Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 60793-1-20-2022 "Волокна оптические. Часть 1-20. Методы измерений и проведение испытаний. Геометрия волокна" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 июня 2022 г. N 461-ст) (с изменениями и дополнениями)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 60793-1-20-2022
"Волокна оптические. Часть 1-20. Методы измерений и проведение испытаний. Геометрия волокна"
(утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 июня 2022 г. N 461-ст)

Optical fibres. Part 1-20. Measurement methods and test procedures. Fibre geometry

УДК 681.7.068:006.354
ОКС 33.180

Дата введения - 1 ноября 2022 г.
Взамен ГОСТ Р МЭК 60793-1-20-2012

Предисловие

1 Подготовлен Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности" (ОАО "ВНИИКП") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 046 "Кабельные изделия"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 июня 2022 г. N 461-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60793-1-20:2014 "Волокна оптические. Часть 1-20. Методы измерений и проведение испытаний. Геометрия волокна" (IEC 60973-1-20:2014 "Optical fibres - Part 1-20: Measurement methods and test procedures - Fibre geometry", IDT) с поправкой Cor 1:2016.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 Взамен ГОСТ Р МЭК 60793-1-20-2012

Введение

В настоящем стандарте приведены два метода измерений геометрических характеристик оптических волокон (ОВ):

- метод А "Преломление в ближнем поле", приведенный в приложении А;

- метод В "Распределение света в ближнем поле", приведенный в приложении В.

Методы А и В относятся к измерению геометрических характеристик всех многомодовых ОВ класса А, одномодовых ОВ класса В и одномодовых соединительных ОВ класса С.

В соответствующих технических требованиях на изделие МЭК 60793-2-10, МЭК 60793-2-20, МЭК 60793-2-30, МЭК 60793-2-40, МЭК 60793-2-50, МЭК 60793-2-60 приведена подробная информация к проведению измерений, включая длину образцов и коэффициент k.

Используя методы, указанные в настоящем стандарте, измеряют следующие геометрические характеристики:

- диаметр оболочки;

- некруглость оболочки;

- диаметр сердцевины (только для ОВ класса А);

- некруглость сердцевины (только для ОВ класса А);

- неконцентричность сердцевины и оболочки.

Примечания

1 Диаметр сердцевины для ОВ классов В и С не установлен. Эквивалентной характеристикой является диаметр модового поля, указанный в МЭК 60793-1-45.

2 Данные методы устанавливают порядок сбора и анализа как одномерных (1-D), так и двухмерных (2-D) данных. Сами по себе методы 1-D не позволяют определить некруглость и неконцентричность. Возникают дополнительные неопределенности при измерении диаметров некруглых объектов с использованием методов 1-D. Эти ограничения можно преодолеть, применяя сканирование и анализ множественных наборов данных 1-D. В разделе 5 приведена более подробная информация.

Общая информация для обоих методов приведена в разделах 2-10, а информация, относящаяся к каждому отдельному методу, приведена в приложениях А и В соответственно. В приложении С указаны методы, используемые для определения оптических границ сердцевины и оболочки; в приложении D приведена процедура построения эллипсов, соответствующих определенным границам; в приложении Е - справочная информация, описывающая процедуру построения моделей степенного закона для профилей сердцевины ОВ, имеющей градиентный показатель преломления. В приложении F представлена справочная методология, касающаяся преобразования результатов измерений диаметра сердцевины, проводимых с использованием методов, отличных от эталонного метода, с целью получения значений, приближенных к значениям, получаемым при использовании эталонного метода измерений.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает единые требования для измерений геометрических характеристик оптических волокон (ОВ), не имеющих покрытия.

Геометрические характеристики ОВ, не имеющих покрытия, являются основными параметрами, и их знание необходимо для выполнения ряда действий, таких как сращивание, разработка соединительных муфт, формирование кабеля, проведение измерений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения к нему)]:

IEC 60793-2-10, Optical fibres - Part 2-10: Product specifications - Sectional specification for category A1 multimode fibres (Волокна оптические. Часть 2-10. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к многомодовым ОВ категории А1)

IEC 60793-2-20, Optical fibres - Part 2-20: Product specifications - Sectional specification for category A2 multimode fibres (Волокна оптические. Часть 2-20. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к многомодовым ОВ категории А2)

IEC 60793-2-30, Optical fibres - Part 2-30: Product specifications - Sectional specification for category A3 multimode fibres (Волокна оптические. Часть 2-30. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к многомодовым ОВ категории A3)

IEC 60793-2-40, Optical fibres - Part 2-40: Product specifications - Specification for category A4 multimode fibres (Волокна оптические. Часть 2-40. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к многомодовым ОВ категории А4)

IEC 60793-2-50, Optical fibres - Part 2-50: Product specifications - Sectional specification for class В single-mode fibres (Волокна оптические. Часть 2-50. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к одномодовым ОВ класса В)

IEC 60793-2-60, Optical fibres - Part 2-60: Product specifications - Sectional specification for category С single-mode intraconnection fibres (Волокна оптические. Часть 2-60. Технические требования к изделию. Групповые технические требования к одномодовым ОВ класса С для внутренних межсоединений)

IEC 61745, End-face image analysis procedure for the calibration of optical fibre geometry test sets (Калибровка испытательных установок для измерения геометрии оптических волокон. Метод анализа торцевого изображения)

3 Термины, определения и обозначения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения, указанные в соответствующих нормативных документах на кабели конкретных марок, а также следующие термины с соответствующими определениями.

ИСО и МЭК ведут терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:

- Электропедия МЭК, доступная по адресу: http://www.electropedia.org/;

- платформа онлайн-просмотра ИСО, доступная по адресу: http://www.iso.org/obp.

3.1.1 объект (body): Общий термин, описывающий объект, у которого измеряются геометрические характеристики (например, оболочка или сердцевина).

3.1.2 точка отсчета (reference point): Фиксированная координата в плоскости сканирования.

Примечание - Точку отсчета выбирают произвольно (например, нижний левый угол видеоизображения или приблизительный центр ОВ после размещения ОВ в сканирующем устройстве).

3.1.3 центр (centre): Центр тела в плоскости измерения по отношению к точке отсчета, выраженный в микрометрах, мкм.

3.1.4 диаметр (diameter): Средний диаметр почти круглого тела, выраженный в микрометрах, мкм.

3.1.5 некруглость (non-circularity): Разность между максимальным и минимальным радиальными отклонениями от центра тела, деленная на диаметр тела и выраженная в процентах, %.

3.1.6 неконцентричность (concentricity error): Скалярное расстояние между центрами двух тел, выраженное в микрометрах, мкм.

3.1.7 сканирование (scan): Термин, используемый для определения набора данных вдоль одной оси в декартовой системе координат, при фиксированной угловой ориентации и фиксированном сдвиге от точки отсчета.

3.1.8 набор (сканирований) (scan set or set): Одно или более одного сканирования, используемые совместно с целью определения геометрических характеристик ОВ.

Примечание - Набор может представлять собой одно сканирование (см. ограничения, указанные ниже), группу сканирований при разных угловых ориентациях по отношению к ОВ или растровое сканирование (как видеоизображение).

3.1.9 краевая таблица (edge table): Набор пар чисел, представляющих набор точек в плоскости сканирования, которые определяют замкнутую кривую - линию разграничения между оболочкой и окружающей средой (краевая таблица оболочки) или между сердцевиной и оболочкой (краевая таблица сердцевины).

3.1.10 эллиптическая модель (elliptical model): Эллипс, имеющий наибольшее соответствие краевой таблице.

3.2 Обозначения

Обозначения, приведенные ниже, используются для указания разных аспектов отсканированных наборов данных. Сканирования могут быть одномерными или двухмерными растровыми сканированиями (где оси сканирования являются ортогональными в Картезианской системе координат) или набором одномерных сканирований для некоторого набора углов:

i - индекс, используемый для оси сканирования или "быстрой" оси в случае растрового сканирования;

j - индекс, используемый для "медленной" оси при растровом сканировании;

k - индекс, используемый для угла в наборе сканирования, состоящем из многих углов;

l - набор данных одномерного и двухмерного сканирования. Эти данные могут представлять собой данные интенсивности в ближнем поле (метод В) или показатель преломления (метод А); в настоящем стандарте не дается четкого определения того, какие типы данных являются промежуточными и нуждаются в дальнейшем анализе с целью определения геометрических характеристик ОВ. Один элемент из набора данных обозначается нижним индексом характерным образом для соответствующего набора данных: l _i - для i-й точки сканирования в наборе данных одномерного сканирования; l _j,i - для точки растрового сканирования, находящейся в j-й позиции на медленной оси и в i-й позиции на быстрой оси; l _k,i - для i-й точки и k-го угла;

х - данные позиционирования набора данных, мкм. Для набора данных одномерного сканирования значение х понятно. Для набора растрового сканирования или полигонального (многоугольного) набора х обозначает данные позиционирования на "быстрой" оси (растр) или положения сканирования (для каждого угла) (в настоящем стандарте допускается применение наборов растровых данных, индивидуальные линии которых имеют разные положения на "быстрой" оси, или полигональных наборов данных, в которых для каждого угла используют разные наборы положений, но эти сложные случаи не отражены в дальнейшем анализе);

у - данные позиционирования растровых линий (положения на быстрой оси) в наборе данных растрового сканирования, мкм;

- углы в полигональном наборе данных, k-й угол в наборе данных обозначается нижним индексом - ;

nS - число точек в одномерном сканировании. В случае растрового сканирования наборы nS представляют собой число точек на быстрой оси (оси наибольшей скорости распространения света); в случае полигонального сканирования nS - число точек в любом сканировании (в системе условных обозначений, принятых в настоящем стандарте, не отражены случаи, когда число точек изменяется между растровыми линиями или углами, хотя такие наборы данных допускаются);

nR - число рядов [(сканирования по медленной оси (оси меньшей скорости распространения света)] в наборе растровых данных;

- число углов в наборе данных при полигональном сканировании.

Примечание - Следующие символы используются для описания краевой таблицы:

X, Y - массив положений в сканируемой плоскости ОВ Х - Y, четко отделяющий тело от окружающей его среды;

n _e - число краевых точек в краевой таблице.

4 Обзор методов

4.1 Общие положения

В настоящем стандарте каждый из приведенных методов (А или В) описывает способ получения изображения ОВ в плоскости, перпендикулярной оси распространения оптического излучения. Итоговое изображение подвергается дальнейшему анализу (как указано в приложениях С, D и Е) с целью преобразования изображения к виду математического представления геометрических характеристик ОВ. При использовании методов А и В можно получить одномерные (т.е. только вдоль одной оси в плоскости изображения) или двухмерные изображения. Двухмерное изображение более информативно, и такое изображение содержит более полную информацию о геометрических характеристиках; по одномерному сканированию невозможно определить некруглость тела и неконцентричность с приемлемой степенью определенности.

Анализ изображения состоит из двух этапов. На первом этапе получают количественную оценку границ изображения рассматриваемого тела (см. приложение С). На втором этапе уменьшают совокупность точек, ограничивающих изображение до одной геометрической характеристики или более: диаметра, некруглости или координат центра (если проводят измерения как на оболочке, так и на сердцевине и определяют их центры, то затем можно установить неконцентричность). В приложении D приведены методы, которые можно использовать для оболочки и сердцевины всех типов ОВ, а в приложении Е - метод, который можно применять для тела сердцевины ОВ класса А.

Настоящий стандарт предназначен для содействия в решении некоторого диапазона задач и, соответственно, допускает использование определенного диапазона методов для сбора данных и их изменения. Конкретные ограничения и возможности применения этих методов приведены ниже.

4.2 Методы сканирования

4.2.1 Общие положения

Как отмечалось выше, представление двухмерного тела в одномерном выражении имеет ряд ограничений. Идеальные ОВ являются идеально круглыми, а сердцевина и оболочка концентричными; реальные ОВ - некруглые и неконцентричные. Некруглость и концентричность не допускается измерять, используя одномерное сканирование; применение одномерного сканирования может привести к получению заниженного или завышенного среднего значения диаметра некруглого тела. Одномерное сканирование может быть использовано для тех ОВ, относительно которых заранее известно, что их некруглость и неконцентричность незначительны; одномерное сканирование, как правило, применяют для определения диаметра сердцевины ОВ класса А.

4.2.2 Источники ошибок при одномерном сканировании

4.2.2.1 Сканирование хорды

На рисунке 1 показана ошибка, которая возникает при непрохождении выборочной оси через центр тела. В тех случаях, когда выборочная ось не проходит через центр тела, получают заниженное оценочное значение диаметра тела, что является ошибкой второго порядка.

Рисунок 1 - Выбор хорды

4.2.2.2 Сканирование некруглых тел

Если тело некруглое, то одномерное сканирование не полностью описывает форму тела. Построение модели тела на основе одномерного сканирования обычно приводит к получению заниженного или завышенного среднего значения диаметра тела. Можно предположить, что эту проблему можно решить путем построения модели на плоскости, образованной двумя перпендикулярными осями (например, X и Y), но в общем случае этого недостаточно.

На рисунке 2 показаны те ошибки, которые возникают при построении модели эллиптического тела по одной или двум осям. В примере, приведенном на рисунке 2а, большой диаметр эллипса выравнивают по оси X. В этом случае моделирование только по оси X приведет к завышению среднего диаметра тела и не будет учтена некруглость тела (аналогично моделирование только по оси Y приведет к занижению среднего диаметра тела). При данной ориентации если тело моделируется по двум осям, то можно определить все его характеристики - как средний диаметр, так и некруглость. Однако в случае среднего диаметра (рисунок 2b) моделирование по любой из осей позволяет получить одинаковые приблизительно правильные значения диаметра для обеих осей; если моделирование происходит по обеим осям, то может показаться, что тело является совершенно круглым. Анализ сканирований  45° позволяет получить правильные значения некруглости и диаметра, но заранее невозможно определить правильные углы сканирования. При ориентациях, отличных от - 45° и + 45°, средний диаметр тела измеряют правильно, но значение некруглости тела будет занижено.

4.2.2.3 Неопределенность концентричности

Если проводят сканирование по одной оси, то невозможно определить положение центра сердцевины относительно центра оболочки. При сканировании по двум перпендикулярным осям можно получить достаточно точное значение центра сердцевины. Точность этого значения будет ухудшаться, если сердцевина сканируется по хорде, проходящей далеко от центра сердцевины. Если сердцевина значительно меньше оболочки и имеет большую неконцентричность, то при одном сканировании или более можно вообще не обнаружить сердцевину.

4.2.3 Многомерное сканирование

4.2.3.1 Полигональное (многоугольное) сканирование

Определение оценочных значений геометрических характеристик ОВ может быть улучшено с использованием сканирования по двум перпендикулярным осям, как это предложено в 4.2.2.2 и 4.2.2.3. Объединяя сканирования более чем по двум углам (например, при 0°, 45°, 90° и 135°), можно еще более улучшить эти оценочные значения. Получение данных для большого количества углов может быть достигнуто путем вращения ОВ в держателе или, в зависимости от конструкции сканера, использования механики сканера. Необходимо заметить, что для всех угловых сканирований должна быть использована одна система координат (общее происхождение), иначе в измерения будут внесены ошибки.

Рисунок 2а - Большой диаметр

Рисунок 2b - Средний диаметр

Рисунок 2 - Сканирование некруглого тела

4.2.3.2 Растровое сканирование

Если сканер может перемещаться в плоскости, образованной двумя перпендикулярными осями, то возможно построение двухмерного изображения ОВ с использованием растрового сканирования.

Измерение передачи в ближнем поле с использованием видеосигнала с градацией серого цвета по существу является растровым сканированием.

4.3 Прореживание данных

4.3.1 Простая комбинация массивов данных сканирований по нескольким углам

Для преобразования наборов данных, при котором проводят измерения только небольшого количества угловых положений, в общем случае достаточно применять простое прореживание данных. Для каждого тела диаметр можно определить, используя усреднение значений диаметра, полученных при каждом угловом сканировании; некруглость определяют, применяя максимальное и минимальное значения диаметра из массива углов. При измерениях оболочки и сердцевины неконцентричность можно определить по значению угла, при котором фиксируют "наихудшую" неконцентричность. Более подробная информация приведена в приложении D.

4.3.2 Подбор аппроксимирующего эллипса для наборов данных полигонального и растрового сканирования

Когда из набора данных сканирования можно получить много точек данных, например при сканировании большого количества углов или при растровом сканировании, для краевых таблиц могут быть подобраны аппроксимирующие эллиптические модели. В приложении Е приведен порядок действий при аппроксимации краевой таблицы тела, определенной по методу, указанному в приложении D.

Как для оболочки, так и для сердцевины всех категорий ОВ подбор аппроксимирующего эллипса является эталонным методом.

5 Эталонный метод испытания

Эталонным методом испытания является метод измерения передачи в ближнем поле с использованием видеосигнала с градацией серого цвета, приведенный в приложении В для всех категорий ОВ. При анализе данных должно быть проведено определение границ, как указано в приложении С. В приложениях В и С приведены длины эталонных образцов для всех классов ОВ, а в приложении С рассматривается определение порогового коэффициента k для ОВ класса А.

6 Испытательное оборудование

В приложениях А и В приведены схемы расположения элементов испытательного оборудования, а также другие требования к испытательному оборудованию для методов А и В соответственно.

7 Отбор и подготовка образцов

7.1 Длина образца

В приложениях А и В приведены требуемые длины образцов для соответствующих методов.

7.2 Торцевая поверхность образца

Для проведения испытаний на входном и выходном концах каждого образца подготавливают чистые плоские торцевые поверхности, перпендикулярные оси ОВ. Неперпендикулярность торцевой поверхности влияет на точность измерений. Рекомендуется, чтобы неперпендикулярность торцов была менее 1°.

В В.2 приложения В приведены более подробные требования к торцевым поверхностям при использовании метода В.

8 Порядок проведения испытания

Для калибровки испытательного оборудования используют порядок проведения испытания, указанный в МЭК 61745. В приложениях А и В установлен порядок проведения испытаний по методам А и В соответственно.

9 Расчеты

Расчеты приведены в приложениях С, D и Е.

10 Результаты

По каждому измерению должна быть предоставлена следующая информация:

- дата и наименование измерения;

- обозначение (идентификация) и описание образца;

- результаты измерений для каждого указанного параметра (см. соответствующее приложение).

По требованию следует приводить следующую информацию:

- используемый метод измерения: А или В;

- длину образца;

- схему расположения элементов измерительной установки;

- подробную информацию об измерительном оборудовании (см. соответствующее приложение);

- относительную влажность и температуру окружающей среды во время измерений;

- информацию о последней калибровке оборудования.

11 Информация, указываемая в технических требованиях на ОВ

В технических требованиях на ОВ указывают следующую информацию:

- тип измеряемого ОВ;

- критерии отбраковки или приемки;

- информацию, предоставляемую в отчете;

- любые отклонения от установленного порядка проведения испытаний.

Библиография

IEC 60793-1-45

Optical fibres - Part 1-45: Measurement methods and test procedures - Mode field diameter (Волокна оптические. Часть 1-45. Методы измерения и проведения испытаний. Диаметр модового поля)

Ключевые слова: волокна оптические, геометрия волокна, испытательное оборудование, методы измерений, обработка результатов.