DE3039088A1 - Verfahren und anordnung zur untersuchung des uebertragungsverhaltens von lichtwellenleiterkabeln - Google Patents

Verfahren und anordnung zur untersuchung des uebertragungsverhaltens von lichtwellenleiterkabeln

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DE19803039088
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Lutz Giehmann
Klaus Gottwald
Bernd 1000 Berlin Weber
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Philips Kommunikations Industrie AG
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Deutsche Telekom AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08Testing mechanical properties
    • G01M11/088Testing mechanical properties of optical fibres; Mechanical features associated with the optical testing of optical fibres

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
  • zur Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Lichtwellenleiterkabeln mit einem oder mehreren Lichtwellenleitern in Abhängigkeit von mechanischer Beanspruchung mittels einer Prüfmaschine.
  • Die Übertragungseigenschaften sowie die Alterungseigenschaften der Lichtwellenleiter bzw. der LichtwelleSSiterkabel hängen u.a. von der mechanischen Beanspruchung ab, die auf das Kabel und damit auf die Lichtwellenleiter einwirken. Wesentliche mechanische Beanspruchungen werden durch Biegezugkräfte und Torsionskräfte ausgeübt, die beim Einziehen in Kabelkanäle, Verlegen im Erdreich und Umlagerung von verlegten Kabeln in Kabelschächten auftreten.
  • Die einzelnen Lichtwellenleiter als Jbertragungsmedium im Kabel entziehen sich bei den herkömmlichen Kabeltestmethoden der genauen Untersuchung, da die bekannten Prüfverfahren eine Zerstörungsprüfung vornehmen oder solange durchgeführt werden, bis sich eine erhebliche Änderung der Lichtwellenleitereigenschaften, wie z.B.
  • Dampfung und Rückstreuung ergibt. Ein solches Meßverfahren ist in dem Artikel "Optical fiber communications, Technical Note R-3, TEST METHODES FOR ITT OPTICAL FIBER AND CABLE, 10/78 Rev. 1" beschrieben.
  • Auch ist in den Empfehlungen des Verbandes Deutscher Elektrotechniker bereits eine Biegeprüfmaschine für flexible Leitungen beschrieben (VDE 0472 d/12.77, § 603, Bild 603,6). Bei dieser Anordnung wird die elektrische Leitung mittels zweier drehbar gelagerter und auf einen beweglichen Schlitten montierter Rollen zweimal um 1800 umgelenkt und durch zusätzliche Gewichte mit einer zusätzlichen Zugkraft beaufschlagt. Diese Empfehlungen sagen aus, daß bei 30 000 IIin- und IIerbewegungen des mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Schlittens keine Unterbrechungen oder Kurzschlüsse der Kabeladern auftreten dürfen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zugehörige Anordnung für eine zerstörungafreie Prüfung von tichtwellenleiterkabeln anzugeben, bei dem ohne wesentliche Veränderung der mechanischen Kabeleigenschaften durch den Prüfungsvorgang die Auskunft gewonnen wird, wie mechanische Beanspruchungen des Kabels, wie Biegezug- und/oder Torsionsbesnspruchungen, auf jeden einzelnen Lichtwellenleiter innerhalb des Kabels einwirken und die Übertragungseigenschaften der Lichtwellenleiter reversibel und irreversibel beeinflussen.
  • Dabei soll es sich nicht um geraffte Lebensdaueruntersuchungen handeln. Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
  • Bevorzugte und zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen-2 bis 6 hervor.
  • Vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 7 bis 20 gekennzeichnet.
  • Die Erfindung erzielt den Vorteil, genaue und definierte Beanspruchungen bzw. Beanspruchungsverläufe auf Lichtwellenleiterkabel auszuüben und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, unterschiedliche Kabelaufbauten, wie Verseilungsart, Zugentlastung, Beipack und Eabelmantelmaterial bezüglich der Empfindlichkeit auf äuSere mechanische Einflüsse zu bewerten und~zu beurteilen.
  • Weiter ermöglicht die Erfindung die Entwicklung neuer Kriterien, die einen möglichen zusätzlichen Alterungseinfluß durch mechanische Belastung des Kabels klarstellen, wie z.B. Versprödung des Kabelmantels.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, daß sich durch die gewonnenen Meßwerte Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Kabel ziehen lassen, da einem Kabel mit stärkerem Durchgriff von auf den Kabelmantel angreifenden mechanischen Kraften auf den Lichtwellenleiter eine höhere Alterungsrate und eine größere Ausfallwahrschelnlichkeit zuzuordnen ist, als einem Kabel vergleichbarer Ausführung mit geringerem Durchgriff bei gleichen Destbedingungen.
  • Gleichzeitig ist es mit der Erfindung möglich, die durch eine negative Vortorsion (negativ = gegen den Drehsinn der Verseilung) versuchte und vom Kabel.mantel verhindertc Aufkorbung der Licht.cllenleiter-JerseilLge und die dadurch entstehende Lichtwellenleiterstauchung zu erfassen. Die Vortorsion kann z.B. beim Kabeleinziehen in Kabelkanalanlagen-entstehen und die daraus resultierende Stauchung ist eine der kritischsten Beanspruchungen des Lichtwellenleiters.
  • Vorteilhaft ist es auch, daß für die Erstellung einer aussagefähigen Kurve des Rangautokorrelationskoeffizienten nur ein Me3durchlauf erforderlich ist und die mechanischen Beeinflussungen des Kabels pro Messung extrem gering sind.
  • Dadurch können mehrfache Wiederholungen der Messungen vorgenommen werden. Aus der Veränderung der Kurve der Rangautokorrelationskoeffizienten über die Anzahl der Durchläufe kann schließlich erkannt werden, wie durch mechanische Beanspruchung z.B. Verlagerungen im Kabel stattfinden, die zu einem veranderten Durchgriff der mechanischen Belastung auf den zu Messenden Lichtwellenleiter führen.
  • Die Erfindung wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 5 näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer als Kabelprüfmaschine bezeichneten Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 bis Fig. 4 zeigen mögliche Anordnungen der Rollen und Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der gesamten Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Kabelprüfmsachine besteht -im wesentlichen aus zwei nicht drehbar gelagerten Kabelzugentlastungarollen 2 mit zugehörigen Kabelklerjnvorrichtungen 4, einem beweglichen Schlitten 3, darauf montierten Rollenträgern 6 und Rollen 7. Das Kabel 1 mit -mindestens einem Lichtwellenleiter 9 umschlingt jede Kabelsugentlastungsrolle 2 zwei- oder mehrmals und ist an den freien Enden durch je eine Kabelklemmvorrichtung.4 fixiert. Diese Art der Kabelbefestigung stellt sicher, daS kein undefinierter, abrupter Kraftübergang en den Befestigungspumiten entsteht.
  • Die auf das Kabel 1 wirkenden mechanischen Kräfte entstehen einerseits durch die Biegung des Kabels 1 um die Rollen 7 und sndererseits durch die Vorspannung des Kabels 1 durch die Kabelzugentlasungsrollen 2. Um eventuell bei Bewegung des Schlittens 3 auftretende - durch Kabeldurchmesaertoleranzen bedingte - Abstandsänderungen der Kabelzugentlastungrollen 2 auszugleichen, müssen diese im begrenzten Maße in Bewegungsrichtung des Schlittens 2 beweglich sein. Als krafterzeugende Elemente, die über die Kabelzugentlastungsrollen 2 auf den zu prüfenden Kabelabschnitt wirken, haben sich als Biegestab ausgebildete Blattfedern 10 bewährt, da diese eine sehr kurze mechanische Regelkonstante haben.
  • Um eine annähernd sinusförmige Bewegung des Schlittens 3 zu erreichen, ist der Antrieb ein Kurbelantrieb 5 mit einstellbarem Hub. Diese nichtlineare Bewegung erzielt den Vorteil, an den Umkehrpunkten des Schlittens 3 Zusatzkräfte durch die Rollenmassen auf das Kabel 1 auszuschließen.
  • Durch Verändern der Drehzahl der Kurbel kann bei niedrigen Drehzahlen undder daraus resultierenden langsamen Geschwindigkeit des Schlittens 3 eine quasistatische Kabelbeanspruchung erreicht werden.
  • Eine während der Bewegung des Schlittens 3 auftretende dynamische Torsionsbeanspruchung des Kabels 1 wird mit einer Torsionameßvorrichtung 11 an der in Fig. 1 rechten Kabelzugentlastungsrolle 2 erkannt. Diese Torsionsmeßvorrichtung 11 gibt gleichzeitig die Möglichkeit, das Kabel mit einer zusätzlichen konstanten Torsionskraft vorzubelasten.
  • Als Kraftaufnehmer sind Dehnungsmeßstreifen 12 eingesetzt, die zur Zugmessung auf beiden Blattfedern 10 und zur Torsionsmessung auf dem Torsionsrohr der vorsionsmeßvor richtung 11 befestigt sind.
  • Sie dienen zusätzlich zur Messung der dynamischen Zusatztorsionskräfte, die bei der Biegezugbeanspruchung auf das Kabel wirken. Bei Messungen hat sich ergeben, daß durch die Biegezugbeanspruchung eine Zusatztorsionskraft am Kabel entsteht, die durch die Walkkräfte entsteht, welche auf die Glasfaserlage und Verseilelemente wirkt und vermutlich eine Verlagerung des Schlages veranlaßt.
  • Eine Schlagverlangerung führt damit zu einer in Gegen richtung zur Schlagdrehung wirkenden Dorsionskraft.-Diese Messung der Torsionskraft ist deshalb wesentlich, da sie eine Sinschätzung der Umlagerungen der Kabelinnenelemente durch Biegezugbeanspruchung ermöglicht.
  • Mit der Toraionsmeßvorrichtung können definierte Kabelvortorsionswinkel beim Kabeleinapannen eingestellt werden.
  • Gleichzeitig kann bei festgepreßtem Kabel das Torsionsmoment gemessen werden.
  • Die Torsionsmeßvorrichtung wurde in Dehiiungstüeßstreifen-Technik ausgeführt, da ihr Widerstandsmoment weit größer sein muß, als das Widerstandamoment der verbleibenden Kabeleinspannlänge. Bei Berücksichtigung dieser Forderung, die besonders bei Aluminium-Mantelkabeln wichtig ist, kann ausreichende Genauigkeit erzielt werden.
  • Die Torsionsmeßvorrichtung gestattet, schon beim Einspannen des Kabels in die Kabelprüfmsschine möglichst kleine Vortorsionsmomente am Kabel einzustellen und zu kontrollieren.
  • Damit kann bei weiteren Messungen der kontrollierte Einfluß von Torsionsmomenten auf das Übertragungsverhalten bei Biegezugbeanspruciung genauer ermittelt werden.
  • Bei Biegezugbeanspruchungen von Kabeln können diese durch die Walkkräfte tordieren. Mit der Torsionsmeßvorrichtung kann die Abhängigkeit der Torsionamomente von dem Zugkraftwert, dem das Kabel ausgesetzt wird, gemessen werden.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche Variante der Rollenstellung auf dem Schlitten 3. Bei dieser Stellung der Rollen 7 ist der Kabelumschlingungswinkel kleiner als bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung und dadurch ist auch die mechanische Belastung des Kabels 1 kleiner. Um zu vergleichbaren Ergebnissen zu kommen, muß die Länge des zu prüfenden Abschnitts des Kabels 1 konstant gehalten werden. Dies ist in einfacher Weise erreichbar, indem die Achsen der Rollen 7 auf den Rollenträgern 6 quer zur Bewegungsrichtung des Schlittens 3, vorzugsweise in der Höhe, versetzbar sind.
  • Fig. 3 zeigt eine mögliche Variante hinsichtlich des Durchmessers der Rollen. Im extremen Fall kann der Radius der in Fig. 3 mittleren Rolle 8 und damit der Biegeradius des Kabels 1 kleiner als der kleinste zulässige Biegeradius des Kabels 1 gewahlt werden. Auch in diesem Fall sind ähnlich wie in dem Beispiel nach Fig. 2 die Achsen der Rollen bzw. der Rolle 8 auf dem Rollenträger 6 quer zur Bewegungsrichtvmg des Schlittens 3 versetzbar, um eine zu anderen Stellungen der Rollen 7 bzw. 8 konstante Kabelprüflinge zu erhalten.
  • Es ist vorteilnaft, die Schlaglänge der Lichtwe'llenleiter im Kabel als normierten Abstand gleichwirkender Rollen zu wählen, da dadurch die mechanischen Kräfte für einen Lichtwellenleiter mehrfach und gleichwirkend während eines Schlittendurchlaufs angreifen.
  • Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Rollenanordnung, die hervorragend gute Ergebnisse liefert. Hier ist der Schlitten n mit nur einem Rollenträger 6 und der zugehörigen Rolle 7 bestückt. Das Kabel 1 umschlingt die Rolle 7 um 3600 und es gibt nur zwei Hauptverformungspunkte (Auflauf- und Ablaufpunkt des Kabels 1) für die Rangautokorrelationskurve über den momentanen Ort des Schlittens 3 bzw. der Rolle.
  • Bei allen vorgenannten Anordnungen der Rollen 7, 8 ist zusätzlich die Möglichkeit vorgesehen, die Rollen einzeln gegen Drehung festzustellen oder sie mit verschiedenen Oberfl.Hchenprofilen und/oder mit verschiedenen Oberflächenmaterialien zu versehen. Durch diese Maßnahmen können realistische Bedingungen wie z.B. Einziehen eines Kabels in einen Kabelkanal definiert simuliert werden.
  • Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Meßanordnung besteht im wesentlichen aus drei Hauptfunktionsgruppen, einem Sendeteil, der Kabelprüfmaschine und einem doppelt vorhandenen Empfangsteil mit einem nachgeschalteten Quotientenbildner.
  • Der sendende Teil dieser Anordnung besteht aus einem optischen Sender 13, einem Modenmischer 14, der eine gleichmig Lichtintensitätsverteilung in dem Lichtwellnnleiter bewirkt, einem Mantelmodenabstreifer 15 und einem optischen Richtkoppler 16, der das optische Signal in einenSignalkanal- und einen Referenzlcanal aufspaltet. Im Signalkanal wird vor dem zu messenden Lichtwellenleiter 9 ein Lichtwellenleitervorlauf 17 oder ein weiterer Modenmischer in Reihe geschaltet, der üblicher":eise > 500 m ist und definierte Einstrahlbedingungen für den angeschweißten Lichtwellenleiter 9-schafft.
  • Der Signalkanal durchläuft die Kabelprüfmaschine und ist an einen ersten Empfangsteil (18, 19, 20, 21) angekoppelt. Der Referenzkanal ist über einen Referenzlichtwellenleiter 22 an einen zweiten, mit dem ersten identischen Empfangsteil (18; 19-; 20', 21 ' ) angekoppelt.
  • Jedes Empfangsteil besteht aus je einer Photodiode 18, 18', die auf gleicher Temperatur gehalten werden, aus je einem regelbaren Verstärker 19, 19', je einem Bandfilter mit linearen Detektor 20, 20', und je einem Integrator 21, 21'.
  • Die Verstärker 19, 19' sind zweistufig aufgebaut und teilweise thermisch gekoppelt. Durch diese Maßnahme wird eine Grenzempfindlichkeit bei einem Signal-Rauschverhältnis S/SN = 1 von 20 pW erzielt. Mit einer Sendeleistung von 10 Fir am Ausgang der zu messenden Faser beträgt die Dynamik 57 dB.
  • Die Auflösung beträgt 4 mdB = 0,004 dB, die Stabilität über eine Stunde 10 mdB. Da ein Meßdurchlauf ca. 30 s dauert, liegt die Stabilität innerhalb der Auflösung.
  • Die Linearität, mit AudioSubstitution gemessen, liegt für die Quotientenbildung bei 0,002 dB/dB Sendeleistungsänderung. Da die Sendeleistung pro Stunde im Mittel weniger als 0,12 dB schwankt, liegt der Einfluß unter der Auflösung. Durch die Erzielung dieser Werte konnte ein Verfahren realisiert werden, welches kleinste Transmissionsänderungen durch Biegeabstrahlung und Microbending der Fasern messen kann. durch die Wshl eines optischen Senders 13 mit einer spektralen lIalbwertsbreite von 50 nm werden Einflüsse von Modenrauschen sicher vermi eden.
  • Die Ausgänge der beiden Integratoren 21, 21' werden in eine |PR| Quotientenbildner 23 verknüpft und der Betrag ## des |PS| Verhältnisses der Empfangsleistung des Referenzkanals zur Empfangsleistung des Signalkanals gebildet. Aufgrund dieses Wertes und aus der bekannten in den Lichtwellenleiter 9 mit definierten Einkoppelbedingungen eingekoppelten Strahlungsleistung #ei und aus der auf der anderen Seite der Kabelprüfmaschine aus dem Lichtwellenleiter 9 definiert angekoppelten Strahlungsleistung #eo kann der Betrag des Transmissionswertes gebildet werden.
  • Für einen vollständigen Durchlauf des Schlittens in einer Richtung, also- zwischen den zwei Bewegungsrichtungsumkehrpunkten des Schlittens entlang dem Kabel, werden die zu einer Anzahl äquidistanter Wegepunkte des Schlittens gehörenden Beträge der Tranamissionswerte aufgenommen und mit Hilfe einer Korrelationsrechnung wird jeweils der Rangautokorrelationskoeffizient der Beträge der Transmissionspunkte für diese Wegepunkte errechnet. Der Rsngautokorrelationskoeffizient nach Spearmann muß gewählt werden, da er bei beliebigen stetigen Verteilungen anwendbar ist und die Verteilung der Grundgesamtheit des Betrages des Übertragungsfaktors Ü = /Ü/ eo = nicht als bekannt vorausgesetzt werden kann.
  • Mit diesem Verfahren wird die Gleichmäßi&keit bzw.
  • die Regelmäßigkeit der reversiblen und nichtreversiblen Änderungen der Beträge der Transmission über den Ort erfaßt.
  • Da für die Erstellung einer aussagefahigen Kurve des Rangsutokorrelationskoeffizienten nur ein Meßdurchlauf erforderlich ist, werden die mechanischen Beeinflussungen des Kabels pro Meßzyklus extrem gering.
  • Damit können mehrfache Wiederholungen der Messungen vorgesommen werden. Aus der Veränderung der Kurve der Rangkorrelationskoeffizienten über die Anzahl der Durchläufe ist dann zu erkennen, wie durch die mechanische Beanspruchung im Kabel z.B. Verlagerungen stattfinden, die zu einem veränderten Durchgriff der mechanischen Belastung auf die gemessene Glasfaser führen.
  • Wenn jetzt ein zu Beginn gemessenes Kabel thermisch, chemisch, mechanisch (Vibration) gealtert wird, kann bei erneuter Bestimmung der Rangkorrelationskoeffizienten der Transmissionswerte über den Ort festgestellt werden, ob sich Änderungen im Kabel ergeben haben, die zu einem veränderten Durchgriff der mechanischen Beanspruchung auf die Glasfaser führen. Dazu gehören z.B. Änderungen der Kunststoff-Elastizität, Änderung der Reibungsbeiwerte der einzelnen Kabelverseilelemente, Verlagerungen von Verseilelementen.
  • Die Kabelprüfmaschine (Fig. 1) gestattet, die Rollen 7, 8 kontinuierlich in ihrem Abstand zu variieren. Als normierte Meßanordnung ist als Abstand gleichwirkender Rollen die Schlaglänge der zu untersuchenden Faserlage zu wählen. Damit greifen die Kräfte für eine bestimmte Faser mehrfach, aber gleichwirkend an.
  • Die Rollen 7, 8 gestatten beispielsweise durch Aufsatzringe verschiedene Materialien wie z.B. PVO, Beton verschiedener Rauhigkeitsgrade aufzunehmen. Die Rollenoberfläche kann z.B. Stufen und Spalten aufweisen. Mit diesen Maßnahmen kann eine teilweise Kabelkanal-Simulation vorgenommen werden, Die Rollen sind einzeln feststellbar, damit kann eine Reibungsbeeinflussung des Kabels erzielt werden, um z.B. Schub-und Zugkräfte auf den Außenmantel des Testkabels wirken zu lassen, wie sie beim Kabeleinziehen auftreten. Bei der Rollenoberfläche mit Stufen und Spalten kann die Verteilung der sprunghaften Veränderung der Abrolldurchmeaser so gewählt werden, daß durch die Anwendung des Rang-Autokorrelationsverfahrens zur Meßwertverarbeitung aucll bei homogenen Kabeln (RangautokorrelationaKoeffizient = 1) Aussagen zum Kräftedurchgriff gemacht werden können. Für diesen Anwendungsfall kann der angenäherte Kräfteverlauf durch eine Einzelfaserkabelmessung in eine entsprechende Autokorrelationskurve der Rolle umgesetzt und diese mit der Autokorrelationakurve des zu messenden komogenen Kabels in Beziehung gesetzt werden.
  • Die Kabelprüfmaschine gestattet, die Zugkräfte für die Kabelvorspannung kontinuierlich einzustellen, um die von den Kabelherstellern vorgegebenen Zugbelastungen in weiten Grenzen einstellen zu können. Die Zugkraftmessung erfolgt an jedem der beiden Kabelenden, d.h. an der jeweiligen Umschlingungs- oder Kabelzugentlastungsrolle 2 mit der Kabelklemmvorrichtung 4. Hierdurch können die Zusatzkräfte durch Walkarbeit, z.B. besonders bei Metallmantel-Kabeln, ermittelt werden und zwar in beiden Bewegungsrichtungen des Schlittens 3, falls pro Durchlauf eine Versprödungserhöhung eintritt.
  • Diese Vorrichtung wird ebenfalls für den Kräfteverlauf während der Messung mit festgestellten Rollen eingesetzt, um z.B. geschwindigkeitsabhängige Reibungskräfteverläufe zu ermitteln.
  • Die Bewegung des Schlittens ist nichtlinear, die Geschwindigkeit verläuft angenähert sinusförmig, damit an den Umkehrpunkten keine Zusatzkräfte durch die Rellenmaasen auf das Kabel einwirken. Damit weicht dieses Verfahren erheblich von den herkömmlichen Testverfahren mit Rollen und Schleppkette ab.
  • Die Wegemeßpunkte werden vorzugsweise mit einem absoluter linearen Weggeber realisiert, damit bleibt für alle Messungen eine absolute Festlegung von Ortspunkten der Schlittenposition bezogen auf die Kabeleinspannpunkte erhalten. Diese genaue Festlegung der Ortspunkte ist ebenfalls für die Genauigkeit der Klassen-Autokorrelatior werte erforderlich.
  • Die mittlere Geschwindigkeit der Bewegung des Schlittens kann kontinuierlich geregelt werden, damit ergibt sich die Möglichkeit, die Durchgriffsmessungen quasistatisch (d.h. mit 0,06 m/min) oder dynamisch mit 36 m/min durchzuführen. Eine thermische Er.särmung der Faser im Kabel durch Walkarbeit kann durch langsame Bewegungsabläufe minimiert werden.
  • Da nach der Erfindung der Durchgriff verschiedenartiger definierter mechanischer Kräfte auf den Nachrichten übertragenden Lichtwellenleiter ermittelt werden kann, ist dieses Verfahren mit der zugehörigen Anordnung in allen Bereichen einsetzbar, in denen Lichtwellenleiterkabel auf Qualität und Qualifikation für den Einsatz als Nachrichten- und Steuerkabel untersucht werden sollen.
  • In der Entwicklung können bereits kurze Längen (z.B. 6 m) auf ihre Eigenschaften hin untersucht und optimiert werden.
  • Da dieses Verfahren schnell und aussagekräftig ist, kann es auch zu Überprüfung von Fertigungahomogenität und der Fertigungsqualität eingesetzt werden.
  • Bedingt durch die zerstörungsfreie Messung gemäß dieser Erfindung können beliebig große Fertigungslängen von Kabeln vor der Installierung bzw. Verlegung erfaßt werden.
  • Durch die Möglichkeit der Anpassung der Biegeradien bei der Messung an das entsprechende Kabel können auch Hochspannungsleitungen mit eingelegtem Lichtwellenleiter untersucht werden. Für Kabel mit besonders harten Sinsatzbedingungen können die Zugkräfte und Torsionsmomente soweit gesteigert werden, daß das Kabel Ausfälle zeigt. Damit können die absoluten Grenzwerte der statischen und/oder dynamischen mechanischen Belastbarkeit ermittelt werden.
  • Werden unter langsamer Steigerung der Belastung des Kabels die Transmissionsmessungen mit nachfolgender Korrelationsrechnung bei jeder Belastungsstufe vorgenommen, so wird eindeutig das Verhalten des Kabels im ganzen Beanspruchungsbereich klargestellt.
  • Auch ist durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben, verschiedene Kabel von verschiedenen Herstellern und mit möglicherweise unterschiedlichem Aufbau für den gleichen AnwendungsfalS~~direkt zu vergleichen bzw. aus einer Anzahl gegebenenfalls nicht ausreichend spezifierter Liehtwellenleiterkabel das optimale Kabel für einen bestimmten Anwendlmgsfall auswählen.
  • Bei Erarbeitung entsprechender Spezifikationsrahmen kann dieses Verfahren auch unmittelbar zur Güteprüfung bzw. zu Abnahmemessungen eingesetzt werden.

Claims (20)

  1. Verfahren und Anordnung zur Untersuchung des ubertragungsverhaltens von Lichtwellenleiterkabeln (20) Patentansprüche Verfahren zur Untersuchung des Übertragungsverhaltens von Lichtwellenleiterkabeln mit einem oder mehreren Lichtwellenleitern in Abhängigkeit von mechanischer Beanspruchung mittels einer Kabelprütmaschine, bei der die Enden des zu prüfenden Kabelabschnitts festgelegt sind, das Kabel um auf einen beweglichen Schlitten montierte Rollen mit einem definierten Kabelumschlingungswinkel geführt wird, dieser Schlitten sich entlang des Kabels bewegt und das Kabel bei Stillstand des Schlittens mit einer bestimmten Zugkraft beausschlag wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Kabel (1) mit einer Zugkraft und/oder Torsionakraft beaufschlagt wird und während der Bewegung des mit wenigstens einer Rolle bestückten Schlittens (3) das Ubertragungsverhalten der Lichtwellenleiter (9) in Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Schlittens (3) gemessen wird und daß mittels eines Referenzlichtwellenleiters (22) der Quotient der tbertragungseigenschaften gebildet wird und aus diesem Quotienten der Rangautokorrelationskoeffizient nach Spearmann errechnet wird (Fig. 1, Fig. 5).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkräfte an beiden Einspannungspunkten des Kabels (1) in Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Schlittens (3) kontinuierlich gemessen werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Schlittenbewegung auftretenden Torsionskräfte an dem vor der Messung torsionsfreien Kabel in Abhängigkeit von der momentanen Stel-lung des Schlittens (3) kontinuierlich gemessen werden.
  4. 4. Verfahren nech Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel mit einer zusätzlichen konstanten Torsionskraft beaufschlagt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Schlittens annähernd sinusförmig ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu Beginn gemessenes Kabel vor der nächsten Messung thermisch und/oder chemisch und/oder mechanisch gealtert wird.
  7. 7. Anordnung fiir das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite der Kabelprüfmaschine in Bewegungsri.chtung des Schlittens (3) je eine begrenzt bewegliche, nicht drehbare Kabelzugentlastungarolle (2) mit einer dazugehörigen Kabelklemmvorrichtung (4) angeordnet ist (Fig. 1).
  8. 8. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelprüfmaschine einen Kurbelantrieb (5) mit einstellbarem Hub für den Schlitten aufweist (Fig. 1).
  9. 9. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle (7) auf einen Rollenträger (6) montiert ist, der in Bewegungsrichtung des Schlittens (3) auf dem Schlitten (3) verschieden positionierbar ist (Fig. 1, Fig. 2).
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle einzeln feststellbar ist.
  11. 11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Rolle (7) gegen andere Rollen austauschbar ist, welche auf ihrem Umfang verschiedene Oberflächenprofile und/oder verschiedene Oberflächenmaterialien haben.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekdnnzeichnet, daß jede einzelne Rolle (7) gegen andere Rollen (R in Fig. 3) mit verschiedenen Radien austauschbar ist.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekelmzeichnet, daß jede Zugentlastungsrolle (2) über eine Blattfeder (10 in Fig. 1) mit dem feststehenden leil der Kabelprilfmaschine verbunden ist und daß diese Blattfedern (io) zur Kraftmessung mitverwendet werden.
  14. 14. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Zugezltlastungs rollen (2) und dem Schlitten (3) eine Torsionsmeßvor richtung (11 in Fig. 1) angeordnet ist.
  15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsmeßvorrichtung (11) so an der Zugentlastungsrolle befestigt ist, daß sie dem Kabel (1) eine Vortorsion vermittelt.
  16. 16. Anordnung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftmessung DeEmun6meßstreifen (12 in Fig. 1) auf den Blattfedern (10) und der Torsionsmeßvorrichtung (11) aufgebracht sind.
  17. 17. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Optischer Sender (13) über einen Modenmischer (14), einen Mantelmodenabstreifer (15) und einen ersten Ausgang eines optischen Richtkopplers (16) mit dem einen Ende des zu messenen Lichtwellenleiters (9) verbunden ist (Fig. 5).
  18. 18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den optischen Richtkoppler und den-zu messenden Lichtwellenleiter ein Lichtwellenleiter-Vorlauf (17,Fig. 5) oder ein weiterer Modenmischer in Reihe geschaltet ist.
  19. 19. Anordnung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster optischer Empfänger, bestehend aus einer Photodiode (18), einem regelbaren Verstärker (19), einem Bandfilter mit linearem Detektor (20) und einem Integrator (21) eingangsseitig mit dem anderen Ende des zu messenden Lichtwellenleiters (9) verbunden ist und daß ein identischer zweiter optischer Empfänger eingangsseitig mit einem zweiten Ausgang des optischen Richtkopplers (16) über einen Referenzlichtwellenleiter (22) verbunden ist (Fig. 5).
  20. 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden optischen Empfänger mit einem Quotientenbildner (23, Fig. 5) verbunden sind.
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