室内光缆的拉力的简单推算

  有时候遇到光纤跳线内部的光纤被拉断的情况，作为使用者和应用工程师，应该对于跳线的拉力支持有一点点基础的了解。

  室内光纤跳线最基本的结构：护套，芳纶纤维，光纤。芳纶纤维是提供拉力的主要材料。

  芳纶纤维除了提供光缆的机械性能外，也有其他比如防止光纤和护套粘连，提供缓冲等等。

  了解芳纶纤维的机械性能，下面的几个和机械性能有关的概念经常用到，经常忘记，但是用的时候又需要翻出再回顾一下做一点简单的推算，这种简单的推算虽然不能代替实际结果，但是作为参考是由依据的。

  ① dtex 芳纶纤维的线密度单位，是decitex的标准缩写。定义为1万米长的芳纶纤维的克数。1dtex=1g/10000m。它反映了芳纶纤维的细度或者横截面积。dtex越大，则其横截面积越大，同样的承载拉力下，dtex越大的其芳纶纤维的变形更小一些。在美国一般用denier来表示这个概念，定义为9000米长的芳纶纤维的克数。1denier=1g/9000m。其换算关系为1dtex=0.9denier。

  ② Density 芳纶纤维的密度。单位为每立方英寸英镑 (lb/in.3) 或者 "每立方厘米克" (g/cm3).

  ③ Modulus，芳纶纤维的模量描述芳纶纤维本身抵抗延伸的特性。其杨氏模量或弹性模量表示产生给定应变所需的应力。模量和截面有关，所以需要计算芳纶纤维承载面积。杨氏模量的单位有psi、N/tex和Pa。比较麻烦的就是这些单位之间的换来换去的换算。

  ④ Break Elongation芳纶纤维的断裂伸长率。是芳纶纤维在载荷作用下的长度与空载情况下的长度的比值。以百分比表示。在光缆中，该断裂伸长率一般是远远达不到的，比如杜邦的Kevlar® 49，其断裂伸长率为2.4%。如果芳纶纤维和光纤等长的情况下，光纤应变早在达到2.4%应变之前可能已经发生光纤断裂了。

  ⑤ Break Strength 指定规格的芳纶纤维的破坏强度，在芳纶纤维引起失效所需的力，这里潜在的横截面积是指定规格的芳纶纤维的横截面积。最常用的单位是lb;公斤力;和牛顿N。Kevlar® 49的破坏强度是264N。如果仅仅考虑这个破坏强度，一股Kevlar® 49足以支持平常的布线和维护拉力。但是和前面的情况一样，最大的力是有限制的，它的限制就是光纤本身的最大规定应变。

  简单的说，光缆的规定最大拉力受制于规定的最大光纤应变，并由芳纶纤维对应的应变来决定所需要的芳纶纤维的股数。芳纶纤维的股数越多有利于更安全的支持规定最大拉力，但是成本增加，光缆内部留给光纤的空间减少，合理的芳纶纤维的股数自然是一个比较重要的设计参数。

  如果以0.6%为规定最大光纤应变，如果最大布线拉力已经规定好。则根据下面的简单公式可以看出，光纤的截面积是已知的，光纤和芳纶纤维的模量是已知的，则仅仅需要计算出芳纶纤维所需要的截面积即可。这个也是设计的芳纶纤维的股数。当然实际上是考虑其他很多因素的，这里仅仅从应用角度上，单方面的简单推算思路。因为知道了光缆中芳纶纤维的数量，则大致可以推断其规定的拉力。

  以杜邦的Kevlar® 29为例，其线密度如下。

  每10000米的Kevlar其重量为1500g。一米的Kevlar其重量为0.15g。

  截面积可以很简单的根据芳纶纤维的密度计算出来。

  (0.15 g/m) / (1.44 g/cm3) = 0.1042 mm2

  即每股Kevlar® 29的截面积为0.1042 mm2。

  如果由三股Kevlar® 29，其芳纶纤维的为3x0.1042 mm2=0.3125mm2。

  芳纶纤维的截面积已知后，如果小范围的应变范围内，芳纶纤维和光纤的模量为常量，则就很容易进行估算。已知光缆的结构参数，可以推算大致的规定拉力。如果客户规定了光缆的最大拉力，则可以大致推算所需要的芳纶纤维的数量。