Optična vlakna so sama po sebi bolj krhka od bakra. To je posebna vrsta stekla (staljen silicijev dioksid), s tipično natezno trdnostjo, ki je manj kot polovica bakra. Kljub temu, da je staljeni silicijev dioksid videti in na otip krhek in krhek, se je ob pravilni obdelavi, testiranju in uporabi izkazal za izjemno trpežnega.
Za oceno trajnosti katerega koli materiala je koristno upoštevati nekatere lastnosti:
Začetna moč
Stopnja razgradnje
Vse pomanjkljivosti, ki ga lahko oslabijo
Reagenti, ki ga lahko oslabijo
Njegova optična življenjska doba - saj mora silicijev dioksid še vedno zadovoljivo delovati
Glede na to v bistvu obstajajo štirje dejavniki, ki bodo vplivali na dolgoživost vašega optičnega omrežja:
1. Površinske napake
Prvotno kremenčevo steklo brez napak je izjemno odporno na degradacijo. Vendar imajo vsa komercialno proizvedena optična vlakna površinske napake (majhne mikrorazpoke), ki pod določenimi pogoji zmanjšajo življenjsko dobo materiala. Kritični faktor pri tem je faktor intenzivnosti napetosti "K", povezan z uporabljeno napetostjo in kvadratnim korenom globine razpoke. To pomeni, da "prava" vlakna - tista z majhnimi napakami - najprej trpijo zaradi počasne rasti teh napak, ki ji sledi hitra rast do okvare.
Da bi to premagali, ugledni dobavitelji vlaken izvajajo "testiranje dokazov", ki vlakna raztegnejo na vnaprej nastavljeno raven (običajno 1 odstotek) za določen čas, da namerno razbijejo večje napake.
2. Zmanjšanje degradacije
Uporabniku nato ostane vlakno z manj, manjšimi napakami, ki jih je treba zaščititi pred nepotrebno degradacijo. To pomeni predvsem zaustavitev nastajanja novih napak s prevleko vlakna z zaščitnim in vzdržljivim materialom za njegov primarni premaz.
3. Namestitev
Vemo, da je obremenitev glavni sovražnik dolge življenjske dobe vlaken, zato je zaščitna naloga prenesena na kablovodja, ki bo zagotovil, da uporaba ustreznih trdnostnih elementov omeji obremenitev kabla na veliko manj kot 1-odstotno stopnjo dokaznega preizkusa. Inštalater mora nato zagotoviti, da postopek uvajanja ne preobremeni kabla.
Od treh običajno uporabljenih tehnik – vlečenje, potiskanje in pihanje – samo vlečenje povzroči neželeno raztezanje (natezno napetost). Za razliko od kovine se steklo ne utruja zaradi stiskanja, zato blago stiskanje, ki nastane med potiskanjem, ne poškoduje vlakna.
4. Okoljski dejavniki
Ko je enkrat nameščeno, lokalno okolje močno vpliva na življenjsko dobo vlaken. Povišane temperature lahko pospešijo rast razpok, vendar je prisotnost vode tista, ki je bila v preteklosti najbolj zaskrbljujoča. Rast razpok pod obremenitvijo spodbuja voda, kar vodi do "napetostne korozije".
Lahko preverite, kakšna je nagnjenost vlakna k stresni koroziji, tako da pregledate njegov "parameter občutljivosti na stresno korozijo", veliko bolj priročno imenovan "n". Visoka vrednost n (približno 20) kaže na trpežna vlakna in premaz.
Izračun, kako dolgo bo zdržalo vaše omrežje
Kako lahko ob upoštevanju zgornjih štirih dejavnikov izračunate življenjsko dobo vašega optičnega omrežja? Za to mora načrtovalec omrežja upoštevati dva vložka:
Kako so napake porazdeljene med optičnimi vlakni z uporabo Weibullove porazdelitve
Rezultati testiranja trdnosti vlaken, ki ga običajno izvajajo proizvajalci
Kombinacija (predvidene) porazdelitve napak s teorijo rasti razpok je ustvarila več modelov življenjske dobe optičnih vlaken, ki si jih lahko ogledate tukaj.
Na splošno ti modeli dajejo verjetnost okvare za kateri koli kilometer vlaken v izbrani življenjski dobi, ki je nekje med 20 in 40 leti. Za pravilno nameščeno vlakno stopnje 1 je verjetnost okvare v takem časovnem okviru velikosti 1 proti 100,000.
Za primerjavo, možnosti, da se vlakno poškoduje z ročnim posegom, kot je kopanje, v istem časovnem okviru so približno 1 proti 1,000. Kakovostna vlakna, ki jih namestijo benigne tehnike in skrbni inštalaterji v sprejemljivih pogojih, bi morala biti zato izjemno zanesljiva – pod pogojem, da niso motena.
Prav tako je treba poudariti, da so same dolžine kablov redko odpovedale "intrinzično", vendar je prišlo do okvar na spojih, kjer kabel in tip spoja nista dobro usklajena, kar omogoča premikanje vlaken - na primer zaradi temperaturnih sprememb. To vodi do preobremenitve vlakna in morebitnega zloma.
Dokazi s terena
Glede na to, da so bili prvi optični sistemi velikega obsega uvedeni v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja, kako so se obnesli? Dobra novica je, da v zadnjih 35 letih ni bilo obsežnih izbruhov okvare vlaken v pravilno nameščenih sistemih, ki uporabljajo komponente stopnje 1. Opaženi so bili zlomi, vendar so bili večinoma tam, kjer so bila vlakna odstranjena iz kablov in upognjena pod njihov dovoljeni radij upogiba.
Če so vlakna pravilno shranjena in zvita, je prav mogoče, da se izkažejo za močnejša, kot smo sprva mislili. Morda se prvotne napake začnejo celiti s časom in izpostavljenostjo vodi pri nizkih stopnjah stresa.
Kot smo videli v drugih blogih, so lahko največji sovražniki skrbno zasnovane zanesljivosti optičnih vlaken ljudje, živali ali mati narava, ne pa sam staljeni silicijev dioksid. Če pustimo ta netehnična vprašanja ob strani, je čisto možno, da bi optična omrežja sama še naprej delovala z nadgrajeno optoelektroniko še mnogo let - morda celo tako dolgo kot njihovi bakreni predhodniki!