CN104317023B - 光纤缆线 - Google Patents

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Abstract

本发明的缆线具有减小的自由空间、减小的管径以及减小的强度部件直径。所述缆线经设计以通过例如GR‑20等稳健性测试，同时使用较小量的原材料来生产。

Description

光纤缆线
本申请是申请号为201080038860.4、申请日为2010年7月26日并且于2012年2月29日进入中国国家阶段的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光学缆线，所述光学缆线具有降低的材料成本，同时维持所要的性能特征。
背景技术
光纤缆线利用光纤来传输信号，例如话音、视频和/或数据信息。在光纤缆线受力的情况下，光纤可张紧，且可能导致所传输的光的衰减。行业标准解决了对光纤缆线的一般机械和光学性能要求，以确保衰减损耗在可接受范围内。一种此类标准是“对光纤的一般要求”及“光纤标准GR-20”。一种确保符合GR-20和其它标准的方法是增加缆线的体积，例如通过增加缆线直径、护套厚度等。然而，这些措施增加了缆线的成本。因此，对于光纤缆线来说，重要的是以稳健方式构造，以便满足行业标准，同时将成本维持在有竞争力的范围内。
发明内容
根据第一实施例，一种缆线包括缆线护套、界定缆线内部的缓冲管、内部的多个光纤，以及嵌入缆线护套中的强度部件。所述光纤可例如布置为带堆栈。所述缆线护套可挤出到缓冲管的外部上，且缆线护套和缓冲管两者可整体或部分地由聚合物材料构造。
根据第一实施例的一个方面，带堆叠自由空间可低于常规缆线的自由空间。根据本发明实施例的具有减小的带堆叠自由空间的缆线可展现最小的衰减响应和较低的材料成本。
根据第一实施例的另一方面，强度部件在缆线的任一侧上的高度可相对较接近缓冲管内侧直径，以促进对缆线内部的接近。强度部件高度可(例如)在缓冲管内侧直径的1mm内。
根据第一实施例的又一方面，护套大小和强度部件大小可小于相当的常规缆线，以便降低材料成本。
根据第一实施例的又一方面，在各种光纤支数下，带堆叠中的光纤的弹性模数E与总横截面面积A的乘积(EA)与强度部件的弹性模数E与总横截面面积A的乘积的比率均高于常规设计中的比率。
根据本发明的一个方面，一种缆线包括：聚合物缆线护套；在所述护套内的聚合物缓冲管，所述缓冲管界定内部；多个光纤，布置为带堆叠且位于所述内部中，其中带堆叠自由空间小于1.5mm；以及至少部分嵌入所述护套中的至少一个强度部件，其中所述至少一个强度部件包含位于所述护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述护套的相对侧上的第二对强度部件；其中所述至少一个强度部件具有强度部件面积，且所述带堆叠具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件面积与强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带面积与带堆叠弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中带堆叠EA与强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
根据本发明的另一方面，一种缆线包括：聚合物缆线护套；在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部；多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中；以及至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中的强度部件，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二对强度部件；其中所述强度部件具有强度部件面积且所述带堆叠具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件具有强度部件弹性模数且所述带堆叠具有带堆叠光纤弹性模数，其中所述强度部件面积与所述强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带面积与所述带堆叠弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中所述带堆叠EA与所述强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
根据本发明的另一方面，一种缆线包括：聚合物缆线护套；在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部，其中所述聚合物缓冲管具有内径；多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中，其中所述带堆叠的自由空间小于1.5mm；以及至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中的强度部件，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二对强度部件，其中所述强度部件具有强度部件高度，该强度部件高度界定为所述聚合物缆线护套的一侧上的最外强度部件的最外边缘之间的间距，以及其中所述强度部件高度在所述缓冲管的内径的1.3mm内。
根据本发明的另一方面，一种缆线包括：聚合物缆线护套，所述聚合物缆线护套在横截面具有护套面积；在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部；多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中，其中所述多个光纤更具体地是在12到144个光纤之间；以及强度部件，其至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中且彼此位于所述聚合物缆线护套的相对侧上，所述强度部件在横截面具有强度部件面积，其中所述护套面积与所述强度部件面积的比率在6到10的范围内；其中所述带堆叠在横截面具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件具有强度部件弹性模数且所述带堆叠具有带堆叠光纤弹性模数，其中所述强度部件面积与所述强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带堆叠光纤面积与所述带堆叠光纤弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中所述带堆叠EA与所述强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
将理解，前面的一般描述和后面的详细描述均呈现本发明的实施例，且意在提供用于理解所主张的本发明的性质和特色的综述或框架。
附图说明
下文参考展示示范性实施例的图来更详细地阐释本发明实施例。
图1是根据第一实施例的缆线的横截面。
图2是图1的缆线的护套面积与强度部件面积的比率的曲线图。
图3是图1的缆线的光纤EA与强度部件EA的比率的曲线图。
具体实施方式
图1是根据第一实施例且具有外径14的微模块缆线10的横截面。光学缆线10包括护套20，护套20具有壁厚度24和外侧直径28(也对应于缆线10的直径)。护套20环绕并接触缓冲管30的外表面，缓冲管30具有内径34和外径38。举例来说，护套20可由例如聚乙烯等聚合物材料形成。缓冲管30界定缆线10的内部40。缆线内部40容纳多个光学波导50。在所说明的实施例中，光学波导50布置为光纤带的堆叠，所述堆叠具有带堆叠对角线尺寸54。若干对强度部件60布置在缆线10的横截面的相对侧上。强度部件60整体或大体上嵌入缆线护套20中，且可邻近于且/或邻接缓冲管30。在所说明的实施例中，强度部件60的横截面为圆形，具有直径64，且每一对强度部件具有强度部件高度68。护套20、缓冲管30、带堆叠50以及强度部件60可全部沿缆线10的整体或大体上全部长度纵向延伸。
根据本发明实施例的一个方面，带堆叠自由空间可低于常规缆线的自由空间。参看图1，“带堆叠自由空间”通常被界定为缓冲管30的内侧直径34与带堆叠主要尺寸(在此情况下为对角线54)之间的差。在常规缆线中，带堆叠自由空间历史上已超过2.0mm，一些设计具有高达3.38mm的自由空间。根据本发明实施例的一个方面，带堆叠自由空间可小于1.5mm，且更明确地说小于1.0mm。在一个实施例中，缆线10为具有0.71mm的带堆叠自由空间的48纤维4.1mm管内径34的缆线。根据本发明实施例的具有减小的自由空间的缆线可展现最小的衰减响应，尤其是在将经弯曲改进的光纤并入带堆叠50中时。带堆叠50可自由地相对于缆线10的中心线70径向移动，所以缓冲管30之间的间距一般将不是相对于带堆叠50的隅角中的任一者恒定的。
根据本发明实施例的另一方面，强度部件高度68可相对较接近缓冲管外侧直径38，以便促进对缆线内部40的接近。举例来说，在一个实施例中，强度部件高度68为3.2mm，其中每一强度部件60具有1.60mm的直径，且缓冲管内径34为4.1mm。强度部件高度68与缓冲管内径34之间的差可相对较小，在1.3mm或1.3mm以下的范围内，或更明确地说，在1.0mm或1.0mm以下的范围内。通过将强度部件60用作叶片引导件，可将缆线护套10和缓冲管30从缆线10刮除，而不损坏堆叠50中的带。举例来说，六个1.25mm直径的强度部件60(缓冲管30的每一侧上三个部件)将进一步减小缓冲管外径38与强度部件高度68之间的差。并且，如果此特征是现场需要的，那么强度部件60可间隔开或分开(在图1中的垂直方向上)，以便增加总的强度部件高度68。在所说明的实施例中，强度部件60为电介质刚性/半刚性的强度部件，且可为具有圆形横截面的玻璃加强型塑料(glass-reinforced plastic，GRP)棒，但可使用其它材料(例如钢)和/或横截面。参看图1，将“强度部件高度”界定为缆线的一侧上的最外强度部件的最外边缘(图1中展示为最上和最下边缘)之间的间距。在所说明的实施例中，强度部件60彼此邻接，因此强度部件高度68是缆线10的每一侧上的强度部件60的直径的总和。通常优选的是，强度部件60邻接缓冲管30，以防止护套材料到达强度部件60与缓冲管30之间。
根据本发明实施例的另一方面，通过减小强度部件直径64，还可减小护套厚度24。举例来说，当与常规设计相比时，针对缆线10实现强度部件直径64的0.55mm减小。这对应于护套20的较厚部分(或不上覆于强度部件60上的部分)的相同护套厚度24的减小。类似的常规缆线布置需要至少2.80mm的护套壁来满足最小护套厚度要求。最小护套厚度是强度部件60上所需的护套的厚度，通常由图1中的箭头75指示。在所说明的实施例中，缆线10具有约2.30mm厚度的护套20。相对较薄的护套20显著降低用于缆线10的材料成本。在替代实施例中，具有六个1.25mm直径的强度部件60的缆线(每一侧上三个强度部件)更进一步将护套厚度减小到2.00mm。根据本发明实施例的缆线可经构造以维持大体上圆形的外径，同时保持所需的最小护套厚度。护套厚度24可(例如)在2.00mm到2.80mm的范围内，或更明确地说，在2.30mm到2.80mm的范围内。
另一种表征护套20与强度部件60之间的关系的方式是将护套20的横截面面积与强度部件60的横截面面积进行比较。在室温下，在图2中将缆线的护套与强度部件面积比率数据制成表格。当使用圆形横截面的强度部件60时，护套20的厚度由强度部件60的直径加强度部件60上所需的最小护套厚度75决定。在所说明的实施例中，强度部件直径64为1.60mm，其中护套20的每一侧上具有两个强度部件60。最小护套厚度75在0.7mm到1.0mm的范围内。减小强度部件60的大小允许护套大小的减小，这降低了用于缆线的材料的成本。在本说明书中，术语“强度部件面积”指代护套中的所有强度部件的横截面面积的总和，且术语“护套面积”指代护套材料的总横截面面积。参看图2，常规设计(曲线图上的最低数据点，由菱形数据点指示)对于各种光纤支数具有较低的护套面积与强度部件面积比率。描述图1中所说明的缆线10的数据对应于曲线图上的中间值，且由正方形数据点指示。对于如图1中所示的缆线10，缆线的每一侧上具有两个1.60mm直径的强度部件，12到48光纤支数缆线的比率在6到8的范围内。对于48到72光纤缆线，所述比率在7到9的范围内。对于72到96光纤缆线，所述比率在7.5到9.5的范围内。对于96到144光纤缆线，所述比率在8到10的范围内。
可通过仅使用两个2.05mm直径的强度部件(护套20的每一侧上一个)来进一步减小护套面积。在图2中，描述此缆线的数据对应于曲线图上的最高值，且由圆形数据点指示。对于此实施例，12到48光纤支数缆线的护套与强度部件比率在10到12的范围内。对于48到72光纤缆线，所述比率在11到13的范围内。对于72到96光纤缆线，所述比率在12到14的范围内。对于96到144光纤缆线，所述比率在12到15的范围内。
根据本发明实施例的另一方面，带堆叠50和强度部件60中的光纤的弹性模数E与总面积A的乘积(EA)的比率比常规设计中高。在本说明书中，术语“光纤面积”指代缆线中的所有光纤(包含光纤涂层)的横截面面积的总和，且对于经带化的光纤，包含光纤带中的光纤加涂层的总横截面面积。术语“带堆叠光纤面积”也可用于描述光纤带中的光纤加涂层的总横截面面积。图3是光纤面积乘以光纤弹性模数(或“光纤EA”)除以强度部件EA的曲线图。光纤弹性模数E通常计算为包含光纤和施加到光纤的涂层。在图3中，展示图1中所说明的缆线10的光纤EA与强度部件EA的比率的数据由菱形数据点指示，而常规缆线的数据由圆形数据点指示。根据一个实施例，光纤EA(或经带化光纤的“带堆叠EA”)与强度部件EA的比率至少为0.0015×光纤支数。在所说明的实施例中，所述比率约为0.0021×光纤支数。用于覆盖光纤带中的多个光纤的常见基质材料具有相对较低的弹性模数，且不用于计算带堆叠光纤面积或带堆叠EA。
可用填充化合物(例如阻水材料，例如变凝性胶质或油脂)填充缆线10的内部40。还可使用具有或不具有泡沫胶带的无胶质设计。
在本说明书中，应理解，护套厚度24、缆线直径28、缓冲管内侧直径34和外侧直径38、带堆叠对角线54、强度部件直径64、强度部件高度68等的值可根据制造公差在某一程度上改变。在本说明书中，所述值可因此被视为缆线的典型横截面的平均值。缆线中的横截面可能不一定是完美的几何形状；例如，所说明的圆形横截面可能在所制造的缆线中具有某一椭圆度。直径值可因此被视为沿缆线的长度的任何点处的横截面的平均直径。
缆线10可由类似于可从北卡罗来纳州希柯利市的科宁缆线系统公司购得的单管带(SST-RibbonTM)缆线。缆线10可包含一个或一个以上开伞索(未说明)。缆线10的带护甲版本可包含金属或电介质护甲涂层。
本发明的缆线实施例可利用张力线作为向缆线提供张力强度的张力释放元件。张力线的优选材料为芳香族聚酰酩(例如)，但可使用其它张力强度材料。举例来说，还可使用高分子量聚乙烯，例如光纤和光纤、Teijin芳香族聚酰酩、玻璃纤维等。可将所述线搓成股以改进缆线性能。
在所附权利要求书的范围内，所属领域的技术人员将明白本发明的许多修改和其它实施例。举例来说，本发明的概念可结合任何合适的光纤缆线设计和/或制造方法而使用。举例来说，所示的实施例可包含其它合适的缆线组件，例如护甲层、耦合元件、不同横截面形状等。因此，希望本发明还涵盖这些修改和实施例以及所属领域的技术人员也明白的那些修改和实施例。

Claims (21)

1.一种缆线，包括：
聚合物缆线护套；
在所述护套内的聚合物缓冲管，所述缓冲管界定内部；
多个光纤，布置为带堆叠且位于所述内部中，其中带堆叠自由空间小于1.5mm；以及
至少部分嵌入所述护套中的至少一个强度部件，其中所述至少一个强度部件包含位于所述护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述护套的相对侧上的第二对强度部件；
其中所述至少一个强度部件具有强度部件面积，且所述带堆叠具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件面积与强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带堆叠光纤面积与带堆叠弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中带堆叠EA与强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
2.如权利要求1所述的缆线，其中所述带堆叠自由空间小于1.0mm。
3.如权利要求1所述的缆线，其中所述至少一个强度部件包含位于所述护套的一侧上的第一组三个强度部件以及位于所述护套的相对侧上的第二组三个强度部件。
4.如权利要求1所述的缆线，其中所述至少一个强度部件的高度在所述缓冲管的内径的1.3mm内，其中所述护套的厚度在2.30mm到2.80mm的范围内。
5.如权利要求1所述的缆线，其中所述至少一个强度部件具有强度部件面积，且所述护套具有护套面积，其中所述缆线是12到48光纤支数缆线、48到72光纤支数缆线、72到96光纤支数缆线和96到144光纤支数缆线之一，其中对于12到48光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在6到8的范围内，对于48到72光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7到9的范围内，对于72到96光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7.5到9.5的范围内，对于96到144光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在8到10的范围内。
6.一种缆线，包括：
聚合物缆线护套；
在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部；
多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中；以及
至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中的强度部件，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二对强度部件；
其中所述强度部件具有强度部件面积且所述带堆叠具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件具有强度部件弹性模数且所述带堆叠具有带堆叠光纤弹性模数，其中所述强度部件面积与所述强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带堆叠光纤面积与所述带堆叠弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中所述带堆叠EA与所述强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
7.如权利要求6所述的缆线，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一组三个强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二组三个强度部件，其中所述强度部件具有强度部件高度，所述强度部件高度界定为所述聚合物缆线护套的一侧上的最外强度部件的最外边缘之间的间距，以及其中所述强度部件高度在所述聚合物缓冲管的内径的1.3mm内，其中所述聚合物缆线护套的厚度在2.30mm到2.80mm的范围内。
8.如权利要求6所述的缆线，其中所述多个光纤在12到144个光纤之间，其中所述聚合物缆线护套具有护套面积，且所述强度部件面积与所述护套面积的比率在6到10的范围内。
9.如权利要求8所述的缆线，其中对于12到48光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在6到8的范围内，对于48到72光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7到9的范围内，对于72到96光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7.5到9.5的范围内，对于96到144光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在8到10的范围内。
10.一种缆线，包括：
聚合物缆线护套；
在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部，其中所述聚合物缓冲管具有内径；
多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中，其中所述带堆叠的自由空间小于1.5mm；以及
至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中的强度部件，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一对强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二对强度部件，其中所述强度部件具有强度部件高度，所述强度部件高度界定为所述聚合物缆线护套的一侧上的最外强度部件的最外边缘之间的间距，以及其中所述强度部件高度在所述缓冲管的内径的1.3mm内。
11.如权利要求10所述的缆线，其中所述带堆叠自由空间小于0.71mm。
12.如权利要求10所述的缆线，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一组三个强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二组三个强度部件。
13.如权利要求10所述的缆线，其中所述强度部件高度在所述聚合物缓冲管的内径的1.0mm内，其中所述聚合物缆线护套的厚度在2.30mm到2.80mm的范围内。
14.如权利要求10所述的缆线，其中所述多个光纤在12到144个光纤之间，其中所述聚合物缆线护套具有护套面积，且强度部件面积与所述护套面积的比率在6到10的范围内。
15.如权利要求14所述的缆线，其中对于12到48光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在6到8的范围内，对于48到72光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7到9的范围内，对于72到96光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7.5到9.5的范围内，对于96到144光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在8到10的范围内。
16.一种缆线，包括：
聚合物缆线护套，所述聚合物缆线护套在横截面具有护套面积；
在所述聚合物缆线护套内的聚合物缓冲管，所述聚合物缓冲管界定其内部；
多个光纤，布置为带堆叠且位于由所述聚合物缓冲管界定的所述内部中，其中所述多个光纤更具体地是在12到144个光纤之间；以及
强度部件，其至少部分嵌入所述聚合物缆线护套中且彼此位于所述聚合物缆线护套的相对侧上，所述强度部件在横截面具有强度部件面积，其中所述护套面积与所述强度部件面积的比率在6到10的范围内；
其中所述带堆叠在横截面具有带堆叠光纤面积，其中所述强度部件具有强度部件弹性模数且所述带堆叠具有带堆叠光纤弹性模数，其中所述强度部件面积与所述强度部件弹性模数的乘积为强度部件EA，且所述带堆叠光纤面积与所述带堆叠光纤弹性模数的乘积为带堆叠EA，且其中所述带堆叠EA与所述强度部件EA的比率为所述带堆叠中的光纤的数目的至少0.0015倍。
17.如权利要求16所述的缆线，其中对于12到48光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在6到8的范围内，对于48到72光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7到9的范围内，对于72到96光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在7.5到9.5的范围内，对于96到144光纤支数缆线，强度部件面积与护套面积的比率在8到10的范围内。
18.如权利要求16所述的缆线，其中所述强度部件包含位于所述聚合物缆线护套的一侧上的第一组强度部件以及位于所述聚合物缆线护套的相对侧上的第二组强度部件。
19.如权利要求16所述的缆线，其中所述强度部件具有强度部件高度，所述强度部件高度界定为所述聚合物缆线护套的一侧上的最外强度部件的最外边缘之间的间距，以及其中所述强度部件高度在所述聚合物缓冲管的内径的1.3mm内。
20.如权利要求16所述的缆线，其中所述聚合物缆线护套的厚度在2.30mm到2.80mm的范围内。
21.如权利要求16所述的缆线，其中所述带堆叠位于所述聚合物缓冲管的所述内部中，使得所述带堆叠的自由空间小于1.5mm。
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