqueDe ce point de vue, il est plus simple de penser comme ceci :
Le fabricant étire chaque fibre jusqu'à un niveau de contrainte défini (par exemple0,69 GPa / 100 kpsi) sur toute sa longueur.
Toute fibre qui ne peut pas survivre à ce stress se brisera etne jamais être utiliséà l'intérieur d'un câble à fibre optique.
Les tests de preuve agissent donc comme unbarrière de sécurité mécaniqueentre verre nu et câble fini :
Les fibres trop faibles pour résister à une traction et une manipulation raisonnables des câbles sont retirées précocement.
Les fibres qui pénètrent dans l'âme du câble ont démontré au moins la résistance au test de validation spécifié.
Votre section détaillée "1.1.1 Test de preuve-résistance de la fibre optique" explique exactement comment cela fonctionne en termes de défauts, de fatigue dynamique et de croissance de fissures. Les sections suivantes traduisent cette théorie enconséquences pratiques pour le câble.
Preuve-Test de résistance de la fibre optique
Définition et objectif de la preuve de fibre optique-Résistance du test
Dans les fibres optiques utilisant du verre de silice comme support, des défauts de différentes tailles existent inévitablement, notamment des fissures à la surface de la fibre. La taille et la forme de ces défauts sont réparties de manière aléatoire. Afin de garantir la résistance des fibres optiques pratiques, il est nécessaire d'effectuer un contrôle de résistance en ligne-ou hors ligne-des fibres optiques après étirage, de manière à éliminer les fibres optiques dont la résistance est inférieure à la valeur spécifiée, et de garantir que les fibres quittant l'usine peuvent être utilisées dans des états de charge inférieurs à la résistance du test de preuve-sans se casser.
La norme Bellcore GR-20-CORE stipule que la fibre optique doit réussir un test de résistance de fibre optique sur toute la longueur à 0,69 GPa (100 kpsi).
Le test de résistance des fibres optiques applique un test de dépistage avec une contrainte de 100 kpsi en chaque point sur toute la longueur de la fibre, de sorte que les fibres qui ne peuvent pas résister à cette contrainte (équivalente à des fissures supérieures à 1 μm) se briseront à leurs points faibles, tandis que les fibres qui réussissent le test de résistance peuvent être garanties de fonctionner normalement sous des contraintes inférieures au niveau du test de résistance.
Comportement en fatigue dynamique lors des tests de résistance aux fibres optiques
En fait, le processus de test-de la fibre optique lui-même est un processus de fatigue dynamique. Pendant le test de preuve-, sous l'action de la contrainte du test de preuve-, les fissures dans la fibre se développeront, réduisant encore davantage la résistance de la fibre. La diminution de la résistance de la fibre au cours du processus de fatigue dynamique peut être exprimée par la formule suivante :
Sf⁻² − Si⁻²=− 1/B ∫₀ᵗ [σ(t)]ⁿ dt (1-1)
Équation de fatigue dynamique pour la dégradation de la résistance des fibres
où Si est la résistance de la fibre avant le test de validation ;
Sf est la résistance de la fibre après des tests-de validation ;
σ est la contrainte appliquée lors du test de résistance aux fibres optiques ;
n et B sont des constantes décrivant la croissance des fissures.
Lors des tests de validation-, la contrainte appliquée à chaque point de la fibre comprend trois processus : le chargement, le maintien et le déchargement (comme le montre la figure . 1-1). Le changement de résistance des fibres avant et après le test -est donné par :
Sf⁻²=Si⁻² − 1/B [ σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₁) + σpⁿ t_d + σp⁽ⁿ⁺¹⁾ / ((n+1)σ₂) ] (1-2)
Relation entre la résistance des fibres avant et après les tests de preuve
où σ₁ est le taux d'augmentation de la contrainte dans la région de chargement, donc le temps de chargement est t₁=σp / σ₁ ;
σ₂ est le taux de diminution de contrainte dans la région de déchargement, donc le temps de déchargement est t₂=σp / σ₂ ;
σp est la contrainte du test de preuve- ;
t_d est le temps de maintien sous charge.
À partir des courbes présentées sur la figure . 1-1, on peut voir que, dans les régions de chargement et de maintien, toutes les fibres dont la résistance est inférieure à la contrainte de test -σp (y compris la réduction de résistance causée par la fatigue dynamique dans cette région) se briseront, comme l'indiquent les courbes a et b. Cependant, deux situations peuvent se produire dans la région de déchargement : l'une est celle représentée par la courbe c, où la fibre se casse dans la région de déchargement en raison d'une réduction de résistance provoquée par la fatigue dynamique ; l'autre est comme le montre la courbe d, où la résistance diminue jusqu'en dessous de la contrainte de test - σp en raison de la fatigue dynamique pendant le déchargement, mais la fibre passe toujours le test de preuve sans se casser. Par conséquent, même dans les fibres qui ont réussi le test de preuve, il peut encore y avoir des endroits où la résistance est inférieure à la contrainte du test de preuve-, conduisant à une invalidation locale du test de preuve.
Effet du temps de déchargement et de la preuve-Contrainte de test sur les résultats de dépistage
Pour comprendre ce problème, deux approches peuvent être adoptées. La première consiste à minimiser le temps de déchargement lors du test de résistance des fibres optiques ; c'est l'un des principaux indicateurs techniques des équipements modernes de test d'épreuve des fibres optiques-. L'autre consiste à sélectionner une contrainte de test de preuve-réelle appropriée en fonction de différents niveaux de test de preuve-et de temps de déchargement. Par exemple, selon l'expérience de la société Mingxun, une fibre optique avec une résistance minimale au test de preuve de 0,7 GPa réussit un test de preuve à 0,73 GPa (avec une valeur de queue de censure d'environ 4,3 % et un temps de déchargement de 75 ms), et une fibre optique avec une résistance minimale au test de 1,40 GPa réussit une contrainte de test de 1,50. GPa (avec une valeur de queue de censure d'environ 7% et un temps de déchargement de 25 ms).
Fig. 1-2 Répartition statistique de la résistance à la rupture des fibres optiques
Les fissures garantissent que la résistance minimale de la fibre optique finie est supérieure au niveau de résistance du test de validation.
Concentration de contraintes au niveau des fissures de surface dans les fibres optiques
L'extrémité de la fissure de la fibre optique forme une région de concentration de contraintes-, qui est le facteur le plus susceptible de provoquer une rupture de la fibre. Le degré de concentration des contraintes est généralement exprimé par le facteur d'intensité de contrainte K_I :
K_I = σ√a (1-4)
Définition du facteur d'intensité de contrainte mode I
où est une constante ;
σ est la contrainte appliquée extérieurement ;
a est la profondeur de la fissure.
A une fissure donnée, à mesure que la contrainte augmente, lorsque K_I augmente jusqu'à sa valeur critique K_C, la fibre se casse.
Fatigue statique des fibres optiques dans les câbles à fibres optiques
Pendant la pose et l'entretien du câble optique, les fissures superficielles de la fibre continuent de se développer sous l'action des contraintes et de l'humidité, provoquant une diminution de la résistance de la fibre et conduisant éventuellement à une rupture de la fibre. Il s'agit du processus de fatigue statique de la fibre optique.
Les caractéristiques de fatigue statique de la fibre optique :
Les caractéristiques de fatigue de la fibre optique sont généralement décrites par la fonction exponentielle suivante :
V=da/dt=A K_Iⁿ (1-5)
Équation du taux de croissance des fissures de fatigue statique
où a est la profondeur de la fissure ;
A est une constante matérielle ;
K_I est le facteur d'intensité de contrainte, qui dépend de la géométrie de la fissure, de la profondeur et de l'ampleur de la contrainte appliquée ;
n est appelé coefficient de corrosion sous contrainte ou paramètre de résistance à la fatigue-.
A et K_I sont déterminés par la structure du verre de silice, et pour une structure fibreuse donnée, A et K_I peuvent être considérés comme des constantes.
La valeur de n dépend non seulement de la structure de la fibre mais également des conditions environnementales de contrainte appliquée à la fibre. C'est un facteur important affectant directement la durée de vie de la fibre optique. Plus la valeur de n est grande, plus la résistance à la fatigue est forte. La valeur n de la fibre optique de Corning est de 22, tandis que celle de la fibre optique à revêtement céramique - de Corning est de 29.
Facteurs clés influençant la durée de vie des fibres optiques
En résumé, la durée de vie de la fibre optique dépend principalement des trois facteurs suivants :
(1) Fissures.
Les fissures incluent les défauts de surface et internes initiaux formés lors du tréfilage, du revêtement et de la manipulation, ainsi que des micro-défauts supplémentaires qui peuvent être introduits lors du câblage et de l'installation. La taille, la densité et la répartition de ces fissures déterminent la résistance mécanique initiale de la fibre et influencent fortement la rapidité avec laquelle la résistance se dégradera dans les conditions de service. Une fibre présentant des fissures moins nombreuses et plus petites a une probabilité beaucoup plus élevée de survivre toute la durée de vie du câble à fibre optique sans se fracturer.
(2) Stress.
Le niveau et la durée de la contrainte mécanique appliquée à la fibre tout au long de sa vie sont également importants. Dans les câbles à fibres optiques pratiques, ces contraintes proviennent principalement des charges de traction lors de l'installation, des contraintes résiduelles après traction, de la dilatation et de la contraction thermiques, du retrait de la gaine, des charges de vent et de glace sur les travées aériennes, ainsi que de la flexion et de la manipulation locales. Plus la contrainte soutenue dans le verre est élevée, plus les fissures se développeront rapidement et plus la durée de vie attendue est courte ; à l'inverse, maintenir la déformation de la fibre bien en dessous des limites dérivées du test de preuve-test-améliore considérablement la fiabilité mécanique du câble.
(3) Humidité.
L’humidité présente dans l’environnement accélère la corrosion sous contrainte au niveau des extrémités des fissures et favorise la fatigue statique. Bien que les câbles à fibres optiques utilisent des revêtements, des gels et des éléments bloquant l'eau pour protéger les fibres, les molécules d'eau peuvent toujours atteindre la surface du verre à travers des défauts de revêtement ou sur de très longues périodes. Un environnement humide ou des cycles humides-secs répétés augmenteront donc le taux de croissance des fissures pour un niveau de contrainte donné. Une bonne conception du câble et une installation appropriée – par exemple en évitant d’endommager la gaine et en assurant un blocage efficace de l’eau – contribuent à limiter l’accès de l’humidité à la surface de la fibre et prolongent ainsi la durée de vie des fibres à l’intérieur du câble.
Pourquoi les tests-de résistance sont-ils importants pour les câbles à fibre optique ?
1. Installation : avec quelle force pouvez-vous tirer le câble
Un câble à fibre optique est conçu avec untension de traction nominale– une valeur que l'installateur ne doit pas dépasser.
Derrière ce chiffre unique se cache une hypothèse : les fibres à l'intérieur du câble ont au moins un certainpreuve-force de test.
Si les fibres n'ont pas été testées-ou si le niveau du test-était trop faible :
Le câble peut encore paraître mécaniquement solide de l'extérieur (gaine, fils d'acier, FRP).
Mais certaines fibres du noyau pourraient se briser soustension d'installation normale, même si le câble dans son ensemble se trouve toujours dans sa limite nominale.
En imposant un niveau de test minimal-, le fabricant garantit :
Lefibres les plus faiblesont déjà cassé et ont été rejetésavant le câblage.
Le câble fini peut être tiré en toute sécurité jusqu'à sa tension nominale sans provoquer de ruptures cachées des fibres à l'intérieur de l'âme.
Autrement dit,la force du test de preuve-définit la marge de sécurité internepour le câble lors de l'installation.
2. Fiabilité et durée de vie des câbles à long-
Un câble à fibre optique passe la majeure partie de sa vie souscontrainte faible mais continue:
poids mort sur une travée, dilatation/contraction thermique, léger retrait de gaine, tension résiduelle de pose, etc.
Votre section technique explique que :
Les fissures superficielles de la fibre se développent lentement sous l'effet des contraintes et de l'humidité (fatigue statique).
Le taux de croissance des fissures dépend de l'intensité des contraintes et de l'environnement.
Pour le câble fini, cela signifie :
Si les fibres pénètrent dans le câble avec des défauts initiaux importants (parce qu'elles n'ont pas été testées efficacement-), ces défauts peuvent s'aggraver au fil des années de fonctionnement.
Finalement, le câble peut souffriren-ruptures de fibre en service: la gaine et les renforts sont intacts, mais une ou plusieurs fibres à l'intérieur sont cassées.
Un environnement plus élevé et bien-contrôlépreuve-force de testréduit la taille et le nombre de défauts critiques dans les fibres entrant dans le câble.
Par conséquent:
Le câble peut tolérer de petites contraintes supplémentaires dues à la température, au fluage ou au retrait de la gaine.
La probabilité de ruptures spontanées de fibres au milieu d’une travée diminue considérablement.
Les tests de validation ne sont donc pas seulement une exigence interne de l'usine : ils contrôlent directement ledurée de vie mécaniquedu câble à fibre optique sur le terrain.
3. Qualification des câbles et conformité aux normes
Lorsqu'un câble est qualifié par rapport aux normes (Telcordia, IEC, etc.), le programme de tests comprend :
Essais de traction des câbles : tirez le câble jusqu'à une tension spécifiée et vérifiez la perte optique supplémentaire.
Tests environnementaux : cyclage de température, pénétration d’eau, écrasement, impact…
Ces tests au niveau du câble-supposent que les fibres à l'intérieur ont déjà passé un test défininiveau de test de preuve-.
Si les tests-de preuve sont faibles ou incohérents :
La même conception de câble peut se comporter très différemment d’une bobine à l’autre.
Un câble peut réussir le test de type en laboratoire mais présenter néanmoins des ruptures de fibre inattendues ou des pertes élevées lors de la production et du déploiement de masse.
En spécifiant et en contrôlant la force des tests-de validation, le fabricantperformances mécaniques du câble reproductibles:
La même conception de câble se comportera de manière cohérente dans les différents lots de production.
Les clients peuvent être sûrs que la charge de traction nominale du câble correspond réellement à une contrainte sûre de la fibre à l'intérieur du câble.
4. Un chiffre simple qui décrit la « force cachée » de l’âme du câble
De l'extérieur, deux câbles à fibres optiques peuvent paraître identiques : même gaine, même blindage, même nombre de conducteurs.
A l'intérieur, ils peuvent être très différents :
Le câble A utilise des fibres testées-à0,69 GPa (100 kpsi)
Le câble B utilise des fibres testées-à1,0 GPa ou plus
Leniveau de test de preuve-vous donne un moyen rapide de comprendre cette différence cachée :
Test de résistance plus élevé- → fibres plus solides et plus résistantes à la fatigue- →robustesse interne plus élevée du câble.
Résistance au test de preuve inférieure- → moins de marge contre les tractions élevées, les virages serrés et les contraintes à long-terme.
Lorsque vous comparez des câbles à fibre optique de différents fournisseurs, la vérification des spécifications de test d'épreuve des fibres-est un moyen de juger de la véritable qualité mécanique de l'âme du câble.
FAQ
Quel est le rapport entre les tests de résistance des fibres optiques et « comment tester les câbles à fibres optiques » ?
Lorsque nous parlons de *comment tester un câble à fibre optique*, la plupart des gens pensent à l'OTDR, à la perte d'insertion ou aux tests de liaison de bout en bout. Les tests de résistance des fibres optiques ont lieu plus tôt dans la chaîne, au stade de la fibre nue. Il s'agit d'une étape de filtrage mécanique qui décide quelles fibres sont autorisées à pénétrer dans l'âme du câble. En d'autres termes, les tests de résistance sont la partie cachée des tests de câbles à fibre optique qui détermine la marge mécanique interne du câble avant tout test sur le terrain.
Qu'arrive-t-il à une fibre qui échoue au test de résistance ? Est-ce que ça rentre toujours dans le câble ?
Non. Une fibre qui échoue au test de résistance se brise lors du test de traction et est rejetée. Cette section de fibre est découpée et ne sera utilisée dans aucun câble à fibre optique. Seules les fibres qui survivent à la contrainte de test spécifiée-sur toute leur longueur sont acceptées pour le câblage.
Un niveau de test-plus élevé est-il toujours préférable pour les câbles à fibre optique ?
Des niveaux de test de preuve plus élevés éliminent les fibres les plus faibles et améliorent généralement la robustesse mécanique de l'âme du câble. Cependant, ils augmentent également les contraintes exercées sur le verre lors de la fabrication et peuvent réduire le rendement ou augmenter les coûts. En pratique, chaque fabricant choisit un niveau de test-qui :
- Répond aux normes pertinentes et aux spécifications des clients
- Correspond à la capacité de l'équipement de dessin et de test d'épreuve-
- Fournit une marge suffisante pour les applications de câble prévues
Ainsi, « plus c'est haut, mieux c'est » n'est vrai que dans les limites d'un processus de production stable et économique.
Les tests d'étanchéité des fibres remplacent-ils les tests de traction sur les câbles à fibres optiques finis ?
Les tests de résistance et les tests de traction des câbles ont des objectifs différents :
- Le test de vérification vérifie la résistance des fibres nues et élimine le verre faible.
- Le test de traction du câble vérifie le comportement du **câble à fibre optique** fini sous tension, y compris les effets des éléments de renforcement, des tubes tampons, des gaines et des terminaisons.
Un câble ne peut avoir des performances de traction fiables que si les deux parties sont réalisées correctement : des fibres solides et testées-à l'intérieur d'une structure de câble-bien conçue.
Comment la résistance du test-affecte-t-elle la tension de traction maximale d'un câble à fibre optique ?**
La tension de traction maximale nominale d'un câble est choisie de manière à ce que la contrainte exercée sur les fibres à l'intérieur reste bien en dessous du niveau utilisé lors des tests de résistance. Si les fibres ont une résistance au test de preuve faible ou incohérente, elles peuvent se briser même lorsque la tension de traction externe est conforme à la valeur nominale du câble publiée. Avec des fibres correctement testées-, le concepteur de câbles peut définir une tension de traction sans danger pour le verre et toujours pratique pour l'installation.
Puis-je détecter des-problèmes de test avec l'OTDR ou d'autres tests sur le terrain ?
Normalement, vous ne pouvez pas. Des échecs de test de preuve-se produisent en usine : les fibres faibles se cassent pendant le test de preuve et sont jetées. Les câbles à fibres optiques finis livrés sur le site ne doivent contenir que des fibres ayant déjà réussi le test de résistance. Les mesures d'OTDR et de perte d'insertion montreront les épissures, les connecteurs, les macro-courbures et d'autres problèmes sur le terrain, mais elles ne montreront pas le processus de test de preuve- lui-même.
Comment la contrainte et l'humidité dans l'environnement du câble interagissent-elles avec la résistance des tests- ?
Le test de résistance-définit l'état de départ de la fibre : quelle est la taille des fissures restantes et quelle est la résistance du verre immédiatement après la fabrication. Une fois que la fibre est à l'intérieur d'un câble et installée, les contraintes à long terme et l'exposition à l'humidité peuvent lentement accroître ces fissures (fatigue statique). Si la résistance initiale du test-est élevée et que la conception du câble limite la déformation des fibres et la pénétration de l'eau, le taux de croissance des fissures reste faible et la durée de vie des fibres du câble est beaucoup plus longue.
Toutes les fibres d'un câble multi-fibres ont-elles la même résistance-au test ?
Ils devraient. Dans le cadre d'un processus de production contrôlé, chaque bobine de fibre entrant dans la composition du câblage a passé avec succès les mêmes spécifications de test -. De cette façon, toutes les fibres d'un câble multi-fibres ont une résistance mécanique comparable et une résistance à la fatigue similaire. De grandes variations dans la résistance des tests-entre les fibres entraîneraient une fiabilité inégale et un comportement imprévisible des câbles sur le terrain.
Pourquoi les informations-de test de validation sont-elles importantes lors de la sélection d'un câble à fibre optique ?
Parce que cela vous dit quelque chose sur la **qualité mécanique cachée** de l'âme du câble. Deux câbles peuvent sembler identiques de l'extérieur, mais si l'on utilise des fibres testées à un niveau plus élevé et bien contrôlés, elles offrent généralement une meilleure résistance aux tractions élevées, aux courbures serrées et aux contraintes à long terme. La vérification des spécifications de test d'épreuve des fibres-est un moyen simple de comparer la robustesse interne de différents câbles à fibres optiques, au-delà du simple type de gaine et du nombre de fibres.