CZ30405U1 - Zařízení pro modifikaci optického kabelu - Google Patents

Description

Zařízení pro modifikaci optického kabelu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro modifikaci optických kabelů za účelem snížení jejich vnitřního mechanického pnutí.

Dosavadní stav techniky

Optická vlákna jsou skleněná nebo plastová vlákna, jejichž prostřednictvím se přenáší světelné signály ve směru jejich podélné osy. Díky ohebnosti optických vláken je možné optická vlákna uspořádat do svazků tvořících optické kabely.

Je známa konstrukce tzv. break-out optických kabelů, která zahrnuje alespoň jednu výztuž, vnější plášť optického kabelu a různý počet optických vláken, přičemž každé optické vlákno je umístěno těsně v sekundárním plášti optického vlákna a sekundární plášť je uložen s vůlí ve volnějším primárním plášti optického vlákna. Primární a sekundární plášť optického vlákna jsou tvořeny plasty, například polyetylénem známým pod zkratkou PE, či polyvinylchloridem, zkratka PVC. Skupina optických vláken je seřazena do svazku prstencovitě uspořádaného okolo výztuže. Vý15 ztuž chrání optická vlákna před poškozením mechanickým namáháním a je vytvořena např. z kompozitního materiálu. V uskutečněních optických kabelů s více svazky optických vláken uspořádanými prstencovitě okolo výztuže jsou jednotlivé svazky optických vláken ovinuty stahovací PE páskou pro vytvoření uceleného souboru. Optický kabel je následně opatřen vnějším ochranným pláštěm kabelu, jehož úkolem je držet optická vlákna a výztuže pohromadě a chránit j e před nepříznivými vněj šími vlivy.

Z přihlášky vynálezu JPH 11 231 178Aje znám optický kabel, jehož struktura je tvořena středovou výztuží, okolo které jsou uspořádána optická vlákna pro přenesení vnějšího mechanického namáhám mimo optická vlákna. Struktura dále zahrnuje vnější plášť, který je opatřen podpůrným drátem pro snížení působení mechanických vlivů na výztuž a optická vlákna uvnitř kabelu.

Z další přihlášky vynálezu JPS 59 123 804 A je znám optický kabel, jehož struktura je tvořena dvěma rovnoběžnými výztužemi, ke kterým je uspořádáno optické vlákno v podélném směru. Výztuže a optické vlákno jsou opatřeny vnějším pláštěm. Výztuže chrání optické vlákno před působením vnějšího mechanického namáhám.

U speciálních optických kabelů, které jsou tvořeny jen jedním optickým vláknem, se pro snížení pnutí kabelu používá zvláštní mechanická výztuž tvořená kovovou dutinkou, která částečně eliminuje vnitřní pnutí. Toto řešení ale není použitelné ani vhodné pro vícevrstvé optické kabely s mnoha optickými vlákny.

Nevýhoda známých vícevrstvých optických kabelů spočívá v tom, že při výrobě optického kabelu roste vnitřní mechanické napětí na jednotlivých optických vláknech uložených těsně k sobě a stažených vnějším pláštěm optického kabelu, přičemž.platí, že čím více optických vláken se nachází v optickém kabelu, tím více roste vnitřní mechanické napětí na optických vláknech a zejména pnutí mezi jednotlivými vlákny a jejich primárními a sekundárními plášti. Vyšší mechanické napětí zkracuje životnost optických vláken a tím celého optického kabelu a omezuje možnosti aplikace měřících metod při zkušebních a provozních měřeních.

Mechanické napětí, resp. pnutí uvnitř optického kabelu se vyhodnocuje metodou využívající tzv. Brillouinova frekvenčního rozptylu. Optické kabely s vysokými hodnotami vnitřního mechanického napětí vykazují vyšší hodnoty Brillouinova frekvenčního rozptylu. Tyto vyšší hodnoty překrývají jiné vnější vlivy, které by mohly být také měřeny stejnou metodou, např. vliv měnících se teplotních podmínek podél vnějšího pláště optického kabelu. Tyto vlivy jsou proto u sou45 časných break-out optických kabelů s vysokým vnitřním napětím neměřitelné.

Jsou známé např. vícevrstvé optické kabely, u kterých se vnitřní pnutí omezuje pomocí gelu uloženého mezi jednotlivá optická vlákna, takže primární pláště jednotlivých vláken mohou po sobě klouzat. Aplikace gelových vrstev ale vyžaduje poměrně značné úpravy výrobní linky a prodražuje výrobu kabelů.

V současné době není známo jednoduché a účinné zařízení pro snížení mechanického napětí uvnitř optických kabelů bez zásahů do konstrukce a technologie výroby kabelů. Úkolem technického řešení proto je vytvoření zařízení pro snížení vnitřního mechanického napětí uvnitř optického kabelu, zejména u tzv. break-out kabelů, které by dokázalo snížit a stabilizovat mechanické napětí optických vláken uvnitř optického kabelu, které by bylo vhodné jak pro aplikaci do kontinuální linky pro výrobu optických kabelů, tak i pro dodatečnou modifikaci již vyrobených optických kabelů, a které by nezasahovalo do konstrukce optických kabelů a neměnilo by jejich přenosové parametry. Dalším úkolem technického řešení je vytvoření zařízení, kterým by bylo možné modifikovat optické kabely jak během výroby, tak i dodatečně po jejich výrobě.

Podstata technického řešení

Předmětem technického řešení je zařízení pro modifikaci optického kabelu za účelem snížení jeho vnitřního mechanického pnutí, zejména pro modifikaci optického kabelu typu break-out. Kabel tohoto typu je tvořen alespoň jednou výztuží, alespoň jedním svazkem optických vláken uspořádaných prstencovitě kolem výztuže, kde každé optické vlákno je opatřeno primárním pláštěm optického vlákna a sekundárním pláštěm optického vlákna a vnějším pláštěm optického kabelu.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že zařízení zahrnuje alespoň jednu pec pro tepelný ohřev optického kabelu v kontinuálním nebo dávkovém režimu, která má nastavitelný rozsah pracovních teplot ohřevů T_o a ovládací prostředek pro nastavení času ohřevu to, přičemž platí vztah 70 °C < T_o < T_t, kde T_t je nejnižší teplota tání materiálu vnějšího pláště optického kabelu, nebo primárního pláště optického vlákna, nebo sekundárního pláště optického vlákna, a pro čas ohřevu t₀ platí vztah t₀ > 1 min.

V jednom výhodném provedení je zařízení pro modifikaci optického kabelu vytvořeno jako výrobní linka pro výrobu optického kabelu, která je opatřena kontinuálním kabelovacím zařízením pro kompletaci optického kabelu, přičemž za kabelovacím zařízením je uspořádána průběžná pec pro ohřev rozvinutého optického kabelu a tažné zařízení pro průtah optického kabelu průběžnou pecí.

Průběžná pec má s výhodou teplotu ohřevu T_o ležící v intervalu 75 °C < T_o < 80 °C a tažné zařízení má rychlost průtahu v rozmezí v < 1/300 [m/s], kde 1 je průtažná délka průběžné pece.

V jiném výhodném provedení je zařízení pro modifikaci optického kabelu tvořeno samostatnou dávkovou pecí uzpůsobenou pro vložení svinutého optického kabelu.

Dávková pec má s výhodou nastavitelný rozsah pracovních teplot ohřevu T_o ležící v intervalu 75 °C < T_o < 80 °C a ovládací prostředek pro nastavení času ohřevu t₀ v intervalu to > 10 min.

Zařízení podle technického řešení umožňuje snížení mechanického napětí na jednotlivých optických vláknech, a tím snížení vnitřního napětí v optickém kabelu vedoucí k prodloužení jeho životnosti a ke snížení rušení světelných signálů přenášených v optických vláknech. Zařízení nezasahuje do stávajícího výrobního postupu, ale je aplikováno až v závěru výrobního postupu, buď na výrobní lince, nebo samostatně při modifikaci vyrobených kabelů. Zařízení je konstrukčně jednoduché a snadno realizovatelné. Optický kabel se sníženým vnitřním mechanickým napětím umožňuje rozšířit aplikace optického kabelu pro měření dalších fyzikálních veličin, mezi které patří např. mechanické namáhání kabelu, teplotní měření podél kabelu, měření mechanického namáhání předmětu těsně spojeného s optickým kabelem.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, na nichž znázorňují: obr. 1 řez vícevrstvým optickým kabelem typu break-out obr. 2 schematické znázornění výrobní linky s průběžnou pecí obr. 3 schematické znázornění dávkové pece obr. 4 graf znázorňující výsledky měření mechanického napětí pro jedno optické vlákno optického kabelu obr. 5 graf znázorňující výsledky měření mechanického napětí pro celý optický kabel Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Na obr. 1 je vyobrazen příčný řez optickým kabelem 10 typu break-out. Ve středu optického kabelu 10 se nachází výztuž 6 tvořená kompozitním materiálem. V jiných uskutečněních příkladu provedení může být výztuž 6 tvořena např. ocelí, či plastem. Okolo výztuže 6 je prstencově uspořádán svazek osmi optických vláken 4. Optická vlákna 4 jsou těsně přimknuta k výztuži 6 a současně sousedící optická vlákna 4 k sobě navzájem, přičemž jsou stažena PE stahovací páskou 5. V popisovaném příkladu uskutečnění optického kabelu 10 je každé optické vlákno 4 tvořeno materiálem na bázi skla, přičemž je na optickém vláknu 4 těsně nanesený sekundární plášť 3 a na něm je dále nanesený primární plášť 2. Primární plášť 2 je vyroben např. z PVC, sekundární plášť 3 je vyroben např. z polymethylakrylátu. Na obr. 1 je dále znázorněn druhý svazek ze čtrnácti optických vláken 4, který je stažen PE stahovací páskou 7. Optický kabel 10 je opatřen vnějším pláštěm 1, který chrání optický kabel 10 před nepříznivými okolními vlivy. Vnější plášť I je vyroben z materiálu PVC.

Na obr. 2 je vyobrazeno schéma zařízení pro kontinuální režim ohřevu optického kabelu 10. Zařízení je tvořeno výrobní linkou, ze které je vyobrazeno známé kabelovací zařízení 8, ze kterého vystupuje hotový optický kabel 10. Optický kabel 10 v rozvinutém stavu prochází kontinuálně průběžnou pecí 9, ve které je ohříván. Průběžná pec 9 je elektrická odporová pec a pracuje na teplotě ohřevu T₂ do výše 80 °C. K průběžné peci 9 je přiřazeno tažné zařízení 12 pro protahování rozvinutého optického kabelu 10. Tažné zařízení 12 je tvořeno navíjecím bubnem, případně jiným vhodným zařízením. Optický kabel 10 je při kontinuálním režimu ohříván po čas t₂ ohřevu alespoň 5 minut při teplotě ohřevu T₂ 80 °C. Rychlost tažení optického kabelu 10 je uzpůsobena dle délky pracovního prostoru průběžné pece 9, aby optický kabel 10 v průběžné peci 9 byl ohříván po potřebnou dobu.

Na obr. 3 je schematicky vyobrazeno zařízení, které je tvořeno dávkovou pecí 11, uvnitř které je uložen svinutý optický kabel 10 na navíjecím bubnu. Dávková pec lije elektrická odporová pec a pracuje na teplotě ohřevu T₂ do výše 80 °C. Čas ohřevu t₂ v dávkové peci 1T je alespoň 10 min pro optický kabel 10 svinutý do jedné vrstvy. V případě svinutí optického kabelu 10 do více vrstev je čas ohřevu t₂ větší než 10 min.

Na obr. 4 je vyobrazen graf s výsledky měření pro jediné optické vlákno 4 po provedení laboratorní zkoušky pro snížení vnitřního mechanického napětí v optickém kabelu 10. V rámci laboratorní zkoušky byl optický kabel 10 zahřát na teplotu 100 °C. Měření bylo provedeno pomoci Brillouinova frekvenčního rozptylu. Na vodorovné ose grafu je zanesena délka optického kabelu 10 a na svislé ose jsou vyneseny naměřené frekvence.

Spojnice bodů nesoucí označení a ukazuje naměřené hodnoty jediného optického vlákna 4 optického kabelu 10 s vnitřním mechanickým napětím při teplotě 25 °C. Spojnice bodů nesoucí označení b ukazuje naměřené hodnoty optického vlákna 4 optického kabelu 10 ohřátého na 100 °C. Spojnice bodů nesoucí označení c ukazuje naměřené hodnoty optického vlákna 4 optického kabelu 10 ohřátého na 100 °C a vychladlého zpět na 25 °C. Z grafu je patrné, že frekvenční rozptyl pro optické vlákno 4 tepelně ošetřené optického kabelu 10 je nižší, než frekvenční rozptyl pro optické vlákno 4 tepelně neošetřeného optického kabelu 10.

Na obr. 5 je vyobrazen graf s výsledky měření pro celý optický kabel 10 po provedení laboratorní zkoušky pro snížení vnitřního mechanického napětí v optickém kabelu 10. Měření bylo provedeno pomoci Brillouinova frekvenčního rozptylu. Na vodorovné ose grafu je zanesena délka optického kabelu 10 a na svislé ose jsou vyneseny naměřené frekvence.

Spojnice bodů nesoucí označení a ukazuje naměřené hodnoty optického kabelu 10 s vnitřním mechanickým napětím při teplotě 25 °C. Spojnice bodů nesoucí označení b ukazuje naměřené hodnoty optického kabelu 10 ohřátého na 100 °C. Spojnice bodů nesoucí označení c ukazuje naměřené hodnoty optického kabelu 10 ohřátého na 100 °C a vychladlého zpět na 25 °C. Z grafu je patrné, že frekvenční rozptyl pro tepelně ošetřený optický kabel 10 je nižší, než frekvenční rozptyl pro tepelně neošetřený optický kabel 10.

Při laboratorních zkouškách byl optický kabel 10 ohříván na teplotu 100 °C, která je již velice blízko k teplotě tání T_{ materiálu primárního pláště 2. V provozních podmínkách bude výhodnější, když teplota ohřevu Tg, nepřekročí hodnotu 80 °C, aby nedošlo k lokálním poškozením uvnitř optického kabelu 10.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít při průmyslové výrobě optických kabelů, při dodatečné modifikaci již vyrobených optických kabelů, a při výzkumu a vývoji optických kabelů.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro modifikaci optického kabelu za účelem snížení jeho vnitřního mechanického pnutí, zejména pro modifikaci optického kabelu (10) typu break-out tvořeného alespoň jednou výztuží (6), alespoň jedním svazkem optických vláken (4) uspořádaných prstencovitě kolem výztuže (6), kde každé optické vlákno (4) je opatřeno primárním pláštěm (2) optického vlákna (4) a sekundárním pláštěm (3) optického vlákna (4), přičemž optický kabel (10) je dále opatřen vnějším pláštěm (1) optického kabelu (10), vyznačující se tím, že zahrnuj e alespoň j ednu pec (9, 11) pro tepelný ohřev optického kabelu (10) v kontinuálním nebo dávkovém režimu s teplotou ohřevu T_o po čas ohřevu t₀, přičemž pec (9, 11) má nastavitelný rozsah pracovních teplot ohřevu T_o v intervalu 70 °C < T_o < T_t, kde T_t je nejnižší teplota tání materiálu vnějšího pláště (1) optického kabelu (10), nebo primárního pláště (2) optického vlákna (4), nebo sekundárního pláště (3) optického vlákna (4), a je opatřena ovládacím prostředkem pro nastavení času ohřevu t₀ > 1 min.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, žeje vytvořeno jako výrobní linka pro výrobu optického kabelu (10), která je opatřena kontinuálním kabelovacím zařízením (8) pro kompletaci optického kabelu (10), přičemž za kabelovacím zařízením (8) je uspořádána průběžná pec (9) pro ohřev rozvinutého optického kabelu a tažné zařízení (12) pro průtah optického kabelu (10) průběžnou pecí (9).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že průběžná pec (9) má teplotu ohřevu T_o ležící v intervalu 75 °C < T_o < 80 °C a tažné zařízení (12) má rychlost průtahu v rozmezí v < 1/300 [m/s], kde 1 je průtažná délka průběžné pece (9).
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, žeje tvořeno samostatnou dávkovou pecí (11) uzpůsobenou pro vložení svinutého optického kabelu (10).
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že dávková pec (11) má teplotu ohřevu T_o ležící v intervalu 75 °C < T_o < 80 °C a je opatřena ovládacím prostředkem pro nastavení času ohřevu t₀ > 10 min.