أثر التغيرات في درجة الحرارة على الأداء المفاجئ للمواقع ودرجة الاستقرار

مقدمة

وتشكل الألياف البصرية العمود الفقري للاتصالات السلكية واللاسلكية الحديثة، وتحمل كميات كبيرة من البيانات عبر القارات وطرق تحت سطح البحر، وقدرتها على نقل إشارات خفيفة ذات تأثير منخفض على المسافات الطويلة، مما أدى إلى إحداث ثورة في الترابط العالمي، غير أن وجود عامل حاسم، وإن كان غالباً في كثير من الأحيان، في موثوقية الشبكة الألياف هو درجة الحرارة، كما أن تفاوت درجات الحرارة في الهواء، أو تقلبات الإجهاد، أو المصادر الصناعية ذات التأثيرات.

أساسيات التأثيرات المؤقتة على حرية التعبير

إن جوهر وقطع الألياف الموحدة الوحيدة الحجم مصنوعة من الزجاج السليليكي المكسور، وتغير درجة الحرارة تغير الأبعاد المادية والخواص البصرية لهذا الزجاج، وذلك أساسا من خلال آليتين هما التوسع الحراري والتأثير الحراري - الضوئي.

التوسع الحراري والتعاقد

)أ( أن يكون الزجاج الحرفي منخفضاً ولكن غير مائي للتوسع الحراري، ويمتد عادة إلى ٥,٠-١ ٠/٠١ ]الخط الفارغ: صفر[-٦ ]الخط = ١[ لكل درجة مئوية. وفي حين أن هذا يبدو غير قابل للتقدير، أو على طول الكبل الطويل أو دورات درجات الحرارة المتكررة، فإن التغير التراكمي في طوله يمكن أن يكون مليئياً أو حتى مضاعفاً.

تأثير الحرارة - الأوبتي

وفي إطار هذا المؤشر المتفاعل للتغيرات الزجاجية الحريرية التي تُحدث درجة حرارة، وهو أثر يصفه معامل الحرارة (dn/dT)، عادة ما يُقارب 1-1 × 10 ^{- 5} لكل درجة مئوية من طولها 1550 ميلاً مربعاً، وبالتالي يمكن أن يغير عامل الانتقال المستمر بمقدار 0.00055 نقطة مئوية.

الأثر على تصعيد الإشارة

إن فقدان الإشارة أو التخفيف هو الميكرو الرئيسي لأداء الألياف، وتغيرات درجة الحرارة تسوء من خلال عدة مسارات مترابطة.

الخسائر في الإقراض المتناهي الصغر والإقراض الكلي

وكما ذكر، فإن التوسع المتفاوت بين الزجاج والملابس/الأكمام يؤدي إلى إحداث تغيرات في الميكروبات، حيث ترتفع درجات الحرارة، وتتقلص المعاطف حول الزجاج، وتخلق أيضاً أكوام دورية ذات رقعة صغيرة من الألياف المصغرة، وتظهر هذه الكابلات المتناقلة من القاع إلى درجة الحرارة العالية، وتسمح بالارتفاع في درجات الحرارة المرتفعة، وتتسع نطاقات.

التغيرات في الامتصاص والتبديل

(أ) ارتفاعات استهلاك الأنهار، وهو شاغل تاريخي في الألياف المبكرة، يمكن أن يتحول بدرجة طفيفة مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب التغيرات في ربط الهيدروجين، وفي ألياف الماء المنخفضة جداً، فإن هذا التأثير هو الحد الأدنى.

Dispersion and Bandwidth Degradation

وتقتصر القدرة على جمع البيانات على التشت، أو انتشار النبضات البصرية، وتؤثر درجة الحرارة على كل من التشتت الكرومي والتشتت بين الاستقطاب والحركة.

الفرق في التشتت المزمن

وينشأ التشتت المزمن عن الاعتماد المتأصل على سرعة المجموعة، إذ أن كل من التفكك المادي (من مؤشر الثلاجة الزجاجي ضد التذبذب الموجي) وتشتت الموجات يتوقف على درجة الحرارة، ويحد من درجة الحرارة المتفككة التي تصيب التراكم، والتي تحدد مدى تغير التفكك مع الموجة، كما يتحول إلى درجة حرارة.

الفرق بين الاستقطاب والتشويش

ويعود الفضل في حدوث تضخم في الألياف بسبب التوترات غير المتماثلة التي تتأثر بشدة بالدرجات الحرارية، وتتغير درجة الحرارة في توزيع الإجهاد على طول الألياف، وتتناوب الدول الرئيسية للتحلل، وتتغير في التلوي بين الفئات المختلفة (DG-D). وتظهر القياسات أن درجة الحرارة بين الديوكسينات يمكن أن تتفاوت بنسبة 10-20 في المائة على درجة الحرارة العالية 40 درجة مئوية و85 درجة مئوية.

الاستقرار المادي والقابلية للتشغيل الميكانيكي

فبعد الأداء البصري، تؤثر درجة الحرارة القصوى على السلامة الميكانيكية للألياف وعلى الموثوقية الطويلة الأجل.

فاسقة وكوروزيون

فالألياف الحريرية قوية ولكنها يمكن أن تتعرض لإجهاد ثابت عند التعرض لإجهاد متوتر في وجود الرطوبة، ويتسبب التدوير الحراري في توسع وتقلص متكررين يؤديان إلى تحميل ضغط دوري، وعلى مدى فترة تصميم كابل متوسطه ٢٥ عاما، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة ٠٠٠ ١٠ دورة، مما يؤدي إلى إضعاف الألياف تدريجيا في مواقع الخلل الميكروفية.

الموصل والأداء السولي

وتتسبب التغيرات في درجة الحرارة في التقلبات في التوسع غير المطابق بين مواد الارتباك (السرطان أو الفلزات أو البوليمرات) والألياف نفسها، والارتجاف المستخدم في الاحتفاظ بالنسيج، وقد يزيد هذا الخطأ من فقدان درجة الحرارة عند درجة الحرارة العالية التي تتراوح بين 0.1 و0.3 دي بي على مدى درجات الحرارة الواسعة، ولا سيما في الموصلات البصرية التي لا تُحسب للاستخدام في الأماكن الخارجية.

آثار التدرج في البيئات المختلفة

ويتوقف الأثر العملي لتغير درجة الحرارة اعتمادا كبيرا على سياق نشر الألياف.

Aerial vs. Buried Cables

وتعاني الكابلات الحرارية على الأعمدة من ارتفاع مباشر في ضوء الشمس والريح ودرجات حرارة الهواء المحيط، التي كثيرا ما تشهد تقلبات في الديوريات تبلغ 30 درجة مئوية أو أكثر، وفي صحاري أو مناطق بحرية، يمكن أن تتجاوز المتطرفات درجة الحرارة المتوسطة إلى 40 درجة مئوية + 70 درجة مئوية.

هرش المنشآت الصناعية

وفي المصانع الصناعية، أو مرافق النفط والغاز، أو مراكز البيانات، أو الحرارة المحلية من الآلات أو الحرائق أو إخفاقات التبريد، يمكن أن تخلق بؤر ساخنة، ويجب أن تُقيَّم الألياف الضوئية القريبة من صفائح الخواديم أو في بيئات الفرن في درجة الحرارة العالية (مثلاً، ما يصل إلى 200 درجة مئوية للألياف المعاصرة) وتستخدم هذه الألياف العالية التحلل الفوقية أو الملويث المعدنية.

استراتيجيات التخفيف وأفضل الممارسات

وتتطلب موثوقية الشبكة اتخاذ تدابير استباقية للتقليل إلى أدنى حد من التغيرات في الأداء الناجمة عن درجة الحرارة، ويجري تنفيذ الاستراتيجيات التالية على نطاق واسع.

التكليف والمواد

يمكن أن تقلل المعاطف المتخصصة من حساسية الميكروبات القياسية، إذ تعمل المعاطف الرطبة بشكل جيد من 40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، ولكن بالنسبة لمجالات أوسع، فإن السائل المنوي، أو البوليميد، أو معاطف الكربون، توفر أداء محسن، مثل الألياف المميزة ذات الحساسية العالية (ITU-T G.657) مصممة بمعطف مخفض من المؤشرات

تصميم وتركيب العبوات

وتؤثرات درجة حرارة الكابلات السائلة على الزجاج، وتسمح الكابلات المطلية بالتوسع والتعاقد بحرية في إطار أنبوب عازل مليء بالجيل أو الهواء، كما أن الكابلات المائلة من القاذورات وصممات التراب المركزية المحمومة تقلل من نقل الإجهاد، وينبغي تركيب الكابلات العطرية بمسح يُحسب الانكماش الحراري في الشتاء؛ والقليل من مخاطر الارتطام في التف.

Environmental Control and Monitoring

ويمكن أن تحدد نظم الرصد النشطة باستخدام أجهزة الاستشعار المتحركة المخففة درجات الحرارة على طول الألياف بأكملها، وتستخدم هذه النظم تكاثر السائلين والبراين لتوفير ملامح حرارية في الوقت الحقيقي، ويمكن لمشغلي الشبكات بعد الكشف عن البقع الساخنة (مثل تسرب البخار أو الحريق) وتعديل قنوات التموين أو مراكز التبريد.

المعايير والاختبارات

(ب) المعايير الدولية التي حددها الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية (ITU-T) واللجنة الدولية للكهرباء (IEC) تحدد متطلبات الأداء في درجة الحرارة، وعلى سبيل المثال، تحدد اللجنة الأوروبية 60794 - 1 - 22 اختبارات للتقلبات الحرارية في الكابلات الضوئية، ويشترط المعيار إخضاع الكابلات لعدد محدد من الدورات بين درجات الحرارة القصوى (مثل القائمة 40 درجة مئوية + 70 درجة مئوية).

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا المحركات المؤثرة

فالألياف الأساسية التي تُدرَس من خلال منطقة مركزية مجهزة بالهواء، تُحدِث من الحساسية الحرارية في معظمها لأن معظم المسارات البصرية هي الهواء، وتُظهر النماذج المبكرة التكرار في الألياف الأساسية، مع أن تطبيقات التداخل الكيدية المحتوية على مواد متداخلة، تتطلب عوامل حساسية شديدة، لأن معظم المسارات البصرية هي الهواء.

وأخيراً، فإن دفعة 5 جي، وهى إيوت، والربط بين المياه الفرعية تتطلب ألياف تعمل بشكل موثوق عبر نطاقات حرارة واسعة النطاق.() وسيصبح التصنيع الفعال من حيث التكلفة للألياف الحساسة من حيث الحرارة المنخفضة ميزة تنافسية، وبما أن كثافة الشبكة ستزيد، فإن فهم الآثار الناجمة عن ارتفاع درجات الحرارة سيبقى حجر الزاوية في هندسة الاتصالات البصرية.

خاتمة

إن التباينات في التدرج هي تأثير مستمر ومتفشي على أداء الألياف البصرية واستقرارها، ومن زيادة التكثيف عن طريق التفكك المتغير والتشتت الميكانيكي، يجب أن تُحسب الآثار الحرارية في كل تصميم للشبكة الألياف الضوئية، ومن خلال اختيار أنواع الألياف المناسبة، باستخدام الكابلات المصممة جيداً، ومراقبة بيئة التثبيت، وتعبئة الرصد الفعال، يمكن للمهندسين أن يكفلوا تطور إشارات البيانات