<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION 320, Park Avenue, 22, New York, N. Y.
Etats-Unis d'Amérique
CABLE A FIBRES OPTIQUES La présente invention revendique la priorité d'une demande- de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 28 octobre 1982 sous le NI 437,391 groupe 254 au nom de : John Carswell SMITH
<Desc/Clms Page number 2>
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un câble à fibre optique. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un câble à fibre optique du type ayant un élément central résistant et une ou plusieurs fibres optiques déposées hélicoldalement autour de l'élément central résistant de manière à être protégées.
Arrière-plan de l'invention
Les fibres optiques sont devenues un moyen intéressant de transmission de l'information du fait de leur grande capacité de largeur de bande et de leurs dimensions physiques et de leur poids réduits par rapport aux conducteurs électriques métalliques. Un certain nombre de caractéristiques des fibres optiques dont leur prédisposition à la cassure et leurs pertes de flexibilité et de résistance posent ds sérieux problèmes pour leur utilisation. De ce fait, il est nécessaire de trouver des moyens convenables pour protéger les fibres.
Une façon d'aborder les problèmes mentionnés cidessus consiste à partir de plusieurs fibres optiques et de les organiser en rangs linéaires dans des structures sous forme de rubans. Cette approche est décrite en détail dans le brevet des Etats-Unis NI 4.129. 468, publié le 12 décembre 1978.
Les exigeances imposées à de tels rubans de fibres optiques comportent la nécessité de pourvoir à un dénudage mécanique facilitant la réalisation des extrémités et des ligatures du câble, le besoin d'avoir de petites dimensions, la nécessité d'une résistance à la cassure lorsque soumis à des forces de
<Desc/Clms Page number 3>
traction, la nécessité d'identification individuelle des fibres dans le ruban et la nécessité de protéger le ruban des forces de distorsion qui peuvent provoquer la détérioration du signal optique.
Après avoir formé ces rubans, ils sont utilisés pour former des câbles optiques. Il a été affirmé que les rubans fournissent une protection adéquate pour les fibres optiques lorsqu'elles sont utilisées pour la transmission de l'information. Divers procédés pour fabriquer un tel câble optique sont décrits dans les brevets des Etats-Unis Nos 3.937. 559 ; 4.110. 001 ; 4.138. 193 et 4.146. 302. Comme il apparait dans chacun de ces brevets, il est nécessaire de former chaque fois une structure en forme de ruban avant l'opération de câblage. En effet, il est spécialement établi dans chacun de ces brevets que former une structure en forme de ruban réduit le risque de dommages infligés aux fibres optiques durant l'opération de câblage. L'inconvénient d'une telle exigence est particulièrement significatif lorsque l'on veut un câble n'ayant que peu de fibres.
C'est une procédure exagérément onéreuse de produire d'abord des rubans et puis de faire un câble pour porter le ruban. Le câblage des rubans de fibres optiques est une procédure compliquée et coûteuse, même après que les rubans soient assemblés. Câbler ces rubans exige l'utilisation de câbleuses planétaires au moins pour la déposition d'éléments résistants dans la gaine extrudée requise. Un tel équipement est onéreux et, de ce fait, contribue de façon significative au coût total de l'opération de câblage.
Il a été proposé d'éviter l'exigeance d'un procédé de câblage multi-pas en incorporant une ou plusieurs fibres optiques dans un câble lors de la formation de celui-ci. De telles procédures sont décrites dans les brevets des Etats-Unis Nos 4.155. 963,4. 154.049, et 4.205. 899. Ces brevets révèlent
<Desc/Clms Page number 4>
l'extrusion d'un élément central profilé ayant des rainures dans lesquelles des fibres optiques sont déposées, suivie par la fermeture des rainures, enfermant ainsi la fibre dans une chambre s'étendant longitudinalement. Le brevet des EtatsUnis ? 4.199. 224 est similaire et rajoute un élément central résistant séparé.
Ces méthodes permettent aux fibres optiques d'être déposées dans les canaux ouverts lors de la fabrication du câble, éliminant ainsi la nécessité de fabriquer d'abord un ruban de fibre optique. Les méthodes révèlées dans ces brevets exigent une machinerie coûteuse et un grand emplacement au sol pour câbler des fibres optiques. Le résultat des dépenses liées aux machines et à l'emplacement au sol qui leur est dédié en font des techniques de câblage coûteuses.
Une autre approche pour câbler des fibres optiques est réglée dans le brevet des Etats-Unis 4.153. 332 publié le 8 mai 1979. Ce brevet explique qu'un câble peut être formé en bobinant des éléments unitaires ayant une gaine adhérant à un noyau support. Lorsque cette structure est tendue sur un mandrin ayant un faible rayon de courbure, l'élément unitaire est comprimé dans la partie interne face au mandrin et est étiré dans la partie externe. Ceci se produit parce que la friction, entre l'élément et le noyau autour duquel il est enroulé, empêche l'élément de glisser de façon significative par rapport au noyau. La ou les fibres optiques contenues dans l'élément unitaire sont soumises à des forces de compression et de tension. Pour surmonter cet inconvénient, il est recommandé que les fibres soient centrées dans une gaine tubulaire.
Ce brevet révèle que, dans l'état actuel des connaissances, aucun procédé n'est connu pour produire des éléments de fibre optique unitaire qui permette un centrage parfait de la fibre optique par rapport à la gaine. Ceci est particulièrement vrai lorsque la gaine a un diamètre beaucoup plus grand que celui de la fibre. Quand la fibre n'est pas centrée,
<Desc/Clms Page number 5>
il est bien connu, par expérience, que la force de tension ou de compression sur la fibre, lorsque l'élément unitaire est soumis à la flexion, est proportionnelle à la distance de la fibre optique à l'axe neutre de l'élément unitaire et inversement proportionnelle au rayon de courbure de l'élément.
Pour compenser ceci, les fibres seront plus longues que la longueur de la gaine enveloppante correspondante soit en bobinant les fibres autour d'un noyau central dans la gaine, soit en imposant une courbure hélicoïdale aux fibres et en les déposant librement dans la gaine. Le brevet affirme par la suite que pourvoir une gaine tubulaire, dans laquelle la fibre optique est insérée, produit une structure protectrice qui protège la surface de la fibre contre des forces de compression radiales et contre le contact avec des substances corrosives.
Une autre approche qui a été proposée pour fournir une structure de câble protectrice pour des fibres optiques est révélée dans le brevet des Etats-Unis NO 4.235. 511 publié le 25 novembre 1980. Ce brevet décrit une technique de câblage dans laquelle un élément central résistant est entouré d'éléments définissant des chambres parcourant l'élément central sur sa longueur et qui sont recouvertes dans le but d'enfermer une fibre optique déposée dans la chambre. Le brevet révèle une bande de raccord plissée enroulée hélicoldalement autour de l'élément central résistant pour la formation des chambres.
Tous les câbles décrits ci-dessus souffrent d'un ou de plusieurs problèmes concernant les dépenses élévées pour la fabrication du câble, la prédisposition des fibres à la cassure lors des opérations de câblage ou de déposition du câble et les faibles caractéristiques de transmission optique.
Résumé de l'invention
La présente invention se rapporte à un câble à fibre optique ayant un élément central résistant pour pourvoir
<Desc/Clms Page number 6>
à des forces de tension importantes, une bande striée enroulée hélicoldalement ayant plusieurs rainures longitudinales et plusieurs fibres optiques déposées dans les rainures longitudinales. Une couche extérieure est pourvue pour maintenir les fibres en place. La profondeur des rainures et suffisante pour recevoir une ou plusieurs fibres optiques qui peuvent être enrobées pour protection. Au cas où l'on désire un câble avec un grand nombre de fibres, il est possible de combiner plusieurs unités de câble pour former un câble composite.
Description succincte des dessins
Figure 1 est une vue en coupe transversale d'une unité de câble à fibre optique réalisée suivant l'invention.
Figure 2 est une perspective partiellement dénudée montrant la structure de l'unité de câble.
Figure 3 est une coupe transversale d'un câble composite contenant plusieurs unités de câble à fibre optique.
Description détaillée de l'invention
Référence faite aux dessins, les figures 1 et 2 révèlent un câble 1. Le câble 1 est formé d'un noyau comprenant un élément résistant central 11 entouré d'une couche isolante ou d'amortissement 13. Une bande striée de nervures 15 est enroulée hélicoldalement autour du noyau de façon à ce que des rainures hélicoïdales 17 soient formées.
La largeur et la longueur de déposition de la bande striée 15 sont telles que les crêtes longitudinales se recouvrent et que les rainures des couches hélicoïdales successives s'emboîtent dans une région de recouvrement 19. De cette manière, la bande striée 15 est fermement maintenue en place sur toute la longueur de la structure de câble. Les rainures 17 contiennent une ou plusieurs fibres optiques 21 et sont de profondeur suffisante pour que les fibres optiques y soient contenues librement sans qu'aucune partie de la fibre ne s'étende radialement au dessus de la crête extrême de la rainure.
<Desc/Clms Page number 7>
Un film formant une barrière de chaleur 23 peut être pourvu autour de la bande striée 15 pour servir à de multiples fonctions de protection de la structure du câble pour de courtes expositions à des hautes températures et pour empêcher les fibres optiques de se déplacer hors de leurs rainures respectives.
Un composé de remplissage 101 peut être mis dans certaines ou toutes les rainures 17 et, au besoin, peut être mis entre l'élément résistant et la bande striée.
L'élément résistant 11 est de préférence un matériau ayant une forte résistance à la traction tel qu'un fil d'acier solide ou un fil d'acier torsadé. Cependant, n'importe quel matériau ayant une forte résistance à la traction tel qu'un fil en alliage solide, un fil en alliage torsadé, un fil de verre, un fil d'alumine, un fil d'aramide, un fil de graphite ou un fil de carbone peut convenir pour réaliser l'élément résistant axial. Dans certaines applications, on peut vouloir un câble qui soit relativement rigide, auquel cas des éléments résistants métalliques seront préférables ; alors que dans les applications où la flexibilité est recherchée, des fils plus flexibles seront préférables.
La couche d'isolation ou d'amortissement 13 est de préférence un polymère. Dans une autre réalisation, l'élément résistant peut être imprégné par le polymère.
Dans les polymères préférés on retrouve le polyéthylène et l'époxy.
La bande striée 15 peut être soit un polymère, telle qu'une bande de polyester, soit métallique, telle qu'une bande d'aluminium. Le matériau préféré pour la bande est le MYLAR.
Comme mentionné, les interstices entre la couche isolante 13, la bande striée 15 et la fibre 21 peuvent être remplies avec un composé de remplissage 101. Des exemples de composé de remplissage sont la gelée de pétrole ou du polypropylène amorphe. N'importe quel autre composé de remplissage
<Desc/Clms Page number 8>
convenable peut être utilisé. Par ailleurs, ces interstices peuvent rester non-remplies ou, au besoin, peuvent être remplies avec un fluide pressurisé. Au cas où un composé de remplissage est pourvu, le film servant de barrière de chaleur 23 appliqué sur les fibres optiques empêche en plus l'égouttement du composé de remplissage.
Un gainage 25 peut être utilisé comme protection supplémentaire et peut être une substance polymérique quelconque, le polyéthylène étant préféré. Au besoin, une bande métallique formant barrière à l'eau 27 peut être appliquée entre le film servant de barrière de chaleur 23 et le gainage 25 ou, par ailleurs, elle peut être appliquée sur le gainage
25. Au cas où la bande métallique formant barrière à l'eau 27 est appliquée sur le gainage 25, un gainage polymérique supplémentaire peut être appliqué sur la bande formant barrière à l'eau.
Comme indiqué, la largeur et la longueur de déposition de la bande striée 15 sont telles que chaque couche hélicoïdale recouvre partiellement la couche précédente. La figure la illustre une partie de la bande striée 15 pour laquelle la couche hélicoïdale successive 12a recouvre la couche formée précédemment 12b dans la région de recouvrement 19.
EMI8.1
Dans la figure la, trois rainures sont montrées en traits pointillés indiquant que ces rainures sont des rainures de recouvrement- pour la première couche d'enroulement 12b. Cet emboîtement positif des couches hélicoïdales successives empêche la bande de glisser par rapport aux couches hélicoïdales adjacentes.
Comme résultat, les fibres optiques 21 déposées dans les rainures sont maintenues dans une meilleure continuité hélicoïdale que celle qui serait obtenue si les rainures pouvaient se déplacer relativement l'une par rapport à l'autre.
Dans la figure 3, une structure de câble composite est illustrée dans laquelle trois unités de câble à fibre optique 1
<Desc/Clms Page number 9>
sont enfermées dans une simple gaine protectrice externe 49.
Les interstriées 48 peuvent être remplies avec un composé de remplissage 101 ou laissées vide au cas où un câble pressurisé est souhaité.
Bien que les principes de l'invention aient été décrits ci-dessus en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne constitue aucunement une limitation de la portée de l'invention.
<Desc / Clms Page number 1>
PATENT
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION 320, Park Avenue, 22, New York, N. Y.
United States of America
The present invention claims priority from a patent application filed in the United States of America on October 28, 1982 under NI 437,391 group 254 in the name of: John Carswell SMITH
<Desc / Clms Page number 2>
Field of the invention
The present invention relates to a fiber optic cable. More particularly, the present invention relates to a fiber optic cable of the type having a resistant central element and one or more optical fibers deposited helically around the resistant central element so as to be protected.
Invention background
Optical fibers have become an interesting means of transmitting information because of their large bandwidth capacity and their physical dimensions and their reduced weight compared to metallic electrical conductors. A certain number of characteristics of optical fibers including their predisposition to breakage and their loss of flexibility and resistance pose serious problems for their use. Therefore, it is necessary to find suitable means to protect the fibers.
One way of tackling the problems mentioned above is to start from several optical fibers and organize them in linear rows in structures in the form of ribbons. This approach is described in detail in US patent NI 4,129. 468, published December 12, 1978.
The requirements imposed on such ribbons of optical fibers include the need to provide for mechanical stripping facilitating the realization of the ends and ligatures of the cable, the need to have small dimensions, the need for resistance to breakage when subjected to forces of
<Desc / Clms Page number 3>
tensile strength, the need for individual identification of the fibers in the ribbon and the need to protect the ribbon from distortion forces which can cause deterioration of the optical signal.
After forming these ribbons, they are used to form optical cables. It has been argued that ribbons provide adequate protection for optical fibers when used for the transmission of information. Various methods for manufacturing such an optical cable are described in US Pat. Nos. 3,937. 559; 4.110. 001; 4.138. 193 and 4.146. 302. As it appears in each of these patents, it is necessary each time to form a ribbon-shaped structure before the wiring operation. Indeed, it is specially established in each of these patents that forming a ribbon-like structure reduces the risk of damage to the optical fibers during the wiring operation. The disadvantage of such a requirement is particularly significant when one wants a cable having only few fibers.
It is an overly expensive procedure to produce ribbons first and then make a cable to carry the ribbon. Wiring optical fiber ribbons is a complicated and expensive procedure, even after the ribbons are assembled. Wiring these ribbons requires the use of planetary stranding machines at least for the deposition of resistant elements in the required extruded sheath. Such equipment is expensive and, therefore, contributes significantly to the total cost of the wiring operation.
It has been proposed to avoid the requirement of a multi-step cabling process by incorporating one or more optical fibers into a cable during the formation thereof. Such procedures are described in US Patents Nos. 4,155. 963.4. 154.049, and 4.205. 899. These patents reveal
<Desc / Clms Page number 4>
extruding a profiled central member having grooves in which optical fibers are deposited, followed by closing the grooves, thereby enclosing the fiber in a chamber extending longitudinally. The patent of the United States? 4.199. 224 is similar and adds a separate resistant central element.
These methods allow the optical fibers to be deposited in the open channels during the manufacture of the cable, thereby eliminating the need to first manufacture an optical fiber ribbon. The methods disclosed in these patents require expensive machinery and a large floor space to wire optical fibers. The result of the expenses linked to the machines and the dedicated floor space make them expensive cabling techniques.
Another approach for cabling optical fibers is set out in US Patent 4,153. 332 published May 8, 1979. This patent explains that a cable can be formed by winding unit elements having a sheath adhering to a support core. When this structure is stretched over a mandrel having a small radius of curvature, the unitary element is compressed in the internal part facing the mandrel and is stretched in the external part. This occurs because the friction between the element and the core around which it is wrapped prevents the element from sliding significantly in relation to the core. The optical fiber or fibers contained in the unitary element are subjected to compression and tension forces. To overcome this drawback, it is recommended that the fibers are centered in a tubular sheath.
This patent reveals that, in the current state of knowledge, no method is known for producing unitary optical fiber elements which allow perfect centering of the optical fiber relative to the sheath. This is especially true when the sheath has a much larger diameter than that of the fiber. When the fiber is not centered,
<Desc / Clms Page number 5>
it is well known, from experience, that the tensile or compressive force on the fiber, when the unitary element is subjected to bending, is proportional to the distance of the optical fiber from the neutral axis of the unitary element and inversely proportional to the radius of curvature of the element.
To compensate for this, the fibers will be longer than the length of the corresponding enveloping sheath either by winding the fibers around a central core in the sheath, or by imposing a helical curvature on the fibers and by depositing them freely in the sheath. The patent further states that providing a tubular sheath, into which the optical fiber is inserted, produces a protective structure which protects the surface of the fiber against radial compressive forces and against contact with corrosive substances.
Another approach which has been proposed to provide a protective cable structure for optical fibers is disclosed in US Patent No. 4,235. 511 published November 25, 1980. This patent describes a wiring technique in which a resistant central element is surrounded by elements defining chambers running along the central element over its length and which are covered in order to enclose a deposited optical fiber in the bedroom. The patent discloses a pleated connecting strip wound helically around the resistant central element for the formation of the chambers.
All the cables described above suffer from one or more problems relating to the high costs for manufacturing the cable, the predisposition of the fibers to breakage during the operations of wiring or depositing the cable and the poor optical transmission characteristics.
Summary of the invention
The present invention relates to a fiber optic cable having a resistant central element for providing
<Desc / Clms Page number 6>
at high tension forces, a helically-wound ribbed strip having several longitudinal grooves and several optical fibers deposited in the longitudinal grooves. An outer layer is provided to hold the fibers in place. The depth of the grooves is sufficient to receive one or more optical fibers which can be coated for protection. If a cable with a large number of fibers is desired, it is possible to combine several cable units to form a composite cable.
Brief description of the drawings
Figure 1 is a cross-sectional view of a fiber optic cable unit produced according to the invention.
Figure 2 is a partially stripped perspective showing the structure of the cable unit.
Figure 3 is a cross section of a composite cable containing several units of fiber optic cable.
Detailed description of the invention
With reference to the drawings, FIGS. 1 and 2 reveal a cable 1. The cable 1 is formed of a core comprising a central resistant element 11 surrounded by an insulating or damping layer 13. A stripe striped with ribs 15 is wound helically around the core so that helical grooves 17 are formed.
The width and the deposition length of the striated strip 15 are such that the longitudinal ridges overlap and the grooves of the successive helical layers fit into an overlap region 19. In this way, the striated strip 15 is firmly held in place. place over the entire length of the cable structure. The grooves 17 contain one or more optical fibers 21 and are of sufficient depth so that the optical fibers are contained therein freely without any part of the fiber extending radially above the extreme crest of the groove.
<Desc / Clms Page number 7>
A heat barrier film 23 can be provided around the ribbed strip 15 to serve multiple functions of protecting the structure of the cable for short exposures to high temperatures and to prevent the optical fibers from moving out of their respective grooves.
A filling compound 101 can be put in some or all of the grooves 17 and, if necessary, can be put between the resistant element and the ridged strip.
The resistant element 11 is preferably a material having a high tensile strength such as a solid steel wire or a twisted steel wire. However, any material having high tensile strength such as solid alloy wire, twisted alloy wire, glass wire, alumina wire, aramid wire, graphite wire or a carbon thread may be suitable for producing the axial resistant element. In certain applications, one may want a cable which is relatively rigid, in which case metallic resistant elements will be preferable; whereas in applications where flexibility is sought, more flexible wires will be preferable.
The insulation or damping layer 13 is preferably a polymer. In another embodiment, the resistant element can be impregnated with the polymer.
In the preferred polymers we find polyethylene and epoxy.
The striped strip 15 can be either a polymer, such as a polyester strip, or metallic, such as an aluminum strip. The preferred material for the strip is MYLAR.
As mentioned, the gaps between the insulating layer 13, the ribbed strip 15 and the fiber 21 can be filled with a filling compound 101. Examples of filling compound are petroleum jelly or amorphous polypropylene. Any other filler
<Desc / Clms Page number 8>
suitable can be used. Furthermore, these interstices can remain unfilled or, if necessary, can be filled with a pressurized fluid. If a filling compound is provided, the film serving as a heat barrier 23 applied to the optical fibers additionally prevents the filling compound from dripping.
A cladding can be used as additional protection and can be any polymeric substance, polyethylene being preferred. If necessary, a metal strip forming a water barrier 27 can be applied between the film serving as a heat barrier 23 and the cladding 25 or, moreover, it can be applied to the cladding
25. In the case where the metal strip forming a water barrier 27 is applied to the covering 25, an additional polymeric covering may be applied to the strip forming a water barrier.
As indicated, the width and the length of deposition of the striated strip 15 are such that each helical layer partially covers the previous layer. FIG. 1a illustrates a part of the striated strip 15 for which the successive helical layer 12a covers the previously formed layer 12b in the covering region 19.
EMI8.1
In Figure la, three grooves are shown in dotted lines indicating that these grooves are overlapping grooves for the first winding layer 12b. This positive interlocking of the successive helical layers prevents the strip from sliding relative to the adjacent helical layers.
As a result, the optical fibers 21 deposited in the grooves are maintained in better helical continuity than that which would be obtained if the grooves could move relatively relative to one another.
In Figure 3, a composite cable structure is illustrated in which three fiber optic cable units 1
<Desc / Clms Page number 9>
are enclosed in a simple external protective sheath 49.
The interstria 48 can be filled with a filling compound 101 or left empty in case a pressurized cable is desired.
Although the principles of the invention have been described above with reference to specific examples, it is understood that this description is made only by way of example and does not constitute in any way a limitation of the scope of the invention .