CN110941058A - 一种等时延柔软铠装光缆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学传输光缆领域，具体为一种等时延柔软铠装光缆及其制作方法。为解决光缆长期使用寿命短、光缆尺寸大、长度差较难控制、整体强度低、护套容易破皮的问题，提出了一种等时延柔软铠装光缆，包括缆芯，其特征在于：所述缆芯包括了光纤单元1，所述光纤单元1由数根光纤5密集成圆形并在其外部包覆一层护套而成，所述光缆还包括了铠装层2、加强层3、护套层4；缆芯外铠装一层铠装层2，铠装层2外编织一层加强层3，加强层3外包覆一层护套层4。本发明通过合理的布局，缩小缆芯的尺寸，使其更易弯曲，且有空间增加铠装层以提高强度，随着内部强度的提高与尺寸的减小，使得护套层4可以更厚实。

Description

一种等时延柔软铠装光缆及其制作方法

技术领域

本发明涉及光学传输光缆领域，具体为一种等时延柔软铠装光缆及其制作方法。

背景技术

等时延柔软铠装光缆主要用于雷达通信系统中光信号传输，随着雷达通信技术快速发展，雷达系统对隐身和机动性能要求越来越高，而传统的等时延多芯光缆采用多芯光纤带的制作方法，由于多芯光纤带宽度较大，采用多芯光纤带加工光缆存在尺寸大、重量重和弯曲性能差等缺点，不适于快速便捷反复收放和狭小空间固定敷设，而且传统光缆采用加强材料绞合的加强方式，在实际使用过程中会出现加强材料偏向一侧导致光缆扭曲造成衰减增加的问题，长期使用的可靠性和稳定性较差，已不能满足新型雷达系统使用要求。

传统的等时延多芯光缆，如图1所示，由多芯光纤带10、内护层20、芳纶纱40和外护层50组成，多芯光纤带10包含有光纤11，内护层20的中部开有用于插装多芯光纤带10的矩形内孔21，内护层20中设有多个增强元件30。由于采用宽度较大的多芯光纤带，导致光缆存在尺寸大、重量重和弯曲性能差等问题，已无法满足新型雷达通信系统实际使用要求，因此，有必要对传统的等时延多芯光缆进行创新，来满足新型雷达通信系统实际使用需求的。

发明内容

本发明针对现有技术中光缆长期使用寿命短、光缆尺寸大、光纤长度差较难控制、整体强度低、护套容易破皮的问题。其具体方法为：

一种等时延柔软铠装光缆，包括缆芯，其特征在于：所述缆芯由光纤单元1组成，所述光纤单元1由数根光纤5密集成圆形并在其外部包覆一层护套而成，所述等时延柔软铠装光缆还包括了铠装层2、加强层3、护套层4；缆芯外铠装一层由不锈钢制成的铠装层2，铠装层2外编织一层加强层3，加强层3外包覆一层护套层4。

进一步的当所述光纤5的数量在24根以下时，采用单芯结构，单芯结构将光纤单元1直接作为缆芯，在其外部铠装铠装层。

进一步的当所述光纤5的数量大于24根时，缆芯的结构采用由多个光纤单元1绞合而成的多芯结构，每个光纤单元1的光纤5数量相同，每组光纤分别单独聚合成束制成光纤单元1，再将多个所述光纤单元1绞合在一根纤维增强复合材料线制成的中心元件6的周围，绞合后再在外部包裹一层包带7，构成多芯结构的缆芯。

进一步的所述光纤5采用碳涂覆光纤或普通光纤，并在其表面涂覆一层着色层。

进一步的每根光纤5长度差不大于0.03％。

进一步的所述光纤单元1中的护套采用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯制成。

进一步的所述加强层3采用芳纶纤维或PBO纤维材料。

进一步的所述护套层4采用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯材料。

进一步的所述中心元件6采用FRP或KFRP或钢丝制成。

进一步的所述包带7采用聚酯薄膜或四氟带或聚酰亚胺薄膜制成。

一种用于制作所述的一种等时延柔软铠装光缆的方法，其特征在于：包括了如下步骤：

步骤一：

采用光纤着色机，选用碳涂覆或普通光纤，对光纤5施加一个固定的放线张力和收线张力，选用着色料，设置固化功率，在光纤外部均匀包覆一层着色层，制成着色光纤；

步骤二：

将数根光纤5排列成圆形，并采用挤塑机对其进行挤塑加工，将数根光纤5通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，在其外部均匀包覆一层护套，经水槽冷却，制成光纤单元1，挤塑时需精确控制光纤放线张力；

步骤三：

采用铠装机，在控制住光纤单元1的放线张力和收线张力的条件下，选用不锈钢带，在缆芯周围匀速铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成铠装层2；

步骤四：

采用编织机，在控制住铠装层放线张力和收线张力的条件下，在铠装层周围匀速的编织一层编织层，制成加强层3；

步骤五：

采用挤塑机，在编织层周围匀速的包覆一层护套层，制成护套层4。

进一步的当缆芯为多芯结构时，在步骤二与步骤三之间增加一步绞合光纤单元1，采用成缆机，将步骤二制得的数根光纤单元1绞合在一根纤维增强复合材料线周围，同时在其外部绕包一层聚酯薄膜，制成多芯结构的缆芯。

进一步的所述挤塑时光纤放线张力的公差应控制在±0.1N的范围内。

进一步的挤塑温度为(130～180)℃。

本发明的有益效果在于：光纤优先采用碳涂覆光纤，通过在光纤表面涂覆一层碳密封层，能有效防止环境中水分子腐蚀，提高光缆使用可靠性和长期使用寿命。使用光纤密集成束的制作方法，同时光纤单元结构为圆形，从而解决了传统光纤带体积过大，弯曲半径大的问题；结构上的变化也使得光纤长度差的变化更小，并通过放线张力的精确控制使得光纤的长度差可以控制在0.03％以内；同时由于体积的减小使得光缆有足够的空间来增加金属铠装保护层从而提高了光缆的强度，提高了整体强度；借助金属铠装保护层对本发明强度的提高，使得本发明可以用更高的挤塑压力制作更加密实的保护层从而解决护套容易破皮的问题。

附图说明

图1为传统的等时延多芯光缆结构示意图；

图2为12芯等时延柔软铠装光缆结构示意图；

图3为28芯等时延柔软铠装光缆结构示意图；

图4为客户需求为47条光路时的等时延柔软铠装光缆结构示意图；

附图标记说明：

10、多芯光纤带；20、内护层；30、增强元件；40、芳纶纱；50、外护层；11、光纤；21、矩形内孔；1、光纤单元；2、铠装层；3、加强层；4、护套层；5、光纤；6、中心元件；7、包带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施办法对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出的一种等时延柔软铠装光缆，其结构如图2所示，光纤数量在24芯以下时由光纤5、光纤单元1、铠装层2、加强层3及护套层4组成。光纤数量大于24芯由缆芯(由光纤5、光纤单元1、中心元件6及包带7组成)、铠装层2、加强层3、护套层4组成。

光纤5选用碳涂覆或普通光纤，其表面还需涂覆一层着色层。数根光纤5密集成束构成光纤单元1，并在外层用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯做成的护套将光纤包裹。

本发明对于光纤5数量在24根以下的采用单芯结构，直接将所有的光纤5密集成一根光纤单元1，当光纤5数量大于24根时为了更好的保护光纤及保证光纤的长度差和优异的弯曲性能，其缆芯结构可以选择将光纤5均分成多组，分别制成光纤单元1，再将数根光纤单元1围绞合在中心元件6的周围，中心元件6采用FRP(纤维增强复合材料)制成，绞合后的线缆外层绕包一层包带7，包带7采用聚酯薄膜，如图3所示。

当客户需要的光路数量无法整除时，一般对其增加几条备用光路使其可以被整除，例如：当客户需求29条光路时，则对其增加一条光路将其变为30芯的光缆，从而将其均分为由3组10光纤的光纤单位1组成。

在光纤单元1的外部设有铠装层2，铠装层2通常选择不锈钢材料制作以满足强度与耐腐蚀的要求。铠装层2外有由芳纶纤维或PBO纤维编织而成的加强层3。加强层3外采用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯包覆组成护套层4。

为制作本发明的光缆，本发明还提供一种用于制作本发明所述的等时延柔软铠装光缆的制作方法，包括如下步骤：

步骤一：

采用光纤着色机，选用碳涂覆或普通光纤，对光纤施加一个固定的放线张力和光纤收线张力，选用着色料，设置固化功率，在光纤外部均匀包覆一层着色层，制成着色光纤；

步骤二：

采用挤塑机，对数根光纤5紧密排列成圆形，通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，经水槽冷却，制成光纤单元1。挤塑时需精确控制光纤放线张力，其公差范围为±0.1N。选用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯，设置挤塑温度为(120～250)℃；

步骤三：

对于多芯的光缆，需要将上一步制成的光纤单元1采用成缆机，绞合在一根FRP线周围，同时在其外部绕包一层包带7，包带7可以选用聚酯薄膜，制成缆芯。

步骤四：

采用铠装机，在控制住光纤单元1或缆芯的放线张力和收线张力的条件下，选用不锈钢带，在光纤单元周围匀速铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成铠装层2。

步骤五：

采用编织机，在控制住铠装层放线张力和收线张力的条件下，选用芳纶纤维，在铠装层周围匀速的编织一层编织层，制成加强层3。

步骤六：

采用挤塑机，选用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯，在编织层周围匀速的包覆一层护套，制成护套层4。

为了进一步说明本发明，本发明提出了下述的实施例。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一、12芯光缆；

12芯光缆其结构如图2所示，采用单芯结构，光纤单元1由12根光纤5组成，外部依次为铠装层2、加强层3、护套层4。光纤单元1护套材料采用聚烯烃，光纤5采用碳涂覆光纤，加强层3材料采用芳纶纤维，护套层4采用聚烯烃材料。

其可通过下述过程制得：

步骤一：采用光纤着色机，选用碳涂覆光纤，在光纤放线张力为0.4N和光纤收线张力为0.7N条件下，选用着色料，设置固化功率1100W，在光纤外部以1100m/min线速度均匀包覆一层着色层，制成外径为0.251mm的着色光纤；

步骤二：采用挤塑机，精确控制光纤放线张力为0.8N及公差范围±0.1N，光纤单元收线张力为3N条件下，护套材料选用聚烯烃，设置挤塑温度为120-200℃，通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，在12根光纤外部以25m/min的线速度均匀包覆一层护套，经25℃水槽冷却，制成外径为1.3mm和壁厚0.12mm的微细光纤单元；

步骤三：采用铠装机，在光纤单元放线张力为1N和收线张力为2N条件下，选用不锈钢带，在光纤单元周围以0.4m/min的线速度铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成外径为2.1mm和壁厚0.16mm的铠装层2。

步骤四：采用编织机，在铠装层放线张力为1N和收线张力为5N条件下，选用芳纶纤维，在铠装层周围以2m/min的线速度编织一层编织层，制成外径为2.4mm的加强层3。

步骤五：采用挤塑机，在加强层放线张力为15N和收线张力为10N条件下，选用聚烯烃，在编织层周围以10m/min的线速度包覆一层护套，制成外径为3.4mm和壁厚0.5mm的护套层4。

实施例二、28芯光缆

在实施例一的基础上，将光纤数量变为28芯，其结构如图3所示，采用多芯结构，缆芯由4个光纤单元1绞合在一根中心元件6的周围同时包裹一层包带7组成，每个光纤单元1由7根光纤5制成，光纤单元1护套材料采用聚氨酯。光纤单元1外部依次为铠装层2、加强层3、护套层4。光纤5采用普通光纤，加强层3采用PBO纤维，护套层4采用聚乙烯，中心元件6采用FRP，包带7采用四氟带。

其可通过下述过程制得：

步骤一：采用光纤着色机，选用普通光纤，在光纤放线张力为0.5N和光纤收线张力为0.8N条件下，选用着色料，设置固化功率1200W，在光纤外部以1200m/min线速度均匀包覆一层着色层，制成外径为0.252mm的着色光纤；

步骤二：采用挤塑机，精确控制光纤放线张力为0.6N和公差范围±0.1N，光纤单元收线张力为2.5N条件下，护套材料选用聚氨酯，设置挤塑温度为120-200℃，通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，在7根光纤外部以30m/min的线速度均匀包覆一层护套，经30℃水槽冷却，制成外径为1.1mm和壁厚0.1mm的微细光纤单元；

步骤三：采用成缆机，在光纤单元放线张力为2N和公差范围±0.1N，收线张力为4N条件下，将4根光纤单元单元绞合在一根外径0.45mmFRP周围，绞合节距150mm，同时绕包一层0.008*10mm四氟带，以4m/min的线速度成缆，制成外径为2.6mm的缆芯。

步骤四：采用铠装机，在缆芯放线张力为1.5N和收线张力为2.5N条件下，选用不锈钢带，在光纤单元周围以0.5m/min的线速度铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成外径为3.5mm和壁厚0.18mm的铠装层。

步骤五：采用编织机，在铠装层放线张力为1.5N和收线张力为7N条件下，选用PBO纤维，在铠装层周围以2.5m/min的线速度编织一层编织层，制成外径为3.9mm的加强层。

步骤六：采用挤塑机，在加强层放线张力为17N和收线张力为12N条件下，选用聚乙烯，在编织层周围以13m/min的线速度包覆一层护套层，制成外径为5.3mm和壁厚0.7mm的护套层。

实施例三、47光路的光缆

在实施例二的基础上，当客户的需求为47条光路时，由于47无法均分，因而对其增加一条备用光路，将光纤数量变为48芯，其结构如图4所示，采用多芯结构，缆芯由4个光纤单元1绞合在一根中心元件6的周围同时包裹一层包带7组成，每个光纤单元1由12根光纤5制成，光纤单元1护套材料采用聚乙烯。光纤单元1外部依次为铠装层2、加强层3、护套层4。光纤5采用碳涂覆光纤，加强层3采用聚酰亚胺纤维，护套层4采用聚氨酯，中心元件6采用KFRP，包带7采用聚酰亚胺薄膜。

其可通过下述过程制得：

步骤一：采用光纤着色机，选用碳涂覆光纤，在光纤放线张力为0.3N和光纤收线张力为0.6N条件下，选用着色料，设置固化功率1000W，在光纤外部以1000m/min线速度均匀包覆一层着色层，制成外径为0.25mm的着色光纤；

步骤二：采用挤塑机，精确控制光纤放线张力为0.7N和公差范围±0.1N，光纤单元收线张力为2.8N条件下，护套材料选用聚乙烯，设置挤塑温度为170-250℃，通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，在12根光纤外部以30m/min的线速度均匀包覆一层护套，经27℃水槽冷却，制成外径为1.2mm和壁厚0.11mm的微细光纤单元；

步骤三：采用成缆机，在光纤单元放线张力为2.3N和公差范围±0.1N，收线张力为4.5N条件下，将4根光纤单元绞合在一根外径0.6mmKFRP周围，绞合节距180mm，同时绕包一层0.008*12mm聚酰亚胺薄膜，以5m/min的线速度成缆，制成外径为3mm的缆芯。

步骤四：采用铠装机，在缆芯放线张力为2N和收线张力为3N条件下，选用不锈钢带，在光纤单元周围以0.6m/min的线速度铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成外径为4mm和壁厚0.2mm的铠装层。

步骤五：采用编织机，在铠装层放线张力为2N和收线张力为8N条件下，选用聚酰亚胺纤维，在铠装层周围以3m/min的线速度编织一层编织层，制成外径为4.4mm的加强层。

步骤六：采用挤塑机，在加强层放线张力为20N和收线张力为15N条件下，选用聚氨酯，在编织层周围以18m/min的线速度包覆一层护套层，制成外径为6.8mm和壁厚1.2mm的护套层。

相比于传统的等时延多芯光缆采用的普通光纤，其在使用过程中光纤会被环境中水分子腐蚀，从而降低光纤使用寿命。而本发明光纤优先采用碳涂覆光纤，通过在光纤表面涂覆一层碳密封层，能有效防止环境中水分子腐蚀，提高光缆使用可靠性和长期使用寿命。

其次传统的等时延多芯光缆采用光纤带来制作光缆，光纤带结构是扁平形状，故光纤带外形尺寸较大，12芯光纤带宽度要3.3mm左右，而厚度只有0.35mm左右，故采用光纤带制成光缆外径也较大要10mm以上，由于尺寸较大相应重量也较重在100g/m左右，故无法满足快速便捷反复收放要求。由于光纤带扁平形状不适于在小弯曲条件下使用，弯曲半径要达到20倍光缆外径才能正常工作，故无法满足在狭小空间固定敷设使用要求，而新型雷达由于要达到较好的隐身效果，外形尺寸逐渐在减小，预留给光缆敷设的空间也就越来越小，传统的等时延多芯光缆已无法在这种严苛小空间中正常使用。

本发明通过设计出光纤单元1这一结构，实现了光纤的小型化，又通过减小光纤之间间隙，提高每根光纤的长度一致性，并精确控制每根光纤放线张力，保持每根光纤放线张力公差范围不超过0.1N，通过合理设计光纤单元结构和精确控制光纤张力的复合方法，实现了光纤长度差不大于0.03％的要求，解决了不采用传统的光纤带的方法达到了光纤长度差的高指标要求，同时达到了减小光纤单元尺寸实现光缆轻型化的目的，并提高光缆弯曲性能，传统光缆中12芯光纤带外径为3.3mm，而本发明12芯光纤单元外径仅为1.3mm左右，相比外径减小约2.5倍，从而极大减小光缆尺寸，保证12芯光缆外径能做到3mm左右，实现光缆小型化，由于尺寸变小相应重量也较小为15g/m左右，能完全满足快速便捷反复收放要求，采用光纤单元弯曲性能优异，弯曲半径只要达到5倍光缆外径就能正常工作，能满足狭小空间固定敷设，满足新型雷达通信系统实际使用的需求。

再者传统的等时延多芯光缆由于尺寸较大，已无多余空间增加金属铠装保护层，故光缆结构中无铠装层，当使用环境要求不高能保证正常使用，但在恶劣环境中使用可能会出现问题。

本发明由于光纤单元尺寸较小，有足够空间增加金属铠装保护，故本发明采用抗弯和抗压性能较优异的螺旋铠管保护方法，保证本发明在恶劣环境中的使用可靠性，并通过在光纤单元与铠装层之间设置合适的间隙避免弯曲等外部应力作用导致光纤单元受力引起长度差异和衰减增加的问题，保证使用过程中光纤长度差的一致性和稳定性及良好的光传输性能。

传统光缆采用加强材料绞合的加强方式，在实际使用过程中会出现加强材料偏向一侧导致光缆扭曲造成衰减增加的问题，光缆长期使用的可靠性和稳定性较差，使用寿命较短，而本发明使用加强材料编织方法，将加强材料形成网状，能有效锁住缆芯，同时避免加强材料滑移到一侧导致光缆扭曲造成衰减增加的问题，保证光缆长期使用可靠性和稳定性，使用寿命较长。

本发明护套层采用挤塑工艺，挤塑模具采用半挤压式，通过增加挤塑压力，提高加强层和护套层之间材料附着粘结力，并起到适当增加护套层壁厚的目的，解决护套容易破皮的问题，提高光缆的耐磨和耐环境性能。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明，因本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种等时延柔软铠装光缆，包括缆芯，其特征在于：所述缆芯包括了光纤单元(1)，所述光纤单元(1)由数根光纤(5)密集成圆形并在其外部包覆一层护套而成，所述等时延柔软铠装光缆还包括了铠装层(2)、加强层(3)、护套层(4)；缆芯外铠装一层由不锈钢制成的铠装层(2)，铠装层(2)外编织一层加强层(3)，加强层(3)外包覆一层护套层(4)。

2.根据权利要求1所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：当所述光纤(5)的数量在24根以下时，采用单芯结构，单芯结构将光纤单元(1)直接作为缆芯，在其外部铠装铠装层(2)。

3.根据权利要求1所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：当所述光纤(5)的数量大于24根时，缆芯的结构采用由多个光纤单元(1)绞合而成的多芯结构，每个光纤单元(1)的光纤(5)数量相同，每组光纤分别单独聚合成束制成光纤单元(1)，再将多个所述光纤单元(1)绞合在一根中心元件(6)的周围，绞合后再在外部包裹一层包带(7)，构成多芯结构的缆芯。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述光纤(5)采用碳涂覆光纤或普通光纤，并在其表面涂覆一层着色层。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：每根光纤(5)长度差不大于0.03％。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述光纤单元(1)中的护套采用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯制成。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述加强层(3)采用芳纶纤维或PBO纤维材料或聚酰亚胺纤维，编织结构为网状。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述护套层(4)采用聚烯烃、聚乙烯或聚氨酯材料。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述中心元件(6)采用FRP或KFRP或钢丝制成。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种等时延柔软铠装光缆，其特征在于：所述包带(7)采用聚酯薄膜或四氟带或聚酰亚胺薄膜制成。

11.一种用于制作权利要求1所述的一种等时延柔软铠装光缆的方法，其特征在于：包括了如下步骤：

步骤一：

采用光纤着色机，选用碳涂覆或普通光纤，对光纤(5)施加一个固定的放线张力和收线张力，选用着色料，设置固化功率，在光纤外部均匀包覆一层着色层，制成着色光纤；

步骤二：

将数根光纤(5)排列成圆形，并采用挤塑机对其进行挤塑加工，将数根光纤(5)通过半挤管式模具挤塑，并抽真空方式，在其外部均匀包覆一层护套，经水槽冷却，制成光纤单元(1)，挤塑时需精确控制光纤放线张力；

步骤三：

采用铠装机，在控制住光纤单元(1)的放线张力和收线张力的条件下，选用不锈钢带，在缆芯周围匀速铠装一层不锈钢螺旋铠管，制成铠装层(2)；

步骤四：

采用编织机，在控制住铠装层放线张力和收线张力的条件下，在铠装层周围匀速的编织一层编织层，制成加强层(3)；

步骤五：

采用挤塑机，在编织层周围匀速的包覆一层护套层，制成护套层(4)。

12.根据权利要求11所述的一种等时延柔软铠装光缆的制作方法，其特征在于：当缆芯为多芯结构时，在步骤二与步骤三之间增加一步绞合光纤单元(1)，采用成缆机，将步骤二制得的数根光纤单元(1)绞合在一根纤维增强复合材料线周围，同时在其外部绕包一层聚酯薄膜，制成多芯结构的缆芯。

13.根据权利要求11或12所述的一种等时延柔软铠装光缆的制作方法，其特征在于：所述挤塑时光纤放线张力的公差应控制在±0.1N的范围内。

14.根据权利要求11或12所述的一种等时延柔软铠装光缆的制作方法，其特征在于：挤塑温度为(120～250)℃。

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