摘要：文章先探讨了相关标准中对光缆拉伸实验的规定和要求，然后对不同种类光缆的各种拉伸曲线进行了解读，提出了如何从拉伸曲线判断光纤光缆的状态判断光缆质量的技术方法，进而改进工艺提升光缆产品的质量，体现了光缆拉伸试验的生产指导等重要应用价值。
关键词：光缆 拉伸 曲线 质量
一、前言光缆在生产、运输、敷设和维护过程中经常要受到各种外部机械力的作用，如图1所示。其中拉力是最常见的一种，故光缆抗拉的能力是光缆最重要的机械性能之一，实践中通常通过光缆拉伸试验来验证和检测光缆的机械性能。光缆拉伸试验的方法在国家标准GB/T 7424.2-2008《光缆总规范 第2部分：光缆基本试验方法》中有详细规定。2020年CCSA根据IEC 60794-1-21：2020对GB/T7424.2-2008进行了修订，已经修改完毕正式发布即GB/T7424 .21-2021，主要修改的地方有转向滑轮和卡盘直径的典型尺寸由600mm改为1000mm（如图2所示）。测试过程新增加了一个测试程序，可以先直接拉到短期拉力去保持，减力过程中，在长期拉力下去进行保持测试。不同的光缆和要求可以根据需要选用。标准建议拉伸实验尽量避免多个来回，会因为光缆受力的不均匀性造成测试误差。对于软光缆新的标准允许采用更大的拉伸速率，以避免光缆的蠕变，造成测试失败。
图1 光缆敷设中的强力拖拽
正确操作得到的光缆拉伸应变和功率变化曲线是了解光缆质量和工艺的一个窗口，在实际中有很好的应用价值。
二、光缆拉伸曲线的解读
1.理想的光缆拉伸曲线
图2 光缆拉伸试验机（1000mm直径的绕缆轮）
以普通光缆的拉伸为例，根据通信行业标准YD/T 901-2018《通信用层绞填充式室外光缆》的要求，试验中光纤衰减变化量的绝对值不超过0.03dB时，可判为无明显附加衰减。光纤的应变不大于0.01%时，可判为无明显应变。光缆的应变不大于0.05%时，可判为光缆无明显应变。试验验收要求在长期允许拉力下光纤应无明显的附加衰减和应变；在短暂允许拉力下光纤附加衰减应不大于0.1dB，应变不大于0.15%；拉力去除后，光纤应无明显的残余附加衰减和应变，光缆残余应变应不大于+0.08%。
合格光缆的正常拉伸过程，缆的应变曲线基本是线性的，在起始段会呈现出一点非线性，如图3所示。加力和减力过程时缆的应变曲线非常接近，最终在零点处重合。光缆中设计的光纤余长大，如图4所示，拉力值到达短期拉力最大力值时，光纤应变还没有发生。这类光缆拉伸时应变超标的风险降低，但光缆高低温试验时光功率的变化超标可能性就大大增加。因此余长的设计需要根据缆的结构和试验实际测试过程进行优化确定。经验值是纤的应变在1000 N左右开始出现比较理想。在1000N之前纤的应变基本维持为零的状态。光纤应变出现对应的实际光缆状态的物理意义就是光纤的应变是在缆的应变达到光纤的设计余长时开始出现。对于层绞式光缆，结构余长会在拉伸过程中逐步释放，因此纤的应变会小于同步的缆的应变。理论上讲，光纤在被拉伸时，只要没有受到挤压，光纤在被拉断之前，全反射的结构没有被破坏，光功率就不会发生明显的变化。因此设计和制造的合格光缆在进行拉伸试验时，光功率曲线是围绕0坐标线上下波动，一般都不会超过0.03dB。目前的标准规定了实验光缆的受试长度不能少于50米，增加长度没有限制，但长度加长会带来光功率变化的数学累计，增加测试的风险。
图3 正常光缆的拉伸测试曲线
图4 余长过大的光缆拉伸曲线
2.有缺陷的光缆拉伸曲线
(1) 成缆时放线张力不一致，光纤余长有差异
如果光缆的各个松套管放线张力不一致，造成松套管长度和松紧程度有较大差异，在进行拉伸时，光纤的应变曲线就会呈现分散拉开的状态。如果各管中光纤的放线张力有差异，及余长不一样，拉伸时光纤的应变曲线分散现象更明显，如图5所示。表明厂家的工艺参数需要重新进行调整。松套管长度不一致，在拉伸时会相互影响造成光纤局部的受压或弯曲，造成光功率的波动，衰减性能变化加大。可能造成测试结果不合格。因此必须同一根光缆各个束管中光纤余长保持一致，另外成缆时要保证光缆的放线张力一致。这样光缆的拉伸性能才能更好的维持稳定。
图5 松套管长度不一致拉伸时光纤应变曲线散开
(2) 光纤余长过小
光缆中的光纤余长设计不合理，过小甚至基本没余长，光缆一受力光纤就开始受力被拉长，如图5所示。这样的光缆即使测试勉强过关，但在实际使用中风险极高。按照光缆的设计意图，在长期拉力下光纤应该不受力，更不应该有明显应变，否则光纤的寿命会大大缩短。图6中光纤在长期拉力600N的时候光纤的应变达到了0.04%，高于标准规定的0.01%。光纤的余长设计明显不合理或者是工艺过程发生了严重的偏移，导致余长控制不对。需要从设计和生产工艺上去查找原因。
图6 光纤余长不足的光缆拉伸的光纤应变曲线
(3) 光纤余长超标，内部结构有局部缠绕
光纤余长过大的光缆在拉伸过程中，光纤容易在松套管中受到挤压变形，造成衰减性能变差，可能造成实验不合格。图7的曲线中在长期拉力下光纤的附加衰减已经超标。在700N左右突然出现了光纤应变，随后在800N应变又消失了，说明光纤在松套管中某个位置发生了卡顿，光纤不能自由延伸，拉力加大后，卡顿点消失。说明结构有局部缠绕，造成了光纤的受力延长。
图7 光纤余长超标，光缆内部结构匀称的拉伸曲线
三、光缆拉伸试验中应注意的事项
光缆进行拉伸、压扁等机械性能试验时，需要按照标准的规定，让光缆在实验室环境下进行预处理，让光缆的温度状态和实验室环境保持一致。如果没有预处理的时间，在冬夏两季室内外温差比较大的情况下，光纤拉伸过程中容易出现负应变的情况，残余应变可能超标，造成试验不合格的现象。但光缆本身可能并没有质量问题。也可以采用短段光缆进行试验的方法减少风险，因为短段光缆比较容易快速在不同温度环境下达到热平衡[1]。
拉伸试验时，光缆应变传感器安装需要特别注意，应该在光缆拉直以后再进行安装固定，否则会造成光缆残余应变超标。这里也就涉及到光缆拉伸实验的开始时间，建议施加预拉力，直到光缆即将离开托架的那一刻正式开始试验。这个过程的控制可以通过硬件技术来实现。建议各实验室统一按照这个方法去操作，有利于各实验室间的数据标准性可比性，更能反应光缆的真实质量问题。
进行光缆拉伸试验时，如果时间允许，建议先进行一次预拉，预拉的力值达到长期拉力力值就可以。通过预拉可以调整光缆在上缆过程中造成的光缆结构的扭绞等不正常状态，这样卸载后重新加力再正式开始试验，能消除一些操作中的偏差造成对光缆试验结果的误判。
四、小结
光缆拉伸试验作为光缆机械性能测试项目中最重要的一项，光缆制造企业和检测机构都非常重视。光缆拉伸试验曲线带有非常丰富的光缆产品结构和质量信息，值得测试技术人员不断总结和挖掘，以更好的通过光缆拉伸试验来验证光缆质量，发现光缆设计或制造过程中的问题，进而改进提高光缆的产品质量。最终让优质可靠的光纤光缆产品服务于我国的信息通信产业，促进数字经济的发展。
参考文献：
[1] 周道，朱宇杭，关于光缆拉伸试验中光纤应变异常的探讨[M],中国通信学会2016年光缆电缆学术年会论文集，中国：武汉。
致谢汕头高新区奥星光通信设备有限公司生产技术总监陈列高级工程师支持。转自通信学会线路委员会2021论文集。
