CN87103827A - 具有非金属铠装系统的光缆 - Google Patents

Abstract

一种封装于管状件(28)内且包括一非金属铠装系统(30)的光缆，该光缆内包含一至少具有一根光学纤维的心线。此铠装系统包括两相邻层(40，50)的非金属增强件，沿光缆纵向地延伸并依反方向分别螺旋式地绕于该管状件上。此两层增强件封入塑料套(36)内。能经受预计之压缩与张力负荷的此种增强件中，至少有某些与该套充分结合而形成可有效抑制收缩之复合结构。这些增强件与其余之增强件为此光缆提供了预定的抗张劲度，并使此光缆较易弯曲。

Description

本发明涉及一种具有非金属铠装系统的光缆，其中围绕一心线在两个邻接层中配置了若干非金属质的增强件，这类增强件中的某些则能经受住所预计的压力与张力。

传光用的光学纤维，虽因其禀赋着高带宽和尺寸小而为人们所需求，但它们的机械强度是脆弱的，在张力负荷下的抗应变断裂本邻很低，并在弯曲时会减弱其传光性能。这种因弯曲而造成的传光衰减称作为微弯损耗。作为其结果，已开发了从力学角度上在各种环境下能保护光学纤维的若干光缆结构。例如，用于管道中的光缆，就必须要经受住在拖入管道中时加给它的张力负荷以及因弯曲而造成的应力。

在为光学纤维而开发的光缆结构中，包括P.E.Gagen与M.R.Santana的，在1980年12月30日公布之美国专利4241979中所公开的一种光缆。在这种光缆结构中，于挤塑成的内套与外套之间，添加有一绕其周围螺旋式地卷有若干增强件的衬垫层，用来控制这些增强件为外套所封合的强度。此种光缆包括两个独立的金属增强件层，它们依相反方向作螺旋式地卷绕。在持续的张力负荷之下，这两层增强件围绕着光缆产生出大小相等但方向相反的转矩，确保此光缆不发生扭曲。这样的增强件不仅有利地为光缆提供了必须的强度特性，还加固了铠装，有助于保护光纤不受外来影响。

尽管美国专利4241979中的光缆满足了上述各种需要，但仍在继续努力去寻求其它可能的结构。除此，渴望有一种全介质的光缆。这样一种光缆，有可能通过建筑物的管道到达用户分配点，而在交接点处不需要会增加光缆安装费用的接地连接件。同时，这样的光缆将大大减少电击的可能性。

在既有工艺中，为了实现全介质的结构，已于前面指出的Gagen-Santana二人的专利中，以玻璃纤维的棒状件取代了有关光缆中的金属线，这类棒状件能够承受预计的压缩负荷与张力负荷。当光缆于包套材料初期紧以及于热循环中趋于收缩时，有压缩负荷发生。但是，采用足够数量的玻璃棒使此光缆具有合适的支承负荷的能力后，就会使该光缆较难弯曲。而且，上述使两层反向卷绕的棒状件分开的内塑料套，也给光缆的制造增加了额外的工序。

我们所需要的而且看来也是既有工艺所未能给出的乃是这样一种光缆，它具有一种紧放的和较易弯曲的铠装系统，而这种系统则能经受住压缩负荷与张力负荷。这种拟追求的光缆应能适应各式各样的环境，并能在全介质的结构中容纳大量的光学纤维。除此，所探求的这种光缆，应该较当前市售的那些光缆更易弯曲，而且不会损害事先确立的强度要求。

既有工艺中前述的一些问题业已由本发明的光缆予以解决。本发明的光缆，包括有由一根光学纤维或可取绞合形式的多根光学纤维组成的心线或包括由一根或多根光学纤维带组成的心线。以及一个封装此种心线的管状塑料件。此心线与管状件则封入一非金属的铠装系统内，后者包括一塑料套。介于此管状件与塑料套之间的是一层增强件。此增强件中的第一批较易弯曲，其中的第二批则具有足够的抗压劲度，它们与该塑料套充分地结合而形成一种复合结构，可有效地抑制光缆收缩。此第一与第二批增强件在一起;为光缆在不超过预定值的应变影响下提供所要求的承受载荷的能力。

在一优选出的实施方案中，上述增强件按两层配置，使其内层与管状件结合而会外层结合内层。把可以抵抗预计弯曲力的增强件设置于最外层，而把较易弯曲主要用来抵抗张力的增强件至少要布置在最内层。能抗弯的增强件最好用棒状形式的并包含有玻璃纤维单丝，而另一些增强件则最好是较易弯曲的同时也包含有玻璃纤维单丝。

既有工艺的光缆已然包括有由一塑料套分隔的两层玻璃质棒状增强件。本发明的光缆则通过一批棒状的玻璃纤维件和一批较易弯曲的玻璃纤维件二者间的配合，很方便地达到了所必须的强度要求。除此，本发明的光缆在这两层增强件之间并不包含一种内塑料套。

在本发明的附图中：

图1是本发明之光缆透视图;

图2是图1中之一种光缆的端视图;

图3是本发明之另一种光缆的透视图;

图4是图3中之光缆的端视图;

图5是既有工艺中之一种光缆的透视图;

图6是图5中之既有工艺的光缆之端视图;

图7是一曲线图，对于既有工艺中的一种光缆和本发明之一种光缆的实施例，表明了负荷力相对于应变的关系。

现在参看图1与2，其中表明了本发明的一种光缆20，此光缆包括由一或多根光学纤维23-33组成的心线22。每根光学纤维，有一芯子和一包层以及密封此包层的涂层。光学纤维23-33可以由改进的化学汽相沉积法制备，例如J.B.Mac    chesney与P.O′Connor的1980年8月12日公布之美国专利4217027中所披露的方法。

心线22封装在一沿光缆按纵向伸延的管状件28中。这一有时称之为心管的管状件28，是由高密度的聚乙烯或聚氯乙烯（PVC）之类的塑料制成。这些纤维光学之间的以及它们与管状件28之间的空隙，可以用适当的阻水材料29充填。

将上述心线22与管状件28封装起的是一非金属的铠装系统，此系统一般以数字30标明。此非金属铠装系统30包括一增强件系32与一外塑料套36。

此增强件系必须符合某些准则。首先，它必须有足够的抗压强度以抵抗热循环与弯曲时感生的应力，同时要有足够的抗张强度以抵抗弯曲和拉时感生的应力。此增强件系中至少要有一部分必须与上述外套作充分的结合，使此部分增强件系与该外套构成一抗弯的复合结构。此外，这种光缆一定要较易弯曲。还有，这部分增强件系的横截面形状不得过大。

增强件系32包括一内部的第一层40，它由与管状件28结合的较易弯曲的增强件42-42组成。每个这样的增强件42-42包括一根例如由匹茨堡平板玻璃公司（PPG）销售的，玻璃粗纱或玻璃线之类的玻璃纤维件，后者已用一种例如树脂性的材料浸渍处理过。在一优选出的实施例中，每个增强件42-42都是一根玻璃粗纱，并螺旋式地绕在管状件28上。每根玻璃组纱的特征为：在张力下承受负荷的能力为每百分之一应变约88磅。每单位应变上的负荷定义为劲度。

增强件系32的另一部分为一外部的第二层50，它由与内层40之增强件42-42贴合的增强件组成。如上述两图中所见，外层中大部分增强件的每一个都以52标出，并且都包括一根由线或组纱形式之一些玻璃纤维组成的较易弯曲之棒状件。这样的玻璃棒可由空军后勤公司（Air    Logistics    Corp.）在牌号为E玻璃（一种电绝缘玻璃-校者注）带之下购得。在图1所示的实施例中，外层50也还包括若干增强件42-42。对于此优选出的实施例，外层的增强件52-52与42-42均以螺旋形式绕在该内层的增强件上，但是仅仅取一与此内层的增强件相反的螺旋方向。

尽管在上述优选出的实施例中，该增强件系包括着两层螺旋式卷绕的增强件，但其它的排列方式也是可以出现在本发明中的。例如（参看图3），光缆20的增强件可以组装到光缆内而无编接的打算。

此外，这种增强件也能以单层形式配置（参看图3与4）。这在带状心线光缆中尤其是如此，其中管状件28的外径大于图1与图2中之光缆的，因而绕其周围可以配置更多的增强件。

应该指出，此优选出之实施例的每个棒状件52-52与较易弯曲的增强件42-42，都包括一由E玻璃纤维单丝构成的衬底。每个衬底可含有多达4000根的玻璃纤维单丝。对于此优选实施例的增强件52-52来说，这种衬底是用环氧树脂材料浸渍过。这就使得它较准弯曲，并能经受住预计的压应力与张应力。预计的压应力包括，例如由热循环以及由此外套材料初始敛缩时感生的那些应力。在这一实施例中，每一增强件52的特征是：抗张劲度约为每百分之一，应变347牛顿（N），后者在英制中等于78磅。

对于此优选实施例之内层40的增强件以及其外层的若干增强件，上述玻璃纤维衬底乃是一种粗纹件，必须作进一步处理以保持其合适的强度性质。尽管这样的玻璃纤维已上过浆。但当它们在光缆20的张力负荷下作相互相对滑动时，所上的浆并不足以阻止磨损。因此，为了防止这种粗纱件的抗张强度性质劣化，已用聚氨酯基质材料浸渍过。与环氧树脂材料不同，这种聚氨酯材料是不会导致此粗纱件较难弯曲的。相反，它在使此玻璃粗纱件保持其可弯曲性与抗张强度的同时，还能在纤维间发生滑动时阻止其磨损。这种增强件42-42有足够的可弯曲性，而且在数量上也足以使得光缆20较易弯曲。

图1与2中之光缆较易做到使其转矩互相抵消，这是因为在此两层增强件间没有内套，因而可对这两层的增强件采用相同的铺设长度。此外，可以采用较某些既有工艺中光缆所铺设之增强件长度更长的铺设长度。这就许可在光缆制造中应用较高的线速度。

为了使此种光缆具有合适的强度特性，上述增强件系必须与外套36结合。应该注意到，这一外截的塑料本身封装着部分增强件并且是与之接合着的。要是这种增强件与该套接合得过多，弯曲光缆时就会造成这些增强件相对于此外套36翘屈。

在前面提及的美国专利4241979中，设有一衬垫层，保护着部分增强件不受封装套挤塑出之型料的影响。如图5与6所示，心线22与管状件28是为一内套61与一居中的套63所围绕，这两种套都是由塑料制成。此外，部分地埋在各套61与63中的是一批沿纵向伸延的增强件64-64，它们可以是钢丝或玻璃棒。部分这种增强件与衬垫层65-65作密切接触，而使此种增强件足以有预定的部分表面不会为与挤出之塑料接合时所复上，此种挤出的塑料则是用来形成复在上面之套的。这样就缩短了套一增强件的结合长度，使得这种增强件在光缆作局部弯曲时能相对于套层的塑料更迅速地滑动。

图5与6中所示既有工艺的光缆，还可设置上一种铠装上的屏蔽系统67，此种屏蔽系统则位于一外套68之下。屏蔽系统67可包括一内部的金属屏蔽件69与一外部的金属屏蔽件71，后者贴接着外套68，以提高光缆的抗潮性与机械性能。这种光缆已在1985年12月10日公布的，以D.Bohannon，Jr等人的美国专利4557560中公开并提出了专利权要求。

图1与2中所示的结构也能有效地用来调节增强件与外套36之间进行任何样的结合。有部分增强件不为与塑料套36结合时所用上述足够3。与心管28结合之内层的增强件部分以及相互结合之各层的增强件部分，并未埋置于塑料中，因而是与此塑料套分离的。这样就防止了将增强件完全密封起来。由于采取了这样的结构，就为沿着管状件28配置的一批顺纵向延伸的增强件，准备出一个供滑移的平面。

制造过程中，使此种增强件在张力作用下绕管状件28放置，而使这些增强件的表面部分相互之间同时与管状件之间作密切的表面接触。然后，在这些增强件上压挤上塑料套36。在增强件内层40与心管之间以及在增强件内层与外层间的接触，可以抑制住此种套子的塑料挤出物流至前述的表面部分，而得以防止这些表面被封合起来。这样就能充分地减少塑料套-增强件的结合量，得以使这种增强件能在光缆局部弯曲时相对于该套子作较迅速地滑动。

阻止上述表面被密封住几乎不会影响到去增强这些增强件的抗张强度。在制造过程中，当套子36的挤压塑料冷却时，后者就围绕着至少是某些这样的增强件形成一种紧配合。当这类光缆处于张力负荷下时，此种螺旋式缠绕的增强件有着快速运动的趋势，但却为下面的管状件28所阻止。对于那些在一单层系统中与该管状件结合的增强件，或者对于那些与内层结合的外层之增强件，这样的塑料套一般形成一种开型环。此种结构大大减缓了增强件对于塑料套的相对圆周运动，同时又能使此增强件在局部弯曲条件下较易在纵向上相对那种塑料套作相对运动。

在本发明之光缆中增强件与塑料套36之间结合得很充分，足以保证这些增强件与该套子之间，沿光缆整个长度于纵向上体现出复合结构件的性能。这样的结合是由与塑料套36紧邻的那些增强件所确立的。因此，为了给此优选出的实施例之光缆提供合适的抗压强度，重要的是，要把那种较易弯曲的增强件52-52配置在外层50中并与套36邻近。这样的结构形式能让增强件52-52与套36结合得很充分，使得此种增强件与该套形成一种能有效抑制住光缆收缩的复合结构。光缆的收缩可以发生在此套子的塑料初始敛缩时，以及发生在暴露于可低达-40℃（-40°F）的温度下时。要是只是有较易弯曲的增强件42-42与套36邻接，这样的增强件与套组成的复合结构或未必能有效地经受住预计的弯曲力。本发明的光缆能给出优异的光学性能，而至少在温度低达-40℃（-40°F）下基本上不会增加损耗。

本发明的光缆在应变不超过0.33%的条件下可以经受2670牛顿（600磅）的负荷。现在参看图7，其中给出了负荷相对于应变之关系的图象80。在此图象中，曲线82反映了前面论及的属一种既有工艺的光缆之负荷与应变的关系。我们当记得，这一既有工艺的光缆包含着两层增强件，它们由一内套所分开，且所有这两层增强件都是不易弯曲的玻璃棒。由于本发明的光缆20在其内层中，沿此光缆本身的纵向包含有一批取略呈起伏构型的较易之弯曲之玻璃纤维件，后者不会直接吸收张力负荷部分，而只有在它们被绷紧之后。作为以上事实的结果，标绘出本发明光缆之负荷与应变关系的曲线90包括这样一个部分92，它的斜率小于上述既有工艺中光缆的相应斜率。为了防止在2670牛顿的负荷下使应变超过0.33%，此曲线90的剩余部分，即部分94，具有一既大于部分92的同时大于该既有工艺光缆之曲线80的斜率。

应注意到，本发明光缆的力一应变曲线特征并非是必须包括图7所示的一种曲折部。可以使这两种增强件的相对数量最优化，以使此光缆具有足够的强度特性与可弯曲性。例如，可以充分地增多那种较难弯曲之增强件52-52的数量，以使上述力-应变曲线同无曲折之曲线82类似。自然，这样一种光缆应包括一批增强件42-4242，但它们的数量不会如图1与2中所示的那么多，以便使光缆具有可挠性。

在本发明的这一优选出的实施例中，心管的内外直径分别为4.3毫米（0.17英寸）与6.1毫米（0.24英寸），而外套的内外径分别为8.13毫米（0.32英寸）与10.7毫米（0.42英寸）。内层40包括十二根粗纱件42-42，外层50包括两根粗纱件42-42和十根玻璃棒状件52-52，所有这样的部件都绕着光缆的周边等间隔地分开着。同时，在此优选出的实施例中，外层中的两根粗纱件42-42则顺光缆的径向相互对峙设置。

本发明之光缆20的优点应该是很清楚了。例如，已经去掉了既有工艺中之光缆的塑料外套。同时，已用较易弯曲和较难弯曲的棒状玻璃件之混合结构代替了仅仅采用玻璃棒的作法，使此种光缆具有了所要求的抗张劲度，并使得最终的光缆比起因此种形式所取代的光缆更富于可弯性。尽管既有工艺中的那种整体式增强件系已为本发明的混合系取代，但后一增强件系是可以在小于一预定值的应变下具有预定之负载本领的。

本发明的光缆20之特征在于有若干胜过既有工艺中光缆之优点。例如，它比起美国专利4241979中那种所谓的交叉股光缆，较易弯曲且具有较小的外径。而且如从图5与6中所见，由于前述之既有工艺中的增强件层是为一内套所分开，为了制造出能抵消转矩的光缆，就要求外层中每个螺旋状缠绕的增强件比起内层中的各增强件，具有较长的铺设长度。对于本发明的光缆，此两种增强件层是相互邻近的，这便允许对它们采用相同的长度，此种长度则大于既有工艺光缆中之内层的增强件长度。在此从优选取的实施例中，每一增强件的铺设长度约为31.75厘米（12.5英寸）。

同时，本发明的光缆20有着非金属的铠装系统，而图5与6中的光缆则采用了金属的增强件，并在其外套下设置了金属的屏蔽系统。结果是，图1、2与3中的光缆不需要在穿过其中接头处和在其闭合系统中增设金属的接地装置。此外，本发明的光缆极不容易因受电击而损坏。

应该理解到，上述的结构形式是用来阐明本发明的。熟悉本项工艺的人是可以设计出其它结构形式的，而这些将归纳在本发明的原则中并将属于本发明的适用领域与精神范围内。

Claims (10)

1、一种这样的光缆，它包括：

一个至少含一根光纤(23)的心线(22)；

一种由介质材料制成且封闭上述的心线的管状件(28)；

一件由塑料制成且封住所说管状件的套子(36)；

其特征在于：在述及的管状件与套子之间介入一增强件系(32)，后者包括有介质材料的增强件，所说之增强件中的第一批(42-42)为较易弯曲的增强件，而其中的第二批(52-52)则为具有充分抗压劲度的增强件，且与前述的套子充分结合而形成一种复合结构，得以有效地抑制此种光缆的收缩，上述第一与第二批增强件共同起作用使所说光缆具有预定的抗张劲度。

2、如权利要求1中的这种光缆，其中所说的设置在前述管状件与套子之间且为此光缆提供一预定的抗张劲度之增强件，包括一由介质材料制成且沿纵向延伸的增强件组成的内层，以及一由介质材料制成且沿纵向延伸的增强件组成的外层，而此后一层增强件结合着前述之内层增强件与述及的套子，此外层的一批增强件具有充分的抗压劲度并与上述套子结合得很充分，为此套子提供了一种复合结构，这种结构能有效地抑制此种光缆的收缩而其余的增强件则为较易弯曲的。

3、如权利要求2中的这种光缆，其中述及的内层之增强件结合着所说的管状件。

4、如权利要求2中的这种光缆，其中所述内层之每一说及的增强件，都包括一根已用聚氨酯材料浸渍过的玻璃纤维粗纱。

5、如权利要求2中的这种光缆，其中所述外层中的那一批增强件为棒状表且较易弯曲，同时是由玻璃材料制成。

6、如权利要求5中的这种光缆，其中述及的外层中之各个棒状增强件，都包括一根已用环氧树脂材料浸渍过的玻璃纤维原丝件。

7、如权利要求2中的这种光缆，其中所说的增强件可使此种光缆在不超过约0.33%的应变下能承受约2670牛顿的负荷。

8、如权利要求2中的这种光缆，其中所说的每一增强件都是以螺旋形式绕述及之管状件卷缠。

9、如权利要求8中的这种光缆，其中所说的内层与外层是按反方螺旋式地绕述及之管状件卷缠。

10、如权利要求2中的这种光缆，其中使每一述及的增强件绕前述心线配置而不作有意识的编结。

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