Расчет надёжности оптических соединителей

05.12.2016  / Международный научный журнал "Символ науки" №11-3/2016
Расчёты надежности для разрабатываемых вновь изделий обычно основываются на результатах исследовательских испытаний. В связи с этим возможна только ориентировочная оценка характеристик интенсивности отказов для разрабатываемых оптических компонентов, произведённая на основе их сопоставления с существующими аналогами, для которых доступны справочные данные. Поэтому произведем оценку надежности, для аналогов разрабатываемых вновь оптических соединителей. Оценка производится с использованием справочников по надежности [1] и работы А.Н. Чеканова [2].

Необходимые данные для расчетов были взяты из свободных источников [3-5].

Известно, что разрабатываемое изделие по характеристикам надежности аналогично сборке из следующих компонентов:

  1. Кабель оптический ОК-БС01-1Е-1,0 ТУ16-705.287;
  2. Оптический соединитель ОС-РС01/1-1/0 ФТЯИ.203733.001ТУ;
  3. Оптический соединитель ОС-РБ01/1-1/0 РФЗ.906.019ТУ.
Расчёт интенсивности отказов кабеля оптического ОК-БС01-1Е-1,0 ТУ16-705.287 производится по формуле:

8.jpg

Расчёт интенсивности отказов кабеля оптических соединителей ОС-РС01/1-1/0 ФТЯИ.203733.001ТУ и ОС-РБ01/1-1/0 РФЗ.906.019ТУ производится по формуле:

9.jpg

Определения коэффициентов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Условное обозначение

Размерность

Определение

λбб.с.г1)

1/ч.м

Базовая интенсивность отказов оптических волокон в процессе их наработки, отнесенная к 1м длины типа (группы) кабеля
  λб2 б.с.г2)

1/пер.м

Базовая интенсивность внезапных отказов оптических волокон в составе оптических кабелей в процессе их многократных перемоток, отнесенная к 1м длины типа (группы) кабеля

λбб.с.г3)

1/ч.м

Базовая интенсивность внезапных отказов конструкции кабелей в процессе их наработки, отнесенная к 1м длины типа (группы) кабеля

λбб.с.г4)

1/пер.м

Базовая интенсивность внезапных отказов конструкции кабелей в процессе их многократных перемоток, отнесенная к 1м длины типа (группы) кабеля

λбб.с.г5)

1/ч

Базовая интенсивность постепенных отказов типов (групп) оптических кабелей в процессе их наработки

λбб.с.г6)

1/ч.пол

Базовая интенсивность постепенных отказов типов (групп) оптических соединителей в процессе их наработки, отнесенная к одному полюсу

λбб.с.г7)

1/сочл. пол

Базовая интенсивность постепенных отказов типов (групп) оптических соединителей в процессе их многократных сочленений и расчленений, отнесенная к одному полюсу

λбб.с.г8)

1/сочл 

Базовая интенсивность внезапных отказов конструкции типов (групп) оптических соединителей в процессе их многократных сочленений и расчленений

λбб.с.г9)

1/ч

Базовая интенсивность отказов типов (групп) компонентов в процессе их наработки

λб10 б.с.г10)

1/сраб

Базовая интенсивность внезапных отказов конструкции типов (групп) оптических переключателей в процессе их многократных переключений

λб11 б.с.г11)

1/сраб. пол

Базовая интенсивность постепенных отказов типов (групп) оптических переключателей в процессе их многократных переключений, отнесенная к одному полюсу

λб12 б.с.г12)

1/ч

Базовая интенсивность отказов типов (групп) оптических переключателей в процессе их наработки

КТ1

  Температурный коэффициент скорости деградации статической механической прочности оптических волокон

КТ2

  Температурный коэффициент изменения динамической механической прочности оптических волокон и оболочек кабеля

КТ3

  Температурный коэффициент скорости деградации свойств защитных и упрочняющих элементов конструкции кабеля

КТ4

  Температурный коэффициент скорости изменения изгибостойкости защитных оболочек кабеля

КТ5

  Температурный коэффициент скорости деструкции клеевых составов в конструкции оптических соединителей

КТ6

  Коэффициент, характеризующий отношение величины интенсивности отказов изделий при эквивалентной рабочей температуре к базовой интенсивности отказов

ККГ1

  Коэффициент критерия годности оптических кабелей по величине коэффициента затухания

ККГ2

  Коэффициент критерия годности оптических соединителей и переключателей по величине вносимого затухания

Кm

  Коэффициент полюсности оптических соединителей, ответвителей и переключателей

КN

  Коэффициент, характеризующий относительное приращение вносимого затухания в соединителях (переключателях) при многократных сочленениях (переключениях)

КR

  Коэффициент пропорциональности между интенсивностью обрывов оптических волокон и радиусом их изгиба

КЭ

  Коэффициент жесткости условий эксплуатации для различных групп компонентов

m

шт

Количество оптических волокон в кабеле или оптических полюсов в соединителях, ответвителях и переключателях

(N/t)

  Среднее значение количества сочленений (перемоток, переключений и т.д.) изделий в единицу времени их эксплуатации

Lвыв

м

Длина оптических волокон в монтажном пространстве соединителей при типовой заделке в них оптических кабелей

LК

м

 Длина оптического кабеля

Значения температурных коэффициентов КТ1, КТ3, КТ5, КТ6 определяются по формуле:

10.jpg

где КЕ – коэффициент, зависящий от энергии активации процессов деградации, определяемый по таблице 2 (в числителе указано значение КЕ для защитных оболочек волокон, в знаменателе – для защитных оболочек кабелей); Тэкв – эквивалентная температура эксплуатации компонентов, К.

Значения Тэкв определяются по выражениям:

11.jpg

где ti – суммарный интервал времени работы компонента при температуре Тi; Тмакс – максимальная температура эксплуатации, К; tТмакс – суммарный интервал времени работы компонента при максимальной температуре эксплуатации.

Таблица 2

Группа (подгруппа), тип компонента      КЕ
Оптический кабель ОК-БС01

18,6 103 
8,05 103

Оптические соединители, ответвители, разветвители и переключатели

10,5·103


Величина критерия годности КГ1 для определения значений коэффициента критерия годности ККГ1 рассчитывается следующим образом:

12.jpg

где dпред.доп. – предельно допустимое значение коэффициента затухания в оптическом кабеле, при котором еще обеспечивается функционирование ВОСП; КТ7 – температурный коэффициент, характеризующий максимально обратимые изменения коэффициента затухания в оптическом кабеле в диапазоне отрицательных рабочих температур, значения которого приведены в [3 – 5].

Аналогичным образом производим расчет для остальных двух оптических соединителей ОС-РС01/1-1/0 ФТЯИ.203733.001ТУ и ОС-РБ01/1-1/0 РФЗ.906.019ТУ

Так как отказ одного из элементов ведёт к отказу изделия, считается, что они включены последовательно. Тогда суммарная интенсивность отказов сборки равна:

13.jpg

Средняя наработка на отказ есть:

14.jpg

Согласно результатам расчётов суммарная интенсивность отказов сборки–аналога при 25 0С:

15.jpg

Время наработки до отказа при 25 0С:

16.jpg

Суммарная интенсивность отказов сборки–аналога при 60 0С:

17.jpg

Время наработки до отказа при 60 0С:

18.jpg

При необходимости повышения времени наработки возможно усиление конструкции и применение дополнительных средств защиты, однако для большинства применений достаточно полученных значений надежности.

Список использованной литературы:

  1. Справочник «Надежность электрорадиоизделий». Мытищи: 22 ЦНИИИ Минобороны России, 2002. 620 с.
  2. Чеканов А.Н. Расчет надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: КноРус, 2012. 440 с.
  3. Цуканов В.Н., Яковлев М.Я. Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство. М.: Инфра-Инженерия, 2014. 304 с.
  4. Шарварко В. Г. Волоконно-оптические линии связи. Учебное пособие. Таганрог: Издательство ТРТУ, 2006. 170 с.
  5. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика. Теория и практика. М.: Кудиц-Образ, 2006. 320 с.

© Михайлов А.Л., Алексеев В.Н., Иваненко В.А., 2016

Возврат к списку