549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Рис. 4. График изменения натяжения по длине световода нагревании стыка ОВ до 150 С

Аналогичные исследования при охлаждении ОВ от комнатной температуры 25 С до

–20 С привели к сжатию ОВ (отрицательному натяжению) на 0,05 %.

После возвращения температуры к 25 С характеристики ОВ в обоих случаях восстановились в исходное состояние.

Таким образом, БОИР успешно обнаружил проблемный участок и позволил обнаружить изменение модуля Юнга и температуры в ОВ.

На рисунке 5 представлен график температурной зависимости максимума СБР в области места нагрева ОВ, полученный на основе анализа данных эксперимента.

f, ГГц (max СБР)

11,0

10,95

10,9

10,85

10,8

Температура ОВ, С

Рис. 5. График температурной зависимости максимума СБР в области места нагрева ОВ, полученной в эксперименте

График температурной зависимости натяжения ОВ в области места нагрева, полученный на основе анализа экспериментальных данных, представлен на рисунке 6.

Полученные результаты имеют сходство с результатами, приведенными в [6, 7].

281

Натяжение ОВ, % (104 ) 0,30

0,20

0,10

0

–0,10

20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Температура ОВ, С

Рис. 6. График температурной зависимости натяжения ОВ в области места нагрева, полученной в эксперименте

На рис. 7 представлены зависимости максимума СБР в зависимости от натяжения (модуля Юнга) при различных температурах ОВ [7].

f, ГГц (max СБР)

Температура ОВ, С

Рис. 7. График изменения максимума СБР в зависимости от температуры при различных натяжениях ОВ

Полученные результаты подтвердили возможность оценки изменения температуры ОВ (степени натяжения ОВ) на основании анализа СБР.

Данный эффект можно использовать для построения распределенных датчиков температуры на основе ОВ с эластичной защитной оболочкой.

Литература

1.Богачков И. В., Овчинников С. В., Горлов Н. И., Ситнов Н. Ю. Применение численных методов анализа бриллюэновского рассеяния для оценки распределенных нерегулярностей в волоконно-оптических линиях связи // Телекоммуникации №2, 2014. – М.: Наука и технологии, 2014 – С. 16 – 20.

2.Bogachkov I. V., Ovchinnikov S. V., Maistrenko V. A. Applying of Brillouin Scattering Spectrum Analysis for Detection of Distributed Irregularities in Optic Fibers and Estimation of Irregularities Parameters // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) 2013. Proceedings. – Krasnoyarsk: Siberian Federal University.

282

3.Богачков И. В., Овчинников С. В., Майстренко В. А. Применение анализа бриллюэновского рассеяния для обнаружения распределенных нерегулярностей в оптических волокнах и оценки их характеристик // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) 2013. Proceedings. – Krasnoyarsk: Siberian Federal University.

4.Bogachkov I. V., Gorlov N. I. Experimental Researches of the Temperature Influence on Brillouin Backscattering Spectrum and Strain Characteristics of Optical Fibers // IEEE 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings.– V. 1, P. 190 – 194.

5.Богачков И. В., Горлов Н. И. Экспериментальные исследования влияния температуры на спектр бриллюэновского рассеяния и механические характеристики оптических волокон // Тр. XII-ой междунар. конф. IEEE АПЭП, Т. 3. Новосибирск, 2014.– С. 74 – 79.

6.Григорьев В. В., Лященко О. В., Митюрев А. К., Наумов А. Н. Результаты испытаний Бриллюэновского рефлектометра // Фотон-экспресс. – 2005. – №5. – С. 36 – 37.

7.Belal M., Newson T. P. Experimental Examination of the Variation of the Spontaneous Brillouin Power and Frequency Coefficients Under the Combined Influence of Temperature and Strain // Journal of Lightwave Technology, 2012, vol. 30, no. 8, pp. 1250 – 1255.

Богачков Игорь Викторович

к.т.н., доцент; доцент кафедры «Средства связи и информационная безопасность» Омского государственного технического университета, e-mail: bogachkov@mail.ru.

Меньших Татьяна Юрьевна

студентка группы РТИ–411 радиотехнического факультета Омского государственного технического университета

Researches of the temperature influence on the Brillouin backscattering spectrum and characteristics of optical fibers.

I. V. Bogachkov, T. Y. Menshikh

The results of experimental researches of the temperature influence on the strain characteristics (mechanical stresses) of optical fibers based on Brillouin backscattering spectrum analysis are given in this paper.

Keywords: a Brillouin reflectometry, early diagnostics, a reflectometer, an optical fiber.

283

Погонный вес подвесного ОКС

В.В. Бутенков

В статье отмечается, что при строительстве волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) оптические кабели связи (ОКС) подвергаются механическим воздействиям. В оптических волокнах (ОВ) возникают деформации и напряжения. Механическую прочность оптических волокон и кабелей характеризует допустимое растягивающее усилие. Растягивающее усилие ОКС зависит от погонного веса кабеля. Подвесные ОКС воспринимают нагрузки не только от собственного веса кабеля, но и от веса льда, образующегося при гололеде и давления ветра. Учет веса гололеда и давления ветра при определении погонного веса оптического кабеля связи позволяет правильно рассчитать растягивающее усилие подвесного ОКС и выбрать технологию подвески.

Ключевые слова: волоконно-оптические линии передачи, оптические кабели связи, погонный вес кабеля.

1.Введение

При проектировании и строительстве волоконно-оптических линий передачи необходимо правильно прогнозировать ожидаемые механические воздействия на оптические кабели связи. Подвесные ОКС подвергаются воздействию растягивающих усилий, которые зависят от погонного веса кабеля.

2.Погонный вес подвесного ОКС

Оптические кабели связи (ОКС) могут подвешиваться на опорах различного назначения и по крышам зданий. Возможны бестросовая и тросовая подвеска ОКС. Бестросовая подвеска ОКС допускается для самонесущих ОКС, когда ОКС имеет встроенный трос или силовые элементы.

При подвеске ОКС подвергаются воздействию растягивающих усилий. Основным параметром характеризующим механическую прочность оптических волокон и кабелей является допустимое растягивающее усилие ОКС. Расчетная величина растягивающего усилия подвесного ОКС сравнивается с величиной допустимого растягивающего усилия.

Растягивающее усилие подвесного ОКС зависит от погонного веса кабеля, расстояния между точками подвеса и стрелы провеса. Подвесные ОКС воспринимают нагрузки не только от собственного веса кабеля, но и от веса льда, образующегося при гололеде и давления ветра.

Вес гололеда учитывается как вес корки льда в форме цилиндра. Действие ветра учитывается как нагрузка от давления ветра в горизонтальном направлении. Погонный вес подвесного ОКС с гололедом определится как сумма собственного веса кабеля и веса гололеда. Давление ветра на кабель определится квадратичным сложением с собственным весом кабеля и весом гололеда.

Автором выполнены многочисленные расчеты погонного веса подвесного ОКС при толщине гололеда до 25 мм и скорости ветра до 40 м/с, а также растягивающих усилий подвесных ОКС.

Расчеты растягивающих усилий подвесных ОКС показывают, что бестросовая подвеска ОКС возможна только в негололедных и слабогололедных районах. В районах со средней и

284

сильной интенсивностью гололеда и скорости ветра превышающей 25 м/с ОКС необходимо подвешивать на стальном многопроволочном тросе.

3. Заключение

Учет веса гололеда и давления ветра при определении погонного веса оптического кабеля связи позволяет правильно рассчитать растягивающее усилие подвесного ОКС и выбрать технологию подвески.

Литература

1.Бутенков В. В. Растягивающие усилия подвесных ОКС // Информатика и проблемы телекоммуникаций. Российская научная конференция. Материалы конференции. Новосибирск: СибГУТИ, 2011. – т.1. С. 227 – 228.

2.Бутенков В. В. Бестросовая и тросовая подвеска ОКС // Современные проблемы телекоммуникаций. Российская научная конференция. Материалы конференции. Новосибирск: СибГУТИ, 2014. С. 162.

Бутенков Владимир Васильевич

к.т.н., профессор кафедры Линии связи СибГУТИ, (630102, г. Новосибирск, ул. Кирова,

д. 86), тел. 8 905 954 57 00, e-mail: buvlavas@mail.ru

Running weight suspended AC

V. Butenkov

The article notes that the construction of fiber-optic communication lines (FOCL) optic cables (ACS) are subjected to mechanical stress. In the optical fibers (OB) having deformation and stress. Mechanical strength of the optical fibers and cables characterizes allowable tensile force. Tensile force depends on the chase ACS cable weight. Suspended ACS perceived stress not only on its own weight of the cable, but also the weight of the ice formed when ice and wind pressure. The weight of ice and wind pressure when determining the weight sold by the meter optical cable allows you to calculate the tensile force outboard ACS and select suspension technology.

Keywords: fiber-optic transmission, optical communication cables, cable weight per unit length.

285

Коэффициент заклинивания ОКС

В.В. Бутенков

В статье отмечается, что при прокладке в телефонной кабельной канализации оптические кабели связи (ОКС) подвергаются механическим воздействиям. В оптических волокнах (ОВ) возникают деформации и напряжения, которые приводят к появлению микротрещин и увеличению затухания, а также могут привести к обрыву оптических волокон и кабелей. Механическую прочность оптических волокон и кабелей характеризует допустимое растягивающее усилие. Растягивающее усилие ОКС зависит от коэффициента трения скольжения кабеля в канале. Увеличение растягивающего усилия учитывается коэффициентом заклинивания. Расчетная оценка коэффициента заклинивания позволяет выбирать технологию прокладки, средства и меры защиты ОКС.

Ключевые слова: оптические кабели связи, растягивающие усилия, коэффициент заклинивания.

1.Введение

При проектировании и строительстве волоконно-оптических линий передачи необходимо правильно прогнозировать ожидаемые механические воздействия на оптические кабели связи. Прокладываемые в телефонной кабельной канализации ОКС подвергаются воздействию растягивающих усилий, которые зависят от коэффициента трения скольжения и коэффициента заклинивания кабеля в канале.

2.Коэффициент заклинивания ОКС

Оптические кабели связи (ОКС) в населенных пунктах преимущественно прокладываются в телефонной кабельной канализации. Прокладка ОКС возможна как по свободным каналам, так и по занятым совместно с другими оптическими кабелями связи.

При прокладке в кабельной канализации ОКС подвергаются воздействию растягивающих усилий, в результате чего в конструктивных элементах ОКС возникают деформации и напряжения, которые приводят к появлениям микротрещин в оптических волокнах и могут привести к обрыву оптических волокон и кабелей.

Растягивающие усилия ОКС при прокладке в кабельной канализации зависят от погонного веса кабеля, длины прокладываемого кабеля и коэффициента трения скольжения кабеля в канале.

При прокладке ОКС в занятом канале возникает дополнительное заклинивающее действие между кабелями, что увеличивает растягивающее усилие ОКС. Увеличение растягивающего усилия учитывается коэффициентом заклинивания, зависящим от расположения кабелей в канале. При этом возможно, что прокладываемый кабель окажется над существующими ОКС. Такое расположение кабелей называется «треугольник». Если прокладываемый кабель окажется под существующими, такое расположение кабелей называется «люлька».

Расчетная величина коэффициента заклинивания зависит от расположения кабелей в канале и от диаметров прокладываемого и существующих кабелей, а также диаметра канала.

Выполненные автором многочисленные расчеты показывают, что коэффициент заклинивания превышает единицу и его учет увеличивает растягивающее усилие ОКС.

286

Расчетная оценка коэффициента заклинивания и растягивающего усилия ОКС имеет большое значение при проектировании, строительстве и эксплуатации волоконно- оптических линий передачи. Результаты расчетов позволяют, в случае необходимости, выбирать средства и меры защиты ОКС, обеспечивающие не только целостность оптических волокон, но и требуемое качество передачи информации.

3. Заключение

Учет коэффициента заклинивания при определении растягивающего усилия оптического кабеля связи позволяет правильно выбрать технологию прокладки ОКС в телефонной кабельной канализации, а в случае необходимости, средства и меры защиты ОКС.

Литература

1.Бутенков В. В. Растягивающие усилия ОКС при изгибах // Современные проблемы телекоммуникаций. Российская научная конференция. Материалы конференции. Новосибирск: СибГУТИ, 2012. С. 165 – 166.

2.Бутенков В. В. Раздавливающие нагрузки подземных ОКС // Современные проблемы телекоммуникаций. Российская научная конференция. Материалы конференции. Новосибирск: СибГУТИ, 2013. С. 168 - 169.

Бутенков Владимир Васильевич

к.т.н., профессор кафедры Линии связи СибГУТИ, (630102, г. Новосибирск, ул. Кирова,

д. 86), тел. 8 905 954 57 00, e-mail: buvlavas@mail.ru

Factor jamming ACS

V. Butenkov

The article notes that while laying in a telephone duct-optic cables (ACS) are subjected to mechanical stress. In the optical fibers (OB) having deformations and stresses that lead to the appearance of microcracks and increase the damping, but can also lead to breakage of the optical fibers and cables. Mechanical strength of the optical fibers and cables characterizes allowable tensile force. Tensile force ACS depends on the coefficient of sliding friction in the cable channel. The increase in tensile force is taken into account the coefficient of jamming. The estimated coefficient of jamming technology allows you to select pads, tools and measures to protect ACS.

Keywords: optical communication cables, tensile forces, the ratio of jamming.

287

Воздействие грозовых разрядов на оптические кабели связи

А.Е. Гайвоненко

В докладе рассмотрено влияние грозовых разрядов молний на оптические кабели связи. Грозовое влияние делится на составляющие: это воздействие электромагнитного поля и больших токов, и действие радиации, в частности гамма - и рентгеновского излучения. Данные разрушающие воздействия молний побудили к принятию дополнительных мер защиты.

Ключевые слова: молния, грозовое воздействие, волоконно-оптический кабель, оптическое волокно, воздействие электромагнитного поля, большие токи, действие радиации, поляризация.

1. Введение

По характеру возникновения грозы могут быть тепловые и фронтальные. Тепловая гроза носит локальный характер, и возникает обычно в холмистой местности или в предгорьях. На высоте примерно 60 - 70 км находится ионизованный слой атмосферы (иногда называемый слоем Кеннели-Хивисайда), заряженный положительно [2]. Этот слой появляется в результате ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, возникает шаровой конденсатор и электрическое поле, направленное от ионизованного слоя к поверхности земли. Это так называемое «поле ясной погоды».

Величина напряжѐнности поля у поверхности Земли равна примерно 120 В/м, однако мощность поля мала и вреда живым организмам оно не приносит, но зато играет существенную роль в формировании грозового облака. Капли в стремительно восходящем потоке воздуха электризуются, дробятся, захватывают имеющиеся в воздухе свободные электроны. Тяжѐлые положительные ионы оседают к поверхности Земли. Возникает направленное от земли к облаку электрическое поле, величина которого может достигать нескольких сотен кВ/м. Вследствие небольшой непрерывной деформации облака в некоторых точках, где величина поля максимальна, начинается процесс развития лидерного разряда по направлению к земле. Этот процесс носит ступенчатый характер: под действием сильного поля электроны ускоряются, излучают в направлении движения, образуются новые ионизованные области, которые постепенно сливаются. Канал наполняется зарядами из ближайших областей облака. И таким образом лидер скачками продвигается к земле. Когда он достигает поверхности земли, начинается бурный процесс нейтрализации зарядов, сопровождаемый выделением энергии, ярким свечением и разогревом канала до нескольких тысяч градусов. Нагретые в объѐме канала газы расширяются со сверхзвуковой скоростью, что является причиной грома. Форма протекающего по каналу тока показана на рис.1.

288

Рис.1. Форма тока однократного разряда молнии

Лидерная стадия продолжается миллисекунды и сопровождается током в несколько десятков ампер. После начала нейтрализации наступает главная стадия разряда. За короткое время порядка 1 микросекунды (это время называется временем фронта τф ) ток достигает значения в десятки килоампер и затем медленно спадает. За время главного разряда успевает разрядиться только часть облака. По ещѐ не распавшемуся каналу могут последовать повторные разряды. Иногда канал может частично распасться, и тогда развитие последующего разряда идѐт по другому пути: возникает ветвистый разряд. Обычно при каждом ударе молнии имеется 3-5 повторных разрядов. Фронт повторных разрядов существенно короче первого и может иметь длительность порядка 0.1 мкс. Амплитуда повторных разрядов обычно меньше амплитуды первого разряда. В среднем амплитуда тока молнии равна 30-40 кА.

Кроме тепловых гроз, которые носят локальный характер и часто возникают в холмистой местности или в предгорьях, существуют так называемые фронтальные грозы, когда с некоторого направления вторгаются огромные массы холодного воздуха на длине в десятки или сотни километров, и тогда на всей этой длине одновременно возникают грозы. В остальном отличия тепловых и фронтальных гроз не существенны.

2.Основная часть

Внастоящее время почти вся магистральная связь выполнена с помощью оптических кабелей. Именно поэтому уделяется большое значение вопросу воздействия грозовых разрядов на оптические кабели связи. Проложенные в грунте или подвешенные на опорах, ВОЛС (Волоконно-оптические линии связи) при грозовых разрядах могут подвергаться воздействию не только электромагнитного поля и большого тока, но и в некоторых случаях гамма - и рентгеновского излучений, в особенности кабели, расположенные в горах или вблизи молниеотводов и высотных сооружений [1]. До недавнего времени о таких воздействиях ничего не было известно, но последние открытия в области исследования молнии заставляют обратить внимание на эту проблему.

Рассмотрим подробно механизм влияния. Наиболее чувствительной частью волоконно- оптического кабеля (ВОК) является оптическое волокно. Действие радиации на волокно разделяется на три основные категории [1]:

образование так называемых центров окраски; изменение плотности волокна; изменение свойств полимерных материалов.

При воздействии излучения в материале волокна возникают процессы смещения и образования дефектов решетки. На этих дефектах создаются электроны проводимости и дырки, комбинации которых с вакансиями создают центры окраски. Центры окраски поглощают свет в некоторых частях спектра, что и приводит к дополнительному затуханию. В случае полимеров ионизирующее излучение существенно изменяет макроскопические свойства полимеров, нарушая связи полимерных цепочек.

289

Необходимо обратить внимание, что большие токи воздействуют не только на кабели с металлическими элементами в конструкции, но также и на чисто диэлектрические кабели, в которых под действием сильного внешнего поля может происходить поворот плоскости поляризации распространяющегося света, что особенно опасно для аппаратуры, чувствительной к поляризации, например, для систем, использующих ортогональное мультиплексирование. Если удар молнии происходит вблизи трассы проложенного в земле диэлектрического (без металлических элементов в конструкции) оптического кабеля (ОК), то в волокнах последнего возможно возникновение эффекта Керра [2]. В случае, когда ОК подвешен на опорах высоковольтной линии передачи, переменное поперечное по отношению к кабелю поле также имеет значительную величину, причѐм на большой длине, однако эффект значительно уменьшается наличием металлического несущего троса.

Кабели в горных районах и вблизи высотных сооружений могут подвергаться дополнительному воздействию гамма-излучения, ухудшающего свойства кабеля. Например, волокна без водяного пика более чувствительны к ионизирующим облучениям по сравнению

страдиционными оптическими волокнами.

Косновным мерам защиты оптических кабелей от повреждений, возникающих при попадании в них токов молнии, относятся [2]:

1) Полный или частичный отвод токов канала молнии от кабеля. Это достигается путѐм прокладки одного или нескольких металлических проводов (тросов) в земле над кабелями или путѐм подвески на линейных опорах вдоль трассы кабеля воздушного провода с периодически оборудованными выносными заземлениями.

2) Повышение продольной проводимости металлических покровов кабеля или увеличение прочности поясной изоляции сердечника кабеля, или то или другое мероприятие одновременно. Применение кабелей с проводящим шлангом поверх металлической оболочки.

3) Подключение к жилам симметричного кабеля вдоль магистрали малогабаритных разрядников, устанавливаемых в кабельных муфтах. Этим мероприятием достигается снижение размеров повреждѐнной области линии.

4) Защита кабелей в шланге с помощью сосредоточенных заземлений, периодически подключаемых к металлической оболочке.

Литература:

1.С.А. Соколов. Воздействие грозовых разрядов на оптические кабели в горной местности и вблизи высотных сооружений. М: - Первая миля, выпуск 2/2013.

2.Э.М. Базелян. Особенности молниезащиты высотных сооружений. Вторая Российская конф. по молниезащите. – М.: 2010.

Гайвоненко Александра Евгеньевна

старший преподаватель кафедры линии связи СибГУТИ (630102, Новосибирск, ул.

Кирова, 86) тел. (383) 269-82-53, e-mail: anikeeva-sasha@mail.ru.

The effects of lightning discharges for optical communication cables

Gayvonenko

The report considered the impact of lightning lightning on optical communication cables. Storm impact is divided into parts: the impact of electromagnetic fields and high currents, and the effect of radiation, in particular gamma - and x-rays. These damaging effects of lightning prompted the adoption of additional measures of protection.

Keywords: lightning, storm impact, fiber-optic cable, optical fiber, the effects of electromagnetic fields, high currents, the effect of radiation, polarization.

290