室內(nèi)光纜的拉力的簡單推算

  有時候遇到光纖跳線內(nèi)部的光纖被拉斷的情況，作為使用者和應(yīng)用工程師，應(yīng)該對于跳線的拉力支持有一點點基礎(chǔ)的了解。

  室內(nèi)光纖跳線最基本的結(jié)構(gòu)：護(hù)套，芳綸纖維，光纖。芳綸纖維是提供拉力的主要材料。

  芳綸纖維除了提供光纜的機(jī)械性能外，也有其他比如防止光纖和護(hù)套粘連，提供緩沖等等。

  了解芳綸纖維的機(jī)械性能，下面的幾個和機(jī)械性能有關(guān)的概念經(jīng)常用到，經(jīng)常忘記，但是用的時候又需要翻出再回顧一下做一點簡單的推算，這種簡單的推算雖然不能代替實際結(jié)果，但是作為參考是由依據(jù)的。

  ① dtex 芳綸纖維的線密度單位，是decitex的標(biāo)準(zhǔn)縮寫。定義為1萬米長的芳綸纖維的克數(shù)。1dtex=1g/10000m。它反映了芳綸纖維的細(xì)度或者橫截面積。dtex越大，則其橫截面積越大，同樣的承載拉力下，dtex越大的其芳綸纖維的變形更小一些。在美國一般用denier來表示這個概念，定義為9000米長的芳綸纖維的克數(shù)。1denier=1g/9000m。其換算關(guān)系為1dtex=0.9denier。

  ② Density 芳綸纖維的密度。單位為每立方英寸英鎊 (lb/in.3) 或者 "每立方厘米克" (g/cm3).

  ③ Modulus，芳綸纖維的模量描述芳綸纖維本身抵抗延伸的特性。其楊氏模量或彈性模量表示產(chǎn)生給定應(yīng)變所需的應(yīng)力。模量和截面有關(guān)，所以需要計算芳綸纖維承載面積。楊氏模量的單位有psi、N/tex和Pa。比較麻煩的就是這些單位之間的換來換去的換算。

  ④ Break Elongation芳綸纖維的斷裂伸長率。是芳綸纖維在載荷作用下的長度與空載情況下的長度的比值。以百分比表示。在光纜中，該斷裂伸長率一般是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，比如杜邦的Kevlar® 49，其斷裂伸長率為2.4%。如果芳綸纖維和光纖等長的情況下，光纖應(yīng)變早在達(dá)到2.4%應(yīng)變之前可能已經(jīng)發(fā)生光纖斷裂了。

  ⑤ Break Strength 指定規(guī)格的芳綸纖維的破壞強(qiáng)度，在芳綸纖維引起失效所需的力，這里潛在的橫截面積是指定規(guī)格的芳綸纖維的橫截面積。最常用的單位是lb;公斤力;和牛頓N。Kevlar® 49的破壞強(qiáng)度是264N。如果僅僅考慮這個破壞強(qiáng)度，一股Kevlar® 49足以支持平常的布線和維護(hù)拉力。但是和前面的情況一樣，最大的力是有限制的，它的限制就是光纖本身的最大規(guī)定應(yīng)變。

  簡單的說，光纜的規(guī)定最大拉力受制于規(guī)定的最大光纖應(yīng)變，并由芳綸纖維對應(yīng)的應(yīng)變來決定所需要的芳綸纖維的股數(shù)。芳綸纖維的股數(shù)越多有利于更安全的支持規(guī)定最大拉力，但是成本增加，光纜內(nèi)部留給光纖的空間減少，合理的芳綸纖維的股數(shù)自然是一個比較重要的設(shè)計參數(shù)。

  如果以0.6%為規(guī)定最大光纖應(yīng)變，如果最大布線拉力已經(jīng)規(guī)定好。則根據(jù)下面的簡單公式可以看出，光纖的截面積是已知的，光纖和芳綸纖維的模量是已知的，則僅僅需要計算出芳綸纖維所需要的截面積即可。這個也是設(shè)計的芳綸纖維的股數(shù)。當(dāng)然實際上是考慮其他很多因素的，這里僅僅從應(yīng)用角度上，單方面的簡單推算思路。因為知道了光纜中芳綸纖維的數(shù)量，則大致可以推斷其規(guī)定的拉力。

  以杜邦的Kevlar® 29為例，其線密度如下。

  每10000米的Kevlar其重量為1500g。一米的Kevlar其重量為0.15g。

  截面積可以很簡單的根據(jù)芳綸纖維的密度計算出來。

  (0.15 g/m) / (1.44 g/cm3) = 0.1042 mm2

  即每股Kevlar® 29的截面積為0.1042 mm2。

  如果由三股Kevlar® 29，其芳綸纖維的為3x0.1042 mm2=0.3125mm2。

  芳綸纖維的截面積已知后，如果小范圍的應(yīng)變范圍內(nèi)，芳綸纖維和光纖的模量為常量，則就很容易進(jìn)行估算。已知光纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以推算大致的規(guī)定拉力。如果客戶規(guī)定了光纜的最大拉力，則可以大致推算所需要的芳綸纖維的數(shù)量。