CN108738359B - 光纤电缆和组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学电缆组件(12)。所述电缆组件(12)包括被外电缆护套(22)包围的多个子单元(16)、分叉单元(14)、和耦接至所述子单元(16)中的每一个的末端的光学连接器(20)。所述子单元(16)中的每一个包括内护套(28)、多根光纤(30)、和抗拉强度元件(34)。第一抗拉强度元件(32)和每一子单元(16)的所述内护套(28)被耦接至所述分叉单元(14)，并且每一子单元的所述光纤(30)和抗拉强度元件(34)延伸穿过所述分叉单元(14)而未被耦接至所述分叉单元(14)。每一子单元的所述子单元抗拉强度元件(34)和光纤(30)进行平衡，使得两者经受施加至所述组件的轴向负载，并且在各种负载条件下，所述子单元(16)的压缩受到控制且/或所述光纤(30)的所述轴向负载被限制，以便允许所述光学连接器的适当功能。

Description

光纤电缆和组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月30日提交的美国临时申请第62/186,497号的优先权益，并且所述申请据此以引用的方式并入本文。

背景技术

本公开内容总体上涉及光学通信电缆并且更具体地涉及包括多个光纤子单元的光学通信电缆组件。在多种电子学和电信领域中已经越来越多使用光学通信电缆。光学通信电缆含有或包围一根或多根光学通信纤维。电缆为电缆内的光纤提供结构和保护。

发明内容

本公开内容的一个实施方式涉及一种光学通信电缆组件，所述光学通信电缆组件包括外电缆护套和第一抗拉强度元件，所述第一抗拉强度元件被所述外电缆护套包围。所述光学通信电缆组件还包括多个光学传输单元，所述多个光学传输单元被所述外电缆护套包围。每一光学传输单元包括：限定通道的内部护套、位于所述通道内的、多个细长光学传输元件、和位于所述通道内的第二抗拉强度元件。所述光学通信电缆组件包括分叉单元，并且所述第一抗拉强度元件和每一光学传输单元的所述内护套被耦接至所述分叉单元。所述多个细长光学传输元件和所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述分叉单元而未被耦接至所述分叉单元。所述光学通信电缆组件还包括光学连接器，所述光学连接器被耦接至所述多个光学传输单元中的每一个的末端。每一光学连接器包括耦接至所述光学传输单元的所述第二抗拉强度元件的主体、耦接至所述光学传输单元的所述细长光学传输元件的套圈和位于所述套圈与所述主体之间的弹簧。所述弹簧具有表示引起所述弹簧的最大允许压缩所需要的力的弹簧力。所述第一抗拉强度元件位于所述光学传输单元的所述内护套外侧。所述电缆组件具有最大额定电缆负载，并且在所述最大额定电缆负载下，由所述光学传输单元中的每一个内的所述细长光学传输元件经受的轴向力的和大于0.5N而小于所述弹簧力。

本公开内容的一个另外实施方式涉及一种光学通信电缆组件，所述光学通信电缆组件包括外电缆护套、被所述外电缆护套包围的第一抗拉强度元件和被所述外电缆护套包围的多个子单元。每一子单元包括：内护套，限定通道；多根光纤，位于所述通道内，所述多根光纤一起具有轴向刚度；以及第二抗拉强度元件，位于所述通道内，所述第二抗拉强度元件具有轴向刚度。所述光学通信电缆组件包括耦接单元，并且所述外电缆护套接收在所述耦接单元的第一末端内，使得所述外电缆护套终止于所述耦接单元处。所述子单元中的每一个延伸到所述耦接单元的第二末端外。所述第一抗拉强度元件和所述子单元中的每一个的所述内护套被耦接至所述耦接单元，并且所述多根光纤和所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述耦接单元而未被耦接至所述耦接单元。所述光学通信电缆组件包括光学连接器，所述光学连接器被耦接至所述子单元中的每一个的末端。每一光学连接器包括耦接至所述子单元的所述第二抗拉强度元件的主体、耦接至所述子单元的所述光纤中的全部的套圈和位于所述套圈与所述主体之间的弹簧。所述弹簧具有表示引起所述弹簧的最大压缩所需要的力的弹簧力。所述第一抗拉强度元件位于所述子单元的所述内护套外侧。每一子单元具有子单元末端部分，所述子单元末端部分位于所述耦接单元与所述光学连接器之间，所述光学连接器被耦接至所述子单元，并且所述子单元末端部分具有在所述耦接单元与所述光学连接器之间测量的初始长度。在所述电缆组件施加于所述耦接单元处的轴向负载下，每一子单元经受轴向负载的一部分，从而导致所述子单元末端部分的压缩，并且所述光纤和所述第二抗拉强度元件两者经受所述子单元的所述轴向负载的所述部分中的一些。所述第二抗拉强度元件的轴向刚度与每一子单元的所述光纤的轴向刚度的比率使得，当所述子单元末端部分在所述轴向负载下的长度的减少在0.1％与2.5％之间时，由所述子单元的所述光纤经受的所述轴向负载的所述部分大于零而小于所述弹簧力。

本公开内容的一个另外实施方式涉及一种光学通信电缆组件，所述光学通信电缆组件包括外电缆护套、被所述外电缆护套包围的具有轴向刚度的第一抗拉强度元件和被所述外电缆护套包围的多个子单元。每一子单元包括限定通道的内护套、位于所述通道内的多根光纤和位于所述通道内的第二抗拉强度元件。每一子单元具有轴向刚度。所述光学通信电缆组件包括分叉单元。所述第一抗拉强度元件和每一子单元的所述内护套被耦接至所述分叉单元，并且所述多根光纤和每一子单元的所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述分叉单元而未耦接至所述分叉单元。所述光学通信电缆组件包括光学连接器，所述光学连接器被耦接至所述子单元中的每一个的末端。每一光学连接器包括耦接至所述子单元的所述第二抗拉强度元件的主体和耦接至所述子单元的所述光纤中的全部的套圈。所述电缆组件具有最大额定电缆负载和总体轴向刚度，所述总体轴向刚度为所述子单元中的全部的所述光纤中的全部的所述轴向刚度、所述子单元中的全部的所述第二强度元件的所述轴向刚度和所述第一抗拉强度元件的所述轴向刚度的和。在施加在所述分叉单元处的轴向负载下，每一子单元经受引起所述子单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的部分的压缩的所述轴向负载的一部分。所述压缩是相对于轴向负载的量，并且所述光纤和所述第二抗拉强度元件两者经受所述子单元的所述轴向负载的所述部分中的一些。所述子单元的所述轴向刚度与所述电缆组件的所述总体轴向刚度的比率使得在所述最大额定电缆负载下，每一子单元的压缩在所述子单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的所述部分的初始长度的0.1％与2.5％之间。

另外的特征和优点将在以下详细描述中予以阐述，且部分地将由本领域的技术人员从描述中显而易见，或通过实践如所撰写的描述和其权利要求书、以及所附附图中描述的实施方式来认识。

将会理解，先前概述和以下详述仅为示例性的，并且意图提供概述或框架来理解权利要求的性质和特性。

附图被包括来提供进一步的理解，并且并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方式，且与描述一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1是根据本公开内容的方面的光纤电缆组件的透视图。

图2是根据本公开内容的方面的图1中所示的电缆的横截面图。

图3是根据本公开内容的方面的图1中所示的电缆的子单元的详细横截面图。

图4是根据本公开内容的方面的图1中所示的分叉单元的侧视横截面图。

图5是根据本公开内容的方面的图1中所示的光学连接器中的一个的侧视横截面图。

图6是根据本公开内容的方面的在轴向负载之前的图1的电缆组件的示意性侧视图。

图7是根据本公开内容的方面的在轴向负载之前的图1的电缆组件的示意性侧视横截面图。

图8是根据本公开内容的方面的在轴向负载下的图1的光学电缆组件的示意性侧视横截面图。

图9是示出根据本公开内容的方面的子单元压缩与轴向负载之间的关系的图表。

具体实施方式

总体参考附图，示出光学通信电缆组件的各种实施方式。一般来说，本文所论述的电缆组件被配置来以平衡光纤电缆组件的若干性能参数的方式在光纤与强度元件之间平衡或分配电缆组件的轴向负载。一般来说，本文所论述的电缆组件允许电缆子单元的抗张强度构件和光纤两者经受施加至电缆组件的总轴向负载的一些部分，而同时提供光学连接器处的所需的光学传输特性和/或限制子单元的分叉支脚部分在轴向负载下的过度压缩。如本文所使用，分叉支脚通常是位于分叉单元与光学连接器之间的光纤子单元的部分。

另外，本文所论述的电缆组件被配置来提供电缆组件上的轴向负载在轴向负载达到将在光学连接器处引起传输问题的水平之前已超过容许轴向负载的指示。在各种实施方式中，本文所论述的电缆组件提供这些优点，同时提供电缆内所需要的过量光纤长度(“EFL”)量，并且因此降低特定组件所需要的光纤的量的电缆设计。在各种实施方式中，EFL的减小允许本文所论述的电缆组件与具有相同总数光纤的其它常规电缆组件相比具有减小的电缆外径。

一般来说，本文所论述的电缆组件包括光学电缆，所述光学电缆具有包围第一或外抗张强度元件和多个光纤子单元的外电缆护套。光纤子单元各自包括包围多个细长光学传输元件(例如，光纤)和第二或内抗张强度元件的护套。在分叉单元处，外电缆护套和第一抗张强度元件耦接至分叉单元，并且子单元延伸穿过分叉单元以在分叉单元下游被连接器化。在各种实施方式中，子单元的内护套耦接至分叉单元，但是子单元的光纤和内强度元件通过分叉单元而没有粘结至分叉单元。通过避免光纤和内强度元件至分叉单元的粘结，这避免了对打开分叉单元内的每一子单元的需要。

然而，这种类型的分叉单元耦接也使子单元分叉支脚暴露于施加至电缆组件的轴向负载(例如，施加至分叉单元的轴向负载)。为解决分叉支脚负载，使子单元内的光纤和内抗张强度构件平衡以提供如本文所论述的各种负载分配特性。例如，在各种实施方式中，子单元内的光纤的长度与内抗张强度构件的长度实质上相同(例如，小于0.05％的长度差异)。在这种布置中，当电缆组件暴露于轴向负载时，子单元的内抗张强度元件和光纤两者经受轴向负载中的一些。这与在分叉单元处使用纤维锁定来将分叉支脚内的光纤与轴向负载分离或使用过量光纤长度来确保轴向负载中的全部由内抗张强度元件承受的许多常规电缆组件设计相反。

如以下更详细地解释，本文所论述的电缆组件设计平衡每一子单元的内抗张强度构件和光纤的大小、数目和/或轴向刚度，使得电缆的轴向负载以限制/防止分叉支脚的过度压缩并且也限制/防止最大额定电缆负载下的基于负载的光学连接器故障的方式分配在这两个电缆部件之间。此外，本文所论述的电缆组件设计平衡每一子单元的内抗张强度构件和光纤的大小、数目和/或轴向刚度，使得分叉支脚的过度压缩(可为由例如安装者可见地检测的)在基于负载的光学连接器故障之前发生，作为提供电缆组件正经受过多轴向负载的容易可见指示的方式。这被认为提供一个优点，由于相对难以确定光学连接器是否正经受基于张力的故障，并且通常需要测量通过连接器的光学传输。因此，本文所论述的电缆组件设计提供以下优点：允许安装者在轴向负载变得使光学连接器内的良好光学连接无法维持的足够高之前通过视觉上观察分叉支脚的过度压缩来容易地确定电缆组件正经受过多的轴向负载。本文论述其它特定电缆组件结构、功能和优点。

参考图1，示出了光学通信电缆，示出为电缆10，所述光学通信电缆之后为分叉和连接器化，从而形成光学通信电缆组件，示出为电缆组件12。电缆组件12包括耦接单元，示出为分叉单元14。一般来说，分叉单元14装配或耦接至电缆10，从而允许保持在示出为子单元16的光学传输单元内的光纤被接近以用于连接器化和耦接至设备。具体地说，电缆10接收至分叉单元14中，并且电缆10的一个或多个部件耦接至分叉单元14。如以下将更详细地解释，在分叉单元14处，电缆10的外护层的下游或末端部分被移除，并且光纤子单元16延伸穿过分叉单元14并延伸出分叉单元14，从而形成分叉支脚18。一般来说，分叉支脚18为子单元16的位于分叉单元14与连接器20之间的末端部分。如以下关于图5更详细地解释，示出为光纤连接器20的光学连接器耦接至子单元16的下游末端。一般来说，每一光纤连接器20耦接至所述光纤连接器所附接的特定子单元16的光纤中的全部，并且连接器20促进光纤至各种数据中心设备或至电缆10服务的其它光纤电缆的连接。

应当理解，如本文所使用，分叉支脚为子单元16的从分叉单元14延伸的终止于光纤连接器20中的部分。在一些这种实施方式中，电缆组件12利用每一子单元16和对应护套作为分叉支脚。因此，在一些这种实施方式中，单独分叉管不需要被安装来支撑子单元的光纤，由于每一子单元的护套是充分强健的，以在电缆10的外电缆护套的移除之后提供对子单元的光纤的保护。另外，在这种实施方式中，子单元16的护套是充分强健的，以支撑连接器20的耦接。

参考图2，示出了在分叉单元14的上游位置处垂直于电缆10的纵向轴线截取的电缆10的横截面图。电缆10包括外电缆层或护套，示出为电缆主体或电缆护套22，所述外电缆层或护套具有内表面24，所述内表面限定内通道或空腔，示出为中心孔26。如通常将理解，护套22的内表面24限定内部区域或区部，以下所论述的各种电缆部件位于所述内部区域中区部内。

如以上所述，电缆10包括位于中心孔26内并且由电缆护套22包围的多个子单元16。如图3中所示，每一子单元16包括内护套，示出为子单元护套28，所述内护套在每一护套内限定一个通道。每一子单元16包括多个光学传输元件，示出为位于护套28内的光纤30。在各种实施方式中，每一子单元16可包括各种数目的光纤，并且在特定实施方式中可以包括八根或十二根光纤。类似地，电缆10可包括各种数目的子单元16以作为整体提供电缆内的所需数目的光纤。在各种实施方式中，电缆10可包括2个、4个、6个、8个、10个、12个、24个、48个等子单元16。在一个特定实施方式中，电缆10包括至少三个子单元16并且每一子单元包括至少八根光纤30。在另一实施方式中，电缆10包括分配在12个或较少子单元16之间的96根或较少光纤30。

电缆10还包括多个抗张强度元件。特定地说，电缆10包括一个或多个第一抗张强度元件，示出为外强度纱线32，并且每一子单元16包括位于子单元护套28内的一个或多个第二抗张强度元件，示出为内强度纱线34。如以下更详细地解释，外强度纱线32耦接至分叉单元14，并且每一子单元的内强度纱线34耦接至与特定子单元相关联的连接器20以提供本文所论述的负载分配性质。

在各种实施方式中，每一子单元16内的内强度纱线34和光纤30具有实质上相等的长度(例如，在彼此的0.05％内的长度)。在这种布置中，并且与许多电缆设计相反，分叉单元14处的电缆10的轴向负载由内强度纱线34和光纤30经受，但是内强度纱线34和光纤30的大小、数目和/或轴向刚度在每一子单元16内平衡，以限制或防止分叉支脚的压缩故障和光学连接器20的压缩故障。在各种实施方式中，外强度纱线32和/或内强度纱线34可为适合的细长抗张强度构件，并且在特定实施方式中，外强度纱线32和/或内强度纱线34可为芳族聚酰胺强度纱线。在其它实施方式中，外强度纱线32和/或内强度纱线34可为任何适合的抗张强度材料，诸如玻璃纤维纱线、以商标Zylon销售的聚(对亚苯基-2,6-苯并双唑)(poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole))纱线、以商标名Vectran销售的聚酯-聚芳酯液晶聚合物纤维，或其它高强度抗张纱线。

电缆10可包括外强度纱线32的中心组36，并且子单元可被定位以将中心组36圆周地包围在子单元16的一个或多个层中。在各种实施方式中，子单元16以环绕模式，诸如SZ合股模式或螺旋模式布置在强度纱线中心组36周围。电缆10可还包括径向地定位在强度纱线中心组36外部的一根或多根另外强度纱线32。在其它实施方式中，电缆10可包括其它强度元件诸如玻璃增强塑料棒(GRP)或金属线。

如以下更详细地论述，电缆10具有最大额定电缆负载，所述最大额定为那个电缆10将在仍提供满意性能时承担的最大轴向负载(例如，施加至分叉单元14的轴向负载)。在各种实施方式中，电缆10的最大额定电缆负载限定于以下工业标准中：标题为Standardsfor Indoor Optical Fiber Cables的ICEA s-83-596-2011，和/或标题为GenericRequirements for Premises Fiber Optical Cable的GR-409CORE；并且可由其中引用的Fiber Optic Test Procedures确定。在各种实施方式中，电缆10具有在50磅与350磅之间的最大额定电缆负载。在特定实施方式中，电缆10具有300磅、150磅或100磅的最大额定电缆负载或可指定的任何其它电缆负载。

参考图4，示出分叉单元14的横截面图。一般来说，分叉单元14包括限定中心沟道42的外主体或外壳40。为将分叉单元14耦接至电缆10，移除电缆护套22的一部分，从而暴露子单元16，并且子单元16延伸穿过分叉单元14并延伸出分叉单元14。耦接剂44被定位在中心沟道42内，使得外强度纱线32和子单元护套28的外表面一起耦接至分叉单元14。耦接剂44可为任何适合的粘合材料包括环氧树脂或RTV粘合剂。在这个实施方式中，子单元护套28保持完好，使得光纤30和内抗张强度纱线32并没有一起与分叉单元14耦接，从而允许这些部件通过分叉单元14朝向与分叉单元14分开的光学连接器20延伸。在这个布置中，在分叉单元14的上游侧46上，电缆10完好，使得护套22的外表面限定上游侧46上的电缆组件的外表面。在分叉插头14的下游侧48上，电缆护套22已被移除，从而暴露每一子单元16。在这个布置中，由于子单元护套28保持完好，使得子单元16延伸穿过分叉单元14，因此子单元护套28的外表面限定分叉单元14的下游侧48上的电缆组件12的外表面。

参考图5，根据一个示例性实施方式示出位于子单元16中的一个的下游末端处的光学连接器20中的一个的示意性横截面图。光学连接器20包括连接器主体50、套圈52和弹簧54。连接器主体50至少部分地接收在子单元护套28内，并且内强度纱线股线34耦接(例如，使用压接带，使用环氧树脂或其它粘合剂)至连接器主体50。子单元的光纤30(图5中示意性地表示为单个纤维30)全部连接至套圈52。

套圈52是支撑光纤30的末端以用于进行与另一光学学装置或光纤电缆的光学连接的结构。在这种连接中，光纤30的抛光学下游面由套圈52包围并且紧靠下游光纤或装置的面。如将理解，为使套圈52处的连接适当地起作用，使光纤30和下游纤维的相对面之间的压力的量保持在精确地控制的范围内。为促进这个连接的控制，连接器20包括位于在套圈52与主体50之间的弹簧54。一般来说，弹簧54提供力以维持光纤30与下游纤维之间的界面处的所需压力范围，即使由子单元16经受的通过T₁表示的轴向负载在变化的轴向负载施加至电缆组件12时变化。

由弹簧54提供的压力基于弹簧54的弹簧力加以描述。如本文所使用，弹簧54的弹簧力为引起弹簧54的最大允许压缩所需要的力的量，所述力的量仍然容许套圈52进行与下游光纤的所需光学学连接。如果光纤上的轴向负载超过这个最大允许弹簧力，那么光学学信号通过连接器20从光纤30至下游纤维的传输降低到满意的传输极限以下。在各种实施方式中，弹簧54的弹簧力大于5牛顿(N)，并且在特定实施方式中，在7N与10N之间，并且更具体地说在8N与9.8N之间。

在各种实施方式中，由于本文所论述的电缆组件布置允许光纤30经受由电缆组件12经受的轴向负载中的一些，因此子单元16经构造以限制或防止由光纤30经受的轴向负载超过弹簧54的弹簧力。因此，子单元16经构造以限制或防止由于弹簧54的过度压缩的连接器20的故障。举例来说，图5将由特定的子单元16经受的总轴向负载示出为T₁。由于轴向负载T₁由光纤30和内抗张强度元件34两者承担，因此T₁分配在两个子单元部件类型之间，使得光纤30经受T₁'(为T₁的一小部分)，并且内抗张强度元件34经受T₁"(为T₁的剩余分数)。

在各种实施方式中，每一子单元的两个主要负载承担部件，光纤30和内抗张强度元件34，具有大小、数目和/或材料性质，使得当电缆组件12经受最大额定电缆负载时，由子单元16内的所有光纤30经受的轴向力的总和T₁'大于零而小于弹簧54的弹簧力。这确保在最大额定电缆负载下，光学连接器20的基于压缩的故障不发生。在一个特定实施方式中，每一子单元16内的光纤30和内抗张强度元件34具有大小、数目和/或材料性质，使得当电缆组件12经受最大额定电缆负载时，由子单元16内的光纤30经受的轴向力的总和T₁'大于0.5N而小于弹簧54的弹簧力。因此，在本文所论述的电缆组件设计中，使光纤30和内抗张强度纱线34平衡，使得光学连接器20将所需光学学连接维持在最大额定电缆负载下，同时还允许光纤30经受由电缆组件12经受的轴向负载的一部分。

参考图6至图8，除限制或防止弹簧54的压缩之外，本文所论述的电缆组件12和子单元16被配置来限制由形成分叉支脚18的子单元16的部分经受的压缩量。图6示出描绘组件的两个连接器化末端的电缆组件12的示意图。图7示出电缆组件12的示意性侧视横截面图。应理解，出于清晰性，图6至图8描绘从分叉单元14延伸的单个子单元16。然而，如以上所论述，电缆10包括各自如图6至图8中所示且描述地配置的多个子单元16。

如图7中示意性地所示，外抗张强度构件32在两个末端处耦接至分叉单元14，并且内抗张强度构件34在两个末端处耦接至光学连接器20。如图6中所示，在没有轴向负载的情况下，电缆组件12具有在位于子单元16中的一个的相反末端处的相对光学连接器20之间测量的总长度L1。电缆10和分叉单元14具有在分叉单元14的相反面之间测量的总长度L2，并且每一分叉支脚18具有在光学连接器20和分叉单元14的末端之间测量的长度L3。

如图8中所示，当电缆组件12在轴向方向上被加载(例如，施加至分叉单元14的轴向负载)时，电缆组件12经受负载，示出为T₂。如以下将更详细地解释，T₂与图5中所示的T₁有关，由于T₁为电缆组件经受负载T₂时每一子单元经受的T₂的部分。如图8中所示，在轴向负载T2下，电缆组件12具有总长度L1，电缆10和分叉单元14具有总长度L4，并且每一分叉支脚18具有长度L5。在这种类型的轴向负载下，总长度L1保持未改变。然而，在轴向负载T₂下，电缆10被拉伸，使得L4大于L2，但相反地，子单元16被压缩(例如，长度减少)，使得L5小于L3。

如图8中所示，如果子单元16的压缩达到一定水平，那么子单元16可展现压曲或波状外观。电缆组件12必须经受以便生成压曲外观的轴向力T₂的量基于特定电缆设计的结构(例如，子单元护套厚度、每连接器光纤的数目、电缆护套厚度、电缆中的总数光纤、合股模式、内强度构件的数目、外强度构件的数目、电缆部件的材料性质等)变化。然而，一般来说，压曲外观与由L3-L5表示的子单元16在轴向负载下经受的压缩量有关，并且还与由(L3-L5)/L5*100表示的子单元16在轴向负载下的压缩的百分比有关。

举例来说，图9示出了以牛顿为单位的单个子单元的轴向负载与以毫米为单位的子单元的压缩的图表。如所示，当轴向负载增加时，子单元16的压缩增加。对于图9中所示的特定电缆子单元，子单元在点60处所示的14牛顿的轴向负载下压曲或出现“波状”。图9中测试的子单元16包括12根光纤30并且具有带有2.0mm外径和0.3mm径向厚度的子单元护套28。在各种实施方式中，子单元护套28的直径在1.5mm与4.0mm之间，并且更具体地说在1.7mm至3.3mm之间。在各种实施方式中，子单元护套28的平均径向壁厚度在0.2mm至0.7mm之间，并且更具体地说在0.3mm至0.6mm之间。

在各种实施方式中，电缆组件12被配置为使得当T₂等于最大额定电缆负载时，示出为L3-L5的子单元压缩保持在预定阈值范围内。在各种实施方式中，电缆组件12被配置，使得当T₂在最大额定电缆负载下时，示出为(L3-L5)/L5*100的百分比子单元压缩在0.1％与2.5％之间。在其它实施方式中，电缆组件12被配置，使得当T₂在最大额定电缆负载下时，示出为L3-L5的子单元压缩在1mm与15mm之间。在各种实施方式中，通过设计电缆组件以满足这些子单元压缩范围，子单元16将在最大额定电缆负载下不示出压曲外观。在各种实施方式中，选择每一子单元16内的光纤30和内抗拉强度元件34的数目和类型，使得当电缆组件经受最大额定电缆负载时，子单元16经受以上所示范围内的子单元压缩。

在各种实施方式中，电缆组件12被配置，使得在最大额定电缆负载下，子单元压缩维持在本文所论述的压缩范围内，并且由光纤30经受的张力T₁’保持在弹簧54的弹簧力以下和/或本文所论述的弹簧力范围内。在这种实施方式中，电缆组件12被配置，使得在最大额定电缆负载下，弹簧54不超过最大允许压缩并且子单元16不压曲。

在各种实施方式中，电缆组件12可被配置，使得当由T₂表示的轴向负载增加时，子单元压缩在弹簧54超过最大值允许弹黄压缩之前达到子单元的压曲发生(参见图8)所在的临界值。在这种实施方式中，电缆组件12的安装者或用户将能够仅通过查看压曲的子单元来视觉上检测损坏或过载的电缆组件。这允许用户基于观察指示过载的压曲子单元来移除、替换或以其它方式维修过载的电缆组件12，而不需要连接器20处的光学学连接的测试(所述测试不能在视觉上执行)。

虽然光纤30与内抗拉强度元件34之间的张力平衡将基于不同的电缆组件设计的物理性质而不同，但是对于特定电缆设计，申请人已确定以上所论述的子单元压缩临界值和弹黄压缩极限可通过构造特定子单元16内的光纤30的轴向刚度相对于特定子单元16的内抗拉强度元件34的轴向刚度平衡的电缆组件来实现。在各种实施方式中，光纤30的轴向刚度在6kN至11kN并且更具体地说7.1kN至10.7kN的范围内，并且内抗拉强度元件34的轴向刚度在10kN至50kN并且更具体地说12.5kN至49kN的范围内。

另外，对于特定电缆设计，以上所论述的子单元压缩临界值和弹黄压缩极限也可以通过相对于电缆10的总轴向刚度平衡子单元16的轴向刚度来实现。在各种实施方式中，子单元16的轴向刚度在16kN至61kN的范围内，并且电缆10的轴向刚度在150kN至2000kN的范围内。

子单元设计示例

在各种实施方式中，特定子单元的光纤30的轴向刚度是子单元内的所有光纤30的负载承载横截面积(A_纤维)乘以纤维材料的弹性模量(E_纤维)的乘积。因此，光纤30的轴向刚度通过以下等式给出：

等式1：纤维EA＝A_纤维*E_纤维

类似地，特定子单元的内抗拉强度元件34的轴向刚度是子单元内的所有内抗拉强度元件34的负载承载横截面积(A_se)乘以强度元件材料的弹性模量(E_se)的乘积。因此，内抗拉强度元件34的轴向刚度通过以下等式给出：

等式2：强度元件EA＝A_sc*E_se

由于子单元16的主要负载承载元件为光纤30和内抗拉强度元件34，因此子单元的总轴向刚度通过以下等式给出：

等式3：子单元EA＝强度元件EA+纤维EA

如以上所述，子单元16被配置，使得在最大额定电缆负载下和/或在引起最大允许子单元压缩的轴向负载下，由光纤30承受的轴向负载小于连接器弹簧54的最大允许弹簧力(图5中所示)。这个关系通过以下等式示出

等式4：

在等式4中，T₁为由子单元16经受的总轴向负载，并且在特定实施方式中，T₁可为在用于电缆组件12的最大额定电缆负载下由子单元16经受的总轴向负载。在其它实施方式中，T₁可为在生成最大允许子单元压缩的电缆组件轴向负载T₂处由子单元16经受的总轴向负载。如以上所论述，T₁可通过直接测试针对特定电缆10或子单元16加以确定，或可从如以下更详细地论述的电缆负载性质确定。

通过将等式3代入等式4中，通过T₁表示的基于特定子单元轴向负载极限需要的量强度元件EA通过以下等式给出：

等式5：

因此，基于用于强度元件的已知横截面积以及所需的类型和大小，所需要的内强度元件34的总数目使用等式5来确定。如将理解，用于芳族聚酰胺纤维的横截面积得自特定的选择纤维类型的旦尼尔数，且那种纤维的弹性模量对于标准模量芳族聚酰胺通常在70GPa与80GPa之间，并且对于高模量芳族聚酰胺通常在100GPa与120GPa之间。如以下所示，表1对于四个不同子单元设计示出满足等式5所需要的芳族聚酰胺纱线股线的最小数目和类型：

表1

电缆设计示例

由于表1中所示的子单元并入诸如电缆组件12的电缆组件中，因此每一子单元中所需要的强度元件EA的确定可基于电缆组件12可经受的由图8中的T₂表示的各种轴向负载。

一般来说，电缆10可被设计来将分叉支脚18上的抗拉负载T₁保持在特定临界值以下以确保最大弹簧力不超过且/或确保子单元压缩保持在以上所描述的范围中的一个或多个内。在各种实施方式中，电缆10被设计使得满足抗拉负载、弹黄压缩和/或压缩极限，同时还允许轴向负载中的一些达到光纤30。

举例来说，电缆的轴向刚度(电缆EA)为所有子单元EA和外抗拉强度元件32(图2中所示)的EA的和，所述外抗拉强度元件在各种实施方式中可为芳族聚酰胺纱线股线和/或强度杆(例如，GRP杆、金属线等)。当子单元16以螺旋合股模式合股时，沿子单元分配的负载通过以下等式6给出：

等式6：T_S＝T₁e^μθ

在等式6中，T_s为用以引起子单元的最大允许压缩的沿电缆长度内的子单元的最大力；T₁为由子单元护套28具体地在达到最大所需压缩的负载下经受的张力，μ为子单元护套与子单元抗拉纱线和纤维之间的摩擦系数，并且θ为子单元的以弧度表示的径向环绕长度。径向环绕长度通过使临界电缆长度除以子单元的弯曲半径加以确定。子单元的弯曲半径通过如由以下阐述的等式7给出的电缆的合股参数加以确定：

等式7：R＝D'/2+P²/2π₂D'

在等式7中，D’为合股单元的节距圆直径，并且P为股的节距或敷设长度。

在理论上，T_s可始终按指数增加，但是在实践中T_s增加直至达到用于完全耦接的电缆部件的负载极限。那个极限计算为子单元EA除以电缆EA乘以额定负载。经验已示出贯穿各种电缆组件的实验室测试的6m的临界电缆长度。换句话说，如果6m的电缆组件没有在额定电缆负载下最大限度地压缩分叉支脚，那么较长长度的电缆组件将也不最大限度地压缩分叉支脚。据此，人们可推断出，如果子单元在6m的电缆内未被完全耦接，那么分叉支脚将不会被压曲或变成为过于波状的。这算术地表达于等式8中。

等式8：

在等式8中，T_s为在用于螺旋形地合股的子单元的6m电缆长度处计算的值。用于T_s的以上计算涉及螺旋形地合股的子单元。如果子单元为SZ合股的，那么在子单元平行于电缆轴线的急转弯处存在合股的区段。这通常通过并入螺旋等式中的10％校正因数说明。因此，对于SZ合股电缆，T_s将针对5.6m的电缆长度加以计算。对于纤维光学学电缆中的合股子单元，节距圆直径D’通过子单元和数目和子单元直径来确定。具有较大弯曲半径的子单元比具有较小弯曲半径的子单元更难以耦接。因此，限制情况为带有具有小直径的数个子单元的电缆。根据用于具有SZ合股的三个子单元的电缆中的子单元设计1和2(表1中所示)的以上等式确定的最大敷设长度基于外强度元件32的不同量和大小针对电缆EA的各种水平加以计算。结果示出于以下表2中。在特定实施方式中，子单元设计1和2是并入本文所论述的强度元件设计的未来EDGE 2.0和EDGE 8子单元设计，并且这些被测试来验证本文所论述的子单元设计。

表2

在各种实施方式中，子单元16可包括多种光纤，包括多模纤维、单模纤维、弯曲不灵敏纤维等。在各种实施方式中，电缆护套22和子单元护套28可为电缆制造中使用的各种材料，诸如聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、尼龙、聚丙烯、聚酯或聚碳酸酯和共聚物。另外，电缆护套22和子单元护套28的材料可包括向电缆护套22和子单元护套28提供不同性质的大量其它材料或填料。例如，电缆护套22的材料可包括提供染色、UV/光学阻挡(例如，炭黑)、耐火的材料。

本文所论述的光学传输元件包括光纤，所述光纤可为由玻璃或塑料制成的柔性、透明光纤。纤维可充当用来在光纤的两个末端之间传输光学的波导。光纤可包括由具有较低折射指数的透明包覆材料包围的透明芯。光学可通过全内反射保持在芯中。玻璃光纤可包括二氧化硅，但是可使用一些其它材料，诸如氟锆酸盐、氟铝酸盐和硫属化合物玻璃，以及晶体材料诸如蓝宝石。光学可通过具有较低折射指数的光学学包层沿光纤的芯被引导，所述光学学包层通过全内反射将光学捕集在芯中。包层可通过保护包层免于湿气和/或物理损坏的缓冲剂和/或另一涂层涂布。这些涂层可为在拉丝过程期间施加至光纤外侧的UV固化的聚氨酯丙烯酸酯复合材料。涂层可保护玻璃纤维的股线。除以上所论述的子单元16之外，如本文所论述的光学传输单元可包括光纤带、紧密缓冲光纤、光纤微模块等。

除非另外明确地陈述，否则决不意图将本文阐述的任何方法解释为要求所述方法的步骤以特定顺序执行。因此，在方法权利要求没有实际上叙述步骤遵循的顺序或在权利要求书或描述中没有另外具体陈述步骤限于特定顺序的情况下，决不意图推断任何特定顺序。另外，如本文所使用，冠词“一个/一种(a)”意图包括一个或多于一个部件或元件，并且不意图解释为意味仅一个。

本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离所公开的实施方式的精神或范围的情况下做出各种修改和变化。由于本领域技术人员可想到并入实施方式的精神和实质的所公开实施方式的修改、组合、子组合和变化，因此所公开实施方式应被解释为包括所附权利要求书和等效物的范围内的所有事物。

Claims (20)

1.一种光学通信电缆组件，包括：

外电缆护套；

第一抗拉强度元件，被所述外电缆护套包围；

多个光学传输单元，被所述外电缆护套包围，每一光学传输单元包括：

内护套，限定通道；

多个细长光学传输元件，位于所述通道内；以及

第二抗拉强度元件，位于所述通道内；

分叉单元，其中所述第一抗拉强度元件和每一光学传输单元的所述内护套被耦接至所述分叉单元，其中所述多个细长光学传输元件和所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述分叉单元而未被耦接至所述分叉单元；以及

光学连接器，被耦接至所述多个光学传输单元中的每一个的末端，每一光学连接器包括：

主体，被耦接至所述光学传输单元的所述第二抗拉强度元件；

套圈，被耦接至所述光学传输单元的所述细长光学传输元件；以及

弹簧，位于所述套圈与所述主体之间，所述弹簧具有表示引起所述弹簧的最大允许压缩所需要的力的弹簧力；

其中所述第一抗拉强度元件位于所述光学传输单元的所述内护套外侧；

其中所述电缆组件具有最大额定电缆负载，并且其中在所述最大额定电缆负载下，由所述光学传输单元中的每一个内的所述细长光学传输元件经受的轴向力的和大于0.5N而小于所述弹簧力。

2.如权利要求1所述的光学通信电缆组件，其中所述光学传输元件为光纤，其中每一光学传输单元的所述第二抗拉强度元件具有轴向刚度并且每一光学传输单元的所述光纤一起具有光纤轴向刚度，其中每一光学传输单元的所述第二抗拉强度元件的所述轴向刚度与所述光纤的轴向刚度的比率使得，在所述最大额定电缆负载下的轴向负载下，至少一个光学传输单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的部分的长度的减少在0.1％与2.5％之间。

3.如权利要求2所述的光学通信电缆组件，其中每一光学传输单元的所述第二抗拉强度元件的所述轴向刚度被限定为所述第二抗拉强度元件的横截面积乘以所述第二抗拉强度元件的材料的弹性模量，其中每一光学传输单元的所述光纤的轴向刚度被限定为所述光学传输单元的所述光纤的总体横截面积乘以所述光纤的材料的弹性模量。

4.如权利要求2所述的光学通信电缆组件，其中，在所述最大额定电缆负载下，所述光学传输单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的所述部分的所述长度的减少在1mm与15mm之间。

5.如权利要求2所述的光学通信电缆组件，另外其中：

所述第一抗拉强度元件具有轴向刚度；

每一光学传输单元具有轴向刚度，所述轴向刚度为所述第二抗拉强度元件的所述轴向刚度和所述光纤的所述轴向刚度的和；

所述电缆组件具有总体轴向刚度，所述总体轴向刚度为所述光纤中的全部的所述轴向刚度、所述第二抗拉强度元件中的全部的所述轴向刚度和所述第一抗拉强度元件的所述轴向刚度的和；

所述光学传输单元中的一个的所述轴向刚度与所述电缆组件的所述总体轴向刚度的比率使得，在所述最大额定电缆负载下的轴向负载时，所有光学传输单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的所述部分的长度的减少在0.1％与2.5％之间。

6.如权利要求1所述的光学通信电缆组件，其中，在每一光学传输单元内，所述第二抗拉强度元件的长度为实质上等于所述细长光学传输元件中的至少一个的长度。

7.如权利要求1所述的光学通信电缆组件，其中每一光学传输单元的所述第二抗拉强度元件包括多个抗拉强度纱线股线。

8.如权利要求7所述的光学通信电缆组件，其中所述弹簧力大于5牛顿，其中所述抗拉强度纱线股线为芳族聚酰胺纱线股线，其中每一光学传输单元的所述多个细长光学传输元件包括至少八根光纤，进一步包括至少三个光学传输单元。

9.如权利要求1-8中任一项所述的光学通信电缆组件，其进一步包括位于所述分叉单元内的粘合材料，所述粘合材料将所述第一抗拉强度元件、所述多个光学传输单元的所述内护套的外表面、和所述分叉单元粘结在一起，并且接触所述第一抗拉强度元件、所述多个光学传输单元的所述内护套的外表面、和所述分叉单元。

10.如权利要求9所述的光学通信电缆组件，其中每一光学传输单元的所述内护套延伸穿过所述分叉单元，并且另外其中所述外电缆护套的外表面限定所述电缆组件在所述分叉单元的上游侧上的最外表面并且所述光学传输单元的所述内护套的外表面限定所述电缆组件在所述分叉单元的下游侧上的最外表面。

11.一种光学通信电缆组件，包括：

外电缆护套；

第一抗拉强度元件，被所述外电缆护套包围；

多个子单元，被所述外电缆护套包围，每一子单元包括：

内护套，限定通道；

多根光纤，位于所述通道内，所述多根光纤一起具有轴向刚度；

第二抗拉强度元件，位于所述通道内，所述第二抗拉强度元件具有轴向刚度；

耦接单元，其中所述外电缆护套接收在所述耦接单元的第一末端内，使得所述外电缆护套终止于所述耦接单元处，其中所述子单元中的每一个延伸到所述耦接单元的第二末端外，其中所述第一抗拉强度元件和所述子单元中的每一个的所述内护套被耦接至所述耦接单元，并且所述多根光纤和所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述耦接单元而未被耦接至所述耦接单元；

光学连接器，被耦接至所述子单元中的每一个的末端，每一光学连接器包括：

主体，被耦接至所述子单元的所述第二抗拉强度元件；

套圈，被耦接至所述子单元的所述光纤中的全部；以及

弹簧，位于所述套圈与所述主体之间，所述弹簧具有表示引起所述弹簧的最大压缩所需要的力的弹簧力；

其中所述第一抗拉强度元件位于所述子单元的所述内护套外侧；

其中每一子单元具有子单元末端部分，所述子单元末端部分位于所述耦接单元与所述光学连接器之间，所述光学连接器被耦接至所述子单元，所述子单元末端部分具有在所述耦接单元与所述光学连接器之间测量的初始长度；

其中，在所述电缆组件施加于所述耦接单元处的轴向负载下，每一子单元经受轴向负载的一部分，从而导致所述子单元末端部分的压缩，并且另外其中所述光纤和所述第二抗拉强度元件两者经受所述子单元的轴向负载的所述部分中的一些；

其中每一子单元的所述第二抗拉强度元件的所述轴向刚度与所述光纤的所述轴向刚度的比率使得，当所述子单元末端部分在所述轴向负载下的长度的减少在0.1％与2.5％之间时，由所述子单元的所述光纤经受的所述轴向负载的所述部分大于零而小于所述弹簧力。

12.如权利要求11所述的光学通信电缆组件，其中由所述子单元的所述光纤经受的所述轴向负载的所述部分大于0.5牛顿而小于所述弹簧力。

13.如权利要求12所述的光学通信电缆组件，其中所述弹簧力大于5牛顿。

14.如权利要求12所述的光学通信电缆组件，其中所述电缆组件具有最大额定电缆负载，其中在所述最大额定电缆负载下，所述子单元末端部分的所述长度的减少在0.1％与2.5％之间。

15.如权利要求11所述的光学通信电缆组件，其中，当所述子单元末端部分在所述轴向负载下的长度的减少在1mm与15mm之间时，由所述子单元的所述光纤经受的轴向负载的所述部分是大于零而小于所述弹簧力。

16.如权利要求11所述的光学通信电缆组件，其中每一光学传输单元的所述第二抗拉强度元件的所述轴向刚度被限定为所述第二抗拉强度元件的横截面积乘以所述第二抗拉强度元件的材料的弹性模量，其中每一子单元的所述光纤的所述轴向刚度被限定为所述子单元的所述光纤的总体横截面积乘以所述光纤的材料的弹性模量。

17.如权利要求11-16中任一项所述的光学通信电缆组件，其中，在每一子单元内，所述第二抗拉强度元件的长度为实质上等于所述光纤中的至少一根的长度。

18.一种光学通信电缆组件，包括：

外电缆护套；

第一抗拉强度元件，被所述外电缆护套包围，所述第一抗拉强度元件具有轴向刚度；

多个子单元，被所述外电缆护套包围，每一子单元包括：

内护套，限定通道；

多根光纤，位于所述通道内；

第二抗拉强度元件，位于所述通道内；

其中每一子单元具有轴向刚度；

分叉单元，其中所述第一抗拉强度元件和每一子单元的所述内护套被耦接至所述分叉单元，其中每一子单元的所述多根光纤和所述第二抗拉强度元件延伸穿过所述分叉单元而未被耦接至所述分叉单元；以及

光学连接器，被耦接至所述子单元中的每一个的末端，每一光学连接器包括：

主体，被耦接至所述子单元的所述第二抗拉强度元件；以及

套圈，被耦接至所述子单元的所述光纤中的全部；并且

其中所述电缆组件具有最大额定电缆负载和总体轴向刚度，所述总体轴向刚度为所述子单元中的全部的所述光纤中的全部的轴向刚度、所述子单元中的全部的所述第二强度元件的轴向刚度、和所述第一抗拉强度元件的所述轴向刚度的和；

其中，在所述分叉单元处施加的轴向负载下，每一子单元经受引起所述子单元位于所述分叉单元与所述光学连接器之间的部分的压缩的所述轴向负载的一部分，所述压缩是相对于轴向负载的量，另外其中所述光纤和所述第二抗拉强度元件两者经受所述子单元的所述轴向负载的所述部分中的一些；

其中所述子单元的所述轴向刚度与所述电缆组件的所述总体轴向刚度的比率使得在所述最大额定电缆负载下，每一子单元的压缩在所述子单元在所述分叉单元与所述光学连接器之间的所述部分的初始长度的0.1％与2.5％之间。

19.如权利要求18所述的光学通信电缆组件，其中每一光学连接器进一步包括位于所述套圈与所述主体之间的弹簧，所述弹簧具有表示引起所述弹簧的最大压缩所需要的力的弹簧力，其中在所述最大额定电缆负载下，由子单元的所述光纤经受的轴向力大于零而小于所述弹簧力。

20.如权利要求18所述的光学通信电缆组件，其中轴向刚度被限定为电缆部件的横截面积乘以形成所述电缆组件的材料的弹性模量，其中，在每一子单元内，所述第二抗拉强度股线的长度为实质上等于所述子单元的所述光纤中的每一个的长度。

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