CN1278071A - 具有非圆形空腔横截面的厚壁光缆外壳 - Google Patents

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Abstract

光纤缆包括光缆外壳,该光缆外壳具有非圆形横截面的纵向延伸内腔和至少两个纵向延伸的增强部件,其中非圆形横截面的取向是使得其短轴本质上与该至少两个纵向延伸增强部件的连线对准。

Description

具有非圆形空腔横截面的厚壁光缆外壳
本发明涉及具有光缆外壳的光纤光缆，该外壳具有用于提高耐压强度的非圆形内腔横截面。
现有技术已提出不管是其外表面还是其内腔均具有非圆形横截面的光缆外壳。另外，现有技术采用这种非圆形状提高了耐压强度。
Stevens等的题为“光纤缆耐压性能的有限元模型”(IWCS，1998年11月)的论文采用有限元模型分析了热塑性光缆元件的弹性-塑性形变。此论文已作为参考包含在本文中。在上述论文中所说的光缆元件包括非圆横截面。作者的结论是，将形状从圆形改变为椭圆形或长方形横截面便可以提高光缆的耐压强度，达到较低的重量和更好的单向弯曲性。
Blew等(美国专利No.5,651,081)公开一种具有非圆外表面和圆形内腔的光纤缆。见例如Blew等的图4。
具有非圆外表面的光缆极大地改进了抗压性能，但这种光缆与具有常规圆形外表面的光缆相比造成光缆封口的相容性问题、产品市场问题和/或消费者的认识问题。
Dean等(美国专利No.4,420,220)公开一种具有圆形外表面和非圆内腔的光纤缆。见例如Dean等的图3。但在Dean等的专利中，非圆内腔的取向是使其长轴与增强部件之间延伸的线相重合。因此这种光纤缆在横向于增强部件之间延伸线的方向其抗压强度相当小。
本发明的目的是利用具有非圆横截面的内腔尽量增加光纤缆的抗压强度。
利用下面这种光纤缆可以达到上述目的，在这种光纤缆中，非圆横截面的短轴本质上与增强部件之间延伸线对准。内腔具有许多不同形式的非圆形状。
如果光缆的非圆外表面不造成例如上述问题，则这种特征可与具有上述取向的非圆形腔联用，并且非圆形外表面也应具有预定取向，以配合非圆形内腔的取向。
图1示出本发明第一实施例的光纤缆。
图2示出第二实施例的具有椭圆内腔的光纤缆。
图3示出第三实施例的具有长方形内腔的光纤缆。
图4示出第四实施例的具有多边形内腔的光纤缆。
图5是光纤的横截面图，示出增大的过长光纤容积。
图6示出第五实施例的具有非圆形内腔和外表面的光纤缆。
图1示出本发明的第一实施例。如图所示，光纤缆1具有圆形外表面2和非圆形内腔3。在内腔3中可以插入一根或多根光纤(未示出)。增强部件4、4在光纤缆1中纵向延伸，延伸方向与内腔3的方向相同。在横截面中内腔3的短轴本质上与连接增强部件4、4的连线对准。
该光缆在平行于内腔短轴的方向其抗压强度较低，因而短轴与连接增强部件的连线对准。
应当注意到，短轴不一定准确地与连接增强部件的连线重合或准确地平行于该线，即各个方向可能发生偏移和/或在其间形成角度。术语“本质上对准”意在包括例如偏移和/或夹角。这对于长轴和垂直于增强部件之间连线的直线也是相同的。换言之，采用其长轴垂直于包含增强部件的平面的这种细长内腔可以提供外加的抗压强度，这种外加抗压强度不会显著受到内腔垂直的、水平的和/或角度偏移的影响，这种偏移是相对于包含增强部件的平面和/或垂直于该平面的平面的偏移。一般地讲，在任何方向的平移偏移最好等于或小于内腔短轴尺寸的一半。而角度偏移最好等于或小于15°。然而本发明无意限制在这些优选范围内。
本发明的光缆提高了正交于包含增强部件的平面的平面上的抗压强度，同时也提供了所装光纤的外加热窗口，以便在温度循环变化期间容许所包含的光纤发生弯曲。然而非圆形腔减小了沿内腔短轴方向的抗压强度。增强部件可用来至少补偿一些这种减小的抗压强度。
非圆形内腔提供择向的抗压强度而不提供均衡的抗压强度。外部为圆截面的装置，当其具有其取向使得长轴与压力负载方向重合的非圆形内腔时，与具有其直径等于该椭圆内腔短轴的圆形内腔的同样尺寸的圆截面装置相比，可以承受更高的压力负载。
如果应用要求更均衡的更高的抗压强度，则应当应用长方形的或其它多边形的内腔。多边形内腔其取向虽然不一定必要，但最好取向成其垂直侧边沿着加压负载方向，该负载位于内腔的侧向尽头。
图1的内腔3具有直的垂直侧边和圆的或弯曲的端部，即它具有“跑道”形状。该内腔端部的曲率半径最好尽可能大，因此端部最好是半圆形的。
可以应用许多不同的材料来制作光缆外壳、增强部件和填充体。例如，光缆外壳可以用聚乙烯(高、中、低密度)、无卤素的阻燃材料、聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)和/或聚酰胺(PA)制作。增强部件可以用玻璃纤维增强的塑料、钢和/或芳族聚酰胺增强塑料制作。填充体可以是硅基堵水凝胶或聚烯烃基凝胶。当然，上述材料仅是例子。本发明无意局限于这些材料。
如上所述，内腔具有不同形状，如图2～4中的其它实施例所示出的，只要短轴本质上与连接增强部件的连线对准。图1～4中相同的编号表示相同的部件。
如图2所示，内腔3’为椭圆形，在内腔为椭圆形和外表面为圆形的情况下，另外的机构起着改进椭圆主轴方向的抗压性能的作用。第一机构涉及内腔侧向尽头的曲率。椭圆腔比圆腔具有较小的曲率半径，这导致较低的应力集中，较慢地形成塑性应变，因而导致较大的压塌负载。第二机构与内腔的抗弯稳定性有关，并且还取决于这种曲率。椭圆腔在侧向尽头更不易弯曲。因此具有较高的局部抗弯稳定性。这两种机构可以结合起来共同起作用，从而有效地使光缆装置的顶表面和底表面快速形变而达到与平的负载板一致因而有利于负载的重新分配。
如图3所示，内腔3”为长方形，作为此实施例的变型，长方形内腔的锐角可以被倒圆(附图中未示出)，即这些锐角可以成形为具有曲率半径。
如图4所示，内腔3为多边形。
内腔形状的变化可以连续地用三个几何参数表征，即宽高比a/b，a是内腔宽度，而b是内腔高度以及圆锥形因子ρ，该因子表征内腔角部的圆度。例如见图2。圆锥形因子可用来表征椭圆形内腔以及具有圆角的长方形内腔的角部曲率大小。如果圆锥形因子的值为0.414，则角部修整为圆形角部。如果该值大于0.414，则角部变得更锐，其形状将更像具有锐角部的长方形。如该值小于0.414，则角部光滑地过渡到椭圆形。
在多边形内腔的情况下(例如见图4)，其几何形状由多边形边的数目(N)、多边形的形态比以及顶点半径(如果被倒圆)表征。
图5是一种光纤缆的横截面图，示出一种细长内腔3(与图1相同)，该内腔与圆形内腔C相比，其光纤过长容量增加。图中虚线表示内腔内光纤的路径。除提高抗压强度外，具有圆形外周缘及形态比(a/b)小于1的非圆形内腔(例如跑道形内腔、长方形内腔和多边形内腔)的光缆横截面还将形成更大的过长光缆容量。圆形内腔中的过长光纤导致光纤(或光纤束)从直的与光缆轴一致的轴向路径弯曲成螺旋形路径，该螺旋形路径的轴线与光缆轴线一致，并且其螺旋半径等于圆形腔的半径。当采用其短轴等于上述圆形腔C半径的细长内腔3时，该纤维将弯曲成细长的螺旋形；从而可容放更长的过长纤维。对于同一光缆外径，为容放更长的过长纤维，由于对光缆的刚性要求较低，所以可减小增强部件尺寸。由于采用较小的增强部件，所以只需要较少的塑料便可以封装增强部件，较少的塑料将产生较低的热膨胀系数，这样又可以容放更长的过长纤维长度，而同时又保持其低温操作性能。
最后，如果允许非圆形外部形状的光缆，则上述光缆可以变型为包含这种形状。例如见图6的光缆1。具有非圆形腔的光缆的抗压强度在垂直于增强部件平面的方向得到提高，但在平行于该平面的方面其抗压强度则稍许降低。如果光缆的外部形状(见图6的外周缘)是使得它的长轴平行于包括增强部件的平面，并且其内腔的短轴也在包含增强部件的平面上，则可以在所有方向提高抗压强度。在光缆具有椭圆外形时这是特别有效的，因为当这种光缆沿长轴受到负载时，它趋向于翻转90℃，使得负载作用线变成与短轴一致。然而内腔的长轴与负载方向重合，因而保持了光缆的抗压强度。
上面示出和说明了不同的内腔形状。然而本发明无意局限于这些形状，因为这些形状仅为例子。
另外，如上所述，本发明无意局限于这样的内腔，即在这些内腔中，短轴和/或长轴准确地与增强部件的连线重合或与其相平行，即它们可以在方向上和/或夹角上发生偏移。

Claims (13)

1.一种光纤缆，包括：
光纤缆外壳，具有纵向延伸的内腔，该内腔具有非圆形的横截面；
在光纤外壳内的至少二个纵向延伸的增强部件；
其中，非圆形横截面这样配置，使得其短轴本质上与上述至少两个纵向延伸增强部件的连线对准。
2.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，短轴平行于上述至少两个纵向延伸增强部件的连线。
3.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，短轴与上述至少两个纵向延伸增强部件的连线重合。
4.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，短轴与上述增强部件连线的偏移等于或小于内腔短轴尺寸的一半。
5.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，短轴与上述增强部件连线的角度偏离等于或小于15°。
6.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，非圆形横截面的形状为各个纵向端部为半圆形的长方形。
7.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，非圆形截面的长轴本质上垂直于上述至少两个增强部件的连线。
8.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，内腔为多边形。
9.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，内腔为长方形。
10.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，上述光缆外壳的外周面为圆形截面。
11.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，上述光缆外壳的外周面为非圆形横截面。
12.如权利要求11所述的光纤缆，其特征在于，上述光缆外壳外周面的非圆形横截面的长轴本质上与上述至少两个纵向延伸增强部件的连线对准。
13.一种光纤缆，包括：
至少两个纵向延伸的增强部件；
光缆外壳，具有圆形横截面的外周面和非圆形横截面的纵向延伸内腔，该非圆形横截面的形状为其纵向端部为半圆的长方形；
其中，在沿上述光纤的任何给定位置，该非圆形横截面这样取向，使得其短轴与位于该位置的上述至少两个纵向延伸增强部件的中心点连线重合。
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