Sợi quang vốn dễ vỡ hơn đồng. Nó là một loại thủy tinh đặc biệt (silica nung chảy), có độ bền kéo điển hình nhỏ hơn một nửa so với đồng. Tuy nhiên, mặc dù silica nung chảy trông có vẻ mỏng manh và dễ gãy, nhưng nếu được xử lý, thử nghiệm và sử dụng đúng cách, nó đã được chứng minh là có độ bền cực kỳ cao.
Để đánh giá độ bền của bất kỳ vật liệu nào, cần xem xét một số thuộc tính nhất định:
Sức mạnh ban đầu
Tỷ lệ xuống cấp
Bất kỳ sai sót nào có thể làm suy yếu nó
Thuốc thử có thể làm suy yếu nó
Tuổi thọ quang học của nó - vì silica vẫn phải có khả năng hoạt động tốt
Với suy nghĩ này, về cơ bản có bốn yếu tố sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của mạng cáp quang của bạn:
1. Khiếm khuyết bề mặt
Thủy tinh silica nguyên chất không có khuyết tật có khả năng chống suy thoái rất cao. Tuy nhiên, tất cả các sợi quang được sản xuất thương mại đều có những sai sót trên bề mặt (các vết nứt nhỏ) làm giảm tuổi thọ của vật liệu trong những điều kiện nhất định. Hệ số quan trọng ở đây là hệ số cường độ ứng suất “K”, liên quan đến ứng suất tác dụng và căn bậc hai của độ sâu vết nứt. Điều đó có nghĩa là các sợi "thật" - những sợi có sai sót nhỏ - ban đầu phải chịu sự tăng trưởng chậm ở những sai sót đó, sau đó là sự phát triển nhanh chóng đến mức hư hỏng.
Để khắc phục điều này, các nhà cung cấp sợi có uy tín thực hiện "thử nghiệm bằng chứng", kéo căng sợi đến mức đặt trước (thường là 1 phần trăm) trong một khoảng thời gian xác định để cố tình phá vỡ các sai sót lớn hơn.
2. Giảm suy thoái
Sau đó, người dùng chỉ còn lại một sợi chứa ít sai sót nhỏ hơn cần được bảo vệ khỏi sự xuống cấp không cần thiết. Điều này có nghĩa là chủ yếu ngăn chặn việc tạo ra các sai sót mới bằng cách phủ sợi bằng vật liệu bảo vệ và bền cho lớp phủ chính của nó.
3. Các chủng cài đặt
Chúng tôi biết rằng ứng suất là kẻ thù chính của tuổi thọ của sợi, vì vậy nhiệm vụ bảo vệ được chuyển cho người cáp, người sẽ đảm bảo rằng việc sử dụng các phần tử cường độ phù hợp sẽ hạn chế ứng suất tác dụng lên cáp ở mức thấp hơn nhiều so với mức kiểm tra bằng chứng 1%. Sau đó, trình cài đặt cần đảm bảo rằng quá trình triển khai không làm quá tải cáp.
Trong ba kỹ thuật thường được sử dụng - kéo, đẩy và thổi - chỉ có kéo mới tạo ra lực kéo căng không mong muốn (ứng suất kéo). Không giống như kim loại, thủy tinh không bị mỏi khi bị nén và do đó lực nén nhẹ gây ra trong quá trình đẩy không gây hại cho sợi.
4. Yếu tố môi trường
Sau khi được triển khai, môi trường địa phương có tác động lớn đến tuổi thọ của sợi. Nhiệt độ tăng cao có thể đẩy nhanh quá trình phát triển vết nứt, nhưng sự hiện diện của nước là điều được quan tâm nhất trong lịch sử. Sự phát triển của các vết nứt dưới tác dụng của ứng suất được tạo điều kiện thuận lợi bởi nước dẫn đến "ăn mòn do ứng suất".
Bạn có thể kiểm tra xu hướng của sợi bị ăn mòn do ứng suất bằng cách xem xét "thông số độ nhạy cảm với ăn mòn do ứng suất" của nó, được gọi một cách thuận tiện hơn là "n". Giá trị n cao (khoảng 20) cho thấy sợi và lớp phủ bền.
Tính toán mạng của bạn sẽ tồn tại được bao lâu
Hãy ghi nhớ bốn yếu tố trên, làm thế nào bạn có thể tính toán tuổi thọ của mạng cáp quang của mình? Để làm được điều này, người lập kế hoạch mạng cần tính đến hai yếu tố đầu vào:
Cách phân bổ các sai sót giữa các sợi quang bằng cách sử dụng Phân phối Weibull
Kết quả kiểm tra độ bền sợi, thường được thực hiện bởi nhà sản xuất
Việc kết hợp phân bố khuyết tật (dự đoán) với lý thuyết phát triển vết nứt đã tạo ra một số mô hình tuổi thọ của sợi quang, có thể xem tại đây.
Nói chung, các mô hình này đưa ra xác suất thất bại đối với bất kỳ km sợi quang nào trong suốt vòng đời đã chọn, trong khoảng từ 20 đến 40 năm. Đối với sợi quang cấp 1 được lắp đặt chính xác, xác suất lỗi trong khung thời gian như vậy là 1 trên 100,000.
Để so sánh, khả năng sợi quang bị hư hỏng do can thiệp thủ công, chẳng hạn như đào, trong cùng một khung thời gian là khoảng 1 trên 1,000. Do đó, sợi chất lượng, được lắp đặt bằng các kỹ thuật lành tính và bởi những người lắp đặt cẩn thận trong điều kiện có thể chấp nhận được, sẽ cực kỳ đáng tin cậy - miễn là nó không bị xáo trộn.
Cũng cần chỉ ra rằng bản thân chiều dài cáp hiếm khi bị hỏng "về bản chất", nhưng đã có những hỏng hóc ở các mối nối mà cáp và loại mối nối không khớp nhau, cho phép các sợi di chuyển - ví dụ, do thay đổi nhiệt độ. Điều này dẫn đến sự căng thẳng quá mức của sợi và cuối cùng là gãy xương.
Bằng chứng từ hiện trường
Cho rằng các hệ thống cáp quang quy mô lớn đầu tiên đã được triển khai vào đầu những năm 1980, chúng hoạt động như thế nào? Tin vui là trong suốt 35 năm qua, không có sự cố lỗi cáp quang nào xảy ra trên quy mô lớn trong các hệ thống được lắp đặt đúng cách sử dụng các thành phần cấp 1. Các vết đứt đã được nhìn thấy, nhưng chủ yếu là do các sợi cáp bị đứt ra khỏi cáp và bị uốn cong dưới bán kính uốn cong cho phép.
Trên thực tế, nếu các sợi được cung cấp được lưu trữ và cuộn đúng cách, rất có thể chúng sẽ bền hơn chúng ta nghĩ ban đầu. Có lẽ những sai sót ban đầu sẽ bắt đầu lành lại theo thời gian và tiếp xúc với nước ở mức độ căng thẳng thấp.
Như chúng ta đã thấy trong các blog khác, kẻ thù lớn nhất đối với độ tin cậy được thiết kế cẩn thận của sợi quang có thể đến từ con người, động vật hoặc mẹ thiên nhiên, chứ không phải từ chính silica nung chảy. Bỏ những vấn đề phi kỹ thuật này sang một bên, rất có thể bản thân các mạng cáp quang có thể tiếp tục hoạt động, với quang điện tử được nâng cấp, trong nhiều năm tới - thậm chí có thể lâu như các mạng cáp đồng tiền thân của chúng!