Az optikai szál eleve törékenyebb, mint a réz. Ez egy bizonyos típusú üveg (olvasztott szilícium-dioxid), amelynek tipikus szakítószilárdsága kevesebb, mint fele a réznek. Azonban annak ellenére, hogy az olvasztott szilícium-dioxid törékenynek és törékenynek tűnik és érezhető is, megfelelő feldolgozás, tesztelés és használat esetén rendkívül tartósnak bizonyult.
Bármely anyag tartósságának értékeléséhez hasznos figyelembe venni bizonyos tulajdonságokat:
Kezdeti erő
A lebomlás mértéke
Minden olyan hiba, amely gyengítheti
Reagensek, amelyek gyengíthetik
Optikai élettartama - mivel a szilícium-dioxidnak továbbra is kielégítően kell működnie
Ezt szem előtt tartva alapvetően négy tényező befolyásolja üvegszálas hálózatának élettartamát:
1. Felületi hibák
A hibáktól mentes, érintetlen szilikaüveg rendkívül ellenáll a lebomlásnak. Azonban minden kereskedelmi forgalomban előállított optikai szálnak vannak felületi hibái (kis mikrorepedések), amelyek bizonyos körülmények között csökkentik az anyag élettartamát. A kritikus tényező itt a "K" feszültségintenzitási tényező, amely az alkalmazott feszültséghez és a repedésmélység négyzetgyökéhez kapcsolódik. Ez azt jelenti, hogy az "igazi" szálak – amelyek kis hibáival rendelkeznek – eleinte lassú növekedést szenvednek el ezekben a hibákban, majd gyors növekedésben tönkremennek.
Ennek kiküszöbölésére a jó hírű szálbeszállítók "próbát" végeznek, amely egy előre beállított szintre (általában 1 százalékra) nyújtja a szálat egy meghatározott időtartamra, hogy szándékosan megszüntesse a nagyobb hibákat.
2. A degradáció csökkentése
Ezután a felhasználónak marad egy szál, amely kevesebb, kisebb hibát tartalmaz, amelyeket meg kell védeni a szükségtelen leromlástól. Ez elsősorban azt jelenti, hogy meg kell szüntetni az új hibák keletkezését azáltal, hogy a szálat védő és tartós anyaggal vonják be az elsődleges bevonathoz.
3. Telepítési törzsek
Tudjuk, hogy a feszültség a szálak élettartamának nagy ellensége, ezért a védelmi feladatot a kábelezőre hárítják, aki gondoskodik arról, hogy a megfelelő szilárdsági elemek használatával a kábelre kifejtett feszültség jóval az 1 százalékos próbaszint alá csökkenjen. A telepítőnek ezután gondoskodnia kell arról, hogy a telepítési folyamat ne terhelje túl a kábelt.
A három általánosan használt technika közül - húzás, tolás és fújás - csak a húzás okoz nemkívánatos nyújtást (húzófeszültséget). Ellentétben a fémmel, az üveg nem fárad el az összenyomódástól, így a toláskor keletkező enyhe összenyomás nem okoz kárt a szálban.
4. Környezeti tényezők
A telepítést követően a helyi környezet nagy hatással van a szál élettartamára. A megemelkedett hőmérséklet felgyorsíthatja a repedések növekedését, de a történelem során a víz jelenléte volt az, ami a legnagyobb aggodalomra ad okot. A feszültség alatti repedések növekedését elősegíti a víz, ami "feszültségkorrózióhoz" vezet.
Ellenőrizheti, hogy egy szál milyen hajlamot szenved el a feszültségkorróziót, ha áttekinti "feszültségkorróziós érzékenységi paraméterét", amelyet sokkal kényelmesebben "n"-nek neveznek. A magas n érték (20 körül) tartós szálat és bevonatot sugall.
A hálózat élettartamának kiszámítása
A fenti négy tényezőt szem előtt tartva hogyan számíthatja ki üvegszálas hálózatának élettartamát? Ehhez a hálózattervezőnek két bemenetet kell figyelembe vennie:
Hogyan oszlanak meg a hibák az optikai szálak között a Weibull-eloszlás segítségével
A szálszilárdság-vizsgálat eredményei, amelyeket általában a gyártók végeznek
A (megjósolt) hibaeloszlás és a repedésnövekedés elméletének kombinálása számos optikai szál élettartam-modellt generált, amelyek itt láthatóak.
Általában ezek a modellek a meghibásodás valószínűségét adják meg bármely adott szálkilométerre egy kiválasztott élettartam alatt, valahol 20 és 40 év között. Helyesen telepített 1. rétegű optikai szálak esetén a meghibásodás valószínűsége ilyen időkereten belül 1:100,000.
Összehasonlításképpen: körülbelül 1:1,000 annak az esélye, hogy egy szálat manuális beavatkozás, például ásás, ugyanazon idő alatt megsérül. A jóindulatú technikával és gondos szerelők által elfogadható körülmények között telepített minőségi szálnak ezért rendkívül megbízhatónak kell lennie - feltéve, hogy nem zavarja.
Arra is érdemes felhívni a figyelmet, hogy maguk a kábelhosszak ritkán hibásodtak meg „bensőségesen”, de előfordultak meghibásodások azoknál a csatlakozásoknál, ahol a kábel és a csatlakozás típusa nem egyezik jól, ami lehetővé teszi a szálak mozgását - például a hőmérséklet-változások miatt. Ez a rost túlfeszültségéhez és esetleges töréséhez vezet.
A bizonyítékok a mezőről
Tekintettel arra, hogy az első nagyméretű üvegszálas rendszereket az 1980-as évek elején vezették be, hogyan boldogultak? A jó hír az, hogy az elmúlt 35 évben nem fordult elő nagyszabású szálhibás kitörés a megfelelően telepített, 1. szintű komponenseket használó rendszerekben. Törések láthatók, de ezek túlnyomórészt ott vannak, ahol a szálakat eltávolították a kábelekből, és a megengedett hajlítási sugár alá hajlították.
Valójában, ha a szálakat megfelelően tároljuk és tekercseljük, akkor nagyon valószínű, hogy erősebbnek bizonyulnak, mint elsőre gondoltuk. Talán az eredeti hibák kezdenek gyógyulni az idő múlásával és a víznek való kitettséggel alacsony stressz mellett.
Amint azt más blogokon is láthattuk, az optikai szál gondosan megtervezett megbízhatóságának legnagyobb ellenségei az emberek, az állatok vagy az anyatermészet lehetnek, nem pedig maga az olvasztott szilícium. Ha eltekintünk ezektől a nem műszaki problémáktól, nagyon valószínű, hogy maguk az üvegszálas hálózatok tovább működhetnek továbbfejlesztett optoelektronikával még sok éven át – talán még annyi ideig, mint a réz elődeik!