專利名稱：輕質(zhì)光纖纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)光纖纜。
目前的光纜有兩種主要結(jié)構(gòu)松管式結(jié)構(gòu)和松纖束式結(jié)構(gòu)。典型的松管式結(jié)構(gòu)中以獨(dú)立的緩沖管將盡量多的光纖包起來(lái)，而若干緩沖管螺旋形地絞合在一起繞著一個(gè)中心構(gòu)件形成纜芯。在某些光纖纜中，加強(qiáng)構(gòu)件都配置在光纜橫截面中心，例如德國(guó)公開(kāi)專利25 51210中介紹的就是這種光纜。在這種結(jié)構(gòu)中，典型的作法通常是令光纖的長(zhǎng)度等于管子的長(zhǎng)度，而在螺旋絞合的緩沖管中的光纖因徑向延伸而需過(guò)量長(zhǎng)度。這種結(jié)構(gòu)的空間本來(lái)就是不足，因而形成的光纜較大較重。
另一方面，松纖束式結(jié)構(gòu)中有很多不絞合的光纖束配置在單個(gè)芯管中，這個(gè)單芯管不絞合，沿光纜的中心線延伸。這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有中心加強(qiáng)構(gòu)件，加強(qiáng)構(gòu)件配置在芯管外，但在護(hù)套系統(tǒng)內(nèi)。比起松管式結(jié)構(gòu)來(lái)，這種結(jié)構(gòu)更適宜進(jìn)行光纖數(shù)較少時(shí)的最優(yōu)化。參看美國(guó)專利US4，826，278。具有金屬鎧裝層的松纖束式結(jié)構(gòu)光纜是公知技術(shù)，但這種光纜局限于一個(gè)光纖束僅有12根光纖的情況。
那種有著過(guò)量長(zhǎng)度光纖的光纜(即每根光纖的長(zhǎng)度超過(guò)光纜的長(zhǎng)度)也是大家所常見(jiàn)的。這樣做是為了在安裝過(guò)程中在曲折的路徑上搬運(yùn)和敷設(shè)光纜時(shí)不致在光纖中引起過(guò)度的應(yīng)變。
在現(xiàn)有技術(shù)中，歷來(lái)都不愿意使用過(guò)長(zhǎng)的光纖。之所以不愿意是擔(dān)心光纖過(guò)長(zhǎng)會(huì)使光纖產(chǎn)生不希望有的彎曲，從而使光纖的衰減增加。由于一般光纖的過(guò)長(zhǎng)程度小，因而，可用金屬鎧裝層補(bǔ)足的加強(qiáng)構(gòu)件系統(tǒng)必須要足以限制光纜因在負(fù)荷作用下伸長(zhǎng)所引起的應(yīng)力，使其不致超過(guò)光纖的安全應(yīng)變極限值。
從顧客投入的資金和要求可以看出，在目前流行的架空敷設(shè)的用途中需要一種經(jīng)濟(jì)、質(zhì)輕、最好含多達(dá)24光纖的光纜。迄今，大多數(shù)工程技術(shù)都把注意力放在用于干線無(wú)線電通信電話的光纖數(shù)較多的光纖纜上。可是大部分出售的光纖纜歷來(lái)都是光纖數(shù)較少的光纖纜，即不多于24根光纖。目前市場(chǎng)上供有許多光纖數(shù)少的光纜，但它們的結(jié)構(gòu)布局和那些光纖數(shù)較多的光纜類似。因此，無(wú)論在電話或其它專業(yè)市場(chǎng)上都需要為實(shí)現(xiàn)小光纖數(shù)最優(yōu)化而設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)上實(shí)惠的光纜。我們的目標(biāo)是這樣一種經(jīng)濟(jì)上實(shí)惠的光纜，即直徑較小、重量較輕、但仍保留優(yōu)異的光學(xué)性能、且拉力負(fù)載額定值達(dá)600磅的光纜。這些要求看來(lái)與為防止光纖損傷的強(qiáng)度要求不協(xié)調(diào)。
現(xiàn)有技術(shù)中目前需要而看來(lái)還沒(méi)有的光纜是光纖數(shù)受一定限制、重量較輕的光纜。這種光纜最好是價(jià)錢(qián)較便宜，而且可以用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備制造。
本發(fā)明的光纖纜即解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題。按照本發(fā)明，提供了一種光纖纜(20)，它包括一個(gè)纜芯(22)，該纜芯(22)又包括多根光纖(25、25)和一個(gè)單管狀構(gòu)件(30)。該管狀構(gòu)件(30)具有一定的長(zhǎng)度和橫切其縱向軸線的圓形截面。該管狀構(gòu)件(30)將所述光纖包起來(lái)，管狀構(gòu)件的長(zhǎng)度明顯小于各光纖的長(zhǎng)度。光纖纜(20)還包括一個(gè)護(hù)套系統(tǒng)(32)，護(hù)套系統(tǒng)(32)包括兩個(gè)縱向延伸的加強(qiáng)構(gòu)件和一個(gè)外套。外套包括一種塑料材料，且圍繞纜芯配置。所述光纜的特征在于，各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度、所述管狀構(gòu)件中各光纖的橫截面積以及所述管狀構(gòu)件的內(nèi)徑足以防止因光纖過(guò)度彎曲和因光纖與所述管狀構(gòu)件內(nèi)壁的過(guò)度相互接合而引起的彎曲所造成的損耗，各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度足以允許所述加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度性能為一個(gè)預(yù)定的較低值。


圖1是本發(fā)明光纖纜的透視圖。
圖2是圖1光纖纜的端視剖面圖。
圖3是包封著光纖纖芯的管狀構(gòu)件的內(nèi)徑相對(duì)于一組不同包封密度的光纖芯中的光纖數(shù)繪制的曲線。
圖4和5是本發(fā)明光纜的光纖可能取的走線路徑的示意圖。
圖6和7示出了本發(fā)明的光纜中螺線形和正弦形走線形式光纖的過(guò)量長(zhǎng)度。
現(xiàn)在參看圖1和2，圖中示出了總體標(biāo)號(hào)為20的光纖纜。光纖纜20有一個(gè)纜芯22，纜芯22中具有至少一根光纖25，最好是24根光纖25-25。各光纖最好分成4束23-23，每束6根光纖。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，各光纖束配有一個(gè)包帶27，呈螺旋形地把多個(gè)光纖包起來(lái)。
管狀構(gòu)件30套在光纖上。圍繞管狀構(gòu)件30上配置有護(hù)套系統(tǒng)32。管狀構(gòu)件30通常由塑料制成，例如高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二烯酯(PBT)或尼龍等。
管狀構(gòu)件30的強(qiáng)度性能可以比現(xiàn)有技術(shù)管狀構(gòu)件高。制成這種管狀構(gòu)件的塑料材料的力-應(yīng)變特性在到某一點(diǎn)為止一直呈線性，在該點(diǎn)之后呈非線性(即大幅度伸長(zhǎng)而沒(méi)有力的大幅度相應(yīng)增加)。本發(fā)明的光纜中，管狀構(gòu)件包括塑料材料，此塑料材料的特征在于，加在光纖上的負(fù)載與應(yīng)變之間的關(guān)系在相當(dāng)大的范圍內(nèi)呈線性。直到與各光纖纜在某給定溫度下所要求的過(guò)量長(zhǎng)度相應(yīng)的應(yīng)變值為止，都可以呈現(xiàn)線性。對(duì)應(yīng)于所要求的過(guò)量長(zhǎng)度的應(yīng)變等于對(duì)應(yīng)于所加負(fù)載的應(yīng)變加上補(bǔ)償應(yīng)變的和，補(bǔ)償應(yīng)變則包括幾何應(yīng)變和溫度引起的應(yīng)變。光纜向前卷繞在絞纜輪上而其護(hù)套系統(tǒng)伸長(zhǎng)時(shí)，要將光纖配置得使其與管狀構(gòu)件30的內(nèi)部接合就要考慮到幾何應(yīng)變，這樣就可以允許過(guò)量長(zhǎng)度的光纖配置在其中，如美國(guó)專利4，446，686中所示的那樣。若不考慮補(bǔ)償應(yīng)變，則管狀構(gòu)件伸長(zhǎng)之后的松弛可能會(huì)使過(guò)量長(zhǎng)度比所要求的小。
本發(fā)明的光纜20還可以設(shè)防水措施，例如填料40(見(jiàn)圖1)。從圖1可以看出，填料40可以配置在管狀構(gòu)件30中和在光纖束23-23之間以及各光纖束內(nèi)各光纖25-25之間的充填間隙中。本設(shè)計(jì)中所使用的填料防止水或其它液體沿纜芯流動(dòng)。該填料在工作溫度范圍的流變學(xué)性能使光纖在產(chǎn)生變形時(shí)易于移動(dòng)。這是通過(guò)考慮填料的臨界剪應(yīng)力特性實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)性能在加工過(guò)程中控制光纖過(guò)量長(zhǎng)度方面是個(gè)關(guān)鍵。此外在高溫下填料應(yīng)仍然保持在光纜中，而且在70℃下流動(dòng)試驗(yàn)合格。填料應(yīng)該不揮發(fā)、無(wú)毒，而且在化學(xué)性能上與光纖和其它光纜構(gòu)件相適應(yīng)。填料還應(yīng)該在光纜的整個(gè)使用壽命中保持穩(wěn)定。過(guò)去適用的填料40為膠體狀凝膠，如美國(guó)專利4，701，016所公開(kāi)的那一種。
上述Gartside等人的專利4，701，016公開(kāi)了一種油脂混合物，包括油、膠體粒狀填料，還可以加上防滲劑。這種油脂的臨界屈服應(yīng)力一般在20℃下小于140帕斯卡，最好低于70帕斯卡，在某些用途中小于35帕斯卡，剪切模量在20℃下小于大約13千帕斯卡。較理想的混合物包括77%至95%重量的ASTM103、104A或104B型石蠟油或環(huán)烷質(zhì)殘油或聚丁烯油、2%至15%重量的疏水性或親水性發(fā)煙硅石，還可以加上多達(dá)15%重量的苯乙烯橡膠、或苯乙烯橡膠與苯乙烯的嵌段共聚物或半液體橡膠。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，防水措施可以包括具有搭接層44或紗線(圖中未示出)的適當(dāng)防水帶42。美國(guó)專利4，909，592中即公開(kāi)了這種設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的纜芯的一個(gè)重要特點(diǎn)在于其包封密度。包封密度ρp的定義是所有光纖和光纖上任何包覆層的橫截面積(n)(af)(其中n為纜芯中的光纖數(shù)，af為各光纖的橫截面積，它包括任何包覆或緩沖材料的橫截面積)與管狀構(gòu)件30所包圍的橫截面總面積at之間的比值。用數(shù)學(xué)式表示，ρp＝naf/at，還可用百分比表示。包封密度高的光纜既緊湊重量又輕。松纖束設(shè)計(jì)比獨(dú)立的緩沖管設(shè)計(jì)可以提高包封密度，這是因?yàn)楣饫w束在單個(gè)而不是多個(gè)芯管中共用一個(gè)空間;但隨著包封密度提高，由于各光纖受約束的程度更大而會(huì)有問(wèn)題。若包封密度過(guò)高，纜芯中各光纖承受的應(yīng)力較高，可能會(huì)在光纜處理過(guò)程中斷裂。這發(fā)生在包封密度過(guò)高時(shí)，因?yàn)樵谑褂锰盍戏浪乙虼水a(chǎn)生較大應(yīng)力的情況下，光纖不能在管中充分活動(dòng)以緩和可能在諸如彎曲時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力。在現(xiàn)有技術(shù)中，這個(gè)問(wèn)題是通過(guò)把個(gè)個(gè)包覆著光纖或光纖束的獨(dú)立緩沖管絞合起來(lái)解決的。但眾所周知，絞合需要放慢加工速度，這使生產(chǎn)成本提高。此外這種光纜具有多個(gè)獨(dú)立的緩沖管，這使光纜的直徑和重量都增加。我們發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明光纖纜芯包封密度的預(yù)定值以不超過(guò)大約0.5為宜。
包封密度給定時(shí)，已知數(shù)量光纖的纜芯管的尺寸可根據(jù)圖3畫(huà)出的曲線求出。光纜的包封密度較高時(shí)，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)輕。但上面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，這里必須小心從事，因?yàn)殡S著包封密度的提高，光纖受約束的程度就更大。
此外我們還使光纖25-25具有過(guò)量長(zhǎng)度∈。就是說(shuō)，我們使各光纖的長(zhǎng)度(Lf)超過(guò)光纜20的長(zhǎng)度(Lc)。光纖的過(guò)量長(zhǎng)度∈通常以過(guò)量長(zhǎng)度百分比表示，∈(%)＝100[(Lf-Lc)/Lc] (1)因此，當(dāng)光纖纜芯22受到張力負(fù)載時(shí)，管狀構(gòu)件30會(huì)在任何負(fù)載加到纜內(nèi)的各光纖之前伸長(zhǎng)。
傳統(tǒng)上，松纖束光纜賦有大約0.1%數(shù)量級(jí)的少量光纖過(guò)量長(zhǎng)度，以確保光纖不致超過(guò)安全設(shè)計(jì)短期應(yīng)變極限值。經(jīng)50千磅/平方英寸試驗(yàn)合格的光纖，其安全設(shè)計(jì)短期應(yīng)變極限值約在0.33%的數(shù)量級(jí)。
賦予光纖過(guò)量的長(zhǎng)度或有時(shí)所說(shuō)的過(guò)度裝填可能會(huì)導(dǎo)致微彎曲和/或宏彎曲，從而導(dǎo)致高得不能容許的傳輸損耗。微彎曲是指光纖軸線肉眼觀察不到的小波動(dòng)。這種彎曲的幅度只有幾個(gè)毫微米，其周期僅為1毫米的幾分之一。相反，宏彎曲是光纖軸線較大幅度的波動(dòng)，即肉眼能看到的幾個(gè)毫米級(jí)的波動(dòng)。宏彎曲和微彎曲總的作用是引起光纖不希望有的傳輸損耗，特別是在諸如-40℃之類較低的溫度下傳輸時(shí)。這些彎曲效應(yīng)可以由包覆層、光纜敷設(shè)、安裝和溫度等引起。
賦予光纖過(guò)量長(zhǎng)度時(shí)必須小心避免宏彎曲和微彎曲。過(guò)量填充的結(jié)果必須使光纖起伏。于是光纖受到拉伸力或壓縮力時(shí)就會(huì)擴(kuò)張或收縮。光纖呈起伏狀時(shí)，必須注意避免其彎曲半徑過(guò)小。若彎曲半徑過(guò)小就會(huì)因宏彎曲而產(chǎn)生不希望有的傳輸損耗。隨著過(guò)量填充的增加，起伏形成的波長(zhǎng)減小。當(dāng)內(nèi)徑固定的管狀構(gòu)件被相繼地延長(zhǎng)時(shí)，使用了更多的光纖，光纖所取的走線路徑半徑減小，這會(huì)產(chǎn)生宏彎曲，從而帶來(lái)不必要的傳輸損耗。
另一個(gè)應(yīng)考慮的問(wèn)題是管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑。這個(gè)內(nèi)徑當(dāng)然確定了光纜中可提供給光纖的容量。另外，光纖過(guò)量長(zhǎng)度相同時(shí)，管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑減小時(shí)可能會(huì)使光纖的彎曲半徑減小。芯管直徑選得較小時(shí)會(huì)使起伏的長(zhǎng)度較短，從而使傳輸損耗增加。
此外由于所賦予的過(guò)量長(zhǎng)度增大，光纖被迫緊靠管狀構(gòu)件的內(nèi)壁，于是包覆材料內(nèi)的光纖可能會(huì)彎曲。這可能會(huì)使包覆層內(nèi)的光纖軸線產(chǎn)生較小的變形，從而產(chǎn)生微彎曲進(jìn)而產(chǎn)生傳輸損耗。
隨著時(shí)間的推移，在應(yīng)力和潮氣的影響下，光纖的強(qiáng)度下降，缺陷的幅度增加。應(yīng)力不變時(shí)，這種現(xiàn)象通常叫做靜態(tài)疲勞。根據(jù)靜態(tài)疲勞考慮，假設(shè)使用壽命是40年，則50千磅/平方英寸試驗(yàn)合格的光纖其最小容許彎曲半徑約為45毫米。這里這個(gè)值還是保守的，因?yàn)閺澢鷷r(shí)產(chǎn)生故障的可能性明顯比張力均勻時(shí)小。這是對(duì)光纖最小彎曲半徑的一個(gè)約束條件。另一個(gè)約束條件，是因彎曲而引起的衰減增加。
象圖1所示的松纖束結(jié)構(gòu)中的光纖所取的路徑其適應(yīng)過(guò)量長(zhǎng)度的阻力最小。這個(gè)路徑可以數(shù)學(xué)方法處理為具有螺旋形或正弦形的形狀。
圖4和5分別示出了螺旋和正弦模型連同其相應(yīng)的幾何參數(shù)的示意圖。為推導(dǎo)出作為管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑(D)、光纖束直徑(d)、螺距(P)和光纖束曲率半徑(R)等參數(shù)的函數(shù)的光纖過(guò)量長(zhǎng)度，讓我們先看看圖4的螺旋(標(biāo)以下標(biāo)h)形模型。
光纖或光纖束在螺旋曲線一個(gè)周期中的長(zhǎng)度(lf)、光纖過(guò)量長(zhǎng)度(∈eh)和螺旋模型的曲率半徑(Rh)可用下式求出lf＝[Ph2+(πDt)2]1/2; (2)ϵeh=100[[1+{πDtPh}2]1/2-1]---(3);]]>Rh=Dt2[{PhπDt}2+1]---(4)]]>其中螺旋直徑Dt與半徑Rt之間的關(guān)系可用下式表示Dt＝2Rt＝D-d (5)將(3)和(4)結(jié)合起來(lái)得出(Rh)/(Rt) ＝ (a)/(a-1) (6);和PhRt=2π[1a-1]1/2---(7)]]>其中a=(1+ϵeh100)2---(8)]]>圖6示出了∈eh和Ph/Rt作為螺旋模型彎曲半徑的函數(shù)的曲線。
至于正弦(標(biāo)以下標(biāo)s)模型，光纖或光纖束沿圖5的正弦曲線一個(gè)周期的長(zhǎng)度lf可用下式表示
其中k= (πDt)/(Ps) (10)(9)式中的積分是可用無(wú)窮級(jí)數(shù)表示的第二類橢圓積分。正弦模型的光纖過(guò)量長(zhǎng)度(∈es)可用下式表示ϵes=100[(1+k2)1/2[1-p]-1]---(11)]]>其中P＝ 1/4 q2+ 3/64 q4+ 1/256 q6+…;(12)且q = (k)/(〔1 + k2〕1/2) (13)正弦模型的最小曲率半徑可用下式表示RS= (Dt)/2 〔 (PS)/(πDt) 〕2(14)從(11)式可以看到，該式的第一項(xiàng)與螺旋形模型的光纖過(guò)量長(zhǎng)度相同，且正弦模型的過(guò)量長(zhǎng)度較小。此外，螺旋形模型沿曲線的曲率半徑保持不變，相比之下，正弦模型的曲率半徑可變。在某給定的光纖過(guò)量長(zhǎng)度的情況下，正弦模型是不變的，且所產(chǎn)生的最小半徑比螺旋模型小。
將(11)和(14)式結(jié)合起來(lái)得出(RS)/(Rt) = (1- q2)/(q2) (15);和
(PS)/(Rt) = 2π[ (1 - q2)/(q2) ]1/2(16)圖7示出了正弦模型中∈es和Ps/Rt作為最小彎曲半徑的函數(shù)的兩條曲線。
各光纖的彎曲半徑視乎光纖的過(guò)量長(zhǎng)度值和管狀構(gòu)件30的直徑而定。應(yīng)用正弦模型可以求出給定數(shù)量的光纖的最小彎曲半徑。環(huán)境的影響也必須加以考慮，因?yàn)樵谧畹偷墓ぷ鳒囟认聲?huì)出現(xiàn)最壞的情況。這個(gè)最小的彎曲半徑可與光纖的各參數(shù)配用來(lái)估計(jì)衰減的增加。一般說(shuō)來(lái)，在目前現(xiàn)有的單模光纖的情況下，在大于30毫微米的彎曲半徑下，在1300毫微米和1550毫微米處的衰減增加是微不足道的。
我們?cè)谔岢霰景l(fā)明光纖纜芯的設(shè)計(jì)時(shí)考慮了若干因素，已經(jīng)解決現(xiàn)有技術(shù)的光纜中的問(wèn)題。根據(jù)給定的資料，我們用一種模型來(lái)計(jì)算管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑，以求出會(huì)使衰減減小到最小程度的預(yù)定最小彎曲半徑。
通常，光纖數(shù)和光纖的過(guò)量長(zhǎng)度等參數(shù)是給定的或已確定了的。一旦知道管狀構(gòu)件30的直徑和光纖的過(guò)量長(zhǎng)度，且將形狀擬成一定模型之后，就可以求出光纖半徑，再根據(jù)該光纖半徑預(yù)計(jì)傳輸損耗。這個(gè)方法是基于這樣的認(rèn)識(shí)提出的，即過(guò)量長(zhǎng)度和管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑、螺距和各光纖的彎曲半徑都是彼此相關(guān)的。可以進(jìn)行各種調(diào)節(jié)以確保衰減基本上保持在最小值。經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明光纖纜各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度可以取大約1%而不致引起不能容許的傳輸損耗。
光纖數(shù)和光纖的過(guò)量長(zhǎng)度給定時(shí)，纜芯尺寸的最佳值就是根據(jù)上述諸項(xiàng)考慮求出的。舉例說(shuō)，應(yīng)用圖3，假設(shè)給定光纖數(shù)下的包封密度在10%與20%之間的范圍內(nèi)，可以求出管狀構(gòu)件30的初步直徑。然后從圖6和7就給定的光纖過(guò)量長(zhǎng)度求出最小彎曲半徑。最后估計(jì)彎曲損耗，以確定衰減增加是否處于容許范圍?？梢灾貜?fù)這個(gè)過(guò)程直到獲得滿意的布局為止。
本發(fā)明的纜芯是就光纖的過(guò)量長(zhǎng)度進(jìn)行最優(yōu)化的，這樣的好處是，減少了纜芯受力時(shí)光纖上的應(yīng)變。這是通過(guò)認(rèn)識(shí)到一系列因素之間的相互關(guān)系達(dá)到的，即光纖的過(guò)量長(zhǎng)度、光纖數(shù)和光纖的橫截面積、管狀構(gòu)件30的內(nèi)徑、光纖敷設(shè)螺距和最小彎曲半徑等因素之間的相互關(guān)系。這樣就可以對(duì)光纜20的護(hù)套系統(tǒng)提出較低要求。護(hù)套系統(tǒng)應(yīng)能保護(hù)光纖免受加工、安裝和工作環(huán)境的惡劣影響。具體地說(shuō)，必須保護(hù)光纖使其免受這些環(huán)境所造成的過(guò)量拉伸和壓縮應(yīng)變等。本發(fā)明的光纜有一個(gè)護(hù)套系統(tǒng)32，該系統(tǒng)包括配置在外套54中的兩個(gè)線性加強(qiáng)構(gòu)件52-52，形成了復(fù)合結(jié)構(gòu)。雖然圖1中示出了撕繩56-56，但這些是可任選的，可以在需要時(shí)加上。
光纜中使用的聚合物材料在加工過(guò)程中會(huì)因熱收縮而收縮。這種收縮如果過(guò)度，則會(huì)在光纖上引起大的壓縮應(yīng)變，且光纖約束成小的彎曲半徑時(shí)衰減增加。為解決這個(gè)問(wèn)題，目前采用了各種材料和各項(xiàng)技術(shù)。例如，采用具拉伸勁度和壓縮勁度的加強(qiáng)元件(例如，金屬絲或玻璃棒)和具較小壓縮勁度、經(jīng)略為浸漬的纖維玻璃粗紗來(lái)限制過(guò)度的收縮，取得了不同程度的成就。
光纜20的負(fù)載/應(yīng)變響應(yīng)曲線最好呈線性，這樣就可以采用可預(yù)計(jì)的光纖過(guò)量長(zhǎng)度。設(shè)有線性鋼構(gòu)件的護(hù)套系統(tǒng)可使響應(yīng)曲線達(dá)到所要求的線性度。然而光采用半剛硬或略加浸漬的加強(qiáng)構(gòu)件并不能使光纜具有足夠的抗壓縮性能，且還因此使光纜呈非線性的特性，在響應(yīng)曲線中有一個(gè)“彎曲”部分。應(yīng)力/應(yīng)變曲線中出現(xiàn)大的彎曲部分表明光纜在600磅的額定負(fù)載下應(yīng)變較大。彎曲效應(yīng)必須通過(guò)增加光纖的過(guò)量長(zhǎng)度來(lái)加以補(bǔ)償，由此限制光纖上的安裝應(yīng)變。重要的是，由于光纖具有過(guò)量的長(zhǎng)度，因此本發(fā)明光纜的護(hù)套系統(tǒng)可以采用剛性較小因而價(jià)錢(qián)更便宜的非金屬或金屬的加強(qiáng)構(gòu)件。此外在沒(méi)有嚙齒動(dòng)物問(wèn)題的許多地區(qū)就無(wú)需加鎧裝層或類似的保護(hù)。
所有光纜的組件，包括纜芯和護(hù)套系統(tǒng)在內(nèi)，在光纜的使用壽命期間必須在-40℃至70℃的工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。為確保在使用現(xiàn)場(chǎng)中具有卓越的性能，本發(fā)明的輕質(zhì)光纜20經(jīng)過(guò)一系列的機(jī)械試驗(yàn)。試驗(yàn)是按照貝爾通信研究(Bellcore)和電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)的試驗(yàn)程序進(jìn)行的。光纜20符合或超過(guò)所有有關(guān)要求。機(jī)械試驗(yàn)包括EIA455-37第5.1.1.節(jié)規(guī)定的低溫和高溫溫度等級(jí)試驗(yàn)、EIA455-25A第5.1.2節(jié)規(guī)定的耐沖擊試驗(yàn)、EIA-455-41第5.1.3節(jié)規(guī)定的壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)、EIA-455-33A第5.1.4節(jié)規(guī)定的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)、EIA-455-85第5.1.5節(jié)規(guī)定的光纜扭曲試驗(yàn)、EIA-455-104第5.1.6節(jié)規(guī)定的循環(huán)彎曲試驗(yàn)和EIA-455-98A第5.1.7節(jié)規(guī)定的外冷凍試驗(yàn)。光纜20的光學(xué)特性與裝有金屬鎧裝層的光纜一樣。試驗(yàn)結(jié)果表明，在光纜敷設(shè)過(guò)程中附加的傳輸損耗基本上為零。
除經(jīng)過(guò)機(jī)械試驗(yàn)之外，光纜20還經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Bellcore的環(huán)境試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在-40℃至85℃的整個(gè)溫度和老化范圍內(nèi)，光纜20的熱穩(wěn)定性優(yōu)異。
本發(fā)明的光纜具有許多優(yōu)點(diǎn)。由于本發(fā)明的光纜其光纖的過(guò)量長(zhǎng)度相當(dāng)大，因而光纜的加強(qiáng)措施無(wú)需象一般過(guò)量長(zhǎng)度明顯較小的光纜一樣嚴(yán)格。此外由于沒(méi)有金屬鎧裝層，因而光纜的體積和重量減小了，這在光纜的架空安裝方面是非常重要的，而且降低了生產(chǎn)成本。
應(yīng)該理解的是，上述設(shè)計(jì)僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明而已，本領(lǐng)域的技術(shù)人士可以設(shè)計(jì)出實(shí)施了本發(fā)明的原理的其它布局方式而仍然屬于本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖纜(20)，它包括一個(gè)纜芯(22)，該纜芯(22)又包括多根光纖(25、25)和一個(gè)單管狀構(gòu)件(30)，該管狀構(gòu)件(30)具有一定的長(zhǎng)度和橫切其縱向軸線的圓形截面，該管狀構(gòu)件(30)將所述光纖包起來(lái)，管狀構(gòu)件的長(zhǎng)度明顯小于各光纖的長(zhǎng)度，光纖纜(20)還包括一個(gè)護(hù)套系統(tǒng)(32)，護(hù)套系統(tǒng)(32)包括兩個(gè)縱向延伸的加強(qiáng)構(gòu)件和一個(gè)外套，外套包括一種塑料材料，且圍繞纜芯配置，所述光纜的特征在于，各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度、所述管狀構(gòu)件中各光纖的橫截面積以及所述管狀構(gòu)件的內(nèi)徑足以防止因光纖過(guò)度彎曲和因光纖與所述管狀構(gòu)件內(nèi)壁的過(guò)度相互接合而引起的彎曲所造成的損耗，各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度足以允許所述加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度性能為一個(gè)預(yù)定的較低值。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖纜，其特征在于，所述各光纖的長(zhǎng)度超過(guò)所述管狀構(gòu)件的長(zhǎng)度達(dá)1%。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖纜，其特征在于，所述管狀構(gòu)件包括具有下列特點(diǎn)的塑料材料在直到與某給定溫度下各光纖的過(guò)量長(zhǎng)度相應(yīng)的應(yīng)變值的范圍內(nèi)，所加負(fù)載與應(yīng)變之間的關(guān)系基本上呈線性。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖纜，其特征在于，它還包括配置在所述管狀構(gòu)件中的防水材料(40)。
5.如權(quán)利要求4所述的光纖纜，其特征在于，所述防水材料包括配置在所述管狀構(gòu)件中的填料。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖纜，其特征在于，所述填料在20℃下的臨界屈服應(yīng)力不大于約70帕斯卡，在20℃下的剪切模量小于大約13千帕斯卡。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖纜，其特征在于，所述纜芯包括至少一束光纖。
8.如權(quán)利要求7所述的光纖纜，其特征在于，所述光纖束由一個(gè)包層包起來(lái)，此包層呈螺旋形地包繞著各所述光纖束。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖纜，其特征在于，所述光纖束具有多根光纖，各光纖包括至少一層包覆材料和覆在其上的緩沖層，且包繞著纜芯的單管狀構(gòu)件其橫截面積為所述管狀構(gòu)件的內(nèi)壁所限定，從而使多個(gè)有包覆的光纖的橫截面積與所述管狀構(gòu)件內(nèi)的橫截面積的比值不超過(guò)預(yù)定值。
10.如權(quán)利要求9所述的光纖纜，其特征在于，所述預(yù)定值不超過(guò)大約0.5。
全文摘要
極適合架空配線的光纖纜20包括至少一束光纖。光纖配置在適用于較寬溫度范圍的塑料材料制成、并由護(hù)套系統(tǒng)所包繞的管狀構(gòu)件中。使各光纖能置于管狀構(gòu)件中的預(yù)定過(guò)量長(zhǎng)度足以防止當(dāng)光纜芯受到各項(xiàng)因素影響且在象安裝之類的處理過(guò)程中受力時(shí)光纖產(chǎn)生的不適當(dāng)應(yīng)變。此過(guò)量長(zhǎng)度又不大得使光纖不適當(dāng)?shù)貜澢蚴构饫w與管狀構(gòu)件內(nèi)壁過(guò)度相互接合。因光纖的過(guò)量長(zhǎng)度值適當(dāng)，對(duì)護(hù)套的要求不象現(xiàn)有技術(shù)光纜那么嚴(yán)格，大大減小了光纜的直徑和重量。
文檔編號(hào)G02B6/44GK1061290SQ9111072
公開(kāi)日1992年5月20日 申請(qǐng)日期1991年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月8日
發(fā)明者A·J·潘努斯卡, P·D·帕特爾 申請(qǐng)人:美國(guó)電話電報(bào)公司