CN87103630A - 海底光纤通信光缆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的海底光纤通信光缆包括：一种金属加强线——它彻底地填充有一种不可压缩流体，并位于光缆径向上最内部的位置处。在加强线的周围是一个塑料骨架芯，它的外面包有一个护套。该护套对骨架芯施加一个径向压强，可将骨架芯径向上最外部的尺寸减小到与护套内径值相等，它具有一种圆截面形状，槽沟边缘相互接触，而槽沟内填充有不可压缩流体，光导纤维被疏松地放置在槽沟内。

本发明还涉及到一种制造方法，它用来生产所述的光缆。

Description

本发明所涉及的内容是海底型通信光缆，在其内部，所具有的唯一机械保护铠装是位于光缆径向最内部区域的一条加强线。

在已知的所述类型的海底光缆中，包在加强线周围的是一个塑料骨架芯，骨架芯上具有槽沟，光导纤维疏松地放置在这些槽沟的表面上。

然后，在骨架芯上包上一个塑料护套，它的作用是把装有光纤的槽沟封住。

一种金属材料或塑性材料制作的护套把上述的所有部件封装起来。

本发明还涉及一种所述类型光缆的制造工艺。

在上述简要介绍的已知类型的海底光缆中，在其护套的周围没有任何铠装来防止水的静压强。

由于水的静压强效应会产生一种应力，抵抗该种应力的方法是，将一种实际上为不可压缩的流体彻底地填充在存在于光缆内部的所有空间中，特别是组成加强线的各钢丝之间空隙及疏松地放置着光纤的骨架芯槽沟内的空间。

本文中所提到的术语“实际上不可压缩流体”指的是液体物质，最好是粘性的-可以具有高的粘度;但是，气体被排除在这个术语所指的范围之外。

如果不可压缩流体不仅完全填充在上述的内部空间，而且在塑料骨架芯材料（它上面开有可放置光纤的槽沟）的任何地段都没有缺陷的话，所述的已知类型的海底光缆将以一种极为有效的方式来保护光导纤维免于受到光缆中所产生的应力的影响，该应力是由于水的静压强引起的。

事实上，如果在大部分形成光缆骨架芯的塑性材料内部存在有任何缺陷的话，例如，一些不规则分布的微孔，则在实际上将不可能用一种不可压缩流体将其填满，这样会导致一种潜在的风险存在，即会增加光纤的微弯，结果会由于下述原因发生不可挽救的损失。

水的静压强会在光缆的径向方向上产生应力，因而也在光缆的塑料骨架芯中产生应力。

在这样一种情况下，当在形成光缆骨架芯的塑性材料中存在有不规则分布的微型孔隙时，很明显它不能被一种不可压缩流体所填充，并且可以证实，塑性材料所受到的变形中具有不规则性。

万一骨架芯变形中的不规则性被转换为槽沟结构的不规则性，而光纤被疏松地放置在这些槽沟内，则这时将对光纤的自由运动产生障碍，结果一种在所述的光纤中形成微弯的风险就会增加，正如已知的那样，它被证实是极为有害的，因为这会引起断裂，或者引起传输信号的损耗，因而会使光缆报废。

本发明的目的是要给出一种前述类型的海底通信光缆，它即使被埋置在深海中，也没有任何潜在的会使光纤形成微弯的风险，即使在骨架芯成形时所使用的塑性材料中存在有不完善性也是如此。

本发明的另一个目的是，提高所述类型的海底光缆间进行连接时的简易性，因为用这种方法提高了它们的可靠性。

此外，本发明的另一个目的是实现用一种有效而可靠的方式，将一种实际上不可压缩流体充分地填充在光缆骨架芯的槽沟中，在那里疏松地放置着光导纤维。

本发明的对象是一种海底光纤通信光缆，它包含有一条坚固的抗扭转加强线，组成加强线的钢丝之间的各个间隙都填充有一种实际上不可压缩的流体。在光缆径向最内部区域内配置了一种塑料骨架芯，它包在所述加强线的周围，骨架芯上开有槽沟且通过拱棱互相分隔，该槽沟与所述骨架芯的外表面连通，并在光缆的纵向方向上伸延，而且填充有一种实际上不可压缩的流体，光导纤维疏松地放置在这些槽沟内。所述的光缆有如下特性：在垂直于光缆轴的截面内，其形状由拱棱所决定的每个槽沟与相邻的槽沟相互隔开，在无护套情况下为一种曲线形态，且槽边发散。然而，在有护套的情况下，槽沟为槽边相互平行的园形形态。在无护套时与隔开相邻槽沟的拱棱相应的骨架芯的直径最大值和护套内径值之间的比值至少要大于1，在骨架芯和护套为配合接触状态时，则比值等于1。

此外，一种制造海底光纤通信光缆的工艺也是构成本发明的课题，其工艺组成是：

加入一条伴随有一种实际上不可压缩流体的加强线，它构成了光缆的机械保护铠装。而且使所述的流体填充到组成加强线的各钢丝间所存在的每个间隙中;

借助挤压法，在加强线周围形成一个塑料骨架芯，其外表面上具有槽沟;

在每个槽沟中至少放置一根光纤;

将一种实际上不可压缩的流体注入到该槽沟中;

在光缆的塑料骨架芯周围包上一个护套;其特征是包含有使塑料骨架芯承受径向压缩的工序，即将其外径减小到和护套的内径相同，拉制时使骨架芯的槽沟边缘靠近，且使所述槽边互相平行。

根据下面的详细介绍，仅给出非限制性的例子，以及参考附图可以对本发明进行更好的了解。

图1表示出根据本发明的一段光缆的透视图;

图2表示了光缆的一个截面图，它与本发明中的光缆轴垂直，该光缆没有护套;

图3示意性地表示出实施本发明光缆制造工艺的设计草图的侧面图。

根据本发明，正如由图1和图2中所看到的那样，一种光纤通信光缆从内部到外部具有如下所述的一种结构。

一种坚固的抗扭转的加强线位于径向最内部区域，所选定的尺寸可防止所有的应力，而这些应力在铺设施工或超出光缆的施工期间会传到光缆中去。

所说的加强线1由许多金属丝2组成，制作2的材料具有高的机械抗拉特性，例如：钢、芳烃聚酰胺、碳纤维和类似物，在所述的金属丝2中间的空隙3中彻底地填充有一种实际上不可压缩的流体。

这种实际上不可压缩流体的例子是凡士林、硅油及类似物。

此外，加强线1中也可以加入一根由高导电性材料制成的金属线或带，例如是铜，它可作为光纤中所传输信号的光电中继器。

在加强线1周围的是一个塑性材料骨架芯4，它紧紧地粘附在加强线1的外表面上，并且填充到钢丝2的两条邻近钢丝间所存在的间隙内，由于钢丝2而在组成加强线的钢丝外部形成了拱棱。

骨架芯4可用任何一种塑性材料制成，然而，最好选用脂肪族聚酰胺、聚丁烯苯二甲酸脂和类似材料来制作骨架芯4，在受到压缩时它们具有低的变形性。

在骨架芯4上开有许多槽沟5，光纤6被疏松地放置在里面。而且如图1所示的那样，这些槽沟5几乎完全充满了一种不可压缩流体，最好是与填充在组成加强线1的钢丝2之间的间隙3内的流体相同。

槽沟5在光缆的纵向方向上伸延，对于光缆的轴来说，它们具有一种闭合的螺旋排列方式，否则根据下述予定的条件为一种开放型的螺旋排列方式，通过S-型段和Z-型段的交替来构成槽沟的排列方式。

根据本发明的光缆骨架芯4的基本特性将在本文中进一步给出。

正如图1所示的那样，护套7由金属或一种塑性材料制成，并包住骨架芯4。

护套7可用挤压法制成，或者使用一种方法，将一种带状物缠绕在骨架芯4上，将其纵向的边缘首尾相接（沿着由其所形成的管状体的母线方向），该边缘通过焊接或类似方式连接在一起。

如果护套7由一种金属材料构成，它也能作为电路的电导体，该电路可将光纤所传输的信号送入光电中继器。在所述的护套（图中未表示出）周围包有一个塑料层，例如聚丁烯。

但是，如果护套7由塑性材料构成的话，将光纤传输的信号送入光电中继器的电路的电导体的海水本身，或者选用的一种方法是，在护套的塑性材料中放入一个导体。

此外，在护套7周围可予见的一个事实是，通常使用了一种已知的海底光缆自身保护装置（未表示出），例如，抗蛀木虫保护装置或类似装置，而最终是使用通用的用来抵抗撞击的保护装置，这种撞击是由水下物体如鱼网、船锚或类似物体引起的。还可以予见到的是，这些用于加固光缆自身的装置可用来防止因水下水流作用而引起的任何可能的光缆偏移。

根据本发明，对于海底光纤通信光缆来说，将在下面给出的骨架芯4的特性也是极为重要的。

一个最基本的特性是，在垂直于光缆轴的截面内，单一的槽沟5应为曲线形态，它的棱边向着骨架芯4的外表面发散，而且这时骨架芯4不与护套7相接触，槽沟5的分布由拱棱的形状决定，而且该拱棱将相邻的槽沟互相隔开。

当骨架芯4与保套相互接触时，则所述的槽沟具有园型截面和平行的棱边，最好棱边处于相互接触状态。

本发明中光缆的另一个基本特性是，当骨架芯4不与护套7接触时，与拱棱相对应的骨架芯的最大直径值和护套内径值之间的比值至少要大于1，而该骨架芯4与护套7相互接触时，所说的比值等于1。

在与本发明的光缆相联系的图1和图2中表示了一种特殊的光缆骨架芯4的具体形式，它具有上述的特性并在现在所开发的领域中被认为是很重要的。

正如图2中（它表示出光缆骨架芯4的横截面-这时它不与护套接触）所看到的那样，相邻的棱8大体上为T-型分布，它具有由直线部分10和11及腿部12所限定界限的帽头9，腿部12具有曲线型的侧面13，棱8分隔且限定了每个槽沟6，并且连接到帽头9上。

更为特殊的是，表示出每条棱8的帽头9的径向最外部分布的直线部分10与一个直径等于护套内径的园相切，而且与棱8的对称轴8′的交点位于一个径向上的包含有光缆轴的平面内。

而且，代表了帽头9的侧边的直线部分11大体上垂直于直线部分10。

与上述棱8的结构相连的每个槽沟6都具有一种曲线形态，由两个相邻的棱8的腿部12的侧面曲线13开始，棱边11发散且通到骨架芯4的外表面处。

此外，正如图2所示的那样，骨架芯4的最大直径值（可通过棱8的角部14来检验）与护套内径值（在所示的一个特殊的具体结构形态中为园15的直径）之间的比值大于1，表示护套内径的园与各棱的中点相切。

在图2中表示的具有特殊形态的具体结构中，代表护套内表面轨迹的园15（用虚线表示）与棱8的帽头的中介面16相切，对这一点并没有做出任何限制。事实上，该确定了内表面分布状态的园也可以具有比图2中所示的园更小一些的直径。

确定本发明中光缆护套的内表面分布的具体的选择仅仅由所受的压缩状态决定，并要求将所受到的压缩传到形成光缆骨架芯的塑性材料的外部去。

所述的压缩状态决定于光缆埋没的深度，也决定于在塑性材料中人们所予期到的不完整性（微型孔隙）的情况，它是具体使用的聚合物的函数，此外还决定于具体选用的生产操作条件。所有这些方面在工艺上通常都是成熟的，对于每种构造形式来说，人们都可以确定出光缆护套内径的最佳值。

在图2所示的光缆骨架芯的外部包上护套会引起骨架芯的形变（塑性的或热膨胀型的形变，这决定于所述形变发生的条件），骨架芯被改变后呈现图1所示的形态。

结果，在图1中，骨架芯4的最大直径值与护套7的内径值之间的比值等于1。

此外，如图1所示，槽沟5呈现园的形态，而且边缘11平行且位于径向上的包含有光缆轴的平面内;特别地，所说的边缘11最好是互相接触，而且槽沟5完全充满不可压缩流体，该流体应一次性定量注入，这时骨架芯4具有图2所示的结构。

除此之外，棱8的帽头9也表现为一种园弧结构，其相应园的直径与护套的内径相等。

根据本发明，光缆制造时使用了构成本发明课题的一种工艺，该工艺可借助图3所示的工艺草图进行。

该工艺第一道工序的组成是，填充一种实际上不可压缩的流体，例如凡士林、硅油及类似物，一条将形成光缆机械保护铠装的坚固的抗扭转加强线。

在该填充工序期间，组成加强线的各钢丝间存在的每个间隙均填充了不可压缩流体。

现在可开始进行成形工序，通过挤压法，一种带有槽沟的塑料骨架芯成型在加强线周围且与之相接触，骨架芯上的槽沟在径向上一直延伸到其最外部表面。

特别地，在该工序期间，所形成的塑料骨架芯具有比光缆制造时所予见的护套内径更大些的直径。

此外，塑料骨架芯上的槽沟在垂直于光缆轴的截面内具有一种曲线形状和发散的边缘。

在一种特殊的具体结构中，光缆的骨架芯具有图2所示的结构。

在前一道工序中所形成的加强线-骨架芯21的复合体可被引导到工作台，在那里顺序进行下一道工序，或者，它也可以被收集在绕线筒20上，直到它需要进行所说的下一道工序时为止。

在后一种场合下，将绕在绕线筒20上的加强线-骨架芯21的复合体绕下来，并施行放置光纤的工序，光缆骨架芯的每个槽沟中至少放入一根光纤。

为实现这一工序，加强线-骨架芯21的复合体被引入一个实际上已知的装置内，该装置包含有一个旋转机架22，它的上面装有线轴23，绕在23上的光纤6被绕下来并插入到骨架芯的槽沟内，这可借助于实际型号已知的装置24的已穿孔的附件，它适用于这个目的。

现在可进行下一道工序，即在室温下将一种不可压缩流体引入槽沟内，例如凡士林或者硅油，方法是使用实际上已知的定量加料器25，它带有端部位于槽沟内部的喷嘴。

特别地，在室温下被注入到槽沟内的不可压缩流体在槽沟单位长度中注入的体积量至少应等于该单位长度槽沟的体积，它指的是在骨架芯周围加有护套以后的体积。

当上述工序结束之后，例如产生了图2所示的结构，则要进行下一道工序，即使光缆的塑料骨架芯承受一种径向压缩。

通过所说的径向压缩，使得所述的骨架芯的外径尺寸被减小到这样一个值，它等于此时在其表面上形成的光缆护套的内径。同时，单个槽沟横截面的形态产生变形，用这种方法使它们变为园形结构，此外要使所述槽沟的对边相平行，最好使之成为相互接触状态。

通过将塑料或金属材料挤压在骨架芯的周围可以形成光缆的护套，这种骨架芯已用前述方法通过径向压缩成型好了。

作为另一种可用的方法是，在通过径向压缩已经成型的骨架芯周围的纵向上包以一种金属带，这样也可以得到光缆的护套，用这种方法，按首尾相接的方式将纵向上的边头焊接起来，或者用另一种牢固的方法使之相互连接在一起。

在后面的例子中（如图3所示），卷线筒27上的一种金属带26沿着加强线-骨架芯21的复合体（作为例子具有图2所示的结构）被送入机体28内，它具有漏斗型的空腔29，在其内部通过径向压缩使塑料骨架芯变形，在那里金属带26成为管状形态，在机体28的出口处，它的纵向边缘首尾相连地焊接在一起，这样就形成了护套。

在径向压缩加到塑料的光缆骨架芯上期间，也可以进行加热，至少是可对骨架芯的最外部分加热，使形成它的塑性材料具有一种热可塑性，例如，在这个例子中可直接利用具有加热装置的机体28的导热性。

使用上述工艺所制造的光缆30（例如具有图1所示的结构）可被直接卷绕在卷线筒31上，或者，在绕到卷线筒上之前使具有护套的光缆通过一个螺纹模具，可使署进一步承受加压步骤，或者使其在直径向压缩条件时进行滚轧，这样可以一种绝对的方式确保骨架芯和护套之间的每一点处都得到完善的粘接。

在本发明的工艺中，通过径向压缩使塑料护套变形，以提供与骨架芯有良好粘接的护套，该工艺阶段或者同时进行，或者在下一道工序通过使用适宜的实际上已知的设备来达到这个目的。

在这个例子中，已经放置有光纤和充有实际上不可压缩流体的塑料骨架芯首先要承受一种径向压缩，在螺旋模具（未表示出）的内部使它被加热，例如加热到150℃的温度。

无论使用哪一种适合于该目的的设备，从螺旋模具中一出来，在骨架芯的周围就形成了一个护套，例如金属护套。

接着，这样得到的光缆要受到进一步的压缩，可通过滚轧或使之通过另一个螺旋模具，因而可确保在骨架芯和护套之间具有完善的紧密的接触。

由上面对本发明的光缆以及上述的制造工艺的介绍，再加上下面的考虑，则所提出的目标就很容易理解了。

在根据本发明的一根光缆中，由护套包住的塑料骨架芯处于径向被压缩状态的事实表明，所述骨架芯的塑性材料也处于一种压缩状态，因此，可能存在的任何微型孔隙由于这种压缩而被除去了。

这就意味着，在根据本发明的光缆中存在有一种相当的可靠性，即在光缆中不存在任何未被填充的空间，结果，光缆的抗静压强的能力达到最佳化。因此，就不必担心形成骨架芯的塑性材料的任何局部塑性变形，或者说不必担心在槽沟截面内随之产生的任何局部变形，这种变形会妨碍光纤的移动。

此外，所存在的产生于槽沟内的任何局部变形具有特殊的曲线形状，槽沟的边是发散的，它们是可以改变的，接着要对光缆骨架芯的塑性材料施加压缩，在压缩之后，它们变成为具有平行边缘的园形形状。结果，在光缆的光纤中产生微弯的任何潜在风险就被消除了。

此外，在根据本发明的光缆中，由下述事实可以保证光缆抵抗水的静压强的能力达到最佳化。在该光缆中，用一种简单的方法可将一种实际上不可压缩的流体填充到放置有光纤的槽沟的每个点中，而且可不考虑下述事实，即在有护套的光缆中，为更好地保护光纤，通过封闭槽沟的向外出口而使所述的槽沟成为园的形状。

由下述事实可得到这种结果，即在将实际上不可压缩流体向槽沟内注入是在所述槽沟有向外开口时进行的。首先，该过程是很容易进行的，由于这种操作上的简便性，就可以在室温下将不可压缩流体引入，室温实际上也对应着光缆的工作温度。

实际不可压缩流体在室温下注入进槽沟可以避免流体的任何体积变化，这种变化来自于成缆期间所发生的热变化。所以，就消除了由于流体内所述的热膨胀引起的收缩效应所产生的所述槽沟内发生不完全填充的任何风险，如工艺上已知的那样，要对这种热膨胀做出估价是困难的和不确定的。

此外，根据本发明的塑性材料的光缆骨架芯通过承受径向压缩来包上护套，这可使连接变得容易和更为可靠。事实上，在进行连接时需要除去两段待接光缆端部的护套，而在护套除去之后，槽沟口实际上会以自动的方法张开。上述事实在进行连接时为必需进行首尾相接的每段光缆的光纤处理提供了方便。

事实上，在护套除去之后，骨架芯的塑性材料不再受到内部存在的压缩应力的作用，如果骨架芯塑性材料的压缩状态仍在弹性限度之内时，则槽沟口就会有效地自动张开。然而，如果由于施加在骨架芯上的径向压缩效应使之在弹性限度之内就发生了形变，这时，只要对骨架芯的外表面进行简单的加热，由于随之发生的热膨胀，则不需任何进一步的操作就可使槽沟张开。

尽管在本文中仅表示出和介绍了根据本发明的某些特殊形式的结构，然而，本发明的组成范围也包含了按本发明原理的所有可能的变化，对于工艺技术熟练的人员来讲，这是很容易理解的。

Claims (9)

1、一种海底光纤通信光缆，它包含有一根坚固的抗扭转的加强线，组成加强线的钢丝间所存在的每个间隙都填充有一种实际上不可压缩的流体，加强线配置在光缆径向上的最内部区域，一种塑性材料的骨架芯包在加强线的周围，骨架芯上具有以通过拱棱互相分隔的槽沟，它通到所述骨架芯的外表面上，并沿光缆的纵向伸延，在槽沟内充有实际为不压缩的流体，光导纤维疏松地放置在槽沟内，所述光缆的特征是，在垂直于光缆轴的截面内，由拱棱决定其形状的每个槽沟与邻近槽沟互相分隔，在无护套存在时槽沟为一种曲线结构且槽边发散，在有护套时，每个槽沟为一种园形结构，同时槽边互相平行，在无护套时，与分隔各槽沟的拱棱相应的骨架芯的最大直径值同护套的内径值之间的比值至少要大于1，在骨架芯与护套配合接触时，则比值等于1。

2、根据权项1的光缆有如下特性，在有护套存在时，每个槽沟的相互平行的槽边处于相互接触状态。

3、根据权项1的光缆有如下特性，在其护套被除去之后，光缆骨架芯径向上最外面的部分至少是可以胀开的。

4、根据权项1的光缆还有如下特性，将邻近槽沟分隔开并决定了所述槽沟自身形状的拱棱大体上为一种T型形状，在垂直于光缆轴的截面内，它具有一个对称轴，该轴位于径向上的且包含有光缆轴的平面内，在无护套时表现为所述的T-型，具有曲线形状的腿部连接到T型帽头上，帽头的最外部的径向轮廓形状是直线，它与一个园相切，该园直径等于护套的内直径，这时所述帽头的侧边也是直线形状且垂直于帽头径向的最外部轮廓。在有护套的情况下，所述的帽头最外部径向轮廓为一段园弧，该园弧所对应的园的直径等于护套的内径，相邻拱棱帽头的侧边为直线且两边相对，而且在垂直于光缆轴的截面内，邻近拱棱的腿部围成了一个园孔形状。

5、用于制造海底光纤通信光缆的方法由下述工序组成：

加入一条伴随有不可压缩流体的加强线，它构成了光缆的机械保护铠装，而且使所说的流体填充到组成加强线的各钢丝间所存在的每个间隙;

利用挤压法，在加强线的周围包上一个塑料骨架芯，它具有通到外表面上的槽沟;

在每个槽沟内至少放入一根光纤;

将一种实际为不可压缩的流体注入到各槽沟内;

在光缆的塑料骨架芯的周围包上一个护套;

其特征在于：

使塑料骨架芯承受径向压缩工序，将骨架芯的外径减小到与护套内径值相同，并使骨架芯槽沟的侧边接近，并且该侧边互相平行。

6、根据权项5的方法，其特征是，在使光缆塑料骨架芯承受径向压缩期间内，减小它的径向尺寸，并使骨架芯上的槽沟的侧边相互接触。

7、根据权项5的方法，其特征是，在使塑料骨架芯承受径向压缩期间内，对径向上最外部的相同部位进行加热。

8、根据权项5的方法，其特征是，在将实际为不可压缩流体注入到各槽沟内的工序中，所说的流体是在室温下进行注入的，槽沟每单位长度上注入流体的体积至少应等于该段槽沟在骨架芯受到径向压缩以后的体积。

9、根据权项5的方法，其特征是，使光缆的塑料骨架芯承受径向压缩的工序应早于给所述的骨架芯包上护套的工序，此外还有一个通过压缩以实现压紧的工序，它在光缆生产时进行。

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