2 海光缆的力学性能和试验方法

21 海光缆的力学性能和应力应变特性
海光缆的力学性能可以用缆的应力应变特性来描述。
光缆本体的应变量、光纤的应变量和光纤的附加衰减量随着缆拉伸负荷量的变化称为该缆的应力应变性能。这些性能参数是互为相关的，它们之间的比值可以大致描述和判断缆的基本特性，如图1所示。

图1 典型的海底光缆应力应变示意图

缆的应力应变性能是缆的设计水平、工艺水平、可施工性能、可维护性能的综合反应。
根据相关的国际标准（ITU-T G972-2004），缆的各力学参数定义有：
（1）缆断裂负荷 (CBL, cable breaking load)
    固定缆两头考虑到缆材料和尺寸容差后缆的最小保证断裂强度。
（2）光纤断裂负荷 (FBL,fibre-breaking cable load)
    固定缆两头施加纵向张力使光纤瞬间断裂的负荷。
（3）标称永久抗张强度 (NPTS, Nominal Permanent Tensile Strength)
    指不明显降低系统性能、寿命和可靠性的缆的最大持久张力。NPTS表示海缆敷设到海底后可以持久施加的最大残余张力。
（4）标称工作抗张抗度 (NOTS , Nominal Operating Tensile Strength)
    在海洋作业所需时间内（典型地为48小时）不明显降低系统性能、寿命和可靠性的缆可以施加的最大平均工作张力。NOTS表示缆敷设或修理时的最大平均工作张力。
NOTS在有些地方又被称为缆工作负荷(operational cable load)
（5）标称瞬时抗张强度 (NTTS, Nominal Transient Tensile Strength )
    在一次海洋回收作业所需累积约1小时时间内不明显降低系统性能、寿命和可靠性的缆可以施加的最大短期张力。NTTS表示缆可以施加的最大瞬时或最大意外张力，从力学安全观点看来，它通常限于CBL的某个百分数。
    NTTS在有些地方又被称为缆瞬时负荷(transitory cable load)。

22 海光缆力学性能的试验方法
国军标和国标建议的试验方法和装置的要求是一致的，如图2所示，图3则是按图2要求的试验系统原理和接线示意图。

图2 GJB/GB建议的拉伸负荷试验装置

图3 试验系统原理和接线示意图

（1）对缆内光纤的附加衰减（变化）要求
    国际和国军际要求：海底光缆进行机械性能试验时，光纤的附加衰减不应大于005dB（断裂拉伸负荷除外），试验后光纤不应有附加衰减（测量值的绝对值不大于003dB时，判为无附加衰减）。附加衰减测量按照GBT15972 ，4-C10A传输功率监测法进行。
（2）对缆内光纤的伸长量（应变）要求
    国际和国军际要求：海底光缆进行工作拉伸负荷试验时，光纤不应有伸长量（测量值的绝对值不在于0005%时，判为无伸长量）。在进行短暂负荷试验时，光纤的伸长量不应大于015%。
（3）试验实例 
    按相关标准要求，把试验段光缆内的光纤作了环接（即只出两端而将其他所有光纤头尾串联），其结果如图4所示；而如果测量缆内每一根光纤，同一段试验缆的结果见图5。

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图4 环接光纤的应力应变特胜          图5单根光纤的应力应变特性差异

    图4显示出试验结果非常优良，而图5则显示有一根光纤明显超过了004 dB，进一步的分析表明：这是由于光单元内光纤余长的不一致所引起。
    很显然：由于缆内光纤余长有离散性，每根光纤的应变性能并不相同、符号有可能相反。而如果把所有光纤串接，其最终结果将是“偏好”的。如果光单元内光纤余长一致性较好，才可以获得如图6所示的真正优良的应力应变特性。
    因此，本试验应尽量考核单根光纤并关注光单元内光纤余长的离散即余长的一致性。

图6 余长一致的应力应变特性