Приложение В (обязательное). Определение динамической величины n с помощью двухточечного изгиба

Приложение В
(обязательное)

Определение
динамической величины n с помощью двухточечного изгиба

В данном приложении приведен метод измерения параметров динамической усталости оптического волокна (динамической n величины - ) при двухточечном изгибе при движении подвижной плиты с постоянной скоростью. Данный метод предназначен для испытания волокон с целью определения характеристик усталости с помощью изменения скорости движения подвижной плиты. Данное испытание применяют для волокон и значений скорости движения подвижной плиты, для которых зависимость логарифма разрывного усилия от логарифма скорости движения подвижной плиты является линейной.

В.1 Испытательная установка

Вариант испытательной установки схематично показан на рисунке В.1. Данное оборудование предназначено для измерения отношения растяжение/усилие, требуемого для разрушения оптического волокна при двухточечной геометрии изгиба с помощью измерения расстояния между плитами в момент разрушения волокна. Данная методика испытаний применима для разных внешних условий.

B.1.1 Устройство управления шаговым двигателем

Данное устройство обеспечивает точное, надежное, повторяющееся моторизованное управление прямолинейным перемещением подвижной плиты. Максимальная длина шага не должна превышать 1 мкм. Для большей точности измерений может использоваться шаг равный 0,1 мкм.

B.1.2 Подвижная плита, приводимая в действие шаговым двигателем

Подвижная плита преобразует вращательное движение шагового двигателя в прямолинейное перемещение посредством ходового винта.

"Рисунок В.1 - Схема установки двухточечного изгиба"

B.1.3 Неподвижная плита

К данному устройству крепится волокно и оно (устройство) располагается напротив подвижной плиты.

B.1.4 Скорость подвижной плиты

Волокно помещают между двумя плитами, которые сводятся вместе шаговым двигателем, управляемым компьютером, с постоянной установленной скоростью подвижной плиты (V = const) до разрушения волокна. Если в частных технических условиях не указано иное, то используют скорости 1, 10, 100, 1000 мкм/с с допускаемым отклонением в пределах 10% каждая.

B.1.5 Система регистрации разрушения волокна

Для регистрации разрушения волокна используется один из ниже приведенных методов.

В.1.5.1 Метод 1

Для регистрации разрушения волокна и местоположения плиты в момент разрушения используют акустический детектор или датчик и компьютер. Затем при помощи компьютера останавливают плиту и выводят на дисплей расстояние между плитами в момент разрушения волокна.

В.1.5.2 Метод 2

Датчик усилия (давления) встраивают в неподвижную плиту и соединяют его с соответствующим оборудованием, преобразующим сигнал для измерения силы, прикладываемой к волокну во время испытания. При разрушении волокна значение силы спадает до нуля, что служит сигналом к регистрации разрушения.

В.1.5.3 Метод 3

Другая методика регистрации разрушения волокна - пропускание света в волокне во время испытания и наблюдение за сигналом на выходе. При разрыве волокна передача сигнала прекращается. При любом вышеуказанном методе расстояние между плоскими рабочими поверхностями в момент разрыва d рассчитывают по формуле

d = начальное положение плиты - расстояние, пройденное плитой.

(В.1)

В.2 Испытательная группа образцов

Образцы, входящие в испытательную группу образцов, представляют собой отрезки волокна длиной приблизительно 30 - 120 мм. Диаметр сердцевины необходимо знать с точностью до 1 мкм, и диаметр оболочки необходимо знать с точностью до 5 мкм. Если не указанно иное в технических условиях на конкретное изделие, то в испытательном наборе для каждого значения скорости подвижной плиты должно быть не менее 15 образцов.

В.3 Проведение испытания

B.3.1 Ниже приведен пример процесса калибровки. Устанавливают плиты вплотную друг к другу (расстояние между ними равно нулю). Когда плиты соприкасаются, устройство управления шагового двигателя должно показывать ноль. Расстояние между плитами при разрушении волокна может быть проконтролировано с помощью измерения расстояния калибром. Нулевая позиция должна повторяться с точностью 5 мкм.

Примечание - Плиты должны быть тщательно очищены перед их смыканием.

B.2 Если не указанное иное в технических условиях на конкретное изделие, то плиты располагают на расстоянии 12 мм друг от друга, включая глубину канавки.

B.3.3 До испытания всей группы волокон на заданной скорости, испытывают одно волокно из этой группы для определения расстояния между плитами при разрушении волокна. Данное расстояние между плитами d используют при расчете разрывного усилия [уравнения (В.2), (В.3) и (В.4)]. Начальное (стартовое) расстояние между плитами можно определить из уравнений (В.2), (В.3), (В.4) и (В.5), используя значение нагрузки равное 50% разрывного усилия. Это позволяет снизить продолжительность испытаний и достигнуть самых высоких скоростей плиты, при этом максимальная скорость шагового двигателя может ограничить максимально достижимые скорости плиты.

Существует возможность минимизировать продолжительность испытания, используя большую скорость плиты совместно с уменьшенной нагрузкой. Например, если скорость плиты установлена равной 1 мкм/с, то проводят испытания нескольких образцов на следующей более высокой скорости (10 мкм/с) для установления диапазона значений разрывного усилия. Затем прикладывают предварительную нагрузку, которая не превышает 80% наименьшего значения разрывного усилия, полученного для данных испытуемых образцов при переходе на следующую более высокую скорость.

B.3.4 Аккуратно берут испытуемый образец за концы, осторожно его сгибают и вставляют его между плитами, затем проталкивают образец вверх для того, чтобы он принял положение, показанное на рисунке В.2. Не допускается прикасаться руками к согнутому волокну (измерительной базе волокна) при установке образцов в испытательное оборудование и приложении к ним нагрузки. Верхняя точка изогнутого волокна должна всегда находиться в одном и том же положении в креплениях испытательной установки. Это минимизирует эффект не параллельности плит. Ориентация волокна (направлен изгиб вверх или вниз) не имеет значения.

B.3.5 После разрушения образца останавливают шаговый двигатель и фиксируют расстояние между плитами.

B.3.6 Повторяют шаги В.3.1 - В.3.5 для каждого волокна в группе образцов при установленной скорости нагрузки и для всех групп образцов при других установленных скоростях нагрузки.

B.3.7 Рассчитывают разрушающее усилие волокна для каждого испытанного образца, используя уравнения (В.2) - (В.4).

B.3.8 Проводят требуемые статистические вычисления, используя уравнения (В.5) - (В.6).

"Рисунок В.2 - Схема разметки плит"

В.4 Вычисления

В.4.1 Разрушающее усилие

Рассчитывают разрушающее усилие для каждого волокна, используя следующие уравнения:

,

(B.2)

,

(B.3)

,

(B.4)

где - разрушающее усилие, ГПа;

- модуль Юнга (72 ГПа);

- растяжение в верхней точке изогнутого волокна, при котором происходит разрушение волокна;

- параметр, корректирующий нелинейность зависимости растяжения от прикладываемой нагрузки (типовое значение равно 6);

- диаметр сердцевины волокна, мкм;

d - расстояние между рабочими поверхностями при разрушении волокна, мкм;

- наружный диаметр волокна по оболочке, мкм;

- общая глубина обеих канавок (см. рисунок В.2), мкм.

В.4.2 Динамический параметр стойкости к коррозии в напряженном состоянии (при двухточечном изгибе)

Медианное значение разрывного усилия (0,5) в общем случае изменяется в зависимости от значения постоянной скорости подвижной плиты V в соответствии с уравнением

+ точка пересечения ,

(В.5)

где r - радиус сердцевины волокна;

точка пересечения - логарифм разрушающего усилия при постоянном значении скорости подвижной плиты, как показано на рисунке В.3.

Точка пересечения может быть рассчитана следующим образом:

точка пересечения = - (угол наклона) .

(В.6)

Если не указано иное, то используют алгоритм, указанный в F.2 (приложение F), для расчета , , и 95% доверительного интервала для испытаний. Если не указано иное, то среднеквадратичная ошибка определения угла наклона графика зависимости от logV должна быть менее 0,0017. В F.2 (приложение F) приведен порядок расчета среднеквадратической ошибки определения угла наклона.

В.5 Результаты испытаний

По запросу должна предоставляться следующая информация:

- скорости растяжения;

- количество образцов в испытательном наборе и скорость подвижной плиты;

- среднеквадратическая ошибка при определении угла наклона;

- внешние условия при проведении испытания;

- время нахождения под воздействием внешних условий при предварительном кондиционировании;

- модуль Юнга сердцевины волокна [если берется значение отличное от указанного в F.3 (приложение F)];

- графики распределения Вейбулла для всех значений скорости растяжения (если используются);

- , ;

- диаметр волокна (диаметр сердцевины волокна).

"Рисунок В.3 - График динамической усталости"