Durante a constru
ano, os trabalhadores puxam o cabo de fibra
Durante a construção e assentamento de cabos de fibra óptica, se as fibras dentro do cabo se romperão ou não quando os trabalhadores puxarem o cabo com força, depende do design de resistência à tração do cabo de fibra óptica, da resistência dos reforços utilizados e se a força de tração aplicada durante o puxão excede o limite de projeto desse cabo de fibra óptica.
Para entender este problema em profundidade, precisamos analisar cientificamente a partir de duas perspectivas: o “limite de tração física da fibra óptica nua em si” e o “limite de engenharia de resistência à tração do cabo de fibra óptica completo”.
I. Limite de Tração Física da Fibra Óptica Nua
O material do núcleo de uma fibra óptica monomodo ou multimodo é dióxido de silício de alta pureza (vidro de quartzo). Embora o dióxido de silício tenha uma resistência intrínseca à tração teoricamente muito alta (podendo exceder 5 \ \text{GPa}), durante o processo real de trefilação e produção, a superfície do vidro inevitavelmente apresenta microfissuras, o que reduz significativamente sua resistência real à tração.
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Padrão de Tensão de Prova (Proof Test):
Antes de sair da fábrica, cada rolo de fibra óptica de comunicação padrão deve passar por um rigoroso teste de triagem de tensão. A tensão de triagem padrão é geralmente de 100 \ \text{kpsi} (aproximadamente 700 \ \text{MPa}), correspondendo a uma deformação (strain) de cerca de 1%. -
Cálculo da Força de Tração:
Para uma fibra de sílica padrão, o diâmetro externo da casca de vidro é de 125 \ \mu\text{m}, com uma área de seção transversal de aproximadamente:A = \frac{\pi \times d^2}{4} \approx 1.227 \times 10^{-8}\ \text{m}^2Sob a tensão de triagem, a força de tração que esta fibra óptica nua pode suportar com segurança a curto prazo é:
F = \sigma \times A \approx 700\ \text{MPa} \times 1.227 \times 10^{-8}\ \text{m}^2 \approx 8.6\ \text{N} -
Limite Real de Ruptura:
Em um trecho curto de fibra óptica nua sem defeitos microscópicos graves, a força real de ruptura pode variar entre 30 \ \text{N} e 50 \ \text{N}. No entanto, sob carga estática de longo prazo ou em ambientes complexos, para garantir que não ocorra ruptura em décadas, a força de trabalho segura permitida para fibras ópticas nuas é geralmente estritamente limitada a menos de 10 \ \text{N} (equivalente a cerca de 1 \ \text{kg} de força).
Conclusão:** Se uma fibra óptica nua for puxada diretamente, um adulto pode facilmente aplicar dezenas a centenas de Newtons de força com uma única mão, e a fibra óptica nua se romperá imediatamente.
II. Princípio de Proteção contra Tração e Suporte de Força Newtoniana na Construção de Cabos de Fibra Óptica
Na construção de engenharia real, os trabalhadores puxam o cabo de fibra óptica (Cable), não as fibras ópticas dentro dele. O cabo de fibra óptica é projetado com vários “reforços” para suportar todas as forças de tração, mantendo as fibras ópticas internas em um estado de “folga segura” (sem estresse ou com estresse mínimo).
As diferentes estruturas de cabos de fibra óptica têm variações extremas na força de tração de construção que podem suportar:
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Cabos de Fibra Óptica para Uso Interno / Cordões de Patch Comuns:
Esses cabos de fibra óptica geralmente usam fios de aramida (Kevlar) ou dois reforços de FRP (plástico reforçado com fibra de vidro) em seu interior.- Tração de Curto Prazo Permitida：Geralmente entre 200 \ \text{N} e 400 \ \text{N} (força de cerca de 20 \ \text{kg} a 40 \ \text{kg}).
- Risco de Ruptura：Se os trabalhadores puxarem com muita força, especialmente com várias pessoas puxando juntas ou usando máquinas para arrastar violentamente, é muito fácil exceder o limite de 400 \ \text{N}. Uma vez que a bainha externa e os reforços sofram deformação plástica ou ruptura, a força de tração será aplicada diretamente às fibras de vidro, causando a ruptura instantânea das fibras.
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Cabos de Fibra Óptica para Uso Externo em Dutos/Aéreos/Enterrados Diretamente:
Esses cabos de fibra óptica geralmente possuem um núcleo central de metal robusto (fio de aço), armadura de aço ou fita de alumínio para proteção.- Tração de Construção Permitida：Geralmente a força de tração de curto prazo está entre 1500 \ \text{N} e 3000 \ \text{N} (cerca de 150 \ \text{kg} a 300 \ \text{kg}).
- Risco de Ruptura：Nesta especificação, se os trabalhadores puxarem a rede de tração ou o núcleo reforçado seguindo as normas, as fibras ópticas estarão absolutamente seguras. No entanto, se o ângulo de tração for incorreto ou o raio de curvatura for muito pequeno, causando compressão excessiva ou cisalhamento por flexão nas fibras ópticas internas, as fibras ópticas internas podem ser danificadas mesmo que o cabo de fibra óptica não se rompa.
III. Solução Especial de Armadura de Super Resistência à Tração da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Em ambientes industriais rigorosos, de monitoramento e de construção de alta carga, os cabos de fibra óptica comuns com armadura de Kevlar ou de revestimento solto muitas vezes não conseguem lidar com o puxão agressivo no local. A Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd., baseada em tubos de aço sem costura de aço inoxidável e estrutura de cabos de fio de aço, desenvolveu cabos de patch de fibra óptica e cabos de fibra óptica blindados especiais com altíssima resistência à tração, que podem efetivamente evitar a ruptura da fibra óptica devido ao puxão grosseiro durante a construção.
1. OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
Este produto utiliza uma estrutura torcida de fio de aço galvanizado de 0.6 \ \text{mm} juntamente com um tubo de aço inoxidável sem costura de 1.0 \ \text{mm} para encapsulamento, alcançando proteção metálica pesada completa.
- Resistência à Tração：Superior a 1500 \ \text{N} (capaz de suportar força de tração de até 150 \ \text{kg} ou mais; o puxão humano físico é quase incapaz de danificar suas fibras ópticas internas).
- Resistência à Compressão：Superior a 150 \ \text{MPa}.
- Cenários de Aplicação：Áreas de construção de alto risco, ambientes com múltiplas curvas acentuadas, detecção de tração dinâmica.
2. OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
Este produto adiciona uma estrutura torcida de fio de aço inoxidável de 0.45 \ \text{mm} sobre um tubo de aço inoxidável sem costura de 0.9 \ \text{mm}, e é revestido externamente com uma bainha de PE de alta resistência.
- Resistência à Tração：Superior a 1200 \ \text{N} (permite arrasto de altíssima intensidade).
- Resistência à Compressão：Superior a 200 \ \text{MPa}.
Resumo
Durante a construção, se um cabo de fibra óptica civil comum não blindado for usado, quando os trabalhadores puxarem com força (excedendo 200 \ \text{N} a 400 \ \text{N}), as fibras ópticas internas provavelmente se romperão. Em canteiros de obras ou monitoramento industrial, a força de tração deve ser estritamente limitada aos indicadores de tensão de curto prazo permitidos para o cabo de fibra óptica; se for prevista força de tração forte durante a construção, um cabo de fibra óptica com uma estrutura blindada especial de aço inoxidável, como a mencionada acima, deve ser selecionado para garantir a segurança absoluta do link físico.