RU2017246C1

RU2017246C1 - Optical cable

Info

Publication number: RU2017246C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Катанович
Original assignee: Войсковая часть 60130
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: underwater cable communication. SUBSTANCE: optical cable has optical fibres located in metal corrugated shell 1 filled with layer of nylon with coat 5 from polyethylene of low density and metal braiding 6 put over it which presents steel armoring wire wound in two rows. Cable includes steel wire placed in its center in layer of nylon, layer of elastomer located between layer of dielectric mass and metal braiding with additional steel braiding 3 pressed on it and layer of mass which optical properties are similar to those of glass fibres. Glass fibres are produced single-mode. EFFECT: enhanced strength and operational properties. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике подводной кабельной связи и может быть использовано для обеспечения проводной связи между буксируемыми подводными объектами. The invention relates to techniques for underwater cable communication and can be used to provide wired communication between towed underwater objects.

Известен стекловолоконный кабель [1], состоящий из волокна и защитной оболочки. Внутренний диаметр защитной оболочки кабеля не менее чем на 30% больше внешнего диаметра волокна, причем защитная оболочка состоит из двух слоев синтетических материалов. Эти два слоя образуют единую оболочку, защищающую светопроводящее волокно от механических повреждений. Known fiberglass cable [1], consisting of fiber and a protective sheath. The inner diameter of the cable sheath is not less than 30% larger than the outer diameter of the fiber, and the sheath consists of two layers of synthetic materials. These two layers form a single sheath that protects the light guide fiber from mechanical damage.

Недостатки аналога - слабая механическая прочность конструкции кабеля вследствие того, что она не может выдерживать давление толщи морской воды и не обладает достаточной механической прочностью при буксировке, низкое сопротивление на микроизгибы, натяжение волокна оказывается по существу таким же, как натяжение оболочки кабеля. The disadvantages of the analogue are the low mechanical strength of the cable structure due to the fact that it cannot withstand the pressure of the sea water column and does not have sufficient mechanical strength when towing, low microbending resistance, and the fiber tension is essentially the same as the cable sheath tension.

Известен оптический кабель [2] , который применяют для строительства подводно-кабельных линий связи. Оптический кабель состоит из стекловолокна и защитной оболочки, в состав которой входит металлическая оболочка, покрытая полиэтиленом высокой плотности, поверх которого продольно навиты стальные проволоки, обеспечивающие достаточную для подводного кабеля прочность на разрыв. Металлическая оболочка выполнена в виде стальной членистой трубки, элементы которой состоят из отрезков 100-150 мм, связанных между собой шарнирными соединениями. Known optical cable [2], which is used for the construction of underwater cable communication lines. The optical cable consists of fiberglass and a protective sheath, which includes a metal sheath coated with high density polyethylene, over which steel wires are longitudinally wound, providing sufficient tensile strength for the underwater cable. The metal shell is made in the form of a steel jointed tube, the elements of which consist of segments of 100-150 mm, interconnected by articulated joints.

Однако использование этого кабеля в качестве кабель-троса невозможно из-за недостаточности для буксировки подводных объектов механической прочности и конструктивных особенностей, которые не позволяют передавать по нему электроэнергию для питания подводного объекта. However, the use of this cable as a cable cable is impossible due to the insufficient mechanical strength and design features for towing underwater objects that do not allow electric energy to be transmitted through it to power the underwater object.

Известен многожильный коаксиальный кабель-буксир [3], который имеет силовые жилы для передачи питания, несколько жил для сигналов управления и контроля и одну-три коаксиальные пары для гидроакустической, телевизионной и другой информации. Коаксиальный кабель-буксир состоит из наружного и внутреннего слоев брони, нейлоновой оплетки, полиэтиленового слоя изоляции, медного экрана и центрального проводника из медных жил. Known multicore coaxial tug cable [3], which has power cores for power transmission, several cores for control and monitoring signals and one or three coaxial pairs for sonar, television and other information. The coaxial tug cable consists of the outer and inner layers of armor, a nylon braid, a polyethylene insulation layer, a copper shield and a central conductor of copper conductors.

Недостатки прототипа. С ростом глубины надежность передачи информации по многожильному кабелю падает из-за частых механических повреждений отдельных жил. Под действием высокого гидростатического давления кабель обжимается, жилы лишаются возможности некоторого осевого перемещения, что и приводит к их обрыву при вибрациях кабель-буксира. На больших глубинах применение многожильного кабеля неоправдано или даже не выполнимо. The disadvantages of the prototype. With increasing depth, the reliability of information transmission over a multicore cable decreases due to frequent mechanical damage to individual cores. Under the action of high hydrostatic pressure, the cable is crimped, the cores are deprived of the possibility of some axial movement, which leads to their breakage during vibration of the cable tug. At great depths, the use of a multicore cable is unjustified or even not feasible.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем повышения механической прочности кабеля. The aim of the invention is to expand the functionality by increasing the mechanical strength of the cable.

Цель достигается тем, что оптический кабель, содержащий стекловолокна, размещенные в диэлектрической массе, металлическую оболочку, покрытую полиэтиленом и стальной оплеткой, дополнительно снабжен центральным стальным проводом, размещенным в диэлектрической массе, выполненной из нейлона, между нейлоном и металлической оболочкой введены эластомер с напресованной на нем дополнительной стальной оплеткой, и масса, по оптическим свойствам подобная материалу стекловолокон, которые выполнены одномодовыми, металлическая оболочка выполнена гофрированной, полиэтилен выполнен из материала низкой плотности, а металлическая оплетка выполнена из навитой в два ряда стальной бронепроволоки. The goal is achieved in that the optical cable containing fiberglass placed in a dielectric mass, a metal sheath coated with polyethylene and a steel braid, is additionally provided with a central steel wire placed in a dielectric mass made of nylon, an elastomer with a napressovanny on an additional steel braid, and the mass, in optical properties similar to the material of fiberglass, which is made single-mode, the metal shell is made corrugated, low density polyethylene made from a material and the metal sheath is made of two rows of wound steel armoring iron wire.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый оптический кабель. Он содержит гофрированную металлическую трубку 1, предназначенную для защиты волокон от большого давления толщи морской воды, от изломов волокна, а также для передачи по ней электроэнергии, массу 2, предназначенную для заполнения поврежденных внутренних участков кабеля и пропускания оптических сигналов. Она размещена внутри гофрированной трубки 1, представляет собой вязкую оптическую прозрачную жидкость на основе стекла R₂O-GeO₂-CaO-SiO₂. Масса нужна для того, чтобы повысить надежность кабеля при разрывах центральной жилы и внутренней стальной оплетки. Так, например, в случае их разрыва кабель работоспособен, так как световые сигналы проходят через массу, которая проникает в волокна в местах разрыва. Речь идет о градиентных волокнах, т.е. волокнах с показателем преломления, изменяющимся по радиусу сердцевины. Оптические волокна могут быть изготовлены из стекла или пластмасс: полистирола и полиметилметакрилата, стальная оплетка 3 предназначена для предохранения от внешних механических повреждений, центральная жила 4 - для передачи по ней различного вида информации, а также для предохранения волокон от изгибов, растяжений и т.д., которые могут вызвать ухудшения их оптических свойств. Центральная жила находится с оплеткой 3 внутри массы 2, и перемещается в осевом направлении внутри оплетки вместе с нейлоном. Полиэтилен 5 низкой плотности служит для повышения надежности кабеля, обладает стойкостью к растрескиванию, светостойкостью, является хорошим изоляционным материалом, имеет стойкость к агрессивной среде (воде, спиртам, кислотам и т. д. ). Для его изготовления применяются каучуки и различные ацетиленовые сажи. Удельный вес его 0,918 г/см³. Толщина полиэтиленовой изоляции около 200 мм, выбрана такой, чтобы напряженность электрического поля в изоляции при максимально ожидаемых значениях питающего напряжения на концах кабеля не превышало 2 кВ/мм. Поверх полиэтилена низкой плотности в два ряда наложены бронепроволоки 6, предназначенные для повышения стойкости кабеля при механических радиальных воздействиях.In FIG. 1 schematically shows the proposed optical cable. It contains a corrugated metal tube 1, designed to protect the fibers from high pressure in the seawater, from fiber breaks, as well as to transmit electricity through it, a mass of 2, designed to fill damaged internal sections of the cable and transmit optical signals. It is placed inside the corrugated tube 1, is a viscous optical transparent liquid based on glass R ₂ O-GeO ₂ -CaO-SiO ₂ . The mass is needed in order to increase the reliability of the cable during breaks in the central core and the inner steel braid. So, for example, if they break, the cable is operational, since the light signals pass through the mass, which penetrates into the fibers at the points of break. We are talking about gradient fibers, i.e. fibers with a refractive index varying along the radius of the core. Optical fibers can be made of glass or plastic: polystyrene and polymethyl methacrylate, steel braid 3 is designed to protect against external mechanical damage, central core 4 is used to transmit various types of information along it, as well as to protect fibers from bending, stretching, etc. . which may cause deterioration of their optical properties. The central core is with a braid 3 inside the mass 2, and moves axially inside the braid with nylon. Low density polyethylene 5 is used to increase the reliability of the cable, has resistance to cracking, light resistance, is a good insulating material, has resistance to aggressive media (water, alcohols, acids, etc.). Rubbers and various acetylene soot are used for its manufacture. Its specific gravity is 0.918 g / cm ³ . The thickness of the polyethylene insulation is about 200 mm, chosen so that the electric field in the insulation at the maximum expected values of the supply voltage at the ends of the cable does not exceed 2 kV / mm. On top of low density polyethylene in two rows of armored wires 6, designed to increase the resistance of the cable under mechanical radial influences.

На фиг. 2 показана центральная жила 4. Она имеет провод 7, предназначенный для повышения прочности кабеля и выполненный из стали диаметром 10-12 мм. Он находится в найлоне. Волокна 8, градиентного типа предназначены для передачи сигналов управления и контроля, а также для гидроакустической, телевизионной и другой информации и находятся в нейлоне. Волокна уложены витками, чтобы при изгибе кабеля или его растяжении волокна оставались неповрежденными по всему сечению кабеля. Волокно 8 может состоять из нескольких световодов, например из шести-восьми. Эти волокна укладываются витками, скручиваются между собой. Длина витка при укладке волокна и стальной оплетки выбрана одинаковой, чтобы свести к минимуму изгибы волокон при деформациях волоконной жилы под воздействием оплетки в процессе изготовления. Выбор одномодового волокна обусловлен возможностью достижения малой величины дисперсии по рабочей длине волны около 1,3 мкм. Кроме того, одномодовые волокна гораздо менее чувствительны к микроизгибам по сравнению с многомодовыми. Эластомер 9 предназначен для амортизации, чтобы исключить или уменьшить микроизгибы волокна, и состоит из двух оболочек. Одна наружная оболочка, неподвижная, выполнена из жесткого полиэтилена, и на нее напрессована оплетка 3, другая внутренняя, подвижная, выполнена из мягкого полиэтилена. Так как стеклянные волокна очень чувствительны к механическим растягивающим усилиям, в предложенной конструкции кабеля при перегрузках центральная жила не испытывает механической нагрузки, она свободно перемещается, а растягивающее усилие приходится на элементы 1, 2, 3, 5, 6. Нейлон 10 служит защитным покрытием и для фиксирования волокна в определенном положении. In FIG. 2 shows the central core 4. It has a wire 7, designed to increase the strength of the cable and made of steel with a diameter of 10-12 mm He is in nylon. Fibers 8, gradient type are intended for transmission of control and control signals, as well as for hydroacoustic, television and other information and are in nylon. The fibers are laid in turns so that when the cable is bent or stretched, the fibers remain intact over the entire cable section. Fiber 8 may consist of several optical fibers, for example of six to eight. These fibers are stacked in turns, twisted together. The length of the loop when laying the fiber and steel braid is chosen the same to minimize bending of the fibers during deformation of the fiber core under the influence of the braid in the manufacturing process. The choice of single-mode fiber is due to the possibility of achieving a small dispersion value along the working wavelength of about 1.3 μm. In addition, single-mode fibers are much less sensitive to microbending compared to multi-mode. The elastomer 9 is designed for cushioning to eliminate or reduce microbending of the fiber, and consists of two shells. One outer shell, fixed, is made of hard polyethylene, and a braid 3 is pressed onto it, the other inner, movable, is made of soft polyethylene. Since glass fibers are very sensitive to mechanical tensile forces, in the proposed cable design during overloads the central core does not experience mechanical stress, it moves freely, and the tensile force falls on elements 1, 2, 3, 5, 6. Nylon 10 serves as a protective coating and to fix the fiber in a certain position.

Длина витка при укладке волокна и стальной оплетки выбрана одинаковой, чтобы свести к минимуму изгибы волокон при деформациях волоконной жилы под воздействием оплетки в процессе изготовления. The length of the loop when laying the fiber and steel braid is chosen the same to minimize bending of the fibers during deformation of the fiber core under the influence of the braid in the manufacturing process.

В кабеле центральную волоконную жилу можно вручную перемещать в осевом направлении внутри стальной оплетки. Кроме защиты от давления размещение волоконной жилы в центре кабеля позволяет свести к минимуму напряжения в волокнах, вызываемые изгибами и скручиванием кабеля. In the cable, the central fiber core can be manually axially moved inside the steel braid. In addition to pressure protection, placing the fiber core in the center of the cable minimizes stresses in the fibers caused by bending and twisting of the cable.

По сравнению с прототипом заявляемый оптический кабель имеет следующие преимущества: обладает повышенной механической прочностью, так как светопроводящие волокна не рвутся и не истираются при многократных изгибах и механических напряжениях, имеет меньший диаметр и вес. Compared with the prototype, the inventive optical cable has the following advantages: it has increased mechanical strength, since the light-conducting fibers do not tear and do not wear out under repeated bends and mechanical stresses, has a smaller diameter and weight.

От использования изобретения следует ожидать повышения механической прочности оптического кабеля на 30% по сравнению с коаксиальным, т.е. с прототипом. В то же время оптический кабель обладает на 2-3 порядка большей пропускной способностью по сравнению с прототипом. The use of the invention should be expected to increase the mechanical strength of the optical cable by 30% compared to coaxial, i.e. with the prototype. At the same time, the optical cable has 2-3 orders of magnitude higher throughput compared to the prototype.

Предлагаемый оптический кабель может найти широкое применение в качестве кабель-буксира на нефтяных промыслах, при разведке полезных ископаемых, при заглублении подводных кабельных магистралей связи и т.д. The proposed optical cable can be widely used as a cable tug in the oil field, in mineral exploration, in the deepening of underwater cable communication lines, etc.

Claims

OPTICAL CABLE containing a metal sheath placed in a filled with a dielectric mass layer sheath with a polyethylene coating and a metal fiber braid overlaid on top of it, characterized in that it further comprises a steel wire located in the center of the cable in the dielectric mass layer, located between the dielectric mass layer and the metal braid an elastomer with an additional steel braid pressed on it and a layer of mass, in optical properties similar to fiberglass material, When this mass of said layer of dielectric formed of nylon, the metal shell is made of corrugated, made singlemode fiber, a polyethylene coating is made of low density polyethylene and the metal braid is wound in two rows of steel armoring iron wire.