CN111564250B - 光电复合缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电复合缆，包括缆芯、内护层、第一编织层、第一绕包层及外护层，缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件包括多根导线，导线包括导体和包覆在导体外部的绝缘层；光纤组件包括多个光纤单元，光纤单元括光纤和包覆在光纤外部的保护管；所述内护层包覆在缆芯的外侧；所述第一编织层包覆在内护层的外侧，所述第一编织层的数量为至少1个；所述第一编织层与第一绕包层交替设置；所述外护层包覆在第一编织层的外侧。该光电复合缆能够替代水下光缆和水下电缆，即可以给水下作业设备供电，也可以传输光信号；该复合缆相对于传统的复合缆结构更加坚固，耐外界损伤防护更优。

Description

光电复合缆
技术领域
本发明涉及光纤光缆、电缆技术领域，特别涉及一种光电复合缆。
背景技术
随着航海及深海探测技术的发展，尤其是在军事工的发展，水下机器人或有线监测设备的应用越来越广泛，替代人类挑战海洋，以及高污染、复杂恶劣的海域作业。因此，水下机器人或有线监测设备已经成为开发海洋的重要工具。
此时，水下机器人或有线监测设备配套使用的连接缆变的尤为重要。传统防水电缆不具备水下平衡性能，应用于水下机器人或有线监测设备等水下作业设备，会不断下沉，不仅造成水下设备作业的不便，甚至可能会造成设备间的接头脱落；需要再次铺设新的电缆，造成经济财产的损失，费时费力，无法满足现阶段的通信需求，且不具备光纤信号传输的功能，对于具备光学水下作业设备不能满足使用要求，功能缺失。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够应用于水下设备的光电复合缆，该光电复合缆自身比重轻，可为水下作业设备提供动力、控制、光信号传输反馈，以及综合运用的光电复合缆。
一种光电复合缆，包括：
缆芯，所述缆芯包括电缆组件和光纤组件，所述电缆组件包括多根导线，所述导线包括导体和包覆在导体外部的绝缘层；所述光纤组件包括多个光纤单元，所述光纤单元括光纤和包覆在光纤外部的保护管；
内护层，所述内护层包覆在缆芯的外侧；
第一编织层，所述第一编织层包覆在内护层的外侧，所述第一编织层的数量为至少1个；
第一绕包层，所述第一绕包层包覆在第一编织层的外侧，所述第一绕包层的数量为至少1个；当第一编织层与第一绕包层的数量大于1个时，所述第一编织层与第一绕包层交替设置；
外护层，所述外护层包覆在第一编织层的外侧。
本发明的缆芯将光缆组件和电缆组件组合到一起，替代水下光缆和水下电缆，可以实现两者的所有功能，可以同时给水下作业设备供电，也可以传输光信号；且提高了结构的强度、而且使用起来更加的方便。采用第一绕包层与第一编织层结合使用，使光电混合缆在满足稳定供电能力和优异的信号传输前提下，不仅使光电混合缆整体保持超高的强度和极好的柔韧性，能够使光电混合缆的整体密度和使用水域保持密度接近，达到水下平衡目的。
在其中一个实施例中，还包括填充组件，所述填充组件填充于导线与导线之间、光纤单元与光纤单元之间及/或导线与光纤单元之间的间隙内。
在其中一个实施例中，所述填充组件包括第一填充件和多个第二填充件，所述第一填充件位于缆芯的中心位置，所述第二填充件位于靠近缆芯的外侧位置。
在其中一个实施例中，所述第一填充件和第二填充件为HDPE填充件或PP填充件。
在其中一个实施例中，还包括第二绕包层，所述第二绕包层位于缆芯与内护层之间。
在其中一个实施例中，所述第二绕包层为PET绕包层或无纺布绕包层。
在其中一个实施例中，所述导体为镀银铜线或者镀银铜包钢线。
在其中一个实施例中，所述绝缘层为HDPE层；HDPE电气性能较好。
在其中一个实施例中，所述导线的数量为6～10根。
在其中一个实施例中，所述保护管为不锈钢管。光纤保护管采用不锈钢管，抗压能力强，信号传输稳定性能优异，保障水下信号传输及反馈信号的稳定性及准确性。
在其中一个实施例中，所述光纤单元的数量为1～3个。
在其中一个实施例中，所述第一编织层的数量为1～3个，所述第一绕包层的数量为1～2个。
在其中一个实施例中，第一编织层为聚乙烯绳编织层，所述第一绕包层为对位芳纶绕包层。以对位芳纶纤维丝作为抗拉承力元件，填充或绕包电缆本体，抗拉强度高，柔软性好。以聚乙烯绳进行网状编织，来提高光缆结构的稳定性，并有效改善光电复合缆的密度，以达到接近水的密度以实现水下平衡的功能。
在其中一个实施例中，还包括第二编织层，所述第二编织层位于第一编织层与外护层之间。
在其中一个实施例中，所述外护层为动态硫化橡胶外护层。该外护层材料能够保证高温、高压、防水、防霉菌、耐油、耐海水腐蚀环境下保持优异的使用性能。
有益效果：
本发明的光电复合缆为水下平衡光电混合缆，且由于结构水下平衡的设计，水下平衡光电混合缆在水中自身比重轻，且应用于水下设备，随设备的下潜作业而拖拽下沉，有效避免传统水下电缆因过度下沉而造成的不便。能够替代水下光缆和水下电缆，即可以给水下作业设备供电，也可以传输光信号；该复合缆相对于传统的复合缆结构更加坚固，耐外界损伤防护更优；有效地降低了采购成本，生产成本；并有效地节省施工时间与成本，降低维护费用，维护更加方便快捷。
附图说明
图1为本发明的一实施方式的光电复合缆的结构示意图；
图2为本发明实施例2的光电复合缆的结构示意图；
图3为本发明实施例3的光电复合缆的结构示意图；
图4为本发明实施例4的光电复合缆的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，一实施方式的光电复合缆，为水下作业设备提供动力、控制、光信号传输反馈，以及综合运用的光电复合缆。该光电复合缆包括缆芯、填充组件、内护层300、第一编织层400、第一绕包层500、第二绕包层600、第二编织层700及外护层800。
缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件和光纤组件绞合形成缆芯；
其中，电缆组件包括多根导线110，导线110包括导体111和包覆在导体111外部的绝缘层112；其中导体111的数量可以为一个或多个，且导体111之间相互绝缘，导体111可为镀银铜线或者镀银铜包钢线。绝缘层112为HDPE层，绝缘层112采用HDPE层，该材料具有优越的电性能及较高的机械强度，且生态环保，可将HDPE层经绕包后与导体结合更牢固，从而提高绝缘效果。
在其中一个实施例中，导线的数量为6根～10根；
光纤组件用于信号传输，是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的通信线缆组件。光纤组件包括多个光纤单元120，光纤单元120括光纤121和包覆在光纤外部的保护管122；
具体地，光纤121由1～4芯，光纤采用弯曲损耗不敏感光纤，使光纤单元120具有极小的抗弯曲半径。
进一步地，光纤单元120的数量为1～3个，在具体的示例中，光纤单元120的数量可以为1个、2个或3个。
进一步地，保护管122为不锈钢管，光纤保护管采用不锈钢管，抗压能力强，信号传输稳定性能优异，保障水下信号传输及反馈信号的稳定性及准确性。
本发明的缆芯将光缆组件和电缆组件组合到一起，替代水下光缆和水下电缆，可以实现两者的所有功能，可以同时给水下作业设备供电，也可以传输光信号；且提高了结构的强度、而且使用起来更加的方便。
填充组件能够保证复合光电缆整体结构的圆整度和稳定性，填充组件填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间或导线110与光纤单元120之间的间隙内。
具体地，填充组件包括第一填充件201和第二填充件202，其中，第一填充组件201位于缆芯的中心位置，第二填充组件202位于靠近缆芯的外侧位置，填充件为HDPE填充件或PP填充件，该材质的填充件具有较高的机械强度，且生态环保。
更进一步地，第二填充件202的数量设置为多个，具体可根据需求进行设置，在具体的示例中，第二填充件202为9个。
内护层300用于对复合缆缆芯结构定型，保护缆芯，防止深水压力把缆芯压扁；内护层300包覆在缆芯的外侧；
进一步地，内护层300的材料选用HDPE，该材质的填充件具有较高的机械强度，且生态环保，可避免深水压力把缆芯压扁。
第一编织层400能够保护缆芯圆整度，调节改善光电复合缆的整体密度；使光电混合缆的整体密度和使用水域保持密度接近，达到水下平衡目的；
具体地，第一编织层400包覆在内护层300的外侧；第一编织层400采用高强度超高分子量聚乙烯绳编织层，采用超高分子量聚乙烯绳编织层，具体地，采用分子量为200万-500万聚乙烯；能够保护缆芯圆整度，调节改善光电复合缆的整体密度；
进一步地，第一编织层的数量为至少1个；在优选的实施例中，第一编织层400的数量为1～3个，在具体的示例中，第一编织层400的数量为1个、2个或3个。
第一绕包层500用于提升光电复合缆的整体承载能力，以及调节改善光电复合缆的整体密度；与第一编织层400结合使用，使光电混合缆在满足稳定供电能力和优异的信号传输前提下，不仅使光电混合缆整体保持超高的强度和极好的柔韧性，能够使光电混合缆的整体密度和使用水域保持密度接近，达到水下平衡目的。
具体地，第一绕包层500包覆在第一编织层400的外侧，第一绕包层500的数量为至少1个；在优选的实施例中，第一绕包层500的数量为1～2个，在具体的示例中，第一绕包层500的数量为1个、2个。当第一编织层400与第一绕包层500的数量均大于1个时，第一编织层400与第一绕包层500交替设置；从而使光电复合缆整体保持超高的强度和极好的柔韧性。
第一绕包层500采用对位芳纶绕包，相对于普通的绕包层，采用对位芳纶绕包能够更有利于提升光电复合缆的整体承载能力，以及调节改善光电复合缆的整体密度；
在优选的实施例中，第一编织层400的数量大于第一绕包层500的数量，且最外层的第一绕包层500采用第一编织层400包覆，此第一编织层400采用聚乙烯编织层，能够固定第一绕包层500防止松散，调节改善光电复合缆的整体密度。
需要说明的是，为了防止缆芯与内护层300粘结，在缆芯与内护层400之间还设有第二绕包层，第二绕包层600采用PET绕包层或无纺布绕包层，该材质的绕包层不仅有效隔离缆芯与内护层300，且具有较高的超高拉断力和抗张强度。
第二编织层600包覆于最外侧的第一编织层400，该第二编织层600为加强层，用于提高光电复合缆的承载能力及改善整体密度；第二编织层600采用对位芳纶编织层，相对于普通的编织层，采用对位芳纶编织层能够更有利于提升光电复合缆的整体承载能力，以及调节改善光电复合缆的整体密度；
外护层800包覆于第二编织层600的外侧，考虑水下平衡光电混合缆的使用场景，要求外护层800材料具备有耐腐蚀、耐水解、耐霉菌、稳定性强等特点，具体地，外护层800为动态硫化橡胶外护层如，动态硫化橡胶耐腐蚀能力强，密度约1.0g/cm3，以超轻动态硫化橡胶材质作为外护层，使得光电复合缆的结构密度与海水接近，符合设计要求；具体的示例中，可以采用TPV。
上述光电复合缆至少具有如下优点：
1)本发明的缆芯将光缆组件和电缆组件组合到一起，替代水下光缆和水下电缆，可以实现两者的所有功能，可以同时给水下作业设备供电，也可以传输光信号；且提高了结构的强度、而且使用起来更加的方便。采用第一绕包层500与第一编织层400结合使用，使光电混合缆在满足稳定供电能力和优异的信号传输前提下，不仅使光电混合缆整体保持超高的强度和极好的柔韧性，能够使光电混合缆的整体密度和使用水域保持密度接近，达到水下平衡目的。
2)本发明的第一编织层采用高强度纤维丝编织和第一绕包层采用对位芳纶丝绕包填充加强，提供可靠稳定的结构强度及保护，以超轻动态硫化橡胶材质作为外护层，使得光电复合缆的结构密度与海水接近，从而实现水下平衡的目的。
以下为具体的实施例
实施例1
如图1所示，本实施例的光电复合缆，包括缆芯、填充组件、内护层300、第一编织层400、第一绕包层500、第二绕包层600、第二编织层700及外护层800。
缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件和光纤组件绞合形成缆芯；
其中，电缆组件包括10根导线110，导线110包括导体111和包覆在导体111外部的绝缘层112；导体111为镀银铜线；绝缘层112为HDPE层，
光纤组件包括3个光纤单元120，光纤单元120括光纤121和包覆在光纤外部的不锈钢保护管122；
填充组件填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
具体地，填充组件包括第一填充件201和第二填充件202，其中，第一填充组件201位于缆芯的中心位置，第二填充组件202位于靠近缆芯的外侧位置，
更进一步地，第二填充件202的数量为9个，分别填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
内护层300包覆在缆芯的外侧；内护层300的材料选用HDPE；
第一编织层400包覆在内护层300的外侧；第一编织层400的数量为3个，第一编织层400采用高强度超高分子量聚乙烯绳编织层；
第一绕包层500包覆在第一编织层400的外侧，第一绕包层500的数量为2个，且第一编织层400与第一绕包层500交替设置；第一绕包层500采用对位芳纶绕包；
最外层的第一绕包层500采用第一编织层400包覆，此第一编织层400采用聚乙烯编织层。
在缆芯与内护层400之间还设有第二绕包层600，第二绕包层600采用PET绕包层；
第二编织层600包覆于最外侧的第一编织层400，第二编织层600采用对位芳纶编织层；
外护层800包覆于第二编织层600的外侧，外护层800为动态硫化橡胶外护层。
实施例2
如图2所示，本实施例的光电复合缆，包括缆芯、填充组件、内护层300、第一编织层400、第一绕包层500、第二绕包层600、第二编织层700及外护层800。
缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件和光纤组件绞合形成缆芯；
其中，电缆组件包括10根导线110，导线110包括导体111和包覆在导体111外部的绝缘层112；导体111为镀银铜线；绝缘层112为HDPE层，
光纤组件包括3个光纤单元120，光纤单元120括光纤121和包覆在光纤外部的不锈钢保护管122；
填充组件填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
具体地，填充组件包括第一填充件201和第二填充件202，其中，第一填充组件201位于缆芯的中心位置，第二填充组件202位于靠近缆芯的外侧位置，
更进一步地，第二填充件202的数量为9个，分别填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
内护层300包覆在缆芯的外侧；内护层300的材料选用HDPE；
第一编织层400包覆在内护层300的外侧；第一编织层的数量为2个，第一编织层400采用高强度超高分子量聚乙烯绳编织层；
第一绕包层500包覆在第一编织层400的外侧，第一绕包层500的数量为1个，且第一编织层400与第一绕包层500交替设置；第一绕包层500采用对位芳纶绕包；
最外层的第一绕包层500采用第一编织层400包覆，此第一编织层400采用聚乙烯编织层。
在缆芯与内护层400之间还设有第二绕包层，第二绕包层600采用PET绕包层；
第二编织层600包覆于最外侧的第一编织层400，第二编织层600采用对位芳纶编织层；
外护层800包覆于第二编织层600的外侧，外护层800为动态硫化橡胶外护层。
实施例3
如图3所示，本实施例的光电复合缆，包括缆芯、填充组件、第一编织层400、第一绕包层500、第二编织层700及外护层800。
缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件和光纤组件绞合形成缆芯；
其中，电缆组件包括10根导线110，导线110包括导体111和包覆在导体111外部的绝缘层112；导体111为镀银铜线；绝缘层112为HDPE层，
光纤组件包括3个光纤单元120，光纤单元120括光纤121和包覆在光纤外部的不锈钢保护管122；
填充组件填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
具体地，填充组件包括第一填充件201和第二填充件202，其中，第一填充组件201位于缆芯的中心位置，第二填充组件202位于靠近缆芯的外侧位置，
更进一步地，第二填充件202的数量为9个，分别填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
第一编织层400包覆在缆芯的外侧；第一编织层400的数量为3个，第一编织层400采用高强度超高分子量聚乙烯绳编织层；
第一绕包层500包覆在第一编织层400的外侧，第一绕包层500的数量为2个，且第一编织层400与第一绕包层500交替设置；第一绕包层500采用对位芳纶绕包；
最外层的第一绕包层500采用第一编织层400包覆，此第一编织层400采用聚乙烯编织层。
第二编织层700包覆于最外侧的第一编织层400，第二编织层700采用对位芳纶编织层；
外护层800包覆于第二编织层600的外侧，外护层800为动态硫化橡胶外护层。
实施例4
如图4所示，本实施例的光电复合缆，包括缆芯、填充组件、内护层300、第一绕包层500、第二绕包层600、第二编织层700及外护层800。
缆芯包括电缆组件和光纤组件，电缆组件和光纤组件绞合形成缆芯；
其中，电缆组件包括10根导线110，导线110包括导体111和包覆在导体111外部的绝缘层112；导体111为镀银铜线；绝缘层112为HDPE层，
光纤组件包括3个光纤单元120，光纤单元120括光纤121和包覆在光纤外部的不锈钢保护管122；
填充组件填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
具体地，填充组件包括第一填充件201和第二填充件202，其中，第一填充组件201位于缆芯的中心位置，第二填充组件202位于靠近缆芯的外侧位置，
更进一步地，第二填充件202的数量为9个，分别填充于导线110与导线110之间、光纤单元120与光纤单元120之间和导线110与光纤单元120之间的间隙内。
内护层300包覆在缆芯的外侧；内护层300的材料选用HDPE；
第一绕包层500包覆在内护层300的外侧，第一绕包层500的数量为1个，第一绕包层500采用对位芳纶绕包；
在缆芯与内护层400之间还设有第二绕包层，第二绕包层600采用PET绕包层；
第二编织层600包覆于最外侧的第一绕包层500，第一绕包层500采用对位芳纶编织层；
外护层800包覆于第二编织层600的外侧，外护层800为动态硫化橡胶外护层。
测试
测定实施例1～4的光电复合缆的性能，测试结果如下表1所示；
其中，采用双轮拉伸机装置测试抗拉强度，测试断裂强度；采用卷筒反复缠绕装置测试柔韧性，条件弯曲半径400mm，20m/min，48h。
表1
抗拉强度 柔韧性 整体密度
实施例1 11.94t 光学性能、电性能测试合格 1.01g/cm<sup>3</sup>
实施例2 7.81t 光学性能、电性能测试合格 0.94g/cm<sup>3</sup>
实施例3 8.92t 光学性能功率不合格，缆芯变形 0.91g/cm<sup>3</sup>
实施例4 9.22t 光学性能、电性能测试合格 1.11g/cm<sup>3</sup>
从表1可以看出，本申请的光电混合缆在满足稳定供电能力和优异的信号传输前提下，不仅使光电混合缆整体保持超高的强度和较好柔韧性，能够使光电混合缆的整体密度和使用水域保持密度接近，达到水下平衡目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种光电复合缆，其特征在于，由以下组成：
缆芯，所述缆芯包括电缆组件和光纤组件，所述电缆组件包括多根导线，所述导线包括导体和包覆在导体外部的绝缘层；所述光纤组件为3个光纤单元，所述光纤单元包 括光纤和包覆在光纤外部的保护管；
内护层，所述内护层包覆在缆芯的外侧，所述内护层为HDPE层；
第一编织层，所述第一编织层包覆在内护层的外侧，所述第一编织层的数量为至少1个，所述第一编织层为聚乙烯绳编织层；
第一绕包层，所述第一绕包层包覆在第一编织层的外侧，所述第一绕包层的数量为至少1个；当第一编织层与第一绕包层的数量大于1个时，所述第一编织层与第一绕包层交替设置，所述第一绕包层为对位芳纶绕包层；
第二编织层，所述第二编织层包覆交替设置的最外层的第一编织层；
外护层，所述外护层包覆在第二编织层的外侧，所述外护层为动态硫化橡胶外护层；
第二绕包层，所述第二绕包层位于缆芯与内护层之间，所述第二绕包层为PET绕包层或无纺布绕包层。
2.根据权利要求1所述的光电复合缆，其特征在于，还包括填充组件，所述填充组件填充于导线与导线之间、光纤单元与光纤单元之间及/或导线与光纤单元之间的间隙内。
3.根据权利要求2所述的光电复合缆，其特征在于，所述填充组件包括第一填充件和多个第二填充件，所述第一填充件位于缆芯的中心位置。
4.根据权利要求3所述的光电复合缆，其特征在于，所述第二填充件的数量为9个。
5.根据权利要求3所述的光电复合缆，其特征在于，所述第一填充件和第二填充件为HDPE填充件或PP填充件。
6.根据权利要求1所述的光电复合缆，其特征在于，所述导体为镀银铜线或者镀银铜包钢线。
7.根据权利要求1所述的光电复合缆，其特征在于，所述绝缘层为HDPE层。
8.根据权利要求1所述的光电复合缆，其特征在于，所述导线的数量为6～10根。
9.根据权利要求1所述的光电复合缆，其特征在于，所述保护管为不锈钢管。
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