專利名稱:光導(dǎo)纖維纜的制作方法
本發(fā)明涉及光導(dǎo)纖維纜，尤其是長(zhǎng)跨度的包含光導(dǎo)纖維的架空光纜。
已經(jīng)出現(xiàn)了各種光纜的設(shè)計(jì)用作包含光導(dǎo)纖維的架空光纜，例如用作一個(gè)架空的電力輸電系統(tǒng)中的地線。當(dāng)架設(shè)一個(gè)架空的電力輸電系統(tǒng)時(shí)，將這個(gè)線路用于單純的電信目的是方便的，並且也有過通過電力輸電系統(tǒng)的地線設(shè)置一個(gè)通信系統(tǒng)的建議。英國(guó)專利2029043B就是把包含光導(dǎo)纖維的電力輸電系統(tǒng)的架空地線用作電信目的的例子。
在現(xiàn)有的電力輸電線路中其地線內(nèi)未設(shè)置有光導(dǎo)纖維纜，為了在現(xiàn)有的線路中設(shè)置光導(dǎo)纖維纜存在著三種供選擇的方法。第一種方法是用一個(gè)光導(dǎo)纖維地線去取代現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)地導(dǎo)體線，如上述英國(guó)專利2029043B中的方法;另一個(gè)方法是將一條光導(dǎo)纖維纜捆在該系統(tǒng)的電力導(dǎo)體的周圍;第三個(gè)方法是架設(shè)一條懸吊在支承現(xiàn)有系統(tǒng)的電纜塔上的自支承光導(dǎo)纖維架空纜。
上述前二個(gè)選擇方法既昂貴又不方便，在實(shí)施這些改動(dòng)時(shí)，這兩種方法均需該電力輸電系統(tǒng)完全停止使用。
第三種選擇方法提供了較為滿意的解決方案?？墒莵K不希望架設(shè)包含金屬導(dǎo)線的電纜，因?yàn)楦郊拥膶?dǎo)電電纜出現(xiàn)在一個(gè)電力輸電系統(tǒng)的電力導(dǎo)線附近，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的工作狀況帶來不利的影響。因此必須設(shè)置一種非金屬的光導(dǎo)纖維纜，而這種光纜已經(jīng)被推薦出來了。這種公知的架空光導(dǎo)纖維纜由德國(guó)勞倫士標(biāo)準(zhǔn)電氣公司(StandardELectric Lorenz)創(chuàng)造，並且該光纜包括一個(gè)螺旋形放置的光導(dǎo)纖維束，四周用一個(gè)玻璃纖維加強(qiáng)管圍住作為受力件，並在制作該玻璃纖維加強(qiáng)受力件時(shí)定位在光導(dǎo)纖維束周圍。
雖然這種光纜能在現(xiàn)有的電力輸電系統(tǒng)中有效地提供一條自支承的電信線路，但是它還有一些缺點(diǎn)不僅光纜成本高而且為了在使用條件下減小其損壞所能達(dá)到的最大纖維余量是有限的。
本發(fā)明的目的是提供一種無金屬的架空光導(dǎo)纖維纜，它的造價(jià)便宜並且應(yīng)用有效。
根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)芯體的光導(dǎo)纖維纜，該細(xì)長(zhǎng)芯體上確定一個(gè)沿表面縱向延伸的槽並且形成光纜的主抗拉受力件，一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)纖維位于所述槽內(nèi)，並且封閉該槽的材料、所述的芯體也形成圍繞光導(dǎo)纖維的主抗損防護(hù)件，在該槽中設(shè)置光導(dǎo)纖維束的余量長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供一種創(chuàng)造光導(dǎo)纖維纜的方法，該光導(dǎo)纖維纜包括設(shè)置一個(gè)細(xì)長(zhǎng)芯體，該芯體至少確定一個(gè)沿表面縱向延伸的槽，至少在該槽中放置一根光導(dǎo)纖維，並用材料封閉該槽，其中芯體是由具有高彈性系數(shù)的非金屬材料制作的。
最好該槽具有平底，帶狀光導(dǎo)纖維單元放置在該平底上，並具有與所述的底寬相近的寬度。
最好是兩個(gè)這樣的光導(dǎo)纖維帶狀單元彼此平疊放在一起。
該芯體最好是由玻璃增強(qiáng)塑料桿作成的，在一個(gè)例子中桿的直徑大約是10毫米。該玻璃增強(qiáng)塑料可使用E，S，R或T級(jí)玻璃及聚酯、乙烯基酯或環(huán)氧樹酯為基礎(chǔ)的樹脂。
制造該芯體最好是采用拉壓(pultrusion)工藝。
為了清楚地理解本發(fā)明，將參照以下的附圖，它們是圖1根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的自支承光導(dǎo)纖維纜的橫截面圖;
圖2根據(jù)本發(fā)明的非自支承光導(dǎo)纖維纜的第二個(gè)實(shí)施例;
圖3圖1光纜中芯部示意圖，它用于解釋光纜的設(shè)計(jì);
圖4制造圖1中所示光纜用的制造設(shè)備的示意圖;
圖5根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的架空光導(dǎo)纖維纜的橫截面圖;
圖6制造圖5中所示光纜的制造方法的示意圖;及圖7解釋關(guān)于芯體尺寸的某些計(jì)算用的示意圖。
參見圖1，一個(gè)單一材料制成的、具有C形截面1的開槽芯體是由玻璃纖維增強(qiáng)塑料用拉壓法(Pultrusion)或類似工藝制造的。它也可利用某些其它非金屬的纖維增強(qiáng)合成物制作，並且用作光纜受力件及護(hù)層，其彈性系數(shù)至少為40000N/mm2。例如該纖維是一種阿拉米德(aramid)纖維(如Kevlar-RTM)或碳纖維。該樹脂是一種聚酯為基礎(chǔ)的材料。該玻璃纖維增強(qiáng)材料的彈性系數(shù)至少是40000N/mm2，其等級(jí)為45000N/mm2，這可使用E級(jí)玻璃來達(dá)到。當(dāng)然彈性系數(shù)越高越好，使用T級(jí)玻璃(日本)可獲得70000N/mm2的彈性系數(shù)。
槽2一直沿著型材1延伸並設(shè)置在型材的外部，當(dāng)它圍繞絞盤9彎曲時(shí)就形成余量光纜，這在圖4中有詳細(xì)的交代。槽2用于放置裝在一個(gè)寬松的管子3A中的光導(dǎo)纖維3。圍繞該C形截面型材的外部的是一個(gè)組合的塑料包層，它包括一個(gè)縱向帶13，一個(gè)織物繩裹層15和一個(gè)擠壓成的外皮14。它使光導(dǎo)纖維保持在槽2中。作為選擇，可用一種填充件5(用虛線表示)封閉該槽並阻止光導(dǎo)纖維3沿槽2的內(nèi)表面滑出，而在這種改型中就不必用帶13。
在生產(chǎn)光纜時(shí)，重要的是加工好的光纜在槽2中具有纖維的余量長(zhǎng)度。參見圖3及圖4，在該方法的最佳實(shí)施例中它是這樣實(shí)現(xiàn)的將型材1自一個(gè)儲(chǔ)存卷盤7上拉出、該儲(chǔ)存卷盤有一個(gè)制動(dòng)器8用于制動(dòng)卷盤7的旋轉(zhuǎn)，通過一個(gè)絞盤9使型材進(jìn)入儲(chǔ)存鼓10。用一個(gè)導(dǎo)向模11伸入槽2內(nèi)部以保證該槽相對(duì)于絞盤9是沿徑向向外定向的，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該型材在彎曲時(shí)有使該槽向外的自然傾向。該絞盤9的直徑接近或等于光纜設(shè)計(jì)的最小彎曲直徑。當(dāng)型材朝著絞盤行進(jìn)時(shí)，管狀光導(dǎo)纖維3、3A從儲(chǔ)存卷盤12上供入槽中，並提供一個(gè)縱向伸展的聚乙烯帶，例如卷盤13A中的帶13，帶的邊緣相互重疊，這樣形成組合的包層。在縱向帶13上面使用聚酯材料作的螺旋纏繞繃帶15，纏繞在纏繞站16處進(jìn)行。該部分包層的型材1然后繞著絞盤行進(jìn)，絞盤的直徑接近光纜的最小設(shè)計(jì)彎曲直徑，對(duì)于8毫米直徑的型材芯該彎曲直徑約為0.6米的范圍內(nèi)，而對(duì)于12毫米直徑的型材芯它約為1.5米。該型材繞絞盤直至四圈，該絞盤的作用在于形成光纜中纖維的長(zhǎng)度余量。然后在站14A用一個(gè)對(duì)紫外線(UV)穩(wěn)定的低密度聚乙烯外皮14擠壓套在螺旋纏繞的繃帶上，該外皮14與縱向帶13結(jié)合在一起阻止合成物包層相對(duì)于型材1的滑動(dòng)，例如光纜受鉗夾時(shí)。
管狀纖維供給卷盤12與絞盤9之間的距離保持較短，也即1至2米，雖然該長(zhǎng)度能設(shè)置長(zhǎng)一些，但設(shè)有余量的纖維可能被絞盤“拉伸”而圍繞絞盤不引起回移。
管狀光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度余量在制造好的光纜中的獲得是由于在型材1的槽2中光導(dǎo)纖維3A的周長(zhǎng)差引起的。另外，在前面的程序中當(dāng)纖維3放置在管3A中時(shí)，在圍繞纖維3作擠壓后，細(xì)心地冷卻及干燥管3A，利用管3A圍繞光導(dǎo)纖維3的收縮就得到具有余量的纖維。如圖3所示，型材1的中軸1A位于槽2底部的下方，這樣就能獲得管狀光導(dǎo)纖維的余量並且當(dāng)光纜在使用時(shí)拉直后該余量就會(huì)起作用。
當(dāng)光纜在離開絞盤9后拉直時(shí)，該型材在上槽面上縮短了而在它的離開槽的下表面上伸長(zhǎng)了。事實(shí)上這可能產(chǎn)生繞其質(zhì)量中心的轉(zhuǎn)動(dòng)或彎曲，並且在它的槽中已放置的光纜元件由于獲得相對(duì)于槽的長(zhǎng)度余量，因此變得松馳。已經(jīng)取得的“余量”必須不會(huì)出現(xiàn)沿著絞盤向后方移動(dòng)。這就需要一個(gè)適當(dāng)高的摩擦系數(shù)，或大的接觸區(qū)域。這可以利用繞絞盤轉(zhuǎn)360°來達(dá)到，也即繞一圈，但繞2，3甚至4圈，可以證實(shí)在阻止絞盤9及儲(chǔ)存鼓10之間的直線部分上余量的回移是必要的，這種回移實(shí)際上引起纖維余量的下降。該儲(chǔ)存鼓10比絞盤較大些而其尺寸與卷盤7相似，例如直徑為1.2米到1.7米。在槽中余量纖維元件的余度將由槽底部與型材中線的距離所決定。這個(gè)距離越大則所獲得的纖維元件的余量成比例的加大。
如果型材圍繞半徑r(見圖3)彎曲而纖維元件圍繞半徑r+a+b彎曲，其中a是槽的底部到型材中線的距離，b是纖維元件的轉(zhuǎn)軸與槽底的距離，因此環(huán)繞路徑長(zhǎng)度的差為(2π(r+a+b)-π.2r)/(2πr) ＝ (a+b)/(r) 。
如果r是型材的最小彎曲半徑，例如為300毫米，而a+b為1毫米，則余量松弛度＝1/300＝0.0033＝0.33%。
這將比光纜能承受的最大張力的兩倍還大。
這個(gè)具有余量的光導(dǎo)纖維被標(biāo)號(hào)為13、15及14的繃帶及帶保持住。
對(duì)于芯體1具有兩種適合的尺寸，即型材件直徑為8毫米及12毫米。8毫米適應(yīng)于電纜塔跨距為1100至1400英尺，用于無冰凍的地區(qū)，如蘇丹或印度;12毫米適于考慮有冰凍的地區(qū)，如英國(guó)。設(shè)想的最大直徑為14毫米。對(duì)于8毫米尺寸的，槽為4毫米深及3毫米寬，但最好寬為2.5毫米。對(duì)于12毫米的型材，槽深在4至6毫米之間，寬度在2.5毫米至3.2毫米之間。
有四根或六根光導(dǎo)纖維3(雖然可以多放到十根)，它們被預(yù)置放在塑料管3A中。這樣作被證實(shí)了當(dāng)它們放置在型材的槽中時(shí)就能產(chǎn)生出可靠的纖維余量。當(dāng)圍繞這些纖維擠壓並冷卻塑料管時(shí)利用控制管子的收縮度能獲得大約0.2%至0.25%的余量?？墒强窟@個(gè)余量未必能夠夠用，進(jìn)一步的余量利用描述的光纜技術(shù)來取得，這種技術(shù)能提供約0.5%的附加纖維余量，因此得到的總余量為0.7%-0.75%。若拉伸光導(dǎo)纖維不超出0.25%這個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)的話，可能得到更好的余量，即允許在制造好的光纜中有1.00%的伸張率。
當(dāng)光纜伸直並且未受張力時(shí)，管子相對(duì)于光纜的余量長(zhǎng)度大于光導(dǎo)纖維相對(duì)于管子的余量長(zhǎng)度。
該型材還具有一個(gè)可選擇的彎曲面1B(見圖3)，該面與槽2的對(duì)稱中心縱向面相一致。型材可選擇改型的尖部1C，它圍繞在絞盤9上可經(jīng)受更大的張力，結(jié)合光導(dǎo)纖維在一起時(shí)在型材的這些端部上比型材其它地方有著更大的極限張力。在使用拉壓(Pultrusion)工藝時(shí)可以作到這點(diǎn)，並且保證在環(huán)繞絞盤時(shí)不會(huì)導(dǎo)致端部纖維的損壞。
參見圖2，這是一個(gè)用來被支承纜繩支承的提供選擇的設(shè)計(jì)。在這里C型截面的型材16直徑小于8毫米，大約為3或4毫米，它也是由與圖1中型材1相同的材料制作的，它設(shè)有一個(gè)窄槽17用以在其中放置若干根疏松的丙烯酸纖維3。一個(gè)復(fù)合物的外層是用與圖1中同樣方法設(shè)置的，其中與圖1相似的部分標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。這個(gè)光纜利用吊索19懸掛在支承件18上。由于該光纜比圖1中的實(shí)施例承受較少的應(yīng)力，因而不需要大的纖維余量，並且由于型材16承受了張力，纖維3放置在槽內(nèi)就能不承受張力，因此在制造好的這種光纜中只設(shè)置少量的纖維余量長(zhǎng)度。所以槽17的底部將設(shè)置在型材16的中線上或低于該中線。
槽17是非常窄的，比圖1中的槽要窄得多。
在圖1及2的兩個(gè)實(shí)施例中，拉壓(Pultruded)制成的型材，或16為光纜自身提供了單獨(dú)的縱向受力件，它與光纜固體外層及抗壓件一起形成一個(gè)單一的整體形式的光纜元件。這就提供它的有重大經(jīng)濟(jì)性的生產(chǎn)及高速度的生產(chǎn)。這種光纜設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容易處理簡(jiǎn)單地切開槽上方的復(fù)合物外層及從槽側(cè)拉出光導(dǎo)纖維就能取出光導(dǎo)纖維。因此這就為能獲得觸及光導(dǎo)纖維提供了一條“弱”線，再者建議在槽中或者在繃帶15及縱向帶13之間插入一根撕扯繩(圖1中16)，利用扯拉該撕扯繩作到能夠取出光導(dǎo)纖維。這樣一種撕扯繩同樣地也可用在圖2的光纜上。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是玻璃加強(qiáng)的塑料在拉力下不會(huì)出現(xiàn)象鋼及其它材料出現(xiàn)的“蠕動(dòng)”。
圖1的實(shí)施例將具有的允許抗張負(fù)載力為36千牛頓(KN)(12毫米直徑類型)及20千牛頓(KN)(8毫米直徑類型)。該玻璃增強(qiáng)的塑料的熱膨脹系數(shù)與光導(dǎo)纖維的配合得非常接近並大約為0.7×10-61/℃。在結(jié)冰半徑為12毫米，風(fēng)速為55哩/小時(shí)(mph)及溫度為-5.6℃時(shí)所允許的光纜跨度為1100到1400英尺，光學(xué)安全系數(shù)為1.3而機(jī)械安全系數(shù)為2。在0℃及與上述同樣的結(jié)冰半徑時(shí)其最大下垂量約為33英尺。
現(xiàn)在參見圖5上的光纜，它包括一個(gè)由使用E級(jí)玻璃及聚酯或乙烯基酯樹脂作玻璃增強(qiáng)塑料制成的拉壓后的芯件21。在這個(gè)特別的實(shí)施例中該芯件具有的直徑接近10毫米，芯體上的槽22是在拉壓制造工藝時(shí)形成的並且與芯體的軸平行。在該實(shí)施例中槽寬為3.8毫米及槽底厚度為6.8毫米。槽是矩形截面的並且其角處設(shè)有0.5毫米的半徑。
如圖所示槽中容納了二個(gè)光導(dǎo)纖維帶狀元件23及24，它們放置在槽的底部。每個(gè)帶中包含十二根單模式光導(dǎo)纖維，並且在該實(shí)施例中每根帶寬為3.2毫米及帶高為0.35毫米。這些光導(dǎo)纖維帶狀元件最好根據(jù)我們同時(shí)遞交的英國(guó)專利申請(qǐng)(號(hào)為8524484，J.R.Gannon3-1-1)中所描述的工藝制作。
這個(gè)特別的光纜實(shí)施例具有的最大伸張率為0.73%，及最大允許的張力為23.700牛頓(N)，它給出的跨距能力可達(dá)540米，基于目前的ESI電纜塔，它具有典型的下垂量及英國(guó)的(UK)負(fù)載及安全系數(shù)。
圍繞著帶槽的芯體是一個(gè)繃帶25及在繃帶25上面的帶26。
在帶26外面擠壓了一個(gè)塑料外層27。
在槽22中填充以一種粘性填充復(fù)合物28，例如以商標(biāo)名出售的SYNTEC，一種特別軟性的，型號(hào)為FCC210F。這種材料是一種非導(dǎo)電的復(fù)合物，它能阻止水分的積集但又能允許帶狀光纜元件在槽中的上、下運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在參見圖6，它表示圖5中光纜的制造工藝的示意圖。
參考圖6(A)，在光纜制造中重要的是使制造好的光纜在槽22中能具有一個(gè)纖維的余量長(zhǎng)度。在該選擇的實(shí)施例方法中，該余量能這樣地獲得將型材21從儲(chǔ)存卷盤37上拉出，該卷盤37上有一個(gè)制動(dòng)器38用來使它的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)，該型材繞著絞盤39再傳到儲(chǔ)存鼓40上。用一個(gè)導(dǎo)向壓模41伸入槽22內(nèi)以使槽保持在相對(duì)于絞盤39徑向向外的方向上，雖然可以證實(shí)型材芯體21在繞絞盤彎曲時(shí)有使槽向外方的自然趨勢(shì)。絞盤39的直徑接近或等于光纜設(shè)計(jì)的最小彎曲直徑。當(dāng)型材向絞盤行進(jìn)時(shí)，帶狀光導(dǎo)纖維光纜元件23及24分別由儲(chǔ)存卷盤42及43經(jīng)過一個(gè)引導(dǎo)件44供給，該引導(dǎo)件44引導(dǎo)帶狀元件23及24使其一個(gè)疊在另一個(gè)的上面進(jìn)入槽內(nèi)，致使它們?cè)诓?2的底部平放著。
緊接著引導(dǎo)件44是一個(gè)繃帶包扎站45，在該站由卷盤46提供的繃帶25被纏繞在芯件21上，以使帶狀光纜元件保持在槽22中。
這個(gè)包扎好的、內(nèi)部放置了帶狀元件的芯件21然后繞在絞盤39上，在該實(shí)施例中絞盤的直徑接近于1米。當(dāng)該芯件離開絞盤時(shí)，絞盤就為帶狀元件在槽中提供了余量長(zhǎng)度，然后它進(jìn)入水封填充站47。在這里水封粘性材料被泵抽入槽內(nèi)並填充該槽，粘性材料是通過繃帶25上的間隙進(jìn)入槽內(nèi)的。
該填充好的光纜芯件然后進(jìn)入纏帶站48，在該站帶26被纏繞在光纜芯上。該帶是螺旋形纏繞的並用以封閉槽。該帶26可以由Kevlar(RTM)制造，用以提供附加抗物理損傷的保護(hù)。
該包扎好帶的芯件再卷繞在儲(chǔ)存鼓50上。
從儲(chǔ)存鼓出來的包扎好帶的芯件供給一個(gè)擠壓器49，它用于將外層27擠壓在該包扎好的芯件上[圖6(B)]。
以上敘述的工藝過程能夠作出改型，例如這個(gè)工藝過程能劃分成兩個(gè)單獨(dú)的工藝過程第一過程包括繞繃帶25，經(jīng)過絞盤39然后直接地進(jìn)入儲(chǔ)存鼓50儲(chǔ)存。另一過程是從儲(chǔ)存鼓上將繞有繃帶的光纜芯件再供給到填充站47，然后再到繞帶站48。
因此繞有繃帶的、具有纖維余量的芯件可以進(jìn)行儲(chǔ)存，並且然后才進(jìn)行填充材料及纏繞上帶子。
如上所述，絞盤直徑為1米，它適應(yīng)于10毫米的芯體。帶狀纖維元件的彎曲中心在槽底部上方(0.25+0.1)/2＝0.175毫米處。芯體的彎曲中心既可利用計(jì)算質(zhì)量中心的方法，也可用模型測(cè)量質(zhì)量中心的方法度量出來。我們得出在芯件斷面制作出以前不能作出度量，並且計(jì)算與模測(cè)是在近似的條件下作出的，即將拉伸系數(shù)與壓縮系數(shù)等同。如是這是確實(shí)的話，那么模測(cè)質(zhì)量中心就是合理的近似，並由這些計(jì)算得到對(duì)10毫米的芯件其偏移為0.5至0.6毫米。一個(gè)最為簡(jiǎn)便的方法是以放大的尺寸切割一個(gè)型材芯件的片狀或盤狀橫截面，將該橫截面盤繞各個(gè)近似的中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后找出平衡點(diǎn)，即為質(zhì)量中心點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于接近10毫米直徑的芯件作出的偏移量為0.55毫米。當(dāng)然這是一個(gè)近似值，因?yàn)樗蕾囉谛炯胁鄣男螤罴俺叽纭５俏覀兿嘈胚@是一個(gè)容許的近似值，因?yàn)椴鄣男螤罴俺叽缡窃诤侠淼膶?shí)際限度內(nèi)已知的。一般地，槽寬將比槽深對(duì)質(zhì)量中心的影響大。
因此帶狀纖維元件在芯件長(zhǎng)度上的余量長(zhǎng)度可以如下計(jì)算
%余量＝(X+h+0.175)· 100/500其中X為芯件的園心與質(zhì)量中心之間的距離，h為園心到槽底之間的距離，0.175為光導(dǎo)纖維帶狀元件或每個(gè)光導(dǎo)纖維帶狀元件厚度的一半，並且這個(gè)余量數(shù)字是光纜單位米長(zhǎng)度的余量，若假設(shè)絞盤39的直徑精確地等于1米。
該在光纜中形成的百分率余量明確地依賴于h的數(shù)值並也即依賴于槽的有效空間。明顯地，如果h增加了就致使余量增加，因此槽的空間就下降了。如果槽空間對(duì)于一個(gè)特定的預(yù)先確定的光導(dǎo)纖維帶狀元件的余量來說太小的話，那么在帶狀元件中的光導(dǎo)纖維將要超過它們?cè)试S的最小彎曲半徑進(jìn)行彎曲。例如這個(gè)半徑可能約為75毫米並假設(shè)這個(gè)數(shù)字是由進(jìn)行的計(jì)算得出的。但是一個(gè)較小的最小彎曲半徑，相對(duì)于放置在帶層外部的纖維，也即裸纖維的最小彎曲半徑是可以取得的，例如為50毫米。如圖7所示，槽深也在某些程度上受到芯體外層引起的凹陷的限制，雖然這顯然是與所使用的包外層工藝有關(guān)的，但是我們得到了對(duì)于槽寬為3.2毫米引起大約0.28毫米的凹陷。這一凹陷可以視為與槽寬成正比，因此對(duì)于3.8毫米的槽寬將具有0.332毫米的凹陷。
進(jìn)一步的空間損失是因?yàn)樵趫D中所示的型材的上部頂端是作成圓形的，致使這些頂端不能處于型材外部直徑上。如果我們假定槽寬固定為3.8毫米正或負(fù)0.1毫米，頂端凸緣的半徑為標(biāo)稱值0.5毫米，空間損失相對(duì)于芯件直徑的一種表達(dá)式可以推導(dǎo)出來?？臻g損失在圖7中公式B中被定義為Z。在該式中E是頂端的曲率半徑，而F是槽2寬度的一半。
因此可以列出表格來表示頂端半徑從0.4毫米到0.6毫米范圍，槽寬從3.7毫米到3.9毫米范圍，芯件直徑從9.8毫米到10.4毫米范圍中變化時(shí)，對(duì)于每一個(gè)頂端半徑可以計(jì)算出一個(gè)空間損失的數(shù)值Z。這個(gè)數(shù)值Z的范圍是從對(duì)應(yīng)于頂端半徑0.4，槽寬3.7及芯件直徑10.4時(shí)的0.56到對(duì)應(yīng)于頂端半徑0.6，槽寬3.9及芯件直徑9.8時(shí)的0.84。
另一個(gè)必須要決定的參數(shù)是光纜必須承受的載荷。這由下垂量，跨度(這是由國(guó)家配電管理局確定的)及光纜重量，風(fēng)載荷及冰雪載荷(它們隨光纜直徑變化)來決定。在特殊的設(shè)想到的應(yīng)用中，跨度可從330米到500米中變化，而在12.5毫米冰雪負(fù)載及在0℃時(shí)下垂量從9.58米到21.45米中變化。甚至具有大下垂量的1500米跨度可能采用來跨越如一個(gè)湖或一個(gè)寬河。
光纜重量依賴于組成成份，它們是玻璃增強(qiáng)塑料，光導(dǎo)纖維，填充復(fù)合物如SYNTEC，捆扎線，管16，它在該實(shí)施例中為紙，及外層復(fù)合物，它在該實(shí)施例中是高密度聚乙烯或交聯(lián)鏈的聚乙烯，但是利用比聚乙烯更抗磨損的材料制作更具優(yōu)點(diǎn)。光纜的重量被證實(shí)不是主要因素，並且槽是光纜重量中的較小部分。因此假設(shè)槽面積A等于3.8×h是合理的。在一個(gè)10毫米的芯件中，對(duì)于0.5%的余量需要5-1.9-0.7＝2.4毫米作為h。這也與0.54%余量時(shí)的75毫米的最小纖維彎曲半徑相當(dāng)。對(duì)于面積A＝3.8×2.4＝9.12毫米2並且平均槽密度為1，該重量對(duì)于槽來說每米為0.089牛頓(N)。
芯件的面積等于πr2-9.12-0.7×1.9，並且如果該玻璃增強(qiáng)塑料的密度為2.07，以及由于紙件部分地浸漬了填充復(fù)合物后增加了它的密度、大約為0.95，因此外層加上具有離外層2.5毫米直徑增量的紙/繃帶就得到每米0.412牛頓(N)的總重量。
因此可以對(duì)于芯件直徑從9.8到10.4變化時(shí)計(jì)算出光纜的重量，所得到的重量范圍為從每公里177公斤至每公里196公斤。
下列的表用于表示對(duì)于從9.0至10.4中間變化的芯件直徑的各參數(shù)值，由它可以看出僅是芯件直徑在9.7毫米以上者才能容納二個(gè)光導(dǎo)纖維帶狀元件並保持滿意的余量值。

因此很適宜選擇芯件的直徑大約為10毫米。在低于9.7毫米時(shí)，h數(shù)值的公差限度對(duì)于一般的制造工藝來說是太苛刻了。
由理論分析得出槽高h(yuǎn)可以選擇1.4毫米至2.2毫米之間的任何值。當(dāng)槽變小時(shí)，余量纖維就增加，但是用于余量的空間就減小了。因?yàn)榉浅４蟮挠嗔渴强赡苄圆淮蟮膯栴}，因此要考慮偏離高百分率余量這方面。
下列表用于表示各參數(shù)，特別是產(chǎn)生出來的余量相對(duì)于槽的尺寸所允許的余量的情況。

可以理解的是大一些或小一些的光纜是可以制作出來的，如果最小彎曲半徑可以減小的話，譬如說為50毫米，那么相當(dāng)于0.8%的余量即能獲得。也可以相信在非常短跨度使用的一些設(shè)計(jì)中，小到0.2%的余量就足夠了。
由表可見，最好的配合發(fā)生在h為1.8毫米，槽深為2.2(毫米)，所產(chǎn)生出的余量為0.485毫米，允許的余量等于0.49(毫米)。這給出的最大伸長(zhǎng)率為0.735，最大張力為23772(牛頓)最大額定張力為21096(牛頓)，並得到張力的安全余量為2676(牛頓)。
作為上述計(jì)算的結(jié)果，光纜芯件最佳尺寸如下直徑(2d) 10.0毫米+或-0.15槽寬(2F) 3.8毫米+或-0.1毫米凸緣半徑(E) 0.5毫米+或-0.1槽底角半徑 0.5毫米+或-0.1h ＝1.8毫米h+d ＝6.8毫米+或-0.1毫米光導(dǎo)纖維帶狀元件 0.175毫米厚度帶狀元件在單槽芯件中的最大優(yōu)點(diǎn)在于有能力對(duì)于例如短跨距的情況下降低整個(gè)光纜的尺寸。例如這樣的光纜尺寸為芯件直徑正好為5毫米，它可能具有2毫米槽寬，2毫米槽深，內(nèi)部松弛地放置了包括如4根光纜的一個(gè)帶狀光導(dǎo)纖維元件。尤其是這提供了一種非常柔韌的光纜，它適用于如本地區(qū)電報(bào)桿架線或沿鐵路的架線。
在進(jìn)一步改型中建議在擠壓器49中使用管狀模並省掉纏帶操作站48，及在原來纏帶站48占據(jù)的位置上將該擠壓器放置上。這就能夠進(jìn)行單線生產(chǎn)的布置。再者就是在圖5中的“凹陷”27a可以這樣加以避免，即使用管狀模截面的造形致使凹陷27a變成為槽壁頂部21A及21B之間直接的“平”搭接。因此這提供給余量纖維比在已描述過的實(shí)施例中更多的空間。
所描述的光纜(除圖2中實(shí)施例外)是打算利用普通具有加強(qiáng)的上部及下部墊桿件及螺旋減振器的電纜支承夾件、將它懸掛在架空電纜塔上。
權(quán)利要求
1.一種光導(dǎo)纖維纜，其特征在于包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)芯體，該細(xì)長(zhǎng)芯體上確定一個(gè)沿表面縱向延伸的槽並且形成了光纜的主抗拉受力件，一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)纖維位于所述槽內(nèi)，並且封閉該槽的材料、所述的芯體也形成圍繞光導(dǎo)纖維的主抗損防護(hù)件，在該槽中設(shè)置光導(dǎo)纖維束的余量長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的光纜，其中芯體是全部由非導(dǎo)電材料制作的，例如是一種拉壓(Pultruded)成的玻璃增強(qiáng)塑料材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的光纜，包括一個(gè)放置在所述槽內(nèi)並容納光導(dǎo)纖維的管狀件，在所述管狀件中有光導(dǎo)纖維的余量長(zhǎng)度，並且在所述光纜中有管狀件的余量長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的光纜，所述槽中包含松弛的光導(dǎo)纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的光導(dǎo)纖維纜具有一個(gè)帶狀元件，該帶狀元件中容納並排放置在所述槽中的光導(dǎo)纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1到5中任一權(quán)利要求
的光纜，其中在光纜中的元件余量長(zhǎng)度在0.2%至0.8%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1到6中任一權(quán)利要求
的光纜，其中芯體的直徑大約為10毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5的光纜，其中的槽基本上是矩形的。
9.一種光導(dǎo)纖維纜，包括一個(gè)具有放置光導(dǎo)纖維的單槽的芯體，該槽整個(gè)地位于該芯體中心線的一側(cè)上。
10.一種制造光導(dǎo)纖維纜的方法包括提供一個(gè)細(xì)長(zhǎng)芯體，該細(xì)長(zhǎng)芯體上確定至少一個(gè)沿表面縱向延伸的槽，至少將一根光導(dǎo)纖維置入該槽中，並提供材料封閉該槽，其中芯體是由具有高彈性系數(shù)的非金屬材制成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其中芯體圍繞絞盤彎曲，以便當(dāng)其拉直時(shí)，在光纜中提供余量光導(dǎo)纖維。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10或11的方法，其中光導(dǎo)纖維被放置在一個(gè)管中，並且在將該管狀光導(dǎo)纖維放入該槽前在該管中有光導(dǎo)纖維的余量長(zhǎng)度。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10或11制造光纜的方法包括提供一個(gè)帶狀元件，該帶狀元件中包含若干根并排放置的光導(dǎo)纖維，並將該帶狀元件置入芯體中的槽內(nèi)，使制成的光纜中有元件的余量長(zhǎng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求
10至13中的任一權(quán)利要求
的方法包括在元件已經(jīng)置入芯體的槽中以后，將一個(gè)繃帶纏在該芯體上以將該元件保持在該槽中。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法包括將粘性水封材料填充到槽內(nèi)光纜芯體包含元件的余量長(zhǎng)度的位置上。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法包括將纏了繃帶的芯體包在一個(gè)帶內(nèi)，並將包了帶的芯體包在一種擠壓的塑料材料中。
專利摘要
一種架空光導(dǎo)纖維纜包括一個(gè)玻璃增強(qiáng)塑料芯體(1)。該芯體具有零放置角度的槽(2)以容納松弛管狀光導(dǎo)纖維(3、3A)，用縱向帶(13)封閉槽(2)，纏上繃帶(15)，并利用塑料擠壓件(14)作外層。
文檔編號(hào)G02B6/44GK86106536SQ86106536
公開日1987年9月2日 申請(qǐng)日期1986年9月11日
發(fā)明者伊安·霍頓 申請(qǐng)人:標(biāo)準(zhǔn)電話電報(bào)公共有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan