GB-T15972.3-1998 光纤总规范 第3部分：机械性能试验方法

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

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

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

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

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的在模拟中采用了四种应变速率每种相差一个数量级

表的置信区间

真实值

每种应变速率的样本大小

计算动态应力腐蚀敏感性参数的数值算法

本算法用同调的最小二乘法计算的估算值和其置信区间本算法的合理使用只限于在对每

种应变速率规定相同的样本大小的那些试验

为第个应变速率下第个断裂的断裂应力

为第个应变速率下的应力速率

设到为应变速率的数目

到为每个速率下的样品数目

设

设

设

设

斜率设

式中为估算值的标准偏差

设

则

式中和形成估算值的置信区间

计算得截距

斜率为斜率

计算断裂应力的完整方法

此法直接考虑到涂层的模量

设和分别为涂层的模量和横截面积和分别为光纤的模量和横截面积设为样品断

裂时的实测张力石英光纤的杨氏模量为

断裂应力则为

对和类光纤其标称玻璃光纤直径和涂层直径分别为和式章中所

采用的标称玻璃光纤横截面积在玻璃光纤直径容差为时其最大计算误差为

计算断裂应力的其他方法

同调法

本法使用所有数据但要求假定每组的威布尔曲线是相同的且是线性的由于使用了所

有数据故本法只产生较小的估算值标准偏差

设为第个样品在第个标称应力水平下的断裂时间为此样品的标称应力水平为第试

验组的样品数对每个威布尔参数计算如下

用最小均方差和的方法把数据拟合到下列线性回归模式

常数

作为估算值报告

估算值的标准偏差与其数值近似于和的方差和协方差

方差方差方差协方差

估算值的标准偏差为方差

报告和的中值

最大似然估计

本法也要求假定每个标称应力水平的威布尔曲线是从简单的基础断裂应力分布推导出

来的且是线性的本法是最好的但也最复杂对于所有试样断裂以前就中止试验的方法把数据截断

的情况本法也能作精确的处理统计资料可用来完成该计算它是基于下面概率模型

式中断裂时间为时的累积断裂概率

威布尔定标参数

静态威布尔形状参数

附录

提示的附录

应力腐蚀敏感性参数试验方法的应用指南

引言

本标准中规定了试验方法到这些试验方法都可以用来确定一根玻璃光纤

的应力腐蚀敏感性参数

本指南试图给出有