CN1159592A - 复合式光纤架空线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的复合式光纤架空线包括光纤束、金属管以及卷绕到此金属管上的一批导线。光纤束由一批光纤和条带组成，这些条带按预定节距卷绕到这批光纤上使其捆集成束。金属管将光纤束纳置于其中。光纤束在此金属管中装设成具有定的过量长度。

Description

复合式光纤架空线及其制造方法

本发明涉及复合式光纤架空线，它具有一种光学装置，其中许多光纤或光纤束纳置于一管中，许多导线绕到此管上，本发明还涉及相应的制造方法。

鉴于涂层光纤的强度低，在此之前已有日本专利公报(公开)平6-148475号等提出了将涂层光纤设置于金属管内的结构，以把涂层光纤应用于通信光缆的形式中。

图1是传统的一般金属型光学装置的剖面结构图。图中以标号101指涂层光纤，以标号102指金属管。涂层光纤101置于金属管102的内部空间，能以一定空隙松驰。此内部空间充以低湿度的气体或抽成真空。在此，为了能在此金属管型光纤装置铺设后保持住传输特性与可靠性，重要的是使涂层光纤101在金属管102内具有合适的过量长度。

在这种传统金属型的光学装置中，初始时是相对于涂层光纤101的总长均匀地给出一个过量的长度。由于涂层光纤101设在金属管102中时可以一定的空隙松驰，因而易由于各种各样的外力与热滞的作用而在长向中运动。结果就会产生过量长度的偏差，使涂层光纤局部松动。特别是当涂层光纤101置纳于金属管102中时，由于与塑料涂层光纤相比的低摩擦系数，此涂层光纤的运动便会导致过量长度的不均匀分布。于是就会有因涂层光纤101的弯曲而增加弯曲损耗的问题。

此外，在把传统金属管型光纤装置用作架空线时，此光学装置会因风而受振动影响。因此就会使涂层光纤与金属管102重复碰撞而从金属管102接收到侧压，使损耗加大。尤其是在金属管102中，由于它与塑料管相比有较高的杨氏模量和较大的刚性，就更会使损耗有较大的增加。此外，在有一批涂层光纤101设在金属管102中时，这些个涂层光纤1就会重复相互碰撞，使得一根涂层光纤受到其它涂层光纤的侧压作用，而致损耗增加。

在发生上述情况时，将不利于涂层光纤101的传输特性与寿命，于是便有了一个在传统金属管型光学装置铺设后确保可靠性的问题。

图2是传统复合式光纤架空线的剖面图。图中的标号111指光学装置，112指护管，113指隔件，114指螺旋槽，115指涂层光纤，而116指导线。这种传统的光纤组成架空线时是把例如铝涂层钢丝之类的大量导线116绞绕到光学装置111上，在后者的外周上形成导体的铰合线层而构成。光学装置111由铝制护管覆盖。铝制隔件113设在护管112内而在护管112的周面上形成多个螺旋槽114。涂层光纤115便分别置纳于螺旋槽114内。

在这种传统的复合式光纤架空线中，涂层光纤是由铝制的隔件113与护管112所保护，这种结构具有足够的机械强度和优良的可靠性。但由于采用了隔件113而使得能够容纳涂层光纤的空间很小。这就产生了一个要减小光学装置111的尺寸和增加涂层光纤数的问题。

本发明的一个目的在于提供一种复合式光纤的架空线，其中不仅减少了涂层光纤在金属管中所受到的侧压，还抑制了涂层光纤在金属管中的运动，由此可以防止对光纤传输特性与寿命产生不利影响；同时提供了一种相应的生产方法。

本发明的另一个目的在于提供这样一种复合式光纤的架空线，其中减少了一批光纤束之间适应的过量长度差，同时提供了一种相应的生产方法。

本发明的复合式光纤架空线包括：光纤束，它具有一批光纤和用来将这批光纤集束而按预定间距卷绕的条带；金属管，其中纳置光纤束；以及一批导线，它们绞绕到上述的那种光学装置上；其中的光纤束置纳于金属管中而使这一光纤束具有一过量的长度。

此外，在本发明的生产上述光学装置的方法中，用条带卷绕到成束的一批光纤上而生产出光纤束；将一批光纤束周期些地铰绕，便光纤束具有预定的反向角；将这批光纤束插入金属管中；再将此金属管围绕一铰盘则让此管与光纤束成为整体。

在本发明的复合式光纤架空线中，不仅可以减少涂层光纤在金属管中受到的侧压，而且可以抵制涂层光纤在金属管中的运动，由此能防止不利于涂层光纤的传光特性与寿命。

在如此生产出的复合式光纤架空线中，可以减少在一批光纤束之间适应的过量长度差。

在附图中：

图1是示明传统金属管光学装置的剖面图；

图2是示明传统的复合式光纤架空线的剖面图；

图3是示明依据本发明的一种复合式光纤的架空线的剖面图；

图4是本发明的一种光学装置例的透视图；

图5A示明本发明的光学装置生产设备的整体结构；

图5B是光纤束的剖面图，用来例释涂层光纤在线路集中模中的状态；

图6示意地说明对一试验产品的评估结果与一比较例；

图7是示明本发明的复合式光纤架空线的剖面图；

图8是示明本发明的光学装置另一例的剖面图；

图9是示明本发明的光学装置又一例的剖面图；

图10示明用作比较例的金属管型光学装置的剖面图；

图11是用来说明振动试验结果的抗振特性曲线图；

图12示明物料占有率变化时初始传输损耗特性与抗振特性的特性曲线图；

图13示明本发明的光学装置又另一例的剖面图；

图14示明本发明的光学装置复又另一例的剖面图；

图15示明生产本发明光学装置的方法；

图16示明本发明光学装置的振动试验结果；

图17示明本发明光学装置在振动试验前的初始传输特性；

图18示明本发明光学装置又再一例子的透视图；

图19是示明在绞盘上的光学装置的说明图；

图20A与20B示明在铰盘上的光学装置中光纤束的位置关系；

图21是示明本发明光学装置的生产方法的说明图；

图22是示明一种变换器作业的说明图；

图23A与23B分别是本发明生产方法中和一比较例中光纤束的过量长度率的曲线图；

图24是一曲图，示明本发明的翻转周期与过量长度率的变化的关系；

图25是一曲线图，示明本发明的翻转角与过量长度率的变化的关系。

下面参看附图详述本发明。

图3是采用了一种光学装置的用来说明本发明一实施例的复合式光纤架空线的剖面图。图中的标号1指光学装置；2指护管；3指光纤束；而4指导线。此复合式光纤架空线以这样的一种方式制成，使得有大量的导线4卷线到光学装置1的外周上。例如，光学装置1是由不锈钢或铝制护管2盖住，而在护管2中有一或多根例如两根光纤束3，并使它们具有某种过量长度。

在图3中，所用的光学装置，例如具有与各个导线4相同的直径。光学装置1设在中央部分，而把六根导线4以导体绞合线层的形式围绕着光学装置1的外周上设置。但是，此光学装置1与导线4之间的配置关系，也可以同于参看图2所述的先有技术中在光学装置11与导线4之间的关系，或采用另一种布置关系。

此外，上述导体绞合线层中的导线4中之一可以由光学装置1置换。还有，在布置一批光学装置1的情形，这些光学装置1除了在中央部份之外可设在导体绞合线层之中，或者可把这批光学装置1只设在导体绞合线层中而把导线4设于中央部分内。

图4是本发明的光学装置的透视图。图中与图3相同的部件对应地采用相同的标号而略去其说明。标号11指涂层光纤而12指条带。每个光纤束3是由一批例如七根涂层光纤11形成。在各个光纤束3中，有六根涂层光纤是按不绕一根涂层光纤外周上铰合的形式配置，整个七根涂层光纤是粗略地由条带12集束到一起。在这批涂层光纤中，上述中心部和任何其它涂层光纤11都可以由一根具有高抗拉强度的金属线置换。

至于每根涂层光纤11，例如可采用外径为0.25mm的涂层光纤，其中是把一种紫外固化树脂的预涂层预涂敷到具有125μm的微径玻璃光和径纤上；或是采用外径为0.4mm的涂层光纤，在其上面涂敷有硅树脂的预涂层。

下面描述条带12每个条带12例如是由一束纤维构成，这些纤维是有色的以用于识别多个光纤束3。当把这种条带用于只有一根光纤束3时，这时即使条带不着色，也能将此光纤束与其它光纤束3区别开。所述颜色不限于彩色的，也可以是无色的。组成条带12的纤维束中的纤维可以染成两种颜色，使得光纤束3可通过这两种颜色的组合来识别。

一根光纤束3可以用上一批条带12。这时，如以后所述，至少有两根条带最好以相互相反的方向缠绕。这批条带可以染成同一种或不同的颜色。

由于这种复合式光纤架空线是与输电线路平行铺设，此复合式光纤架空线就有可能为感应电流，偶然事故的短路电流，等等瞬时加热到约200℃的高温。此外，这种复合式光纤的架空线由于布线张力造成的拉长，因振动的拉长，因升温的拉长，等等，而会经受到比一般架空线更大的应力。特别是当条带12在高温下热压缩时，涂层光纤11便会由于它上面的条带12的紧固力而受到条带12的侧压，同时还受到为条带捆集成束的光纤束3和护管2内壁间形成的侧压的影响。

在侧压影响之下，涂层光纤11易受微弯的影响而增加传输损耗，特别是在GI(梯度折射率)型涂层光纤的情形中的大。于是，光纤束3是在具有过量长度的状态下显纳在扩管2中。

为了防止因热变质而增加微弯损耗，应该让条带12采用一种熔点不高于200℃就不会热熔化的材料，例如可采用棉纤维束、Kepler纤维束，等等。

要是把纤维束用作条带12，由于此纤维束的剖面形状易于变形，条带12与涂层光纤11便相互会作表面接触。这样，与采用同涂层光纤11作线接触的单芯圆条带相比，采用这种纤维束时就会增宽接触部分。结果可以减少涂层光纤11每单位面积上所受条带12的侧压。

特别是在把不锈钢管用作护管2的情形，使用上述条带12可以显著减小侧压，这是由于护管是刚性的不会变形，且由于作用在涂层光纤11上的侧压与把一般塑料管用作护管的情形相比要大。

此外，当使条带12具备有过量的长度，就可以抑制条带12热收缩造成的侧压。具体地说，可在条带12的长度控制到满足下述关系式下来给出此条带的过量长度：

0＜E＝(l－L)/L×100(％)＜1.0

式中l为条带长度，L是光纤束的长度，而E是条带的过量长度比。稍后将参看图5描述使条带12本身具有过量长度的方法。

在把纤维束用作条带12时，此纤维束本身最好是绞合形式的。要是纤维束蓬松化，由于这种极细的蓬松部分为涂层光纤11所捕获而会束紧光纤11本身，就会增加损耗。通过把纤维束绞合就能防止这种损耗的增加。此外，要是在光学装置生产过程中当条带从它的卷筒上输出时产生蓬松现象，这种蓬松部分就会为涂层光纤11捕获，导致摩擦力不稳而会改变条带12的供应张力。从生产稳定性的观点考虑，这种条带也最好是绞合式的。要是条带所绞合的节距太短，这种条带就不易变形。因此，此绞合节距应选择成不小于100mm。

从在终端部分于光纤束3之间进行识别的观点考虑，涂层光纤11的束占的条带所大致卷成的节距最好要短；而从涂层光纤11的生产特性与传输特性这两点考虑，这种粗绕的节距最好要大。当光纤束3弯曲时，在弯曲处内侧的涂层光纤11便被留下不动，而外侧中的涂层光纤11侧被拉动，这是因为这部分光纤未被绞合而是集成束的。要是在这种情形下条带12粗绕的节距短，则涂层光纤11便难以运动。因弯曲而形成涂层光纤11的过量长度在弯曲的内侧不易被均匀吸收，导致涂层光纤呈锯齿形。结果使损耗增加。

另外，当条带12在高温下热收缩而形成了作用到涂层光纤11上的紧固力时，如果把粗绕的节距选择得长，也可防止损耗的增加。具体地说，当T是每单位长度上的紧固力，R是粗绕条带的螺旋的曲率，P是相绕的节距，而r是此粗绕条带的半径时，可给出以下关系： $T^{\∝}\frac{1}{R}=1/(P^2/\left(4{\mathrm{\π}}^{2}r\right)+r)$

随着粗绕节距P的加大，紧固力T便减小。从后面应用试验结果所作的说明中可知，当把粗绕的节距P选择成不小于100mm，便不会引起损耗增加。

顺便指出，要是此粗绕的节距P太长，由于彩色条带12在终端部分变松驰而易于分开，就难以据此种条带来识别光纤束了。于是便用两种彩色条带12来对应于一根光纤束3，使它们以相互相反的方向卷绕，这样即使是在条带12变松驰的情形下，也能使另一根条带不松驰。另外也可采用三或多根条带12，此时最好使至少有两根条带依相互相反的方向卷绕。

图5A与5B示意地表明用于生产本发明光条装置的设备。图5A是此设备的整体结构图，而图5B是光纤束的一个剖面图，用于例释涂层光纤在线路集中模22中的状态。在这两个图中，与图1和2相同的部件采用相同的标号而略去其说明。标号21指供应装置，22指线路集中模，23指条带卷筒；24指条带供应张力调节板，25指绕带管，26指辊装置，27指焊接装置，28指供应装置，29指不锈钢带，30指拉伸装置而31指卷取装置。

参考图5A，从供应装置21供给的十四根涂层光纤11分成两组分别供给于线路集中模22，也就是说，这十四根涂层光纤11集成两根各由七根涂层光纤11组成的光纤束。从线路集中模中拉出的这两根光纤束的每一根随后在供应给辊装置26之前通过两个条带卷筒23。

各个条带卷筒23有一条供应张力调节板24以及一绕带管25。条带卷筒23配置成使其中央轴线与光纤束共线。条带12以络纱形式卷绕到各个绕带管25之上。每个条带卷筒23都未设有任何供转动用的动力装置，使得条带12从条带供给张力调节板24出来时由于只有摩擦力的作用，故能在低张力的基础上绕到光纤束上。用于各光纤束的这两个条带卷筒23使条带12相续地依相反方向绕到光纤束上。这两根各有两条条带12卷绕的光纤束便成了上面对照图4中所述的光纤束3。

这两根光纤束3由辊装置26准直而供应给焊接装置27。于此同时，从供给装置28向焊接装置27供给一不锈钢带29，而得以形成具有任意外径的能包围这两根光纤束3的不锈钢管。此种不锈钢管及是前面参看图4所述的一个具体例子并构成了上面对照图3与4说明的整个光学装置1。拉伸装置30例如是由皮带输送器一类驱动装置，等等组成，它从上面与下面挟住光学装置1而供应给卷取装送置31。由于涂层光纤11并未绞合而是集束，故不需驱动供给装置21转动。因此，不仅可以简化设备还可以提高生产线的速度。

正如前面对照图4所述，最好使条带12本身有一个过量的长度。下述的两种方法是有代表性的赋于此条带自身以过量长度的方法。

第一种方法是去调节涂层光纤11的供应张力与条带12的供应张力。为给条带本身以过量的长度，使条带的长度满足关系式：

               (T_f/E_f)＞(T_b/E_b)

式中T_f是涂层光纤11的供应张力，E_f是涂层光纤11的杨氏模量，T_b是条带12的供应张力，而E_b是条带12的杨氏模量。

第二种方法是使条带12在涂层光纤11紧紧集束之前进行卷绕。在图5A所示的绕路集中模22中，采用的是足够大的模以使光纤11能松散地集束到一起。也即如图5B所示，涂层光纤11作有间隙地集束，由条带12作大致地卷绕，然后左辊26或类似装置所在的位置束紧就位。利用这种方法，可使条带12具备过量的长度。

下面描述试验产品和测试结果。将外径各为0.25mm的涂层光纤集，使一根涂层光纤置于中央，而绕其周围配置六根涂层光纤。这些涂层光纤11所确定的几何上最小的圆周的D直径给定为D＝0.75mm。这一涂层光纤束用一根棉纤维束带12或两根棉纤维束带粗略地卷绕，节距为100mm或更大，而制备成光纤束3。在采用两根条带12时，它们依相反方向卷绕。作为一个比较例，按节距60mm相绕制成一个样品。将两根这样制成的光纤束3置纳于外径为3.0mm的不锈钢护管2中，生产出光学装置1。

在参考图2对传统构型所做的描述中，需将光学装置41的外径选定成不小于5.0mm，以便在光学装置41中容纳T约12根涂层光纤。相反，在上述试验产品中，由于不仅可将此光学装置的外径减至3.0mm还可以采用不锈钢管，因而能保证充分的机械强度。

作为热稳定性测试，进行了200℃下热震测试和在-40～100℃范围内的热循环测试。在波长1.55μm条件下测出初始损耗增大了，同时在热稳定性测试中损耗也增加了。

图6示意地说明了对上述试验产品与比较例的评价结果。当粗绕的节距为80mm而条带具有0.15％的拉伸率(此数值表明“条带的过量长度比是-0.15％”)时，初始损耗增加0.1dB/km。但当粗绕节距为100或300mm时，即使是条带的过量长度比为0.15％，初始损耗也并未增加。此外，当粗绕节距比为80mm时，如果条带的过量长度比为0.10％与-0.15％，则在热稳定测试中的损耗分别增加了0.3dB/km与0.15dB/km。当相绕节距为100mm时，如果过量长度比为0.1％或0.5％，则在热稳定测试中损耗没有增加。再有，当粗绕节距为300mm，如果过量长度比为1.00％，就能设别光学装置，但要是过量长度比为1.5％，条带就会过于松驰而难以识别光学装置。

顺便指出，由于条带12是由纤维束制成，要是给以小的负载，条带12的长度便易于改变。也就是说，条带12的长度可以在它绕到光纤束上的同时改变。因此，必须测量出条带12在未受载荷时的长度。

首先对条带待测长度的两端的所在位置作出标记。其次从光纤束上除下此条带。然后固定它的一端，并将每次5g的从5g至25g的重物挂在此条带的另一端。在各个重量下测量上述两标记间的长度。绘制出曲线图，其中以X轴表示载荷，Y轴表示条带长度，各载荷标志间的距离绘出于此曲线图上。假定L_x是条带在各载荷下的长度，T为载荷，L₀是条带在无载荷下的长度，E为杨氏模量，S是条带的模剖面积，则可以构成方程：L＝(T/ES＋1)L₀

为此，用最小二乘逼近法拟合了标绘于曲线上的五个点，在T＝0处获得了Y截距即L₀。

图7是复合式光纤架空线结构的剖面图。图中的标号1指一金属管型光学装置；4a指钢线，而4b指铝线。将一层共六根钢线4a和一层共十二根铝线4b构成的双层绞合件这样地用作为金属管型光学装置1的导线，使得这六根钢线4a配置于金属管型光学装置1的外周上，而十二根铝线4b则处于钢线层的外周上。此金属管型光学装置1的直径与钢线4a的直径还同样与铝线4b的直径都是相等的。另外，也可不用上述结构而将镀铝钢线的双层绞合件应用到金属管型的光学装置1的周边上。上述导线的数目与布置方式不限于图中所示情形。此外，上述导体绞合线层中的一根导线可与金属管型光学装置1互换。再者，可以设置一批金属管型光学装置1。

顺便指出，这种金属管型光学装置可以直接用作光缆，或是用作在金属管周围设有外套的光缆，或是用作围绕一中心抗拉材料件设置着一批金属管型光学装置而以外套覆罩的光缆。

图8是本发明的光学装置的剖面结构图。图中的标号41指光纤，42指金属管，43指缓冲材料；而44指条带。在居中的缓冲材料43的外周上依纵向装附着或螺线式卷绕有一批涂层光纤41，并由条带44粗绕到其外周上而形成光纤束。金属管42中至少装设有一根具有过量长度的光纤束。缓冲材料43最好着色以用于识别光纤束。条带44可以是彩色的。

每根光纤束均绕有一或多根条带44。在有一批条带的情形，至少有两根条带是相互反向卷绕，得以抑制条带44束紧涂层光纤的力，由此可防增加传输损耗。于此同时，可将这批条带44设计成：当这些条带44在终端部分松释并分离开时，即使其中有任何一根条带松驰，其它的条带也不会松座，由此便能防止因缓冲材料43着有颜色而降低了光纤束的识别特性。

在涂层光纤41以螺旋形式卷绕到缓冲材料43上时，由于缓冲材料43的尺寸减小而减小了涂层光纤41的卷绕半径，从而能在光纤束因外部应力而拉长时减轻涂层光纤41的拉长。此外，由于涂层光纤41是以螺旋式卷绕方式绞合，故可以改善弯曲特性。

对于所述的各涂层光纤41，例如可采用这样的涂层光纤：它的外径为0.25mm，其中将紫外固化树脂的预涂层涂布到外径为125μm的玻璃光纤上；或是采用这样的涂层光纤，它的外径为0.4mm，上面涂布有硅树脂的预涂层。可把棉纤维束、Kevler纤维束等用作条带44。可用不锈钢管或铝管作为金属管42。

图9是本发明另一个例子的剖面结构图。图中与图8相同的部件采用相同的标号而省除其说明。标号45指条带。在此实施例中，用条带45将多根涂层光纤41捆成光纤束。将一批这样形成的光纤束依纵向装放到或按螺旋形卷绕到居中的缓冲材料43上，再在其周边粗绕以条带44来构成光纤束。金属管42中收纳着一或多根这样形成的光纤束。

下面说明本发明的一个具体例子和试验结果。在前面对照图1阐明的金属管型光学装置中，是把外径3.2mm而内径为2.8mm的不锈钢管用作金属管42。在把六根涂层光纤沿纵向装附于泡沫塑料的缓冲材料43上后，在其周面上粗绕以255D(但尼尔)的棉纱。在此情形下，缓冲材料43的材料占有率为60％。对应用金属管型光学装置试生产的上面参考图7所示的复合型光纤架空线进行了振动试验。

图10是用作比较例的金属管型光学装置100剖面结构图。图中与图8相同的部件采用相同的标号而略去其说明。与前面参考图8所述金属管型光学装置相比较，在一批涂层光纤41的周边上沿圆周方向相绕以条带44，形成了无缓冲材料43的光纤束。此比较例是在上述相同条件下但采用的是图10中的金属管型光学装置试生产的。同时对此比较例进行了测试。光波的波长与初始的光接收水平分别取定为1.55μm与56.6dBm。测试的长度、振动频率、振动的总振幅以及振动的次数分别设定为30M、30Hz、10mm与10⁷。

图11是抗振特征曲线图，用来说明振动测试的结果。水平轴线表示的是振动次数，而垂直轴线表示传输损耗。光的波长与初始的光接收水平分别设定为1.55μm与-56.62dBm。应用本发明金属管型光学装置的复合式光纤架空线的传输损耗变化是很好的，在0.01dB/长度的测量精度内，如图中的黑圆圈所示，而在采用无任何缓冲材料43的光学装置的比较例中，则显示出最大可增加有0.2dB/长度的损耗，如图中白圈所示。

试验的结果清楚表明，金属管42的内壁与涂层光纤41之间或涂层光纤本身之间的碰撞所产生的侧压巴为缓冲材料43减弱，同时缓冲材料43与金属管42内壁间的反抗力也有效地抑制了涂层光纤41的运动。

但是，在根据缓冲材料43来实现以上两种效果时，最好对材料占有率亦即缓冲材料占有率的比例加以限制。为了从试验上肯定这种观点，试生产了复合式光纤的架空线，同时使缓冲材料43的空间占有率按六个等级改变：0％、25％、50％、70％、90％与95％。

在这种情形下，材料占有率即由方程f＝{Sm/(S－S₀)}×100(％)确定，式中：f为材料占有面积，S为金属管内的横剖面积、而S₀为光纤所占面积。

图12是在上述材料占有率改变时，初始传输损耗特性与抗振特性的曲线图。水平轴线表示缓冲材料43的材料占有率，而垂直轴线表示初始传输损耗特性与传输损耗增加的最大值。此传输损耗增加的最大值表明抗振特性。如图中黑圈所示，当缓冲材料43的材料占有率不小于70％时，初始传输损耗特性曲线上升；而如图中白圈所示，当此种材料占有率不大于30％时，传输损耗所增加的最大值上升。顺便指出，采用了无任何缓冲材料43的光学装置的比较例对应于材料占有率f＝0％的情形。

以上事实表明，要是充填有大量缓冲材料43，涂层光纤41就会为缓冲材料43压向金属管42的内壁，这样就会出现涂层光纤41常会受金属管42内壁侧压的影响而难以在此缓冲材料43上运动的问题。

相反，当缓冲材料43的材料占有率f很小时，光纤束与金属管42的内壁之间的反抗力便会减小，而使光纤束的自由度增大。因此，当有稍许外力作用到金属管型光学装置上时，光纤束便会在金属管42中运动，致涂致光纤束的量长度产生长向上的不均一些，由此而增加弯曲损耗。此外，当有振动加到金属管型光学装置上时，光纤束与金属管内壁间的碰撞力便增加，使侧压不能为缓冲材料43所吸收。结果便增加了损耗。

根据以上讨论的结果，当缓冲材料43的材料占有率限制于从30％至70％之间时，本发明的操作与效果都可大大改进。

此外，将一种具有吸水性质的丙烯腈接枝聚合物的水解产物涂布到上述试生产出的上述缓冲材料上，而试生产出一种缓冲材料43。这种缓冲材料43应用1.0M的水源长度进行了水运移试验。结果，当水运移长度经过了三日达到3米后，即使在十日之后，此水运移长度也不会改变。业已证明，这样的缓冲材料43具有充分的截水特性。

图13与14是本发明的管型光学装置51的剖面图，图15示明生产这样管型光学装置51的方法，图16与17分别表明了管型光学装置51在振动试验之前或之后的传光损耗测量结果。

在图13中，标号53指涂层光纤。将两个每个之中有六根涂层光纤53的光纤束54粗绕上225D的棉纱所构成的光纤束54，共同置纳于管56之中，且使在这样形成的光缆的长向上让每一涂层光纤53具有均匀的过量长度。

标号55指居中的一种材料，它采用的是由具有缓冲性质的泡沫塑料所形成的条带件，但也可采用棉或其它类似材料构成的纤维束。

上述居中材料55当把它在管中除涂层光纤的体积占有部分外的空隙中的材料占有率设定为从50％至90％时，可以有效地工作。

要是这种居中材料在管中的材料占有率小于50％，就不能有效地阻止涂层光纤在管中的运动，要是此占有率大于90％，涂层光纤在生产时或在铺缆后的局部弯曲就会阻止涂层光纤的运动而松弛，使传光损耗增加。此外，当将振动或类似的外部作用施加到生产出的光纤束上时，居中的材料会给涂层光纤以侧压而加大传光损耗。标号56指由外径3.2mm而内径2.8mm的不锈钢管形成的管。

如图15所示，在本实施例的管型光学装置51的生产方法中，是指不锈钢形成的金属带59，包括涂层光纤的由条带卷缠的束54，以及由225D棉纱形成的居中材料55，分别从金属带供应装置60、光纤供应装置61以及居中材料供应装置62，通过光纤引入管68插入到卷筒成形设备63中，由此适当地组合好上述各种材料，使由条带卷缠的包括着涂层光纤的束封裹于居中材料55中而不与金属管壁触合。在处于这一组合材料件最外层的金属带60于此材料件从成形设备中出来处焊合就位后，便由拉伸模变67和绞量65从外径4.7mm、内径4.3mm而厚度为0.2mm的不锈钢管中拉出，并经减径而形成光学装置51。这样生产出的管型光学装置51便依预定速度由一卷取鼓66在相对端卷取起。

按上述方式生产的管型光学装51可以用于图3与7中所示复合式光纤架空线中。

将前述居中材料在管中的材料占有率分别设这到0％、20％、40％、60％与80％的管型光学装置51，分别用来试生产复合式光纤架空线试样。这些试样相对于30M的试验长度，在频率30Hz、总振幅10mm与振动次数不小于107的条件下进行了振动试验，用1.5μm波长的光，测量了试验前后的传光损耗，结果示明于图16中。

从图16可知，当居中材料在管中的材料占有率为0％时，传光损耗不小于0.3dB/30m，而当这一占有率不小于50％时，则此传光损耗不大于0.05dB/30m，这就是说，由于设置了居中材料55，已使传光损耗显著减少。

上述结果表明，当居中材料55的材料占有率不小于50％时，此居中材料55就能抑制涂层光纤因振动沿缆长方向移动或与内壁发生碰撞。

但如图17所示，当居中材料的材料占有率太大，即不小于90％时，初始传输特性在振动试验之前就会变劣。当此占有率为95％时，初始传输特性中的传输损耗为0.30dB/km。

从以上结果可知，居中材料55的材料占有率最好设定为从50％至90％。

尽管这一实施例示明的是，把如图13所示的每个之中有一批由条带捆成索的涂层光纤构成条带卷缠束54，用作为置纳于管中的涂层光纤的形式，但本发明可以应用于把如图14所示的独立地设于管型光纤束中的涂层光纤用作为置纳于管中的涂层光纤的形式。

图14中的管型光学装置11表明了有三根涂层光纤53独立地与居中物质55一起置纳于管56中的情形，其中在管长方向中依预定的百分率给各涂层光纤一过量长度。所用的涂层光纤53、居中材料55和管56均取上述相同方式构成的形状。采用了上述相同的生产方法和进行了上述相同的试验，而获得了与上述类似的优良结果。

此外，图13所示的管型光学装置是在基本上与第一实施例相同的条件下试生产出的，只是把第一实施例中将丙烯腈水解产物涂布到具有缓冲性质的泡沫塑施料上所制备成的材料用作居中材料55，由此使此居中材料55具有有吸水性质。

将管内层中材料的占有率为70％的管型光学装置根据EIA标准EIA/TIA-455-82A，在水源长度1.0m之下进行了水运移试验。

测量了一日、三日与十日后的水运移长度，业已发现这一水运移长度在三日后达到3m，而且即使在十日之后，这一3m的水运移长度也不再有任何改变。因此可以肯定此居中材料55具有充分的截水性质。

从上述事实可知，可以抑制因涂层光纤的氢吸收而增加光的传输损耗。

下面还将描述通过将一批光纤束置纳于管中来生产光学装置的方法。

在图4中阐明了将两根光纤束3置于管2中所成的光学装置，而在图18中则示明了在此实施例中将容纳有四根光纤束3的光学装置1′置于管2之中。

一般地说，光纤束3是置纳于管2中，并给这些涂层光纤适当的适应过量长度。因此，光纤束3可以自由地在管2的内部空间中相当自由的运动，使得侧压难以作用到涂层光纤11上。

光纤束3的长度与管2的长度之间每单位上的差值便是适应过量长度。但当如图18所示有一批光纤束3置纳于管2中时，当这批光纤束3与管2成为整体时，在这批光纤束之间就会产生路程差。于是就不能给这批光纤束以相称的适应过量长度使其能够均匀分布。这一问题将在下面参考图19说明。

图19示意地说明，在一绞盘上的管型光学装置。图中与图18中相同的部件采用相同的标号，略去其说明。标号3a指第一束，3b指第二束，3c指第三束，3d指第四束而71指绞盘。左侧所示的圆形剖面是在右侧所示绞盘的剖面中沿A-A线截取的一个剖面。

各个纤维束3由内中给出标号的圆圈表示。这四根光纤束3a至3d通过在生产完成后使管2收缩而具有相对于管2的适应过量长度。一批光纤束3的这一适应过量长度根据各光纤束3而变化，这是因为相应于绞盘71上四根光纤束3a至3d之间垂直位置关系的弯曲半径R的差而产生了路程差(此绞盘71克成了用来使管2与光纤束3联成一体的一个联结点)。

在这些光纤束卷绕在绞盘71上的状态下，位于内周侧中的第三与第四光纤束3c与3d具有一个相对于绞盘71中心的曲率半径。另一方面，位于外周侧中第一与第二光纤束3a与3b则具有一个相对于绞盘71中心的曲率半径R＋d。因此在内周侧与外周侧之间产生了一个每单位长度的路程差((R＋d)θ－Rθ)/Rθ。它构成了适应过量长度的百分率差值。

图20A与20B示明了绞盘上光纤束之间的位置关系，用于阐明本发明一实施例。图20A与20B分别是第一与第二位置关系的图解。在这两个图中，与图18和19中相同的部件采用相同的标号而略去其说明。在此实施例中，四根光纤束3a至3d依前后方向绞合，使这四根光纤束在绞盘上的位置关系周期性地反覆。

在图20A所示的第一位置关系中，第三与第四光纤束3c与3d靠近绞盘的中央轴线，而第一与第二光纤束3a与3c则远离此中央轴线。因此，第一与第二光纤束3a与3b的过量长度与过量长度率都变得较大。相反，在图20b所示的第二位置关系中，第三与第四光纤束3c与3d远离绞盘的中央轴线，而第一与第二光纤束3a与3b则靠近绞盘的中央轴线。因此，第三与第四光纤束的过量长度与过量长度率变得较大。

于是，通过周期性地翻转四根光纤束3a至3d间的垂直位置关系，使图20A与20B所示的位置关系相互交替，就可以减少绞盘上产生的在这四根光纤束之间的路程差或过量长度差。

图21示意地给出了生产设备的构型，用来阐明本发明的管型光学装置的生产方法。此图中与图18和19中相同的部件采用相同的标号以略去其说明。标号81指光纤供应装置，82指线路集中器，83指卷筒成形器，87指不锈钢管，88指不锈钢带供应装置，89指等离子焊接器，70指拉伸模，71指铰盘而72指卷取鼓。下面以举例方式说明不锈钢管型光学装置的生产。

从光纤供应装置81供给的二十四根涂层光纤11由线路集中器集成四组，各含六根涂层光纤。使一些集成的光纤组分别通过织带机83中以棉纱或类似材料的粗绕带12绕到成鼓形的卷筒上，使得这些光纤组为粗绕带12作粗略地缠绕并捆集成束而形成四根光纤束3。将这四根光纤束3插入管2内的位置关系例如是以变换器84按180°作周期性反覆的。换言之，这四根光纤束3是作SZ型的周期式铰合。

从变换器84送出的光纤束3通过光纤引入管85而引入卷筒成形机86中，后者用卷筒方式形成管件，例如形成不锈钢管，等等。另一方面，将作为管料的不锈钢带87从不锈钢带供应装置88供应给卷筒成形机86，并由此成形机逐渐形成管形。这样卷筒成形的不锈钢管的缝用等离子焊接管89焊合。这一不锈钢管供应给拉伸模70拉成所需尺寸的管。

依上述方式，形成了内中插有四根光纤束3的管型光学装置1′。这一管型光学装置1′当于具有卷取驱动力的绞盘71按一预定角度卷取时，最终便卷绕到卷取鼓72上。

例如在实际操作中，前述变换器84有一个机构，此机构中有一块可作周期性翻转的板，此板上面有很多可让各光纤车通过的孔，孔数等于或大于光纤束的个数。

图22是用来说明上述变换器工作的状态图。此图中与图18、19和21中相同的部件采用相同的标号而略去其说明。变换器84设于光纤引入管85之前，使得四根光纤束3a至3d间的垂直位置关系得以在绞盘71的联结点或类似部位上作周期性的翻转。

变换器84是一种用来使四根光纤束3a至3d作周期性的SZ型绞合的设备。图3例示了变换角为880°的情形。现在注意第一与第二光纤束3a与1b。在第一种状态，第一与第二光纤束位于上半区。在变换器84顺时针走向转过90°的第二状态中，此第一与第二光纤束向右绞合并移向右半区。在变换器84顺时针走向进一步转过90°的第三状态中，此第一与第二光纤束也进一步顺时针走向绞合并移向下半区。这样，在第一与第二光纤束3a与1b和第三与第四光纤束3c与3d同的垂直位置关系，与第一状态相比翻转过来。当变换器84从第三状态反时针走向转过90°，这些光纤束便反时针走向绞合而形成第二状态。当此变换器84进一步反时针走向转过90°，这些光纤束便进一步向左绞合而形成第一状态。

为变换器84作周期性SZ型绞合的四根光纤束卷绕到绞盘71上。为了实现上面相对于图10A与10B所述第一与第二位置关系的周期性交替，必须满足关系式T≥L/V，式中T是使垂直位置关系翻转的周期，C是生产线的速度，而L是从用来翻转垂直位置关系的反转点至用来使管2与四根光纤束3a至3d联成一体的联结点的距离。

在由变换器84翻转光纤束3的垂直位置关系后，使翻转的部分到达联结点是需要有一定时间的。此所需的时间为L/V。在翻转部分到达联结点时，这批光纤束3的垂直位置关系并未确定。要是在翻转部分到达联结点之前，此垂直位置关系于反向中翻转向作为下一个行程时，由于现下的翻转为前一个翻转所抵消，这就有可能使状态返回到原来的垂直位置关系。因此，需要使用来翻转垂直位置关系的周期T小于前述所需时间。

一旦完成联结后，光纤束3便不会相对于绞盘71上的管2运动，也就是说，这批光纤束3的垂直位置关系不会改变。在从管型光学装置卷绕到卷取鼓72上的时刻至此管型光学装置实际投入使用的时刻的这一期间内，这四根光纤束3a至3d随着时间的推移而松释开SZ一型绞合，在管2中成为不绞合的状态。

在上面的描述中，假字子管型光学装置1具有一批置纳于管2中的光纤束3。而在装纳一批涂层光纤束取代这批光纤束3的情形，在与前述相同的方式下，根据在绞盘71的联结点或类似的部分上所产生的路程差，会在过量长度率中产生差别。因此可用前述的相同方法来减少适应过量长度差。随着涂层光纤外径的增加，这种差别效应也会由于路程差的的增加而增加。

至于前述的联结点，并不总是需要将前面相对于图21所述的卷取绞盘71作为这样一个点。例如可把图中未示明的卷取鼓设在绞盘71的前方，起到一个专用联结点的作用。

下面描述本发明的一个具体例子及其试验结果。将六根0.25mm的紫外(UV)固化涂层与着色的光纤以粗绕的725D的棉纱作和为粗绕带捆集成束而制备成各个光纤束3。在把光纤供应装置11的光纤供应张力设定到约100g的条件下，生产出具有如上制备成的四根光纤束3的管型光学装置1′。

在使光纤束3插入的位置关系以180°的翻转角作周期性地翻转同时，将光纤束3于卷筒成形一宽6.0mm和厚0.2mm的不锈钢带的过程中插入。这一不锈钢带为一拉伸模70拉伸，形成一外径3.9mm和内径3.5mm的不锈钢管。此不锈钢管在由550mmΦ的绞盘71卷取后，再由600mmΦ的卷取鼓72卷取。

生产线的速度V设定为5m/min，而用来按180°翻转垂直位置关系的翻转周期T经设定为每次6分钟。这意味着是在V×T＝30m的间隔T进行变换的。从作为翻转点的变换器84到作为联结点的铰盘上一处的距离为85m。

在把变换器84用于上述生产条件中和不采用这种变换器84的这样两种情形下，试生产了管型光学装置并考察它的适应过量长度。

图23A与23B是光纤束过量长度率的曲线图。图23A是在本发明实施例生产方法中的过量长度率的曲线图，而图23B是在不采用变换器的比较例中过量长度率的曲线圈。在这些图中，水平轴线指四根光纤束中每一根的束号，而垂直轴线指其过量长度率。对于这种过量长度率，示明了各光纤束中六根涂层光纤相对于30m试样的测量值的平均数。顺便指出，有相同过量长度的试样的有关值用同一个坐标点标出。

如图23B所示，在未用变换器84的比较例中光纤束过量长度率显示出一个0.86％的大的变化值Δe而如图23A所示这一变化值ΔE可以减少到0.07％，这几乎等于同一束号中过量长度率的变化值。

图24中的曲线图示明了本发明实施例中前述翻转时间与过量长度率变化值的关系。图中的水平轴线表示翻转时间T，而垂直轴线表光纤束中过量长度率的变化值。当在上面相对于图23A与23B所述的各生产条件中只有翻转时间从6分钟有了不同变化时，此时当把翻转时间T设定到一个不小于3分钟的长时间值时，过量长度率的变化便减小。

由于生产线速度V为5m/min，而从变换器84所在处的翻转点至绞盘71所在处的联结点的距离B为85m，可以求得B/V＝3min。根据这一试验结果可知过量长度率的变化值ΔE在翻转时间满足参考图22所述的翻转条件下时减小了。

图25是一曲线图，示明了本发明实施例中翻转角与过量长度率变化值之间的关系。在此图中，水平轴线表示翻转角，垂直轴线表示各光纤束叶过量长度率的变化值。在上面相对于图23A与23B所述生产条件中只是翻转角从188°开始有了不等变化时，当翻转角设定在从818°开始有了不等变化时，当翻转角设定在从88°至270°的范围内时，过量长度率的变化减小了。因此，在联结点翻转垂直位置关系的效果显然得到了改进。

Claims (20)

1.一种复合式光纤架空线，它包括：

光纤束，此光纤束具有许多光纤和将这些光纤捆集成束并按预定节距卷绕的条带；

一个金属，其中纳置下上述光纤束；

许多导线，它们绞合并卷绕到上述光学装置上；

其中所述光纤束纳置于所述金属管中时使得所述光纤束具有一过量长度。

2.如权利要求1所述复合式光纤架空线，特征在于：所述光纤未加绞合地集中在一起并用上述条带捆集成束。

3.如权利要求1与2所述复合式光纤架空线，特征在于：将多根所述的光纤束纳置于所述金属管内。

4.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述条带满足条件：0＜E＝(l－L)/L×100(％)＜1.0，式中l是条带长度，L是光纤束长度而E是条带的过量长度比。

5.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：有一批纤维条带按不小于100mm的节距绕到各根光纤束上。

6.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述这批纤维条带着有用于识别的颜色并绕到各个光纤束上，其中至少有一根纤维条带以与其它纤维条带卷绕方向相反的方向卷绕。

7.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述各条带是由一种在温度不高于200℃时不会热熔化的材料制成。

8.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述金属管是由不锈钢形成。

9.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述光纤束还包括具有圆形横剖面的缓冲材料，而所述光纤是由前述条带以及此种缓冲材料组集成束的。

10.如权利要求9所述复合式光纤架空线，特征在于：所述缓冲材料具有吸水性质。

11.如权利要求9至10所述复合式光纤架空线，特征在于：所述缓冲材料着有用于识别的颜色。

12.如权利要求9所述复合式光纤架空线，特征在于：所述缓冲材料的材料占有率或填充料在30％至70％的范围内。

13.如权利要求1至3所述复合式光纤架空线，特征在于：将一种缓冲的居中材料插入到所述光纤束与金属管的空隙部分内。

14.如权利要求13所述复合式光纤架空线，特征在于：所述缓冲的居中材料具有吸水性质。

15.如权利要求13至14所述复合式光纤架空线，特征在于：所述缓冲的居中材料的材料占有率或填充率是在50％至90％的范围内。

16.如权利要求3所述复合式光纤架空线，特征在于：所述这批光纤束是在金属管中的前后方向中按相反方式铰合的。

17.一种生产复合式光纤架空线的方法，它包括下述步骤：

用卷绕条带围到许多光纤上将其捆集成光纤束；

将所述的许多光纤束作周期性地绞合，使这些光纤束具有预定的反向角；

将这些光纤束插入一金属管中；

将此金属管绕到一绞盘上使此管与所述光纤束相结合；及

将许多导线卷绕到此金属管上而制成一复合式光纤架空线。

18.如权利要求17所述的生产复合式光纤架空线的方法，其特征在于：所述预定的反向角在，180至270°的范围内。

19.如权利要求17所述的生产复合式光纤架空线的方法，其特征在于：使所述光纤束通过一在前后方向中作周期性翻转的板条而按上述预定反向角作周期性绞合。

20.如权利要求19所述的生产复合式光纤架空线的方法，其特征在于：所述板条满足关系式T＞B/V，式中T是所述板条在前后的各个翻转中的周期，V是所述金属管的卷绕速度，而B是所述板条与绞盘间的距离。

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