CN110609371A - 抗牵拉光导纤维及制作方法、信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于信号传输技术领域，具体涉及抗牵拉光导纤维及制作方法、信号传输系统。其为三层结构，从外到内依次为：管套、包层和纤芯；所述纤芯为含溴化锂的聚丙烯酰胺水凝胶；所述包层为透明硅胶毛细管；所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质；所述管套与包层之间填充有纤膏；在管套外侧依次设有内护套和外护套；所述内护套与管套之间设有阻水玻璃纱；所述外护套与内护套之间设有铠装层。具有抗牵拉、耐磨损的优点；同时，信号传输系统使用所述光导纤维传输信号时，能够抗衰减。
Description
技术领域
本发明属于信号传输技术领域，具体涉及抗牵拉光导纤维及制作方法、信号传输系统。
背景技术
微细的光导纤维封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光导纤维的一端的发射装置使用发光二极管(lightemittingdiode,LED)或一束激光将光脉冲传送至光导纤维，光导纤维的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。
在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光导纤维被用作长距离的信息传递。
通常光导纤维与光缆两个名词会被混淆。多数光导纤维在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光导纤维外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光导纤维的伤害，如水、火、电击等。
光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光导纤维。光导纤维和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。
在多模光导纤维中，芯的直径是50μm和62.5μm两种，大致与人的头发的粗细相当。而单模光导纤维芯的直径为8μm～10μm，常用的是9/125μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，俗称包层，包层使得光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，即涂覆层，用来保护包层。光导纤维通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一保护层。
现有的光导纤维由于其本身材料和结构的特殊性，在防护外力作用和抗牵拉等方面依然有很多不足。光缆敷设数量与日俱增，光缆已经敷设在各种不同的场景下，使用非常广泛。但现有技术中，在树林、湖边、沙漠地区敷设的光缆经常有会被损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供抗牵拉光导纤维及制作方法、信号传输系统，具有抗牵拉、耐磨损的优点；同时，信号传输系统使用所述光导纤维传输信号时，能够抗衰减。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
抗牵拉光导纤维，其为三层结构，从外到内依次为：管套、包层和纤芯；所述纤芯为含溴化锂的聚丙烯酰胺水凝胶；所述包层为透明硅胶毛细管；所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质；所述管套与包层之间填充有纤膏；在管套外侧依次设有内护套和外护套；所述内护套与管套之间设有阻水玻璃纱；所述外护套与内护套之间设有铠装层。
进一步的，从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.3mm的区域内不含金属单质。从所述包层的内表面向外延伸0.5-1.5mm的区域内，金属单质的含量小于80ppm。
进一步的，从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
进一步的，所述内护套采用LSZH护套料制成；所述外护套采用PE护套料制成。
一种制备所述光导纤维的方法，所述方法执行以下步骤：
溴化锂水溶液与丙烯酰胺单体混合，得到混合溶液；
混合溶液中加入光引发剂、交联剂，然后注入透明硅胶毛细管内，紫外光固化，即得水凝胶光导纤维；
将包层玻璃管套在水凝胶光导纤维外，制成水凝胶光导纤维预制棒；
拉制所述水凝胶光导纤维预制棒，得到玻璃纤维丝；
在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维；
在所述光导纤维外依次添加上包层和管套，完成制作。
进一步的，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子。
进一步的，所述系统包括：终端、云端以及光导纤维，所述云端与外界传感器电连接，所述云端与终端通过光导纤维交换光信号与光能；其中，
云端包括用于将外界传感器传输的电信号放大，并将放大后的电信号转化成光信号，再将该光信号通过光导纤维传输至终端；
终端包括用于接收从云端传输过来的光信号，并将该光信号转化成电信号，再将该电信号调理后输出；
所述终端还包括光源，所述云端还包括光电池，所述光源通过光导纤维将光能传输至光电池。
进一步的，所述光导纤维包括信号光导纤维和能量光导纤维，所述信号光导纤维用于云端将所述光信号传输至终端；所述能量光导纤维用于终端将所述光能传输至云端。
进一步的，所述云端包括信号放大模块、电致发光模块以及光电池；所述信号放大模块分别与外界传感器和电致发光模块电连接；所述光电池通过能量光导纤维从终端接收光能；所述光电池将接收的光能转化为电能，并分别为信号放大模块和电致发光模块提供电能。
本发明的抗牵拉光导纤维及制作方法、信号传输系统，具有如下有益效果：具有抗牵拉、耐磨损的优点；同时，信号传输系统使用所述光导纤维传输信号时，能够抗衰减。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的抗牵拉光导纤维制作方法的方法流程示意图；
图2为本发明的实施例提供的信号传输系统的系统结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的信号传输系统传输数据时数据传输衰减率的实验效果示意图。
其中，1-现有技术传输数据时，数据传输衰减率曲线；2-本发明信号传输系统传输数据时，数据传输衰减率曲线。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
实施例1
抗牵拉光导纤维，其为三层结构，从外到内依次为：管套、包层和纤芯；所述纤芯为含溴化锂的聚丙烯酰胺水凝胶；所述包层为透明硅胶毛细管；所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质；所述管套与包层之间填充有纤膏；在管套外侧依次设有内护套和外护套；所述内护套与管套之间设有阻水玻璃纱；所述外护套与内护套之间设有铠装层。
具体的，光导纤维是一种能够传导光波和各种光信号的纤维。在当今的信息时代，人们在经济活动和科学研究中有大量的信息及数据需要加工和处理，而光纤正是传输信息的最理想的工具。以光导通信技术为基础的信息系统与传统的电缆系统比较,在同样多的时间内它可以进行更大量和更多类型信息的传送。一根光导纤维电缆相当于100根传送电话所使用的同轴电缆所传送的信息。而且传送时的损耗低，接点数目可以减少1/20。光导系统的波带很宽，由几十MHZ/km到几百GHz/km,而且可以防止电讯号的噪音。另外，光导纤维消耗材料少，与同轴电缆相比可节省大量有色金属。
实施例2
在上一实施例的基础上，从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.3mm的区域内不含金属单质。从所述包层的内表面向外延伸0.5-1.5mm的区域内，金属单质的含量小于80ppm。
具体的，在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
实施例3
在上一实施例的基础上，从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
具体的，光缆(optical fiber cable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。光缆主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。
实施例4
在上一实施例的基础上，所述内护套采用LSZH护套料制成；所述外护套采用PE护套料制成。
实施例5
一种制备所述光导纤维的方法，所述方法执行以下步骤：
溴化锂水溶液与丙烯酰胺单体混合，得到混合溶液；
混合溶液中加入光引发剂、交联剂，然后注入透明硅胶毛细管内，紫外光固化，即得水凝胶光导纤维；
将包层玻璃管套在水凝胶光导纤维外，制成水凝胶光导纤维预制棒；
拉制所述水凝胶光导纤维预制棒，得到玻璃纤维丝；
在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维；
在所述光导纤维外依次添加上包层和管套，完成制作。
具体的，所谓云端，其实就是泛指网络，名称来自工程师在绘制示意图时，常以一朵云来代表网络。因此，云端服务用白话文讲就是“网络服务网络”。举凡运用网络沟通多台计算机的运算工作，或是透过网络联机取得由远程主机提供的服务等，都可以算是一种云端服务。
实施例6
在上一实施例的基础上，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子。
实施例7
在上一实施例的基础上，所述系统包括：终端、云端以及光导纤维，所述云端与外界传感器电连接，所述云端与终端通过光导纤维交换光信号与光能；其中，
云端包括用于将外界传感器传输的电信号放大，并将放大后的电信号转化成光信号，再将该光信号通过光导纤维传输至终端；
终端包括用于接收从云端传输过来的光信号，并将该光信号转化成电信号，再将该电信号调理后输出；
所述终端还包括光源，所述云端还包括光电池，所述光源通过光导纤维将光能传输至光电池。
实施例8
在上一实施例的基础上，所述光导纤维包括信号光导纤维和能量光导纤维，所述信号光导纤维用于云端将所述光信号传输至终端；所述能量光导纤维用于终端将所述光能传输至云端。
实施例9
在上一实施例的基础上，所述云端包括信号放大模块、电致发光模块以及光电池；所述信号放大模块分别与外界传感器和电致发光模块电连接；所述光电池通过能量光导纤维从终端接收光能；所述光电池将接收的光能转化为电能，并分别为信号放大模块和电致发光模块提供电能。
具体的，直放站在下行链路中，由施主天线在基站现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基站与手机的信号传递。直放站的种类根据实际的应用情况，常用的可分为宽带直放站、选频直放站、光纤直放站、移频直放站、干线放大器。对于其他一些特殊应用场合，也有一些其他种类的直放站。直放站设备作为电子设备，在运行过程中，除了人为因素发生一些偶然故障，还常常因环境的影响、运行条件的突变以及元器件性能的老化等原因产生各种故障。
以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.抗牵拉光导纤维，其特征在于，其为三层结构，从外到内依次为：管套、包层和纤芯；所述纤芯为含溴化锂的聚丙烯酰胺水凝胶；所述包层为透明硅胶毛细管；所述纤芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层含有金属单质，所述包层与纤芯相接触的内表面不含金属单质；所述管套与包层之间填充有纤膏；在管套外侧依次设有内护套和外护套；所述内护套与管套之间设有阻水玻璃纱；所述外护套与内护套之间设有铠装层。
2.如权利要求1所述的抗牵拉光导纤维，其特征在于，从所述包层的内表面向外延伸0.1-0.3mm的区域内不含金属单质。从所述包层的内表面向外延伸0.5-1.5mm的区域内，金属单质的含量小于80ppm。
3.如权利要求2所述的抗牵拉光导纤维，其特征在于，从所述包层的外表面到内表面的方向上，所述金属单质的质量浓度逐渐降低。
4.如权利要求1所述的抗牵拉光导纤维，其特征在于，所述内护套采用LSZH护套料制成；所述外护套采用PE护套料制成。
5.一种制备权利要求1至4之一所述光导纤维的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：
溴化锂水溶液与丙烯酰胺单体混合，得到混合溶液；
混合溶液中加入光引发剂、交联剂，然后注入透明硅胶毛细管内，紫外光固化，即得水凝胶光导纤维；
将包层玻璃管套在水凝胶光导纤维外，制成水凝胶光导纤维预制棒；
拉制所述水凝胶光导纤维预制棒，得到玻璃纤维丝；
在还原气体气氛下，还原处理所述玻璃纤维丝，使所述玻璃纤维丝的包层玻璃中的部分所述金属离子被还原成金属单质，得到光导纤维；
在所述光导纤维外依次添加上包层和管套，完成制作。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纤芯玻璃的折射率大于所述包层玻璃的折射率，所述包层玻璃中含有质量百分比5％-30％的金属离子。
7.使用权利要求1至5之一所述光导纤维的信号传输系统，其特征在于，所述系统包括：终端、云端以及光导纤维，所述云端与外界传感器电连接，所述云端与终端通过光导纤维交换光信号与光能；其中，
云端包括用于将外界传感器传输的电信号放大，并将放大后的电信号转化成光信号，再将该光信号通过光导纤维传输至终端；
终端包括用于接收从云端传输过来的光信号，并将该光信号转化成电信号，再将该电信号调理后输出；
所述终端还包括光源，所述云端还包括光电池，所述光源通过光导纤维将光能传输至光电池。
8.如权利要求7所述的信号传输系统，其特征在于，所述光导纤维包括信号光导纤维和能量光导纤维，所述信号光导纤维用于云端将所述光信号传输至终端；所述能量光导纤维用于终端将所述光能传输至云端。
9.如权利要求8所述的信号传输系统，其特征在于，所述云端包括信号放大模块、电致发光模块以及光电池；所述信号放大模块分别与外界传感器和电致发光模块电连接；所述光电池通过能量光导纤维从终端接收光能；所述光电池将接收的光能转化为电能，并分别为信号放大模块和电致发光模块提供电能。
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