NO168208B - Fiberoptisk kabel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fiberoptisk

kabel for anvendelse til telekommunikasjoner, som er beskyttet mot enhver absorpsjon av hydrogengass fra fibrenes side.

Absorpsjon av hydrogen gir negative virkninger på fiberegenskapene, deriblant kan nevnes de økte attenuasjoner som viser seg etter eksponering av fibrene mot hydrogengass, samt en nedsettelse av de mekaniske egenskaper.

I kabler som omfatter én eller flere optiske fibre

fåes det noen ganger en svekkelse av fibrenes overførings-egenskaper dersom disse utsettes for virkningen av hydrogen som på én eller annen måte er utviklet (fra konstruksjons-deler som enten er utenfor eller inne i kabelen).

Faktisk blir selv de mekaniske karakteristika for fiberen endret selv om det som regel fremfor alt er virkningene av den betydelige økte attenuasjon som først gir seg utslag.

Fibrene som befinner seg under slike betingelser viser seg i virkeligheten å ha en økt attenuasjon, særlig for bølge-lengder på over 1 um, dvs. i bølgelengdeområdet som benyttes til å overføre signalet.

Prøver som er utført av søkeren, har gitt grunnlag for

å fastslå at en første kilde for en økt attenuasjon skyldes hydrogenet selv som, når det først har diffundert inn i fiberen, er i stand til å absorbere energi med et absorpsjons-spektrum som omfatter bølgelengdene som benyttes til det optiske signal.

Dette forhold blir under bestemte betingelser rever-sibelt og attenuasjonen som skyldes det, reduseres, selv i merkbar grad, dersom hydrogenet får spre seg utenfor fiberen (f.eks. på grunn av en nedsettelse av den ytre hydrogenkon-sentrasjon som var opphav til forholdet).

I andre tilfeller var det mulig å fastslå at en annen kilde for attenuasjon er forbundet med kjemiske reaksjoner som finner sted mellom hovedbestanddelene i fiberen (f.eks.: Si02) og/eller dens tilsetningsstoffer (f.eks.: GeO^ r P2°5' etc.) og hydrogenet som har diffundert inn i selve fiberen.

Resultatet av disse reaksjoner er dannelse av grupper inneholdende hydroxylradikalet (OH) som er ansvarlig for absorpsjon som korresponderer med andre bølgelengder som også

benyttes til overføringen.

Disse sistnevnte reaksjoner er irreversible og den tilsvarende forringelse av fiberens egenskaper kan følgelig forventes under alle bruksbetingelser.

Parametrene som kontrollerer dette forhold er, bortsett fra den kjemiske sammensetning av fiberen, hydrogenets partialtrykk som fiberen utsettes for, temperaturen og selvsagt tiden.

Fiberen kan komme i kontakt med hydrogen utviklet enten under fremstillingsprosessen for kabelen eller ellers under bruken av selve kabelen. Faktisk kan hydrogenet utvikles ved hjelp av de metallholdige eller ikke-metallholdige kon-struksjonsdeler som er tilstede i kabelen og som har absorbert gassen under fremstillings-, rensnings- eller klar-gjøringsprosessene for materialene.

Videre kan hydrogenet utvikles som følge av den even-tuelle kjemiske nedbrytning gjennom oxydasjon av de organiske materialer som utgjør kabelen, eller også selv gjennom om-setning av vannet (enten i en flytende tilstand eller som damp) som eventuelt er tilstede i kabelen, med metallholdige deler som er tilstede i selve kabelen.

Videre er visse organiske stoffer som noen ganger brukes i fiberbelegget, i stand til å produsere hydrogen på grunn av kjemiske reaksjoner av forskjellig slag. Diffu-sjonen av hydrogenet gjennom de forskjellige materialer finner sted med en økende hastighet, fra metallene til poly-merene, til væskene, til gassene.

Avhengig av kabeltype og av omgivelsen hvor den brukes vil det derfor fåes forskjellige avgivelseshastigheter for det hydrogen som fremstilles av konstruksjonsdelene som ut-gjør kabelen, og også forskjellige absorpsjonshastigheter fra kabelens side for hydrogenet som eventuelt er fremstilt utenfor kabelen og som trenger gjennom kabelens bruksom-givelse.

Størrelsen på hydrogenets partialtrykk inne i kabelen som er avhengig av disse forskjellige hastigheter, vil frem-komme som en funksjon av tiden, dvs. dess større trykket og varigheten er, dess høyere vil risikonivået for fibrene være.

Vanligvis er det nødvendig i hvert enkelt tilfelle å

ta i betraktning en nøyaktig likevekt som produksjonshastig-heten for hydrogenet (enten det oppstår inne i eller utenfor kabelen), diffusjonshastigheten for hydrogenet gjennom kabelarmeringen og endelig spredningshastigheten for hydrogenet gjennom omgivelsene for det formål å fastslå hvilket partialtrykk for hydrogen som vil bli bestemt under en forbigående periode og eventuelt under "steady state" betingelser i nærheten av kabelfibrene.

F.eks. vil, under holdbarhetstiden for en fiberoptisk kabel og under forutsebare betingelser med hensyn til temperatur og trykk, diffusjonshastigheten for hydrogenet gjennom metallene være så lav at metallarmeringene med en normal tykkelse kan ansees for å være praktisk talt ugjennom-trengelige for hydrogenet.

Det er særlig kabler med metallarmeringer, spesielt dersom de også har et lite indre rom, som innen en kort tid og på høye nivåer kan oppvise en økning i attenuasjon på grunn av hydrogenet som er frigjort av elementene som finnes inne i armeringen.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er å realisere en fiberoptisk kabel som er forsynt med en beskyttelse mot absorpsjon av hydrogengass i de optiske fibrene som er tilstede i kabelen.

Ifølge oppfinnelsen oppnåes denne beskyttelse ved å innføre i en egnet form i kabelen minst ett metallgrunnstoff som er i stand til å absorbere hydrogenet og forbinde: seg méd det.

Den fiberoptiske kabel ifølge oppfinnelsen som omfatter en armering hvori det befinner seg en optisk enhet omfattende én eller flere optiske fibrer og et lag av metallisk materiale, er kjennetegnet ved at det metalliske materiallag omfatter hydrogenabsorberende metallisk pulver som omgir den optiske fiber eller de optiske fibrene, idet pulveret er dannet av ett eller flere av metallene lantan, titan og hafnium, eller en legering av disse, eller minst én av dem sammen med zirkonium, eller intermetalliske forbind-eiser eller blandinger av lantan, titan, hafnium, zirkonium, vanadium, niob og palladium.

I nærvær av hydrogen har de ovenfor angitte grunnstoffer en tendens til å danne faste, ikke-støkiometriske oppløsninger som er assimilerbare for hydrider og som har en god stabilitet, og dette muliggjør reduksjon av hydrogenets partialtrykk i kabelen til verdier som er i likevekt med hydrogenoppløseligheten i selve grunnstoffene.

Ved å benytte passende mengder av disse grunnstoffer kan man lykkes i å begrense de resterende trykkverdier for hydrogen i kabelen på en slik måte at de negative virkninger av hydrogentrykket på fiberegenskapene gjøres neglisjerbare, og særlig slik at økningen av attenuasjon i løpet av hele den forutsatte holdbarhetstiden for kabelen gjøres neglisjer-bar .

De ovenfor angitte grunnstoffer utsettes fortrinnsvis for en varmebehandling under vakuum ved en temperatur på

over 1600°C.

Det har faktisk blitt verifisert at de ovenfor angitte grunnstoffer blir mer aktive når det gjelder å absorbere hydrogen etter denne behandling, særlig ved lave verdier for partialtrykk.

Det antas at disse grunnstoffer i noen tilfeller allerede kan inneholde en viss mengde hydrogen og/eller andre gasser som ble absorbert under fremstillings-, rensnings- og klargjøringsprosessene for grunnstoffene, og at de har et visst nivå av overflateoxydasjon.

Begge disse forhold vil kunne redusere effektiviteten av beskyttelsen mot hydrogenet, og den nevnte varmeoehandling ved temperaturer som er i nærheten av, men mindre enn, smelte-temperaturen, gir en avgasning og/eller eliminering av over-flateoxyxasjonen gjennom sublimasjon.

Oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere under hen-visning til tegningene, hvor: fig. 1 viser skjematisk strukturen av den innerste del av en ikke spesifikk, fiberoptisk kabel,

fig. 2 viser skjematisk tverrsnitt av innsiden av

fiberoptiske kabler i henhold til oppfinnelsen.

Den fiberoptiske kabel 1 som er vist skjematisk i fig. 1, omfatter en optisk enhet 2 dannet ved hjelp av fire optiske fibre 10 lagt på en strekkfast del 12 og innhyllet ved hjelp av ett eller flere bånd 14.

Den optiske enhet er inneholdt i en kabelarmering 16, over hvilken det er tilveiebragt andre lag, belegg og forskjellige strukturer avhengig av kabeltype og som er vist skjematisk ved delen 20.

Kabelarmeringen 16 kan være en ugjennomtrengelig metallarmering (f.eks. i en undervannskabel) eller også en armering av plastmateriale. Innenfor denne kan det være et fyllstoff med en mekanisk funksjon, et fyllstoff som stopper vann, etc.

Den optiske enhet kan omfatte langsgående, bærende strekkfaste deler som adskiller seg fra de tidligere angitte, og fibrene kan enten være av den "løse" type eller "faste" type.. På bakgrunn av det ovenfor nevnte må tegningen som er gjengitt i fig. 1 tas for å være generell og skjematisk, og den er gjengitt bare for det formål å lette forståelsen av oppfinnelsen.

I henhold til en utførelsesform illustrert i

fig. 2 og som er spesielt egnet for å beskytte en kabel som allerede inneholder et fyllstoff for det formål å begrense enhver eventuell inntrengning av vann i en undervannskabel, inneholder fyllmaterialet 21 som opptar de tomme rommene under den ytre kabelarmering 16 (som kan være i størrelses-orden ca. 5 cm 3 pr. m kabel) en dispersjon av pulvere av ett eller flere grunnstoffer valgt fra lanthan, titan, zirkonium, hafnium, niob og palladium eller også legeringer og/eller intermetalliske forbindelser derav.

Mengden av pulvere som er innført i fyllmaterialene avhenger av kabeltypen, av dens geometri og av grunnstoffet (eller grunnstoffene) valgt blant de ove:nfor nevnte og som utgjør disse pulvere, av deres granulometri og også av par-tikkelformen.

I tilfellet med en kabel som har et vannblokkerende

fyllstoff under en metallarmering med normåle dimensjoner,

er det f.eks. funnet at en mengde som omfatter mellom 10 og 100 mg palladium i pulverform pr. kabelmeter, og som har partikler med størrelser mellom 10 og 100 pm, er tilstrekke-lig til å beskytte fibrene mot de hydrogenmengder og -trykk som utvikles i denne type kabel.

Her må det påpekes at fyllstoffet, som pulverne tilsettes til, ikke nødvendigvis behøver å være det vannblokkerende fyllstoff i undervannskabelen. Kabelen kunne allerede være forsynt med et fyllstoff for andre formål (f.eks. for å gjøre strukturen mer kompakt) og til hvilket pulverne senere tilsettes, eller også, som et alternativ, kunne kabelen opprinnelig være uten fyllstoff, som i et slikt tilfelle ville bli tilsatt spesielt for å inkludere pulverne.

Claims (3)

1. Fiberoptisk kabel som omfatter en armering (16) hvori det befinner seg en optisk enhet (2) omfattende én eller flere optiske fibrer (10) og et lag (21) av metallisk materiale, karakterisert ved at det metalliske materiallag (21) omfatter hydrogenabsorberende metallisk pulver som omgir den optiske fiber eller de optiske fibrene (10), idet pulveret er dannet av ett eller flere av metallene lantan, titan og hafnium, eller en legering av disse, eller minst én av dem sammen med zirkonium, eller intermetalliske forbindelser eller blandinger av lantan, titan, hafnium, zirkonium, vanadium, niob og palladium.

2. Fiberoptisk kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at pulveret (21) inngår i en fylling innenfor armeringen (16).

3.. Fiberoptisk kabel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pulveret (21) har en partikkelstørrelse på 10-100 um.