(46-2) 08 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Метод неразрушающего контроля прочности кварцевого оптического волокна
 В.А. Андреев  1, А.В. Бурдин 1,2,  В.А. Бурдин  1, М.В. Дашков 1

1 ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»,
443010, Россия, г. Самара, ул. Льва Толстого, д. 23;
2 Научно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова,
199034, Россия, г. Санкт-Петербург, Биржевая линия, д. 12

 PDF, 811 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1015

Страницы: 224-231.

Аннотация:
В работе предложен метод неразрушающего контроля прочности оптического волокна по оценкам энергии нелинейной акустической эмиссии, базирующийся на использовании тестируемого оптического волокна в качестве акустического сенсора. Представлены модели процессов, на которых базируется метод. Приведены результаты экспериментальных исследований. Данные, полученные по результатам испытаний образцов оптического кабеля и оптических волокон предложенным методом, сопоставлялись с результатами измерений тех же образцов известным 2-точечным методом. Погрешность относительных оценок прочности тестируемых образцов оптических волокон не превышала 3,0 %. Полученные результаты позволяют говорить о корректности используемых моделей и потенциальной возможности применения предлагаемого метода для неразрушающего контроля прочности оптических волокон, а также о перспективе разработок по применению рассмотренного подхода для неразрушающего контроля прочности оптических волокон в кабеле, в том числе в кабеле на линии, введенной в эксплуатацию.

Ключевые слова:
оптическое волокно, прочность, микротрещина, акустическое воздействие, нелинейная акустическая эмиссия, волоконно-оптический акустический датчик.

Благодарности
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-19-00081).

Цитирование:
Андреев, В.А. Метод неразрушающего контроля прочности кварцевого оптического волокна / В.А. Андреев, А.В. Бурдин, В.А. Бурдин, Д.М. Дашков // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 2. – С. 224-231. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1015.

Citation:
Andreev VA, Bourdine AV, Burdin VA, Dashkov MV. A method for non-destructive testing of the strength of a silica optical fiber. Computer Optics 2022; 46(2): 224-231. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1015.

References:
  1. ITU-T G-series Recommendations. Supplement 59, Series G: Transmission systems and media, digital systems and networks, Guidance on optical fibre and cable reliability. Source: <www.itu.int/ITU-T/recommendations/rec.aspx?id=13585&lang=en>.
  2. IEC TR 62048:2014. Optical fibres. Reliability. Power law theory. Source: <www.standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/ec106772-ad49-4820-9b71-6fd8a1af37e4/iec-tr-62048-2014>.
  3. Mitsunaga Y, Katsuyama Y, Ishida Y. Reliability assurance for long-length optical fibre based on proof testing. Electron Lett 1981; 17(16): 567. DOI: 10.1049/el:19810398.
  4. Mitsunaga Y, Katsuyama Y, Kobayashi H, Ishida Y. Failure prediction for long length optical fiber based on proof testing. J Appl Phys 1982; 53(7): 4847-4853. DOI: 10.1063/1.331316.
  5. Horiguchi T, Kurashima T, Tateda M. Tensile strain dependence of Brillouin frequency shift in silica optical fibers. IEEE Photon Technol Lett 1989; 1(5): 107-108. DOI: 10.1109/68.34756.
  6. Sankawa I, Koyamada Y, Furukawa S ichi, Horiguchi T, Tomita N, Wakui Y. Optical fiber line surveillance system for preventive maintenance based on fiber strain and loss monitoring. IEICE Trans Commun 1993; E76-B(4): 402-409.
  7. Anderson DR, Johnson LM, Bell FG. Troubleshooting optical fiber networks: Understanding and using optical time-domain reflectometers. 1st ed. New York, NY: Academic Press; 2004. ISBN: 978-0-387-09847-0.
  8. Evans AG, Wiederhorn SM. Proof testing of ceramic materials: an analytical basis for failure prediction. Int J Fract 1974; 10(3): 379-392. DOI: 10.1007/BF00035499.
  9. Ritter JE, Jakus K. Applicability of crack velocity data to lifetime predictions for fused silica fibers. J Am Ceram Soc 1977; 60(3-4): 171-171. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1977.tb15500.x.
  10. Hanson TA, Glaesemann GS. Incorporating multi-region crack growth into mechanical reliability predictions for optical fibres. J Mater Sci 1997; 32(20): 5305-5311. DOI: 10.1023/A:1018662727060.
  11. Semjonov S, Glaesemann SG. High-speed tensile testing of optical fibers – new understanding for reliability prediction. In Book: Suhir E, Lee YC, Wong CP, eds. Micro- and opto-electronic materials and structures: Physics, mechanics, design, reliability, packaging. Boston, MA: Springer US; 2007: A595-A625. DOI: 10.1007/0-387-32989-7_18.
  12. IEC 60793-1-31:2010 Optical fibres – Part 1-31: Measurement methods and test procedures – Tensile strength. Geneva: International Electrotechnical Commission; 2010. ISBN: 978-2-88910-916-6.
  13. IEC 60793-1-33:2001 Optical fibres – Part 1-33: Measurement methods and test procedures – Stress corrosion susceptibility. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission; 2017. ISBN: 978-2-8322-4736-5.
  14. Ono K. Structural integrity evaluation using acoustic emission. J Acoustic Emission 2007; 25: 1-20. DOI: 10.1201/9780203892220.pt1.
  15. Kaphle M, Tan A, Thambiratnam D, Chan T. Review: Acoustic emission technique – Opportunities, challenges and current work at QUT. In Book: Cowled CJL, ed. Proc First Int Conf on Engineering, Designing and Developing the Built Environment for Sustainable Wellbeing. Australia: Queensland University of Technology; 2011: 312-317.
  16. Beattie AG. Acoustic emission non-destructive testing of structures using source location techniques: Sandia report. SAND2013-7779. Albuquerque, NM, US: Sandia National Laboratories; 2013. DOI: 10.2172/1096442.
  17. Gholizadeh S, Leman Z, Baharudin BTHT. A review of the application of acoustic emission technique in engineering. Struct Eng Mech 2015; 54(6): 1075-1095. DOI: 10.12989/SEM.2015.54.6.1075.
  18. Świt G, Adamczak A, Krampikowska A. Time-frequency analysis of acoustic emission signals generated by the Glass Fibre Reinforced Polymer Composites during the tensile test. IOP Conf Ser: Mater Sci Eng 2017; 251: 012002. DOI: 10.1088/1757-899X/251/1/012002.
  19. Sial TR, Jin Y, Juan Z. Crack identification in Beams by Vibration based analysis techniques – A review. Int J Sci Technol Eng 2018; 07(10): 766-771.
  20. Cowking A, Attou A, Siddiqui AM, Sweet MAS, Hill R. Testing E-glass fibre bundles using acoustic emission. J Mater Sci 1991; 26(5): 1301-1310. DOI: 10.1007/BF00544469.
  21. Jihan S, Siddiqui AM, Sweet MAS. Fracture strength of E-glass fibre strands using acoustic emission. NDT & E International 1997; 30(6): 383-388. DOI: 10.1016/S0963-8695(97)00009-1.
  22. R'Mili M, Moevus M, Godin N. Statistical fracture of E-glass fibres using a bundle tensile test and acoustic emission monitoring. Compos Sci Technol 2008; 68(7-8): 1800-1808. DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.01.018.
  23. Udd E, Spillman WB, eds. Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists. 2nd ed. Hoboken, N.J: John Wiley & Sons; 2011. ISBN: 978-0-470-12684-4.
  24. Volkov OA, Demin AV, Konstantinov KV. An optical system of a sensor for measuring the meteorological optical range. Computer Optics 2018; 42(1): 67-71. DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-67-71.
  25. Morozov OG, Sakhabutdinov AJ. Addressed fiber Bragg structures in quasi-distributed microwave-photonic sensor systems. Computer Optics 2019; 43(4): 535-543. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-535-543.
  26. Pevec S, Donlagić D. Multiparameter fiber-optic sensors: a review. Opt Eng 2019; 58(7): 072009. DOI: 10.1117/1.OE.58.7.072009.
  27. Degtyarev S, Khonina S, Butt A, Kazanskiy N. Achievements in the development of plasmonic waveguide sensors for measuring the refractive index. Computer Optics 2020; 44(3): 295-318. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-743.
  28. Teixeira JGV, Leite IT, Silva S, Frazão O. Advanced fiber-optic acoustic sensors. Photonic Sens 2014; 4(3): 198-208. DOI: 10.1007/s13320-014-0148-5.
  29. Muanenda Y. Recent advances in distributed acoustic sensing based on phase-sensitive optical time domain reflectometry. J Sens 2018; 2018: 3897873. DOI: 10.1155/2018/3897873.
  30. He Z, Liu Q, Fan X, Chen D, Wang S, Yang G. A review on advances in fiber-optic distributed acoustic sensors (DAS). CLEO Pacific Rim Conference, OSA Technical Digest 2018: Th2L.1. DOI: 10.1364/CLEOPR.2018.Th2L.1.
  31. Xiong W, Cai CS. Development of fiber optic acoustic emission sensors for applications in civil infrastructures. Adv Struct Eng 2012; 15(8): 1471-1486. DOI: 10.1260/1369-4332.15.8.1471.
  32. Gordon RB, Davis LA. Velocity and attenuation of seismic waves in imperfectly elastic rock. J Geophys Res 1968; 73(12): 3917-3935. DOI: 10.1029/JB073i012p03917.
  33. Savage JC. Thermoelastic attenuation of elastic waves by cracks. J Geophys Res 1966; 71(16): 3929-3938. DOI: 10.1029/JZ071i016p03929.
  34. Mavko GM, Nur A. The effect of nonelliptical cracks on the compressibility of rocks. J Geophys Res 1978; 83(B9): 4459. DOI: 10.1029/JB083iB09p04459.
  35. Mavko GM. Frictional attenuation: An inherent amplitude dependence. J Geophys Res 1979; 84(B9): 4769. DOI: 10.1029/JB084iB09p04769.
  36. Stewart RR, Toksoz MN, Timur A. Strain dependent attenuation: Observations and a proposed mechanism. J Geophys Res 1983; 88(B1): 546. DOI: 10.1029/JB088iB01p00546.
  37. Mavko G, Jizba D. The relation between seismic P- and S-wave velocity dispersion in saturated rocks. Geophysics 1994; 59(1): 87-92. DOI: 10.1190/1.1443537.
  38. Zaitsev VY, Sas P. Dissipation in microinhomogeneous solids: inherent amplitude-dependent losses of a non-hysteretical and non-frictional type. Acta Acustica united with Acustica 2000; 86(3): 429-445.
  39. Zaitsev V, Gusev V, Castagnede B. Luxemburg-Gorky effect retooled for elastic waves: A mechanism and experimental evidence. Phys Rev Lett 2002; 89(10): 105502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.89.105502.
  40. Moussatov A, Gusev V, Castagnède B. Self-induced hysteresis for nonlinear acoustic waves in cracked material. Phys Rev Lett 2003; 90(12): 124301. DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.124301.
  41. Zaitsev VYu, Gusev VÉ, Nazarov VE, Castagnéde B. Interaction of acoustic waves with cracks: Elastic and inelastic nonlinearity mechanisms on different time scales. Acoust Phys 2005; 51(S1): S67-S77. DOI: 10.1134/1.2133955.
  42. Fillinger L, Zaitsev VY, Gusev V, Castagnede B. Nonlinear relaxational absorption/transparency for acoustic waves due to thermoelastic effect. Acta Acustica united with Acustica 2006; 92: 24-34.
  43. Tszeng TC. Modulation spectroscopy of acoustic waves in solids containing contact-type cracks. J Vib Acoust 2013; 135(6): 064504. DOI: 10.1115/1.4025017.
  44. Broda D, Staszewski WJ, Martowicz A, Uhl T, Silberschmidt VV. Modelling of nonlinear crack–wave interactions for damage detection based on ultrasound—A review. J Sound Vib 2014; 333(4): 1097-1118. DOI: 10.1016/j.jsv.2013.09.033.
  45. Pieczonka L, Klepka A, Martowicz A, Staszewski WJ. Nonlinear vibroacoustic wave modulations for structural damage detection: an overview. Opt Eng 2015; 55(1): 011005. DOI: 10.1117/1.OE.55.1.011005.
  46. Lee BH, Kim YH, Park KS, Eom JB, Kim MJ, Rho BS, Choi HY. Interferometric fiber optic sensors. Sensors 2012; 12(3): 2467-2486. DOI: 10.3390/s120302467.
  47. Mecholsky JJ, Rice RW, Freiman SW. Prediction of fracture energy and flaw size in glasses from measurements of mirror size. J Am Ceram Soc 1974; 57(10): 440-443. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1974.tb11377.x.
  48. Castilone RJ, Glaesemann GS, Hanson TA. Relationship between mirror dimensions and failure stress for optical fibers. Proc SPIE 2002; 4639: 11-20. DOI: 10.1117/12.481339.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20