THERMOMECHANICAL INFLUENCE ON OPTICAL FIBERS DURING THE PRODUCTION AND OPERATION OF OPTICAL CABLE

Abstract

In this work the research shows that the maintenance of the mechanical integrity of optical fibers (OF) requires the determination of thermomechanical effects on OFs during the production and operation of an optical cable (OC) in order to prevent the appearance of excessive longitudinal mechanical loads on them. Generally, in the work situations are determined and analyzed in which the mechanical loads can act on optical fibers during the process of cable production and operation. It is established that due to the lower value of the thermal linear expansion coefficient (TLEC) compared with the similar parameter of optical module tube (OMT), optical fibers become considerably longer than the OMT with its contraction during cooling in production. The materials of optical module tube used in the work were polybutylene terephthalate, polyamide and polycarbonate. Calculations of the relative linear change of the OF length compared with the OMT length during its cooled showed that it significantly depends on the material of optical module tube. This causes the appearance of macrobends and may increase the value of the OF attenuation coefficient, This requires the appropriate adjustment of the speed of the sendres with the fiber coils, as well as the choice of the diameter and material of the optical module tube. On the other hand, the increase of temperature in the OC construction can lead to excessive stretching forces on the fibers which will cause the appearance of the conditions for OF rupture. This requires the consideration and creation of the necessary excess fiber length during its integration into the OMT in cable production. Research has shown that the material type of the OMT does not significantly affect on the relative linear change of the OF length compared with the length of the OC. Therefore, the way of determining the initial length of the OF in the OMT after thermal decomposition is proposed in the work, thus avoiding the appearance of excessive tensile strength. Проведені в статті дослідження показали, що забезпечення механічної цілісності оптичних волокон (ОВ) потребує визначення термомеханічних впливів на ОВ при виробництві та експлуатації оптичного кабелю (ОК) з метою недопущення появи надмірних поздовжніх механічних навантажень на них. У статті встановлено, що через менше значення температурного коефіцієнта лінійного розширення (ТКЛР) оптичні волокна стають значно довшими за трубку оптичного модуля (ТОМ) при його усадці під час охолодження на виробництві. В якості матеріалів ТОМ у статті використовувалися полібутилентерефталат, поліамід, полікарбонат. Розрахунки відносної лінійної зміни довжини ОВ порівняно з довжиною ТОМ при охолодженні показали, що вона значно залежить від матеріалу ТОМ. Це викликає появу макровигинів та може призвести до зростання значення коефіцієнта загасання ОВ, що потребує відповідного налаштування швидкості обертання віддавачів з котушками волокна, а також вибору діаметра та матеріалу трубки ОМ. З іншого боку, підвищення температури може призвести в конструкції ОК до появи надмірних розтягувальних сил на волокна, що приведе до появи умов розриву ОВ. Це потребує необхідності врахування та створення необхідної надлишкової довжини волокна при його інтеграції в ТОМ при виробництві. Дослідження показали, що тип матеріалу ТОМ не впливає суттєво на відносну зміну лінійної довжини ОВ порівняно з довжиною ОК. Тому у статті запропоновано спосіб визначення початкової довжини ОВ в ТОМ після термічної усадки, що дозволить уникнути появи надмірних сил розтягу. Проведенные в статье исследования показали, что обеспечение механической целостности оптических волокон (ОВ) требует определения термомеханических воздействий на ОВ при производстве и эксплуатации оптического кабеля (ОК) с целью недопущения появления чрезмерных продольных механических нагрузок на них. В статье доказано, что через меньшее значение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) оптические волокна становятся значительно длиннее трубки оптического модуля (ТОМ) при его усадке во время охлаждения на производстве. В качестве материалов ТОМ в статье использовались полибутилентерефталат, полиамид, поликарбонат. Расчеты относительного линейного изменения длины ОВ сравнительно с длиной ТОМ при охпаджении показали, что оно значительно зависит от материала ТОМ. Это вызывает появление макроизгибов и может привести к росту значения коэффициента затухания ОВ, что требует соответствующей настройки скорости вращения отдатчиков с катушками волокна, а также выбор диаметра и материала трубки ОМ. С другой стороны повышение температуры может привести в конструкции ОК к появлению чрезмерных растягивающих сил на волокна, что приведет к появлению условий разрыва ОВ. Это требует необходимости учета и создания необходимой избыточной длины волокна при его интеграции в ТОМ при производстве. Исследования показали, что тип материала ТОМ не влияет существенно на относительное линейное изменение длины ОВ сравнительно с длиной ОК. Поэтому в статье предложен способ определения начальной длины ОВ в ТОМ после термической усадки, что позволит избежать появление избыточных сил растяжения.