CN110797145A - 一种水下光电复合缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种水下光电复合缆，其包括：沿着光电复合缆中心周向布置的光单元、4芯信号单元、屏蔽双绞单元、2芯电源单元；所述光单元、4芯信号单元、屏蔽双绞单元、2芯电源线单元外部设置有抗拉增强层，所述抗拉增强层内的光单元、4芯信号单元、屏蔽双绞单元、2芯电源线单元之间的间隙填充有密封胶，所述抗拉增强层外部设置有外护层。此结构使得该种水下光电复合缆可在水下300水深稳定工作，电缆耐盐分腐蚀，机械性能良好，成品外径只有12.0mm±0.5mm，成品电缆最小弯曲半径在10倍左右，电缆破断拉力超过5kN，可传输光、电两种信号，抗干扰性强，满足海下探测设备的使用要求。

Description

一种水下光电复合缆
技术领域
本发明涉及线缆领域，尤其涉及一种适用于300米水下探测设备信号传输、电力供给的水下光电复合缆。
背景技术
海洋是生命的摇篮，也是人类社会可持续发展的宝贵财富。当前，随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，沿海国家纷纷把目光投向海洋，加快了对海洋的开发和利用。随着对海洋探测的深入，对海下探测设备以及设备所用的附件也提出了新的要求。
在海下探测过程中探测设备需要用电，设备以及电缆在较深的海水中使用，要求使用的电缆具有抗水压的能；并且为了获取更加清楚的影像、图片、声音等信号，所用设备用电缆需要具有更好的信号传输能力；在水下设备使用过程中，因海水流动、设备自重晃动等，会不可避免的对电缆产生一定的应力，这也要求其使用的电缆具有承受一定的机械应力的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离水下光电复合缆，满足海下探测设备用电、负重、耐海水腐蚀、影像信号传输的需求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种水下光电复合缆，其包括：沿着光电复合缆中心周向布置的光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源单元(3)；
所述光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源线单元(3)外部设置有抗拉增强层(6)，所述抗拉增强层(6)内的光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源线单元(3)之间的间隙填充有密封胶(5)，所述抗拉增强层外部设置有外护层(7)。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述光单元(1)内部含有四根多模光纤(1.1)，所述多模光纤(1.1)外部设置有PBT聚酯塑料松套管构成的护套(1.2)，所述护套内部的多模光纤(1.1)之间的间隙填充有凝胶，所述护套外部设置有高强度芳纶纱高密度编织结构构成的抗拉层(1.3)。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述4芯信号单元(2)中各线芯包括导体II(2.1)、设置于导体II外部的绝缘层II(2.2)，4芯信号单元的四线芯外部设置有屏蔽层II(2.3)，所述屏蔽层II(2.3)外部设置有隔离层II(2.4)。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述屏蔽双绞单元(4)包括导体IV(4.1)、设置于导体IV外侧的绝缘层IV(4.2)，屏蔽双绞线单元的导体IV、绝缘层IV外部设置有屏蔽层IV(4.3)。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述2芯电源单元(3)的线芯包括导体III(3.1)、设置于导体III外部的绝缘层III(3.2)，2芯电源单元的2线芯外部设置有屏蔽层III(3.3)。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述外护层(7)为聚醚型聚氨酯材质，外护层(7)护层拉伸强度大于40MPa,断裂伸长率大于500％以上。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述抗拉增强层(6)采用高强度芳纶纤维编织而成。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述导体II(2.1)采用绞合镀锡导体；绝缘层II(2.2)采用氟塑料材质，绝缘层厚度为0.23mm～0.25mm；屏蔽层II(2.3)采用复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度85％以上；所述隔离层II(2.4)采用聚酯薄膜绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述导体IV(4.1)采用绞合镀锡导体；绝缘层IV(4.2)采用氟塑料材质，绝缘层IV厚度为0.23mm～0.25mm；所述屏蔽层IV(4.3)为复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度85％以上。
作为一种选择，本发明提供的一种水下光电复合缆中，所述导体III(3.1)采用绞合镀锡导体；所述绝缘层III(3.2)采用氟塑料材质，绝缘层III厚度为0.32mm～0.35mm；所述屏蔽层III(3.3)采用铜塑复合带绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、水密好：电缆内部采用密封胶填充，使得电缆内部结构紧实，密封性好，同时电缆采用高强度聚醚型聚氨酯作为护层材料，可有效防止海水侵蚀、机械损伤，电缆整体承受水压可达到3MPa以上，可在300米水下环境中使用而不发生泄露。
2、整体外径小：电缆采用绝缘性能优良的氟塑料绝缘，较聚乙烯绝缘电缆外径大大减小，成品电缆最小弯曲半径较小。
3、机械性能好：电缆光单元以及电缆整体均采用高强度芳纶纤维高密度编织加强，护层采用高强度聚氨酯材质，电缆的破断力可达到5kN以上，电缆耐磨、耐海水侵蚀。
4、传输性能好：电缆光单元内含有四根多模光纤，光纤余长达到2‰，采用凝胶填充，采用机械性能良好的PBT松套管以及高强度芳纶加强，可以很好的保护光纤，避免机械应力以及水分造成光纤的微裂纹产生，光传输性能良好，传输的光信号基本不受外界干扰；电缆的信号单元采用复合屏蔽结构，编织密度达到85％以上，电源采用铜塑复合带绕包屏蔽，各个有电单元之间屏蔽隔离良好，传输的电信号基本不受外界电磁信号干扰，电缆整体信号传输性能良好。
综上，本发明提供的水下光电复合缆采用氟塑料绝缘，绝缘外径相对较小，成品外径相对较小；电缆采用PBT松套管光纤，内部填充凝胶，可有效防止水分入侵，光单元采用芳纶纤维编织加强，同时管内光纤余长足够长，可有效减少机械应力对光纤传输性能的影响；电缆具有光单元与信号线单元，可同时传输光信号以及电信号；电缆采用密封胶填充，使得电缆的水密性较好；电缆采用高强度芳纶高密度编织加强，电缆破断力大于5kN；芳纶加强层外挤包一层聚醚型聚氨酯作为护套，可有效防止海水侵蚀、机械损伤，提高电缆在水下的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中一种离水下光电复合缆结构示意图。
图2为本发明实施例中光单元结构示意图。
图3为本发明实施例中2芯电源线单元结构示意图。
图4为本发明实施例中4芯信号单元结构示意图。
图5为本发明实施例中屏蔽双绞单元结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。
参见图1，一种水下光电复合缆，其包括：沿着光电复合缆中心周向布置的光单元1、4芯信号单元2、屏蔽双绞单元4、2芯电源单元3，其中，4芯信号单元2、2芯电源单元3沿着光电复合缆的中心对称分布，而光单元1分布于4芯信号单元2、2芯电源单元3上部间隙处，屏蔽双绞单元4分布于4芯信号单元2、2芯电源单元3下部间隙处。所述光单元1、4芯信号单元2、屏蔽双绞单元4、2芯电源线单元3外部设置有抗拉增强层6，抗拉增强层采用高强度芳纶纤维编织而成，使得电缆可以承受大于5kN的破断力。所述抗拉增强层6内的光单元1、4芯信号单元2、屏蔽双绞单元4、2芯电源线单元3之间的间隙填充有密封胶5，所述抗拉增强层外部设置有外护层7。
本发明中，光单元、4芯信号单元、2芯电源单元、屏蔽双绞单元四部分成缆过程中内部填充密封胶。
本发明提供的水下光电复合缆的结构使得该种水下光电复合缆可在水下300水深稳定工作，电缆耐盐分腐蚀，机械性能良好，成品外径只有12.0mm±0.5mm，成品电缆最小弯曲半径在10倍左右，电缆破断拉力超过5kN，可传输光、电两种信号，抗干扰性强，满足海下探测设备的使用要求。
下面结合附图对水下光电复合缆各线芯进行详细描述。
结合图2，该图给出了光单元的详细结构，从该图可以看出，设置于水下光电复合缆的光单元1内部含有四根多模光纤1.1，光纤余长足够长，在2‰左右。多模光纤1.1外部采用机械性能良好、不易水解的PBT聚酯塑料松套管做护套1.2，内部填充凝胶防止水分侵入，尽可能的保护光纤，避免微裂纹产生。PBT聚酯塑料松套管1.2外部采用高强度芳纶纱高密度编织做抗拉层1.3，使光单元1在轴向可以承受一定的拉力而不破坏光纤的传输性能。
参见图3，该图给出了2芯电源线单元的详细结构，该图中，2芯电源单元3的线芯包括导体III3.1、设置于导体III外部的绝缘层III3.2，2芯电源单元的2线芯外部设置有屏蔽层III3.3。导体III3.1采用绞合镀锡导体；导体III外侧绝缘层III3.2采用耐高温、绝缘性能良好的氟塑料材质，绝缘厚度更薄，绝缘层厚度为0.32mm～0.35mm，外径更小。屏蔽层III3.3采用铜塑复合带绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间，对电源线产生的干扰很好的屏蔽隔离。
参见图4，该图给出了4芯信号单元的详细结构，该4芯信号单元2由导体II2.1、绝缘层II2.2、屏蔽层II2.3、隔离层II2.4组成，各线芯包括导体II2.1、设置于导体II外部的绝缘层II2.2，4芯信号单元的四线芯外部设置有屏蔽层II2.3，所述屏蔽层II2.3外部设置有隔离层II2.4。导体II2.1采用绞合镀锡导体。导体II外侧绝缘层II2.2采用耐高温、绝缘性能良好的氟塑料材质，绝缘层厚度为0.23mm～0.25mm。屏蔽层II2.3为复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度达到85％以上，可以很好地屏蔽外部电磁信号的干扰。隔离层II2.4采用聚酯薄膜绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间，这样就可以保证电缆在弯曲过程中，不会出现内部漏包现象，保证隔离效果。
参见图5，该图为屏蔽双绞单元的详细结构，从该图中可以看出，所述屏蔽双绞单元4包括导体IV4.1、设置于导体IV外侧的绝缘层IV4.2，屏蔽双绞线单元的导体IV、绝缘层IV外部设置有屏蔽层IV4.3。导体IV4.1采用绞合镀锡导体，导体IV外侧绝缘层IV4.2采用耐高温、绝缘性能良好的氟塑料材质，绝缘层厚度为0.23mm～0.25mm，屏蔽层IV4.3为复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度达到85％以上，可以很好地屏蔽外部电磁信号的干扰。
本发明提供的水下光电复合缆采用绝缘性能良好的氟塑料绝缘，绝缘外径相对较小，最后成品外径相对较小；内部具有芳纶铠装松套光单元，光单元内部光纤余长足够长，保证光单元传输性能不会在承受应力时受损；信号线单元采用复合屏蔽结构，可较大程度避免外部电磁信号的干扰；电源线采用铜塑复合带屏蔽，可降低电感应对其它单元的影响；成缆时采用密封胶填充，使得电缆的水密性大大加强；成缆后采用高强度芳纶纤维编织铠装，使得电缆对机械应力的承受能力大大加强，可具有大于5kN的破断拉力；电缆采用抗海水侵蚀性好的聚醚型聚氨酯材质，让电缆对海水侵蚀具有一定的耐受力。
本发明还提供了一种水下光电复合缆的制备方法，该方法包括：
1.首先，为了提高电缆的柔软性，导体束丝节径比大致在14倍左右，束丝模具采用聚晶绞合模，模具尺寸与绞合后的铜线的设计计算外径一致。
2.采用耐温性能良好、绝缘性能优良的氟塑料作为绝缘材料，其加工温度自挤出机进料口至挤出机机头的各段位上，依次设置为280-310℃、315-330℃、340-360℃、360-380℃、380-400℃；采用压力式挤出。
3.各个单元分成缆，填充尼龙条及密封胶填充圆整。
4.分屏蔽：电源线单元采用铜塑复合带绕包屏蔽，绕包搭盖率在18％～25％；信号线以及双绞线单元均采用铝塑复合带绕包屏蔽后采用镀锡铜丝高密度编织屏蔽，绕包搭盖率在18％～25％，编织密度在85％以上，铝面朝外，而且在4芯信号线编织屏蔽外侧加上聚酯带绕包隔离，将4芯信号线单元与其余电单元隔离开，绕包搭盖率在18％～25％。
5.电缆光单元采用高强度芳纶纤维高密度编织加强，编织节距在22mm左右。
6.成缆节距采用12～14倍的节径比进行绞合。绞合模具采用尼龙绞合模，模具尺寸为绞合后的设计计算外径，成缆过程中填充密封胶。
7.在成缆单元外侧编织高密度芳纶纤维作为抗拉增强层6，采用1670dtex的加捻芳纶纱编织加强。
8.在抗拉增强层6外再挤包一层高强度聚醚型聚氨酯材料作为外护层7，护套外径为12.0mm±0.5mm为最终成品。外护层7对电缆起到隔离外界不良机械损伤、海水侵蚀的作用。挤包的护层厚度为1.7mm～2.0mm，聚氨酯拉伸强度大于40MPa,断裂伸长率大于500％以上。当采用聚氨酯作为护套材料使，其加工温度自挤出机进料口至挤出机机头的各段位上，依次设置为：125-135℃、170-180℃、170-180℃、170-180℃、165-170℃；挤出模具采用压力式挤出模具。
通过上述方法可得到图1所示的水下光电复合缆。水下光电复合缆可用于水深300m的海下环境，承受3MPa以上的水压无泄漏，电缆破断力5kN以上，电缆结构耐海水盐分腐蚀，水下光电复合缆内设的电源线单元3、光单元1、信号线单元2、屏蔽双绞单元4可满足对海下设备供电、通信等要求，电缆采用高强度、耐海水侵蚀聚氨酯护层，保证电缆水下长期使用并且电缆内部采用高强度芳纶编织抗拉增强层6，使得电缆可以承受一定的机械应力。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下光电复合缆，其特征在于，其包括：沿着光电复合缆中心周向布置的光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源单元(3)；
所述光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源线单元(3)外部设置有抗拉增强层(6)，所述抗拉增强层(6)内的光单元(1)、4芯信号单元(2)、屏蔽双绞单元(4)、2芯电源线单元(3)之间的间隙填充有密封胶(5)，所述抗拉增强层外部设置有外护层(7)。
2.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述光单元(1)内部含有四根多模光纤(1.1)，所述多模光纤(1.1)外部设置有PBT聚酯塑料松套管构成的护套(1.2)，所述护套内部的多模光纤(1.1)之间的间隙填充有凝胶，所述护套外部设置有高强度芳纶纱高密度编织结构构成的抗拉层(1.3)。
3.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述4芯信号单元(2)中各线芯包括导体II(2.1)、设置于导体II外部的绝缘层II(2.2)，4芯信号单元的四线芯外部设置有屏蔽层II(2.3)，所述屏蔽层II(2.3)外部设置有隔离层II(2.4)。
4.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述屏蔽双绞单元(4)包括导体IV(4.1)、设置于导体IV外侧的绝缘层IV(4.2)，屏蔽双绞线单元的导体IV、绝缘层IV外部设置有屏蔽层IV(4.3)。
5.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述2芯电源单元(3)的线芯包括导体III(3.1)、设置于导体III外部的绝缘层III(3.2)，2芯电源单元的2线芯外部设置有屏蔽层III(3.3)。
6.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述外护层(7)为聚醚型聚氨酯材质，外护层(7)护层拉伸强度大于40MPa,断裂伸长率大于500％以上。
7.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述抗拉增强层(6)采用高强度芳纶纤维编织而成。
8.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述导体II(2.1)采用绞合镀锡导体；绝缘层II(2.2)采用氟塑料材质，绝缘层厚度为0.23mm～0.25mm；屏蔽层II(2.3)采用复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度85％以上；所述隔离层II(2.4)采用聚酯薄膜绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间。
9.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述导体IV(4.1)采用绞合镀锡导体；绝缘层IV(4.2)采用氟塑料材质，绝缘层IV厚度为0.23mm～0.25mm；所述屏蔽层IV(4.3)为复合屏蔽结构，由绕包的铝塑复合带加上高密度编织的镀锡铜丝组成，编织密度85％以上。
10.根据权利要求1所述的一种水下光电复合缆，其特征在于，所述导体III(3.1)采用绞合镀锡导体；所述绝缘层III(3.2)采用氟塑料材质，绝缘层III厚度为0.32mm～0.35mm；所述屏蔽层III(3.3)采用铜塑复合带绕包，绕包搭盖率在18％-25％之间。
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