CN100353199C - 信号传输线缆 - Google Patents

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Abstract

一种线缆(302)具有：8个纤(304)，其由具有大约1010微米直径的UV可固化层(306)封装；以及16个外纤(316)，其以圆形形式被设置在内纤(304)周围。光纤(304)借助于UV可固化层(306)而被保持在适当的位置以使层(306)的UV可固化材料不透入光纤(304)之间的间隙中，并且最外的光纤(304)被该层限制以不进行轴向移动。已发现，这样的设置提供了令人惊讶地好的弯曲特性，从而使该线缆特别适合于借助于吹送而进行管道中的安装。

Description

信号传输线缆
技术领域
本发明涉及一种信号传输线缆，更具体而言但不排他地涉及光纤信号传输线缆。
背景技术
光纤在传统情况下是通过以下而安装到地下管道中的：将牵引构件附着于线缆的一端，且该线缆被绞到管道中。结果，这样的线缆是大的的，且被大大加强，从而在安装期间保护相对脆弱的光纤元件不受损坏。
传统线缆通过首先制造子组件来构建，其包括从热塑性材料制造的管并且典型地包含十二个光纤元件。然后通过将许多这些管绕中心强度构件绞合而将它们组装在一起。绞合过程以及所述管相对于光纤元件所占用的空间较大的事实意味着当在安装期间线缆被弯曲时所有纤经历相同的应变，并且松散的管构造允许纤移动并且适应应变，从而导致最小的信号损失。
用于线缆安装的较近期的技术包含借助于压缩空气将线缆吹送到管道中，例如如在EP 0108590中所述。该吹送过程沿管道中线缆的整个长度来分配安装力，其结果是线缆前端处的安装力可被减小，并且所述加强的大部分可因此从线缆被去除。这提供了显著的优点，因为存在对线缆变得较为紧凑的日益增加的需要，这主要是由于城市网络被堵塞，并且在城市中提供新的地下管道是昂贵的并且包含实质性的破坏。
通过吹送来安装线缆包含使用作用于线缆的护套上的流体曳力以及通常由驱动辊或形成吹送设备一部分的履带推动装置(caterpillarpushing device)所产生的推力。在安装的初始阶段，存在被安装在所述管中的很少的线缆，因此与推动效应相比，流体曳力的效应是小的。随着较多的线缆被安装，从流体曳力得到的安装力变得较为显著。
因此理想的是被设计用于通过吹送来安装的线缆具有足够的刚度有助于初始推动需要。在从子组件构建的线缆的情况下，纤被松散地包含在子组件的外套中。由于单独的纤不受约束，因此它们不提供具有足够刚度的线缆，因此理想的是线缆使用中心强度构件来构建，典型地使用玻璃加强的聚合物来制造。强度构件足够硬，从而使其支配组件的刚度，并且由于其中心位置，确保了线缆不是倾向在一个方向上而不是在另一个方向上弯曲。
然而，中心强度构件的使用不理想地增加了线缆的尺寸。
对生产用于通过吹送而不使用中心强度构件来安装的线缆的尝试被公开于EP 0521710中，其描述了这样一种线缆，其中2、4或8个单独光纤处于触及接触并且被封装在典型为UV固化丙烯酸盐的外层中。UV固化丙烯酸盐中纤的封装导致单独的纤被限制相对于彼此而移动，并且线缆从此得到其刚度，从而消除了对中心强度构件的需要。然而，纤被锁在一起的事实意味着当所述组件被弯曲时，纤在线缆的外涂层上强加了应变。对于给定的弯曲半径，纤单元的直径越大，被施加于外表面的张应力越大。包含4或8个纤的光纤线缆被发现生成如此高的负载以至于经历已知为纤分叉(fibre breakout)的现象，并且其具有对线缆性能的有害效应。
EP 0521710公开了这样一种过程，其通过以下对具有2、4和8个纤的纤计数的线缆产生令人满意的结果：改变涂层设置以确保纤不叉出涂层，即使是对于包含8个纤的较大直径的线缆。然而，理想的是制造具有多于8个纤的线缆，但对制造这种线缆的尝试在克服纤分叉的问题上具有难度。对克服这种问题的尝试被公开于EP 0422764中，在其中提供了12个纤，这些纤通过以下被相对于彼此而精确地定位和锁定在适当的位置：首先通过将4个纤彼此边缘接合而将4个纤的组组装到带式子组件中，然后将3个这样的子组件放置在彼此的顶部上以形成基本构造，其然后被封装在外层中。
这种类型的紧凑带式线缆组件经历这样的缺陷，即在这样的线缆中带的表面是平滑的，因此带能够相对于彼此而自由滑动。另外，由于纤是以扁平设置被接合的，当线缆沿强加横向力矩于扁平带上的方向被弯曲时，所产生的力是大的，并且在两个外带之间能够自由滑动的中心带然后被迫使通过外丙烯酸盐涂层而分叉，从而产生微弯曲和不可接受的信号损失。
通过减小单独光纤的直径对克服该问题的尝试被公开于DE 4211489中。单独的纤被提供有25微米或以下的保护性外层，而不是通常应用的60微米涂层。由此将单独的纤的总直径减小了大约30％，这具有使组件减小并因此减小被强加于涂层上的应变的效应。然而，该设置是不方便的，因为大多数商业上可获得的纤具有相同的尺度，并且用于接合和终结纤的设备因此适合于这些标准尺度。此外，DE 4211489描述了这样一种设置，其中相邻纤带被偏移以减小组件的高度。这样的带构造产生了具有很高的在一个方向上弯曲的偏向的组件，因此不适合于被设计用于通过吹送而安装的线缆。
US 5787212公开了相等直径的7个纤的设置，其中6个纤彼此触及接触地以圆形型式并且绕中心纤而配置。当纤被涂有可通过UV辐射而固化的树脂时，触及的纤确保了树脂不进入纤之间的空间，这使UV光不充分穿透外纤并且不充分地固化位于纤之间的树脂的问题最小化。未固化的树脂具有破裂的潜在可能并且产生可损坏玻璃纤的试剂(agent)，从而不利地影响了其长期信号传输性能。
尽管US 5787212的设置具有很好的弯曲特性，由于它与无偏向弯曲特征完全平衡，并且被强加于纤上的应变由于触及接触而被部分分配到其它纤中，7个纤的组不在商业上被使用，这是因为纤几乎总是被成对展开并且理想的是制造具有适合于通过吹送来安装的较高纤计数的线缆。传统线缆几乎排他地包含12个或其倍数的纤。
发明内容
本发明的优选实施例设法克服现有技术的以上缺点。
依照本发明的一方面，提供了一种信号传输线缆，用于借助于通过压缩流体的吹送来安装到管道中，所述线缆包括第一信号传输部分，该部分包括多个伸长的挠性第一信号传输构件，其中第一信号传输构件被借助辐射而可固化的树脂材料的第一层包围以使仅最外的信号传输构件与所述第一层接触，并且所述第一信号传输构件被设置成形成至少三行，其中对于每个包含多个所述构件的所述行，所述构件被设置成使一行的相邻构件彼此触及接触，由面向第二所述行的第一所述行的相邻构件形成的每个凹陷容纳所述第二行的相应构件，并且所述第一层与第一信号传输部分的基本上所有面向外的表面触及接触。
通过提供仅最外信号传输构件与第一层接触并且由第一行的相邻构件形成的凹陷容纳第二行的构件的线缆，提供了以下优点：使光纤的相对运动能被限制以给予线缆足够的刚度，同时允许光纤相对于彼此的足够轴向滑动使当线缆被弯曲时对光纤的应力施加最小。
第一信号传输部分可包括12个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有2、3、4和3个信号传输构件的4行中。已发现，具有包含12个以这种方式被设置的第一信号传输构件的信号传输部分的线缆使具有令人惊讶的且格外好的弯曲特性的光纤线缆能被构建。
第一信号传输部分可包括18个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有2、4、5、4和3个信号传输构件的5行中。
第一信号传输部分可包括2 4个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有4、5、6、5和4个信号传输构件的5行中。
所述线缆可进一步包括第二信号传输部分，其包括绕所述第一层的外围被设置的多个伸长的挠性第二信号传输构件，其中所述第一层的外部尺度被设置成使每个所述第二信号传输构件与两个相邻的所述第二信号传输构件触及接触。
所述线缆可进一步包括第三信号传输部分，其包括在所述第二信号传输部分的外部而被设置的多个伸长的挠性第三信号传输构件。
第二信号传输构件可被嵌入在第二层中。
所述第一层可由借助于紫外辐射而固化的树脂材料形成。
线缆的外表面可被修改以便于借助流体流安装到管道中。
线缆可进一步包括最外层，其具有比与其相邻的层的外周边长的内周边以使能从线缆去除所述最外层。
依照本发明的另一个方面，提供了一种形成信号传输线缆的方法，该方法包括：设置多个伸长的挠性第一信号传输构件于至少三行中，其中，对于每个包含多个所述构件的所述行，所述构件被设置以便一行的相邻构件彼此触及接触，且由面向第二所述行的第一所述行的相邻构件形成的每个凹陷容纳所述第二行的相应构件；
由借助于辐射而可固化的树脂材料的第一层包围所述第一信号传输构件，以使仅最外信号传输层与所述第一层接触，因此所述第一层与第一信号传输部分的基本上所有面向外的表面触及接触；以及
借助于辐射固化所述第一层。
该方法还包括：绕所述第一层的外围设置多个伸长的挠性第二信号传输构件，以使每个所述第二信号传输构件与两个相邻的所述第二信号传输构件触及接触；以及
固定所述第二信号传输构件于适当位置；
固定所述第二信号传输构件于相对于所述第一层的适当位置。
固定所述第二信号传输构件于相对于所述第一层的适当位置的步骤可包括：将所述第二信号传输构件嵌入在第二层中。
附图说明
仅通过举例的方式而没有任何限制性意义，现在参考附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1是本发明的线缆未形成部分的示意性横截面视图；
图2是本发明的线缆未形成部分的示意性横截面视图；
图3是本发明的线缆未形成部分的示意性横截面视图；
图4是本发明的线缆未形成部分的示意性横截面视图；
图5是本发明一实施例的线缆的横截面视图；并且
图6所示为在温度的宽范围内图5的线缆的光学衰减特征。
具体实施方式
参考图1，包含8个光纤的光纤线缆2是通过以下来构建的：用UV可固化丙烯酸盐材料6来涂敷单个中心纤4以将经涂敷的纤4的外部直径从245微米的标准商用直径增加到320微米。320微米的直径是这样的：具有与中心纤4相同的构造并具有245微米的商业上可获得的直径的7个另外的光纤10可绕经涂敷的中心纤4的圆周而被设置，以使7个纤10的每个与经涂敷的较大直径的中心纤4及其两个相邻纤10触及接触。
该组件然后被涂以UV可固化的丙烯酸盐材料的外层12，所述材料在低压下以液体形式被应用。由于7个外纤10与经涂敷的中心纤4及其2个相应的近邻10接触，没有一个外纤10可在涂敷过程中移动，其结果是外层12的丙烯酸盐材料不透入经涂敷的中心纤4和外纤10之间的间隙。这提供了以下优点：避免了组件中的间隙14中的不充分固化的材料，否则其可对线缆的光学性能具有有害效应。
图1中所示的设置亦具有优于EP 0521710的设置的优点：7个外纤10的外部直径是800微米，而现有技术是914微米。这使所完成的线缆能较小，并且使所完成的线缆的涂层包含比现有技术少的丙烯酸涂敷材料12，丙烯酸涂敷材料12通常是很贵的。此外，组件的外部直径越小，当线缆2被弯曲时所施加给外涂层12的应变越低。还有，由于外纤10的圆形设置，组件没有偏向的弯曲特性，这在通过流体曳力进行管道中的安装的过程中使线缆的性能最优。
参考图2，其中与图1的设置共有的部分由相同的参考数字来表示但被增加100，线缆102是通过以下而产生的：绕已被涂有丙烯酸盐材料106的2个内纤104来设置10个纤110以提供547微米的外部直径。每个外纤110因此与内层106和两个相邻的外纤110触及接触，其结果是形成外层112的UV可固化丙烯酸盐不向着外纤110的内部而透入间隙114中。
图3示出另一种设置，其中与图1的设置共有的部分由相同的参考数字来表示但被增加200。线缆202具有在构造上与图1的线缆2相同的芯203，芯203具有大约1010微米外部直径的外涂层212。这使16个外光纤216能在芯203的外部被设置，从而使每个外纤216与其两个相邻的纤216接触。整个组件然后被提供了合适丙烯酸涂层的外涂层218以将外纤216保持在适当的位置。
已发现，随着纤层数的增加，所述组件的刚度变得不理想地高，其结果是通过迫使线缆绕过弯曲而产生的大摩擦阻碍了通过流体曳力对线缆的安装。此外，随着线缆直径的增加，发生纤分叉的问题。这个问题是通过以下来缓解的：将图3的设置的外丙烯酸层218替换成薄的挠性轻型护套，其允许外纤216相对于彼此而移动。可替换的是，有可能将外纤216封装在外层218中并允许内纤210相对于彼此而移动。组件的刚度亦可通过选择合适等级的丙烯酸树脂来调节。
图4示出另一种设置，其中与图3的设置共有的部分由相同的参考数字来表示但被增加100。线缆302具有：8个纤304，其由具有大约1010微米直径的UV可固化层306封装；以及16个外纤316，其以圆形形式被设置在内纤304周围，这类似于图3的外部纤216的方式。
在图4中所示的设置中，光纤304借助于UV可固化层306而被保持在适当的位置以使层306的UV可固化材料不透入光纤304之间的间隙中，并且最外的光纤304被该层限制以不进行轴向移动。已发现，这样的设置提供了令人惊讶地好的弯曲特性，从而使该线缆特别适合于借助于吹送而进行的管中的安装。
在12个纤如图5中所示而被设置的情况下获得了格外好的弯曲特性，图5中与图4的设置共有的部分由相同的参考数字来表示但被增加100。图5的线缆是以与图4的线缆相同的方式被构建的，但图5实施例的内纤404被设置在分别具有2、3、4和3个纤的行中。发现该线缆具有在12个纤的线缆中先前不可实现的弯曲特性。例如，图5的线缆满足在EP 0521710中提出的弯曲性能需要，尽管该测试主要被设计用于仅包含4或8个纤的线缆。亦对如在图5的实施例中构建但包含被设置在2、4、5、4和3个纤的行中的18个纤404以及被设置在4、5、6、5和4个纤的行中的24个纤404的线缆实现了有利的弯曲特性。
现在参考图6，与图5实施例的线缆关联的宽温度范围内的信号损失被示出。不同的曲线示出了图5的线缆的各个纤404中的信号衰减。可看出，该线缆可抵抗对宽温度范围的暴露。这是令人惊讶的结果。结合了聚乙烯外层的如在EP0157610中描述的现有技术线缆显示了大约B20℃以下的差的光学性能。这通常是归因于在该温度左右聚乙烯的相变，为此聚乙烯在正常情况下不被选择用于对光纤元件的紧密装套(tight jacketing)。
本领域的技术人员将理解，仅仅为了举例而没有任何限制性意义而描述了以上实施例，并且如所附权利要求限定的本发明的范围内的各种改变和修改是可能的。

Claims (13)

1.一种信号传输线缆，用于借助于通过压缩流体的吹送来安装到管道中，所述线缆包括第一信号传输部分，该部分包括多个伸长的挠性第一信号传输构件，其中第一信号传输构件被借助于辐射而可固化的树脂材料的第一层包围以使仅最外的信号传输构件与所述第一层接触，并且所述第一信号传输构件被设置成形成至少三行，其中对于每个包含多个所述构件的所述行，所述构件被设置以便一行的相邻构件彼此触及接触，由面向第二所述行的第一所述行的相邻构件形成的每个凹陷容纳所述第二行的相应构件，并且所述第一层与第一信号传输部分的基本上所有面向外的表面触及接触。
2.根据权利要求1的线缆，其中第一信号传输部分包括12个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有2、3、4和3个信号传输构件的4行中。
3.根据权利要求1的线缆，其中第一信号传输部分包括18个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有2、4、5、4和3个信号传输构件的5行中。
4.根据权利要求1的线缆，其中第一信号传输部分包括24个所述第一信号传输构件，其被设置在分别具有4、5、6、5和4个信号传输构件的5行中。
5.根据上述权利要求的任何一项的线缆，其中所述第一层由借助于紫外辐射而固化的树脂材料形成。
6.根据权利要求1的线缆，进一步包括第二信号传输部分，其包括绕所述第一层的外围被设置的多个伸长的挠性第二信号传输构件，其中所述第一层的所述外部尺度被设置成使每个所述第二信号传输构件与两个相邻的所述第二信号传输构件触及接触。
7.根据权利要求6的线缆，进一步包括第三信号传输部分，其包括在所述第二信号传输部分的外部被设置的多个伸长的挠性第三信号传输构件。
8.根据权利要求6的线缆，其中所述第二信号传输构件被嵌入在第二层中。
9.根据权利要求1的线缆，其中线缆的外表面被修改以便于借助流体流安装到管道中。
10.根据权利要求1的线缆，进一步包括最外层，其具有比与其相邻的层的外周边长的内周边以使能从线缆去除所述最外层。
11.一种形成信号传输线缆的方法，该方法包括：
设置多个伸长的挠性第一信号传输构件于至少三行中，其中，对于每个包含多个所述构件的所述行，所述构件被设置以便一行的相邻构件彼此触及接触，且由面向第二所述行的第一所述行的相邻构件形成的每个凹陷容纳所述第二行的相应构件；
由借助于辐射而可固化的树脂材料的第一层包围所述第一信号传输构件，以使仅最外信号传输层与所述第一层接触，且所述第一层与第一信号传输部分的基本上所有面向外的表面触及接触；以及
借助于辐射固化所述第一层。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括：
绕所述第一层的外围设置多个伸长的挠性第二信号传输构件，以使每个所述第二信号传输构件与两个相邻的所述第二信号传输构件触及接触；以及
固定所述第二信号传输构件于相对于所述第一层的适当位置。
13.根据权利要求12的方法，其中固定所述第二信号传输构件于相对于所述第一层的适当位置的步骤包括：将所述第二信号传输构件嵌入在第二层中。
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