专利名称：线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对光缆、电缆等线缆或其防护材料抗啮齿动物破坏能力进行测 试、判断和评价的方法。
背景技术：
许多啮齿类动物，特别是多种鼠类，如Pocket gopher地囊鼠、Squirrel (Sciurus)松鼠、 Rat家鼠、Sciurus vulgaris北松鼠、Sciurus niger狐松鼠、Callosciurus flavimanus赤腹松 鼠、Wistar大鼠，以及如北松鼠、花鼠、红腹松鼠、泊氏长吻松鼠、隐纹花鼠、社鼠等 善攀爬且种群数量大的物种、仓鼠、沙鼠、ffl鼠、绒鼠、跳鼠、鼢鼠等营地下洞穴生活 且种群数量大的物种、褐家鼠、黄胸鼠、小家鼠、鼢鼠等喜在管道中活动且种群数量大 的物种等，对施放于野外的通信线路、电力线缆啃咬破坏并造成安全隐患的情况十分严 重，由此导致通信电缆、光缆传输中断，危害重要设备、咬坏电力电缆甚至引发火灾等 事故时有发生和报道。
目前用于检测、评估包括光缆、电缆等线缆产品抗各种鼠类等啮齿动物啮咬破坏能 力的试验方法主要有两类。一类是在实验室喂养某种对相关线缆产品有危害的鼠类动物， 将相应的线缆测试样品放在关有鼠的笼或箱体中，观察在一定时间期间内鼠咬对样品的 破坏情况。另一类是在野外有较多被测试鼠种活动的区域中，按照应用要求放置测试样 品后，长期观察鼠咬对样品的破坏情况。
鼠咬动物试验研究表明，不同的鼠类对同一产品的破坏能力是不同的。目前已知国 内鼠类啮齿类动物有10科75属，达216种之多。不同种类啮齿动物的生物习性、食物 种类、生存环境各不相同，并导致其个体大小、体重、啮咬牙齿的形状、最大咬合开口 度和最大咬力等都有所不同。因此动物试验的结果将受动物的种类、动物试验环境、动 物的个体状况如体重、性别、健康情况、试验期间的喂养方式、样品的放置方法等诸多 因素的影响，使研究者难以在短期内评估线缆产品抗特定鼠种等啮齿动物啃咬破坏的能 力，更无法将特定鼠种的试验结果用于评估产品抗其它鼠类的啃咬能力。
发明内容
针对上述情况，本发明将提供一种可以方便、快速、准确地对线缆材料抗啮齿动物 破坏能力进行测试、判断和评价的方法。
3本发明线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，是通过设有可作相向移动的两结 构单元的设备进行的。该设备可以采用目前的电子万能试验机等己有报道和/或使用的现 有设备，也可以根据实际需要相应设计、制造的如框架式、钳式等不同形式的设备。在 所说设备中的该两结构单元可相互接近接触的相对两端部中，其一侧的端部固定有啮齿 动物的啮咬齿或相应的仿真齿，另一侧的端部则固定有被测试材料样品，并使该啮咬齿 或相应的仿真齿的齿尖(直形齿时)或其齿尖与被测试材料样品相对。驱动该两结构单 元作相向移动，使其中所说的啮咬齿或相应的仿真齿的齿尖接触并压向被测试材料样品 表面，记录其齿尖破坏被测试材料样品表面时的压力值，或是在给定压力值下的样品被 破坏程度。其中较为方便、准确和推荐的方式，是记录该啮咬齿或相应仿真齿齿尖在触 压被测试材料样品表面时齿尖剌入被测试材料样品表面时的刺入压力-深度曲线。并可根 据该曲线，通过进一步观察分析待测样品的被破坏程度，分析获得不同破坏状况下对应 的力值或所需的最大力值，从而得到被测试材料样品抗该啮齿动物啮咬破坏能力的更可 靠、真实的测试结果。
上述测试方法中齿尖刺入被测试材料样品表面时的刺入压力-深度曲线，可以通过如 CCPS32等型的接触式电容压力传感器、PT500-501等型的压阻式应变压力传感器，以及 德国的ELGAS型压电效应式压电传感器等目前己有报道/使用的压力传感器等设备或装 置实现。
由动物试验观察到，啮齿动物上下门齿的分工不同，上门齿主要用于固定被咬物体， 对被啃咬物体主要的破坏力来自于其下门齿。制备相应啮齿动物的真牙组件时，宜根据 动物的体重、性别随机抽取多对成年欲测试啮齿动物的下门齿进行测试，取其测试的平 均值。仿真牙牙尖部分的长度可根据实验测试的要求而定，所说啮齿动物的啮咬齿或相 应仿真齿的长度通常可为由齿尖到牙龈缘的距离即可。
所说的啮齿动物的相应仿真齿是一种能提供重复和大量测试使用的材料的主要和重 要来源。试验显示，所说的仿真齿应选择使用硬度不低于其真齿和/或待测材料硬度的材 料，可以包括例如T8、 T9合金类的金属材料，或是如氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷等陶瓷 类材料、玻璃类材料或相应的高分子塑料材料等。所说的仿真齿可分为对给定单一啮齿 动物门齿样本的门齿结构仿真，以及对于由多个同种啮齿动物门齿对低于其门齿硬度的 某种匀质材料(如HDPE)进行的不同深度处平均咬力值效果的仿真。特别是在通过所 说的刺入压力-深度曲线与真齿校准时，还可对其一致性在所需置信度条件下进行必要的 统计学检验处理，使二者在一致性的要求上更为科学、准确。
仿真齿的制作和校准过程，通常可按下述方式进行1) 按照相应啮齿动物真牙的形状，打磨抛光以1:1的比例通过目前常规的铸造、三 维仿真加工、线切割等方法，用超过待测样品材料硬度的上述合金材料，陶瓷材料或其 它材料加工、打磨成型啮齿动物下门齿的仿真齿，用螺栓及相应的连接结构将其与适当 的压力传感装置连接。
2) 可分别选用如40himx20mmx5mm大小的聚乙烯、尼龙，低烟无卤护套料LSZH 等均匀的非金属材料等作为校准用的测试样品。
3) 仿真牙的校准(a)先按上述测试方法，重复测j试和记录一组啮齿动物真齿组件 对所选择校准样品的刺入力-深度曲线并取其平均值；逐一更换同种啮齿动物的其它组真 齿，以同样方式测试和记录刺入深度-压力曲线(例如可试验10组不同的真齿)，用各组 真齿组件的刺入力-深度曲线的平均值，拟合出一条代表该种啮齿动物的平均刺入力-深 度曲线。(b)用相应试验动物的仿真齿组件替换其真齿组件后，以同样方式和测试条件 测试并记录其刺入力-深度曲线后，根据其与真齿的刺入力-深度曲线的差别，反复修正 打磨仿真齿尖部分的锐度和光洁度，再行重复测试，直至两者的刺入力-深度曲线相近和 一致，进一歩可对各刺入深度的测试数据进行配对F检验和/或t检验合格后，则该仿真 齿组件即可作为具有该品种啮齿动物真齿平均刺入表现的标准仿真齿使用。
为使本发明的测试方法具有广泛的适用范围和使用上的方便性，上述设备中所说的 啮齿动物啮咬齿或相应的仿真齿，以采用为可拆装更换的方式连接在其所在的结构单元 上为佳。同样，所说设备中用于固定被测试材料样品的测试工作台，也以采用为可拆装 更换的方式固定在所在的固定结构单元上为佳，以便适应被测试样品不同大小、形状等 情况。
实验结果显示，在上述的测试方法中，测试和记录所说的刺入深度-压力曲线时，所 说的两结构单元的相向移动速度对测试结果可能会产生一定的影响。例如，移动速度快
则测试得到的压力值偏大，数据重复性较差，且过高的速度有可能使压力值增加过快， 超过测试设备的极限，造成测试设备损坏；移动速度慢则测试出的压力值较稳定，但测 试时间较长。而非匀速运动的测试，对相应设备的控制系统会有较高的要求等。因此， 根据目前实际情况，采用速度2-10mm/分钟的匀速相向移动是较为适宜的一种选择。
本发明的测试方法，是通过啮齿动物的啮咬齿(即门牙)，特别是下门齿或其相应的 仿真齿，借助相应设备以机械刺入试验的方式，模拟啮齿动物对被测光/电缆或其保护材 料层的破坏而实现的。参照不同种类的啮齿动物啮咬门齿的相应咬合力，当试验中的啮 咬齿或相应的仿真齿刺破线缆金属铠装材料的力大于动物实际的最大咬合力，则该线缆 铠装材料可以有效抵抗该类啮齿动物的啃咬。对高分子塑料类的护套类保护层，可以根据测试的刺入深度-压力曲线分析判断不同材料的耐啮齿动物啃咬能力。如相同力值条件 下，门齿或仿真齿咬(刺)入深度小的材料耐啃咬能力大于同力值时咬(刺)入深度大 的材料。因此该测试方法可以从根本上解决目前测试方法存在的诸多问题，在实验室中 即可方便、快速、有效地完成测试、判断和评价鼠等啮齿类动物可能对不同材料、结构 的光缆、电缆等线缆可能造成的破坏程度，并为其结构及防护材料的设计、制造提供有 效的依据。
以下结合附图所示实施例的具体实施方式
，对本发明的上述内容再作进一步的详细 说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上 述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应 包括在本发明的范围内。
图1是可供本发明测试方法使用的一种设备的结构示意图。
图2是Wistar大鼠对0.15mm复合铝带防护材料抗破坏能力试验的一种刺入压力-深度曲线曲线。
图3是Wistar大鼠对0.15mm轧纹复合钢带抗破坏能力试验的一种刺入压力-深度曲线。
图4是以Wistar大鼠为例的一种对仿真齿进行校准的刺入力-深度曲线图，其中a 为真齿的刺入力-深度曲线，b仿真齿与真齿的刺入力-深度曲线的拟合关系。
具体实施例方式
本发明测试方法通过能进行拉压试验和记录压力随位移变化曲线的电子万能试验机
迸行，其基本结构可如图l所示在一个具有两侧支撑柱的框式机架1中，沿两侧支撑
柱配合有一个可沿支撑柱作往复移动的横梁2,并使其经蜗轮-蜗杆等传动/变速结构3， 10与电机11连接。在机架1的横梁2上设置有一个可随其作往复运动的动结构单元101， 在其运动方向上与之相对的机架1另一端，定位设置有一个固定结构单元102。该动结 构单元101中，在位于与固定结构单元102的相向前端部，经连接结构5以可拆装的方 式连接有啮齿动物的啮咬下门齿或相应的仿真齿6，其长度至少应包括、且最好应大于 由齿尖到牙龈缘的牙切割面长度。连接结构5可经销-孔结构51与梁式支承结构2连接， 在其尾端配合设有一个带有测试压力数据处理结构单元及显示和/或信号存储、输出结构 的压力传感装置4，可以选择如前述的CCPS32等型的接触式电容压力传感器,PT500-501 等型的压阻式应变压力传感器，以及德国ELGAS型的压电效应式压电传感器中的一种， 及与之配合工作的相应辅助机构。啮齿动物的啮咬齿或相应的仿真齿6以其根部的连接
6上与螺栓14相铰接，并可被螺栓14以保持所需角度的方式紧固定位(必要时其间还可设置如刻度等适当形式的角度调节显示标识)。在与动结构单元101相对的固定结构单元102中有一固定设置的基座9，其可采用设置在可由调节机构92移动和调整其平面位置的可调基座台91之上的形式，通过例如以正交方式设置的一组可由手轮操纵的丝杆式结构等调节机构92，可以方便地调整基座9与该动结构单元101的相对位置关系。与动结构单元IOI中啮齿动物的啮咬齿或相应仿真齿6的相向端部设置有一测试工作台8,可以采用套筒结构19以可旋转和拆装的方式配合于固定基座9上，也可便于根据测试需要进一步调整测试工作台8与啮齿动物的啮咬齿或相应仿真齿6的相对位置关系。该套筒结构19可由适当的锁定结构13定位，并可经螺旋结构18与基座9相互锁紧。在测试工作台8上用于与该啮齿动物啮咬齿或相应仿真齿6相向靠近的部位处，设有用于固定被测试线缆样品7 (可以直接为光缆、电缆等线缆样品，或是作为其防护层材料的样品)的V形截面槽(或小虎口钳、卡槽、压板等)形式的定位结构12，其周围还设有相应的销式辅助定位结构17。测试时，应通过所说该连接结构5上的螺栓14,将啮齿动物的啮咬齿或相应的仿真齿6调整为使其齿尖与被测试材料样品7垂直相对的位置定位紧固。
测试时，由电机11驱动机架1上的横梁2带动该动结构单元101中的啮咬齿或相应的仿真齿6向己被固定在固定结构单元102中测试工作台8上的被测试样品7移动。啮咬齿或相应的仿真齿6的齿尖与被侧试样品7表面接触后，以2mm/分钟匀速使齿尖继续压向被测试材料样品7表面，并记录齿尖触压和刺入被测试材料样品7表面时的刺入压力-深度曲线。该曲线中的触压初期，剌入力通常是随刺入深度的增加而增加，但当刺入力不再增加甚至反而下降时，即表明已测得被测试材料发生刺穿的最大力值。通过将刺入压力-深度曲线的刺入屈服力值，即曲线中刺入压力不再随刺入深度增加而增加的转变点的剌入压力值与相应种类啮齿动物的最大啮咬力数据比较分析，可以得到刺穿被测试样品所需的穿刺力，也即被测试材料样品抗该啮齿动物啮咬破坏能力的测试结果。
图2是采用上述测试方法以Wistar大鼠仿真齿进行的一种0.15mm光缆复合铝带防护材料抗破坏能力试验的刺入压力-深度曲线。
图3是以Wistar大鼠对0.15mm轧纹复合钢带按上述方式进行抗破坏能力试验时的一种剌入压力-深度曲线。
图4所示的是以Wistar大鼠为例的对其仿真齿进行校准时的一种刺入压力-深度曲线，其中a为采集Wistar大鼠的真实下门齿的剌入力-深度曲线，b为仿真齿与真齿的刺入压力-深度曲线的拟合关系。随机选取不同体重、性别符合长度要求的成年Wistar大鼠真实下门牙10对，依次用夹具固定在图1设备的连接结构5上，并调整其牙尖锥入样品的角度。对所说的测试样品按同样的方式分别测试并记录其刺入压力-深度曲线。每对真牙分别测试3次后取平均值。各对真牙的刺入力-深度曲线如其中的a图所示。取该10对刺入压力-深度曲线的平均值，拟合出如b图中所示的一条代表该Wistar大鼠的平均刺入压力-深度曲线。
将采用T8合金钢材料制作的上述Wistar大鼠下门牙的仿真齿按上述真齿试验的同样方式测试3次和记录其刺入压力-深度曲线后取平均值，比较其与上述b图中的真牙刺入压力-深度曲线的差异，通过精细打磨仿真齿牙尖部分的锐度和光洁度后再反复测试，直至其刺入压力-深度曲线与图b中该真牙的平均刺入压力-深度曲线相近和保持一致，如b中的另一条曲线，然后进一步对仿真齿各刺入深度的测试数据进行配对t检验，合格后，该仿真齿即可作为代表该Wistar大鼠真实下门牙平均刺入表现的标准仿真齿使用。
权利要求
1.线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是在设有可作相向移动的两结构单元(101，102)的设备中，两结构单元(101，102)可相互接近接触的相对两端部中的一侧固定有啮齿动物的啮咬齿或相应的仿真齿(6)，另一侧固定有被测试材料样品(7)，并使啮咬齿或相应的仿真齿(6)的齿尖与被测试材料样品(7)相对，驱动两结构单元(101，102)相向移动，使所说的啮咬齿或相应的仿真齿(6)的齿尖接触并压向被测试材料样品(7)表面，记录其齿尖破坏被测试材料样品(7)表面时的压力值或是在给定压力值下的样品被破坏程度。
2. 如权利要求1所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 的记录啮咬齿或相应的仿真齿(6)的齿尖破坏被测试材料样品(7)表面时压力值的方 式为记录该齿尖刺入被测试材料样品(7)表面过程时的压力-深度曲线。
3. 如权利要求1所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 啮齿动物的啮咬齿或相应仿真齿(6)为啮齿动物的下门齿。
4. 如权利要求1所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 啮齿动物的啮咬齿或相应仿真齿(6)的长度为由齿尖到牙龈缘的距离。
5. 如权利要求2所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 的啮齿动物相应仿真齿(6)为硬度不低于其真齿的合金类金属材料、陶瓷类材料、玻璃 类材料或高分子材料仿真制成，并以所说的刺入压力-深度曲线与真齿的相应曲线校准保 持一致。
6. 如权利要求1所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 的啮齿动物啮咬齿或相应的仿真齿(6)为以可拆装更换的方式固定连接在其所在的结构单元上。
7. 如权利要求1所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特征是所说 的被测试材料样品(7)经可拆装更换的测试台(8)被固定在所在的结构单元上。
8. 如权利要求1至7之一所述的线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法，其特 征是所说的两结构单元(101, 102)的相向移动为2-10mm/分钟的匀速运动。
全文摘要
线缆材料抗啮齿动物破坏能力的测试方法。在设有可作相向移动的两结构单元的设备中，两结构单元可相互接近接触的相对两端部中的一侧固定有啮齿动物的啮咬齿或相应的仿真齿，另一侧固定有被测试材料样品，并使啮咬齿或相应的仿真齿的齿尖与被测试材料样品相对。驱动两结构单元相向移动，使啮咬齿或相应的仿真齿的齿尖接触并压向被测试材料样品表面，记录其齿尖破坏被测试材料样品表面时的压力值。将测试数据与已知的该类啮齿动物的最大咬力测试数据比较可以获得被测试材料样品抗啮咬破坏能力的测试结果。该方法可以方便、快速定量地对线缆材料的抗啮齿动物破坏能力进行测试、判断和评价。
文档编号G01N3/00GK101650279SQ20091016769
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者杨世信, 斌 肖, 肖文革 申请人:成都康宁光缆有限公司