Method of control the mechanical state of the optical fiber of the dielectric self-supporting optical cable during operation

Abstract

EN: Context. One of the issues of theoretical and practical research studying phenomena that occur over time and lead to violations of the normative work of optical cables (OC) are ways to ensure and control their reliability during operation. Today, electronic communication (telecommunications) has already gained significant integration and widespread use due to the urgent need to exchange large volumes of information between users or network devices at high speeds and over long distances, as well as the provision of a wide range of electronic communication services. The electronic communication service has a high level of demand and consists in receiving and/or transmitting information through electronic communication networks, which is transmitted using electronic communication networks and services. In an electronic communication network, the transmitting/receiving of optical signals is provided by the fiber optic transmission system (FOTS). It is capable of converting electrical signals from a variety of digital devices into optical signals and transmitting them over fiber-optic communication lines (FOCL), which is the main transmission medium in an electronic communication network. The problem of ensuring the reliability of the FOCL, which includes a wide range of issues related to the development and production of all its elements, design, construction and technical operation of the communication line, continues to gain more and more importance. In general, the transmitting/receiving of information between end users equipment, communication nodes, network devices (servers, databases, etc.) takes place through an electronic communication network. Normative and technical documentations for fiber-optic communication lines regulates the control of the mechanical state of the optical cable during operation, but do not provide the full control of the mechanical state of the optical fiber to ensure the quality and reliability of the line during the specified service life. As known, to ensure the reliability of the optical cable, as a rule, the permissible elongation of the optical fiber (OF) is ɛpOF < (0.2...0.25) %, adopted during the designing of the cable. However, during operation, the appearance of multiple excess of elongations exceeding these values is possible in the fibers. Thus, the development and substantiation of methods for evaluating the mechanical characteristics of a dielectric self-supporting optical cable (DSOC) and the method of full control of the mechanical state of the optical fiber is necessary. The last can lead to premature failure of the optical fiber. Objective. Development and substantiation of the method of control the mechanical state of an optical fiber of the suspended DSOC, as well as assessment of the conditions of deformation of optical fibers in its core with the appearance of longitudinal tensile/compressive loads during operation. Method. Two ways of evaluating the mechanical characteristics of DSOC and the method of control the mechanical state of its fibers have been developed and proposed. For this, the following characteristics of the cable and fiber are adopted in the work: relative elongation of the cable and fiber (ɛcх, ɛОFх), span length (Lsх) of the line, cable sag in the span (fx) and tensile load (TL) of the cable (Ftlх), which causes longitudinal deformation ɛ. At the same time, the method proposes to control the mechanical state of the optical fiber during the operation of the DSOC by determining its effective relative elongation according to the mechanical, physical and climatic conditions of the line location. In the paper, it is proposed to measure and calculate the following mechanical characteristics, due to the developed reference data for the selection of the cable type and the climatic zone of the line location, measuring equipment and mathematical tools: – equivalent mechanical tension in DSOC; – calculated and actual cable sag in the span; – actual effective relative elongation of the cable; – actual tensile load acting on the cable. The ways and method presented in the work allow a complete evaluation of the mechanical characteristics of the cable and control of the mechanical state of the optical fiber during operation of the DSOC. It creates an opportunity to monitor its changes to prevent the appearance of excessive loads during operation and failure of the fiber-optic communication line. It is possible to recommend this method for use by relevant departments for technical operation of telecommunication lines and networks based on hanging optical cables. Results. The work presents the results of the development and justification of the method of control the mechanical state of optical fibers of dielectric self-supporting optical cables during operation. For example, using the developed method, it is shown that in the cable OKL-3-D2A14 produced by PJSC “Odeskabel” in the conditions of the Odesa climate zone (Black Sea region), optical fibers with a span length of 100 m are subject to elongation by 0.16 %, and DSOC is subject to an actual tensile force of 2.722 kN. This result of the control of the mechanical state of the OF established that such span of the line ensures its mechanical integrity within the limits of the permissible deformation of 0.25 % adopted in the design of the cable, but exceeds its permissible tensile load of 2.6 kN. Conclusions. The scientific novelty of the work results is that, for the first time ways of fully evaluating the mechanical characteristics of the DSOC during operation and the method of fully control the mechanical state of its optical fiber have been developed. It allows to monitoring changes in the mechanical state of the optical fiber of the cable. UK: Актуальність. Нормативно-технічна документація для волоконно-оптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ) регламентує контроль механічного стану оптичного кабелю (ОК) під час експлуатації, але контроль механічного стану волокна в повній мірі для забезпечення якості та надійності лінії протягом заданого терміну служби не передбачає. Як відомо, що для забезпечення надійності оптичного кабелю, як правило, допустиме видовження оптичного волокна (ОВ) складає ɛдОВ < (0,2…0,25) %, прийняте при конструюванні кабелю. Але при експлуатації в волокнах можлива поява багаторазових надлишкових видовжень, що перевищують ці значення. Таким чином, розробка та обґрунтування способів оцінки механічних характеристик діелектричного самоутримного оптичного кабелю (ДСОК) та методу повного контролю механічного стану оптичного волокна являється необхідним. Останнє може привести до дострокового виходу із ладу оптичного волокна. Мета. Розробка та обґрунтування методу контролю механічного стану оптичних волокон підвісних ДСОК, а також оцінка умов деформації оптичних волокон в їх осерді з появою поздовжніх розтягувальних/стискальних навантажень при експлуатації. Метод. Розроблено та запропоновано два способи оцінки механічних характеристик ДСОК та метод контролю механічного стану його волокна. Для цього в роботі прийняті такі характеристики кабелю та волокна: відносне видовження кабелю та волокна (ɛкх, ɛОВх), довжина прольоту (Lпрх) лінії, стріла провисання кабелю в прольоті (fx) та розтягувальне навантаження (РН) кабелю (Fрнх), що обумовлює поздовжню деформацію ɛ. При цьому в методі запропоновано контроль механічного стану оптичного волокна при експлуатації ДСОК виконувати за рахунок визначення його діючого відносного видовження за механічними та фізико-кліматичними умовами розташування лінії. В роботі запропоновано, завдяки розробленим довідковим даним для вибору типу кабелю та кліматичної зони розташування лінії, вимірювальному обладнанню та математичному інструментарію, вимірювати та розраховувати такі механічні характеристики: – еквівалентну механічну напругу в ДСОК; – розрахункову та фактичну стріли провисання кабелю в прольоті; – фактично діюче відносне видовження кабелю; – фактичне розтягувальне навантаження, що діє на кабель. Приведені в роботі способи та метод дозволяють при експлуатації ДСОК здійснювати повну оцінку механічних характеристик кабелю та контроль механічного стану оптичного волокна. Це створює можливість моніторингу їх змін для недопущення появи надмірних навантажень при експлуатації та виходу з ладу волоконно-оптичної лінії зв’язку. Даний метод можливо рекомендувати для застосування відповідними підрозділами з технічної експлуатації телекомунікаційних ліній та мереж зв’язку на базі підвісних оптичних кабелів. Результати. В роботі приведені результати розробки та обґрунтування методу контролю механічного стану оптичних волокон діелектричних самоутримних оптичних кабелів при експлуатації. Для прикладу, використовуючи розроблений метод, показано, що в кабелі марки ОКЛ-3-Д2А14 виробництва ПАТ «Одескабель» в умовах Одеської кліматичної зони (Причорноморського регіону) оптичні волокна при довжині прольоту лінії 100 м підлягають видовженню на 0,16 %, а ДСОК підлягає фактичному розтягувальному зусиллю – 2,722 кН. Цей результат контролю механічного стану ОВ встановив, що такий прольот лінії забезпечує його механічну цілісність у межах допустимої деформації 0,25 %, прийнятої при конструюванні кабелю, але перевищує його допустиме розтягувальне навантаження 2,6 кН. Висновки. Наукова новизна результатів роботи полягає в тому, що вперше розроблено способи повної оцінки механічних характеристик ДСОК при експлуатації та метод повного контролю механічного стану його оптичного волокна. Він дозволяє виконувати моніторинг змін механічного стану оптичного волокна кабелю.