1. مقدمة

تلعب كابلات الألياف الضوئية دورًا محوريًا في نقل ومعالجة المعلومات، فهي بمثابة الطرق السريعة للاتصالات والمعلوماتية. لذا، من الأهمية بمكان ضمان اتصالات آمنة في جميع الأوقات. مع ذلك، قد تتعرض كابلات الألياف الضوئية أحيانًا لخطر القوارض، كما هو الحال عند تركيبها في قنوات يسهل على الفئران الوصول إليها. في مثل هذه البيئات، يجب حماية كابلات الألياف الضوئية، لأن الفئران لديها ميل طبيعي لقضمها ومهاجمتها عند انسداد مخرجها في هذه القنوات.

للحصول على تصميم مثالي للكابلات، يُفضل مصنّعو الكابلات استخدام مواد تجمع بين خصائص التقوية والحماية من القوارض. كما يحرصون على أن تكون كابلات الألياف الضوئية مرنة وخفيفة الوزن وذات قطر صغير. وتُعدّ الأراميد، وبدرجة أقل، المواد المستخدمة لتقوية كابلات الألياف الضوئية العازلة. ويحظى استخدام الأراميد بشعبية واسعة ويتزايد بسرعة نظرًا لمزيجه الفريد من الخصائص الميكانيكية والكيميائية، وسهولة معالجته، مما ينتج عنه كابلات ألياف ضوئية فعّالة من حيث التكلفة ذات أداء ممتاز وموثوقية طويلة الأمد. ومع ذلك، لطالما أُثير التساؤل حول ما إذا كانت الألياف الزجاجية والأراميد توفران حماية كافية من القوارض. وكان من الصعب الحصول على إجابة واضحة من مستخدمي كابلات الألياف الضوئية. فعلى سبيل المثال، أظهرت تجارب مستخدمي كابلات الألياف الضوئية في سويسرا أن بعض الكابلات المقواة بالألياف الزجاجية والأراميد قد تضررت بشدة من الفئران لدرجة أنها لم تعد تعمل بشكل صحيح. ولتوضيح الوضع المتعلق بحماية القوارض ودعم مصنعي خلايا الوقود العضوية العازلة، قررنا بالتعاون مع أحد عملائنا السويسريين استدعاء معهد أبحاث مستقل، وهو TNO (منظمة هولندية للبحوث العلمية التطبيقية)، لإجراء دراسة في ظل ظروف عملية لاختبار مقاومة القوارض لأنواع عديدة من خلايا الوقود العضوية.

2. تجريبي

إعداد الاختبار

لاختبار مقاومة القوارض للأجهزة البصرية المساعدة (OFCs)، استخدمت منظمة TNO فئران سلالة Sprague Dawley، وُضعت في أقفاص مصممة خصيصًا لهذه الدراسة. قُسّمت هذه الأقفاص إلى قسمين بواسطة حاجز مزود بفتحة دائرية تربط بينهما (انظر الشكل 1). أُضيئ أحد القسمين، بينما أُظلم الآخر. خلال التجارب، مُنع مدخل القسم المظلم، حيث وُضع طعام الفئران، بواسطة الأجهزة البصرية المساعدة قيد الاختبار. ولأن القوارض تُفضل البيئة المظلمة، فإنها تقضي معظم وقتها في الجانب المظلم. لذا، كان هناك مُحفزان يدفعان الفئران لدخول القسم المظلم. طوال فترة الاختبار، كان بإمكان الفئران الوصول إلى الماء بحرية. بعد أن اعتادت الفئران على ظروف الأقفاص، بدأت التجارب الأولى.

الشكل 1: قفص الاختبار مقسم إلى قسمين.

في بداية التجارب، تم وضع ثلاثة فئران في الأجزاء المضاءة من كل قفص لمدة يومين متتاليين، بينما تم سد الفتحة الموجودة في الحاجز بواسطة تصميم OFC في التجربة (انظر الشكل 2). بعد هذه الفترة، تم نقل الفئران إلى أقفاص أخرى لمدة أربعة أيام ثم أعيدت إلى أقفاص الاختبار لمدة يومين آخرين.

الشكل 2: تم سد الثقب الموجود في الحاجز بواسطة شركات الاتصالات الخارجية قيد المحاكمة.

تم تقييم تصميمات OFC

تم تقييم تسعة تصاميم مختلفة لأجهزة التحكم عن طريق الفم (OFC) من حيث مقاومتها للقوارض. وتُعدّ هذه التصاميم جميعها جزءًا من مجموعة التصاميم التي تُشكّل الجزء الأكبر من سوق أجهزة التحكم عن طريق الفم. ويمكن تقسيم هذه الأجهزة إلى فئتين:

1. تصميمات OFC القياسية باستخدام خيوط الأراميد أو زجاج E (مع أو بدون تشريب) كمادة تقوية أسفل الغلاف الخارجي PE (الشكل 3 أ إلى 3 د).

2. تصميمات خاصة لألواح الخشب المقاومة للقوارض، على سبيل المثال الهياكل ذات الطبقات المزدوجة أو الهياكل المصنوعة من PA12 أو الفولاذ المموج (الشكل 3هـ إلى 3ط).

الشكل 3أ: مقطع عرضي لتصميم قياسي للخلايا الكهروضوئية العضوية. الشكل 3ب: مقطع عرضي لتصميم قياسي للخلايا الكهروضوئية العضوية.

الشكل 3ج: مقطع عرضي لتصميم قياسي للخلايا الكهروضوئية العضوية.الشكل 3د: مقطع عرضي لتصميم قياسي للخلايا الكهروضوئية العضوية.

الشكل 3هـ: مقطع عرضي لتصميم خاص للألياف الضوئية العضوية.الشكل 3f: مقطع عرضي لتصميم خاص للألياف الضوئية العضوية.

الشكل 3g: مقطع عرضي لتصميم خاص للألياف الضوئية العضوية.الشكل 3ح: مقطع عرضي لتصميم خاص للألياف الضوئية العضوية.

Fig. 3i: مقطع عرضي لتصميم خاص للألياف الضوئية العضوية.

3. النتائج والمناقشة

بعد فترتي اختبار، مدة كل منهما يومان، تم فحص الأضرار الناجمة عن هجمات القوارض. في الأشكال من 4أ إلى 4ط، ستجد صورتين لكل تصميم من تصميمات الكابلات المختبرة؛ تُظهر الصورة العلوية الكابل الأقل تضررًا، بينما تُظهر الصورة السفلية الكابل الأكثر تضررًا. تُظهر نتائج الفحص المجهري للكابلات بوضوح اختلافات في الضرر بين تصميمات كابلات الألياف الضوئية التسعة. ولكن، كما هو موضح في الصور، فإن جميع كابلات الألياف الضوئية - باستثناء تصميم الفولاذ المموج/الأراميد - متضررة بشكل يُتوقع معه تأثر خصائص النقل على المدى الطويل. وينطبق هذا أيضًا على تصميمي كابلات الألياف الضوئية: البولي إيثيلين/الألياف الزجاجية المشبعة/شريط مانع لتسرب الماء (الشكل 4د) والبولي إيثيلين/خيوط الألياف الزجاجية المشبعة/البولي إيثيلين/الأراميد (الشكل 4ح)، على الرغم من أن هذين التصميمين يُظهران ضررًا أقل حدة. مع ذلك، في الواقع العملي، نتعامل مع قوارض غير أليفة، والتي قد تُسبب هجمات أكثر شراسة واستمرارًا في حال وقوع القارض في الفخ. لذلك، وبناءً على نتائج اختبار TNO، يجب أن يكون الاستنتاج هو أن التصميمات المختبرة من الفولاذ المموج/الأراميد فقط هي المقاومة الكاملة للقوارض.

يمكن تحسين مقاومة كابلات الألياف الضوئية للقوارض باستخدام أغلفة خارجية مصنوعة من البولي أميد غير المتبلور أو بوليمرات البولي أميد المشتركة ذات صلابة عالية جدًا (Shore D). لذا، نقترح على مصممي الكابلات تحسين مقاومة كابلات الألياف الضوئية للقوارض باستخدام الفولاذ المموج (مثل زيتابون) أو أغلفة مصنوعة من البولي أميد غير المتبلور أو بوليمرات البولي أميد المشتركة (مثل غريلاميد). ويبدو أن استخدام الفولاذ المموج هو الخيار الأمثل.

إن الاقتراح القائل بأن قطر الكابل يؤثر على مقاومة القوارض لـ OFC - بمعنى أنه من قطر كابل معين فصاعدًا قد يحدث تأثير إيجابي على مقاومة القوارض - أمر مثير للاهتمام، وقد تثبت المزيد من الدراسة جدواها لمصممي الكابلات.

الشكل 4أ: تصميم كابل PE/الأراميد بعد التجربة؛ القطر 13.5 مم.

الشكل 4ب: تصميم كابل من الألياف الزجاجية المشبعة بالبولي إيثيلين بعد التجربة؛ القطر 11.8 مم.

الشكل 4ج: تصميم كابل PE/E-glass بعد التجربة؛ القطر 9.5 مم.

الشكل 4د: تصميم كابل من البولي إيثيلين/الألياف الزجاجية المشبعة/شريط مانع للماء بعد التجربة؛ القطر 15.5 مم.

الشكل 4هـ: تصميم كابل PE/الألياف الزجاجية المشبعة/PE/الأراميد بعد التجربة؛ القطر 8.8 مم.

الشكل 4f: تصميم كابل PE/أراميد/PE/أراميد بعد التجربة؛ القطر 21 مم.

الشكل 4g: تصميم كابل PE/PA12/الأراميد بعد التجربة؛ القطر 8.5 مم.

الشكل 4ح: تصميم كابل من البولي إيثيلين/ألياف زجاجية مشبعة/البولي إيثيلين/الأراميد بعد التجربة؛ قطر 15.7 مم

الشكل 4i: تصميم كابل PE/الفولاذ المموج/PE/الأراميد بعد التجربة؛ القطر 14.7 مم.

4. الخاتمة

استنادًا إلى نتائج التجارب، خلصت منظمة TNO إلى أن تصميم كابلات الألياف الضوئية المموجة/الأراميد هو التصميم الوحيد من بين التصاميم المختبرة الذي يتمتع بمقاومة كاملة للقوارض. أما التصاميم الأخرى (المعززة بألياف زجاجية من نوع E مع أو بدون تشريب، أو بالأراميد، أو بغلاف من PA12) فلم تُظهر مقاومة كافية لهجمات القوارض. وتُبين الدراسة بوضوح أنه في حال اشتراط مقاومة القوارض، يجب إيلاء اهتمام خاص لتصميم الكابل.