CN1011087B

CN1011087B - 光纤单元

Info

Publication number: CN1011087B
Application number: CN88100432A
Authority: CN
Inventors: 西村阳; 小笠原一郎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1988-01-23
Publication date: 1991-01-02
Also published as: AU603858B2; CA1313070C; US4826279A; EP0276762A1; CN88100432A; DE3875254T2; GR3006086T3; EP0276762B1; DE3875254D1; JPH0754367B2; JPS63182619A; AU1073988A

Abstract

用于构成光通信网络中高密度光缆的光纤单元，该单元包括一个芯体—沿其中心轴线伸展着一绞合抗拉加强构件，在其外表面刻有螺旋形细槽；还包括置于芯体的螺旋形槽中的带状光纤，而且所述绞合构件的扭曲方向与所述槽的盘旋方向相反。这样，当芯体受拉时，在抗拉加强构件中产生的角动量与螺旋形槽间形成的凸缘中产生的角动量恰好大小相等方向相反，从而使整个芯体的角动量基本为零，因此，可在制造期间对光纤中产生的残余应变进行高精度控制。

Description

本发明涉及在光通信网络中构成高密度光缆的光纤单元，更具体地说，涉及下述光纤单元的结构，即，该单元包括一个芯体-沿其轴线伸展着一绞合的抗拉加强构件而其外表面有若干螺旋形槽;还包括置于所述芯体的螺旋形槽中的若干带状光纤，而且在其制造期间所产生的光纤残余应变可受到高度精密的控制。

人们对这种类型的光纤单元的结构已进行了各种探索，然而，还未研究出一种适于对制造这种光纤单元期间在光纤中产生的残余应变进行精确控制的光纤单位的结构。

就上述光纤单元的制造而言，在将包括呈带状的多心光纤（下文可称其为带状光纤）的若干带状光纤组件插入成形于所述芯体外表面上的螺旋形槽中期间，通常要对所述芯体施加一个预定的拉力，以保持后者一直地，即稳定地将所述芯体送到插入点。当芯体以这种方式受拉时，则在所述绞合的抗拉加强构件中环绕所述芯体的中心轴产生角动量（angular moment），而所述芯体的螺旋形槽间所形成的凸缘在此情况下其螺距被增大。但就传统的光纤单元而言，未采取任何对付这些角动量的措施。因此，传统的光纤单元易受到由上述拉力引起的芯体扭绞从而导致所述螺旋形槽的螺距变化。

也就是说，由于所述芯体的扭绞使所述螺旋形槽的螺距P变成P′值时，该螺旋线的长度按下列方程（1）变化：

通常，在将所述带状光纤插入所述芯体的螺旋形槽时，供给用于输送所述芯体的拉力Ts和为使所述带状光纤进入所述螺旋形槽而供给的拉力Tt均由下列表达式（2）来确定，因此，如果所述光纤单元不受所述拉力的话，则带状光纤的残余伸长应变是足够小的：

式中Es和Ss分别为等效弹性模量和芯体的截面积，以及Et和St分别为等效弹性模量和每条带状光纤的截面积。然而，如果在将带状光纤插入所述芯体的螺旋形槽时芯体被扭绞时，则带状光纤的实际残余应变ε为：

也就是说，要精确地控制该残余应变是困难的。

现根据本发明光纤单元的构造已排除了由传统的光纤单元所带来的上述种种困难，该构造包括：这样一个芯体，它有一沿其中心轴线延伸的绞合抗拉加强构件并在其外表面形成若干螺旋形槽;以及插入在所述螺旋形槽中的若干带状光纤，就后者说来，根据本发明所述抗拉加强构件的扭曲方向是与所述螺旋形槽的盘旋方向相反的。所述抗拉加强构件的扭绞节距（twist pitch）Pc和在所述螺旋形槽之间所构成的凸缘的螺距P_R间的关系满足如下表达式：

(P_R)/(P_C) = (a_R)/(a_C) (tanθ)/(tanφ)

(sinθ)/(sinφ) = (n_R ²a_RE_RS_R)/(n_C ²a_CE_CS_C)

其中Ec是所述抗拉构件沿纵向的杨氏模量，Sc是构成所述抗拉加强构件的每个元件的截面积，a_c和P_c分别为抗拉加强构件的扭曲半径和扭绞节距，n_c是构成抗拉加强构件的元件数，E_R为每个凸缘的杨氏模量，a_R为芯体的中心轴线和每个凸缘的中心之间的距离，S_R为每个凸缘的截面积，而P_R和n_R分别为所述凸缘的螺距和凸缘的数目。

现对附图简述如下：

图1是表示根据本发明的一个光纤单元中一个芯体结构的透视图;

图2是一个表示用根据本发明的光纤单元构成的光缆结构截面图;和

图3是一个表明根据本发明光纤单元中所述总体各部分的解释图。

根据本发明的光纤单元的结构是这样的，以致当拉紧所述芯体时，在所述抗拉加强构件中所产生的角动量和在螺旋形槽间形成的凸缘上所产生的角动量，是大小相等而方向相反的。因此，这两个角动量互相抵消，从而使整个芯体的角动量基本为零。

现将说明：在根据本发明的光纤单元中，使整个芯体的角动量达到零的条件。

诸附图中，标号1表示抗拉加强构件;标号2表示借助挤压模塑法形成的构件;标号3表示螺旋形槽;标号4表示带状光纤;5表示护套;6表示形成抗拉加强构件的单个元件;7表示凸缘;8标示各凸缘的中心。在上述例子中，所述总体包括沿中心轴线延伸的抗拉加强构件1和在该抗拉加强构件1周围借助挤压成型构件2。

施加到所述芯体的拉力F可由下列方程表示：

F＝F_c+F_p……（4）

其中F_c为由抗拉加强构件1所产生的拉力，而F_p为由挤压成型构件2产生的拉力。

F_c和F_p可由下列方程（5）表示：

式中E_c为抗拉加强构件沿纵向的杨氏模量，S_c为构成抗拉加强构件的各元件的截面积，E_R为挤压成型构件2的杨氏模量，和S_p是挤压成型构件2的截面积。

当将拉力F_c施加于抗拉加强构件1时，则围绕所述抗拉加强构件的中心轴，（即所述芯体的中心轴）所产生的角动量可用下列

方程（6）来表示：

｜ M_c｜＝n_ca_cF_csinθ

tanθ= (2πa_C)/(P_C) ……（6）

式中a_c是抗拉加强构件1的扭曲半径，P_c为构件1的扭绞节距，n_c是构件1的绞合元件的数目。

当拉力F_p施加到挤压成型件2时，则由各凸缘7产生一个围绕芯体中心轴线的角动量。由凸缘7产生的这个拉力为：

F_R= (n_RS_R)/(S_P) F_P……（7）

式中S_R为每个凸缘的截面积。因此，在n_R条凸缘上所产生的角动量之和为：

｜ M_R｜＝n_R ²a_R(S_R)/(S_P) F_Psinφ

tanθ= (2πa_C)/(P_R) ……（8）

式中a_R是所述芯体的中心轴线和每个凸缘的中心8之间的距离。

当动量M_c和M_R彼此大小相等并方向相反时，整个芯体的角动量便为零。根据方程（5），（6）和（8），使角动量为零的两条件如下：

(PR)/(PC) = (aR)/(aC) (tanθ)/(tanφ)

(sinθ)/(sinφ) = (n_R ²a_RE_RS_R)/(n_C ²a_CE_CS_C) ……（9）

申请人曾将制成的以下标为1号芯体的本发明的一个具体例子，同以下标为2号芯体的传统结构作了比较。就芯体1号而言，所述抗拉加强构件的扭曲方向与所述螺旋形槽的盘旋方向相反。就2号芯体来说，所述抗拉加强构件的扭曲方向与所述螺旋形槽的盘旋方向相同。所述1号芯体和2号芯体的其他结构数据如下表所示：

表1

1号芯体 2号芯体

外径 10.5mmφ 10.5mmφ

槽数 6 6

挤压成型 HDPE HDPE

构件的材料

挤压成型构件 45Kg/mm²45Kg/mm²

的杨氏模量

槽的尺寸 2mm宽×2mm深 2mm宽×2mm深

槽的螺旋线间隔 300mm 300mm

槽的盘旋方向顺时针逆时针

抗拉加强构件的材料多股绞合钢线多股绞合钢线

抗拉加强构件的尺寸 7段10.7mmφ 7段10.7mmφ

抗拉加强构件 18000Kg/mm²18000Kg/mm²

的杨氏模量

抗拉加强构件 150mm 150mm

的扭绞节距

抗拉加强构件逆时针逆时针

的扭绞方向

将4条带状的五芯光纤置于所述1号芯体的螺旋形槽中，并将一条护带环绕在所述芯体上便构成一个光纤单元。用同样的方法借助2号芯体构成另一种光纤单元。

所述1号和2号芯体的等效弹性模量为830Kg/mm²，截面积为61.5mm²。这两种带状光纤的等效弹性模量为670Kg/mm²，截面积为0.65mm²。

当将所述带状光纤插入所述挤压成型构件的槽内时，施加到1号和2号芯体的拉力都是7Kg，而施加到带状光纤的拉力是100g，因此，带状光纤组件的残余应变大约为0.01%。

我们也曾从采用象上述那样1号和2号芯体制成的光纤单元中取出带状光纤。并对这样取出的带状光纤的残余应变进行过测量，该测量过程是用光学相位法（optical phase method）分别根据其各层位置对其长度进行监测。其测量结果如下列表2所示：

表2

带的位置 1号芯体 2号芯体

1 0.009% 0.023%

2 0.007% 0.020%

3 0.009% 0.021%

4 0.012% 0.024%

表2中，带的位置表示从最外层开始，带状光纤的分层次序。由表2可知，采用本发明的1号芯体，该光纤单元的带状光纤的残余应变大约为0.01%，而采用2号总体（其抗拉加强构件的扭曲方向与螺旋形槽的盘旋方向一致）所构成的光纤单元的带状光纤的残余应变大约在0.02%至0.03%的范围内。正如上面已述，根据本发明是这样设计所述芯体的：其包括通过对形成抗拉加强构件的诸元件进行股绞所构成的抗拉加强构件，和环绕该抗拉加强构件所构成的、其外壁具有螺旋形槽的挤压成型构件，以使抗拉加强构件的扭曲方向与螺旋形槽的盘旋方向相反，并选择使芯体角动量为零的抗拉加强构件的扭绞节距和在诸螺旋形槽间所形成的螺旋状凸缘的螺距。因此，在制造光纤单元的过程中，可高度精确地控制带状光纤的残余应变。

在制造根据本发明的光纤单元时，带状光纤的残余应变受到精确控制，以使残留在带状光纤中的伸长应变量小到（例如）0.02左右。因此，根据本发明的光纤单元的结构可解决下列诸问题：（1）当伸长应变残留在光缆的光纤中时，光纤是疲劳和退化的，即，它们的机械强度降低，（2）若伸长应变大，则在长期使用时，光纤便可能断裂，和（3）若光纤中残留着压缩应变，则可能降低传输性能。因此，采用本发明光纤单元的光缆是高度可靠的并保持长期稳定的传输特性。

Claims

1、一个光纤单元，包括一个芯体，该芯体具有沿其中心轴线延伸的一个抗拉加强构件，并在其外表面形成有若干螺旋形槽，还包括插入在所述螺旋形槽中的带状光纤；所述股绞的抗拉加强构件的扭曲方向与所述螺旋形槽的盘旋方向相反；其特征在于：

所述股绞的抗拉加强构件包含许多股绞元件，这些元件沿所述扭曲方向以扭绞节距P_C而股绞，以构成相对于所述中心轴线的角度0；所述螺旋形槽是由许多螺旋形凸缘所限定的，这些螺旋形凸缘以螺距P_R沿着所述盘旋方向以对所述中心轴线构成角度Φ而盘旋在所述芯体上；而且其中所述扭绞节距P_C和所述螺距P_R基本上满足下列方程：

(P_R)/(P_C) = (a_R)/(a_C) (tanθ)/(tanφ)

(sinθ)/(sinφ) = (n_R ²a_RE_RS_R)/(n_C ²a_CE_CS_C)

式中E_C是所述股绞的抗拉加强构件沿所述芯体纵向的杨氏模量，S_C是形成所述抗拉加强构件的每个股绞元件的截面积，a_C和P_C分别为所述抗拉加强构件的扭曲半径和所述扭绞节距，n_C为形成所述抗拉加强构件的绞合元件的数目，E_R是每个凸缘的杨氏模量，S_R是每个凸缘的截面积，a_R是所述芯体中心轴线与所述螺旋形凸缘的每个中心线间的距离，P_R和n_R分别为所述螺旋形凸缘的螺距和凸缘数。