專利名稱：帶有光纖層疊帶用的保護系統(tǒng)的纖維光纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含光纖層疊帶的纖維光纜。尤其是，本發(fā)明涉及一種包含光纖層疊帶和襯墊元件的光纜，其中該襯墊元件被置于光纖層疊帶的兩側(cè)，用于保護光纖層疊帶轉(zhuǎn)彎處的光纖免受過度彎曲和接觸應(yīng)力。
背景技術(shù)：
光纜被用于在長距離上高速傳輸信息。在光纜中通常利用緩沖管作為主要結(jié)構(gòu)來保護包含在其中的光纖。具體說來，該緩沖管一般裝有一光學(xué)部件，例如一或多個松散的光纖或一光纖層疊帶，該光纖層疊帶具有被通常的基質(zhì)材料以平面陣列方式保持在一起的數(shù)根光纖。
在松散管的光纜結(jié)構(gòu)中，數(shù)個緩沖管，每個都裝有一根或多根松散的光纖或者一光纖層疊帶，被絞合在一中央加強件周圍形成絞合芯，該絞合芯被一附加的保護層覆蓋著。在單管的光纜結(jié)構(gòu)中，數(shù)根光纖或一光纖層疊帶被裝在位于中心的單個緩沖管內(nèi)，該緩沖管被一附加的保護層覆蓋著。此外，在護套和緩沖管之間也可使用增強紗線或光纖，以及凝膠或者熱溶膠水(hot melt)形式的堵水材料、水膨脹粉末、紗線或帶子，和/或帶皺紋的鎧皮。
在開槽芯(slotted core)的光纜中，光纖層疊帶被置于狹槽或凹槽內(nèi)，狹槽或凹槽形成在一中央細長棒狀部件的外表面上。作為選擇，光纖層疊帶也可裝在置于狹槽內(nèi)的緩沖管中。不論哪種情況，光纖層疊帶或裝有光纖層疊帶的緩沖管都被圍繞在開槽棒狀部件周圍的外護套或綁帶置于狹槽中。
裝有光纖的緩沖管可被空置，或可被充滿一種堵水化合物如觸變凝膠，來防止水進入，但允許在光纜膨脹或壓縮或在機械載荷下光纖移動。同時也知道可以以帶子、粉末或紗線的形式使用吸水的水膨脹或吸水性極強的材料。
在采用層疊帶的光纜設(shè)計中存在的一個問題是層疊帶轉(zhuǎn)彎處光纖的衰減，該衰減可降低光纜的整個工作特性并限制所推薦的熱-力學(xué)負載(thermo-mechanicalloads)的水平。如

圖1所示，層疊帶10轉(zhuǎn)彎處的光纖15位于距光纖層疊帶10幾何中心14的最遠處。從而，在中央管單層疊帶結(jié)構(gòu)中，在彎曲條件下轉(zhuǎn)彎處光纖15受到最大的應(yīng)力和來自環(huán)繞部件如裝有層疊帶10的緩沖管20和圍繞緩沖管20的外套(未示出)的接觸應(yīng)力。也就是說，在相對所示出的彎曲軸A彎曲的情形下，轉(zhuǎn)彎處光纖15受到導(dǎo)致光纖變形的最大壓力，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎處光纖15的衰減。該衰減被認為是由光纖曲率半徑的減小引起的。
用來預(yù)知光纜性能的其中一個判據(jù)是轉(zhuǎn)彎處光纖的應(yīng)力狀態(tài)。另一個判據(jù)是張力和有壓縮的窗口(compressive windows)，該窗口示出在張力和熱收縮下緩沖管內(nèi)光纖在碰撞到緩沖管壁之前所允許的位移量。特別是，通常對含有層疊帶的光纜的設(shè)計都集中在在層疊帶的拐角與其它構(gòu)件如緩沖管的壁之間提供足夠大的間隙或分開距離，以避免或延遲可導(dǎo)致衰減問題的轉(zhuǎn)彎處光纖的接觸和彎曲。因此，在試圖防止出現(xiàn)可能衰減問題的傳統(tǒng)光纜設(shè)計中，含有層疊帶的緩沖管的直徑可被增大，從而導(dǎo)致光纜總直徑不期望的增加。
鑒于與將層疊帶裝在緩沖管中相關(guān)的缺點和問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種光纜，其中可防止層疊帶的轉(zhuǎn)彎處光纖受到過度應(yīng)力，以提高總體性能和負荷能力。
發(fā)明概述本發(fā)明適于達到上述目的。為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種纖維光纜，該光纜包括含有多根光纖的光纖層疊帶，以及多個襯墊元件被置于該光纖層疊帶的外側(cè)表面上。該襯墊元件起襯墊和應(yīng)變能量吸收件的作用，用于保護光纖層疊帶轉(zhuǎn)彎處的光纖免受彎曲和接觸應(yīng)力。
該襯墊元件具有如接觸硬度和楊氏模量等材料特性類似于層疊帶尤其是層疊帶的基質(zhì)材料。此外，該襯墊元件的材料特性可以從襯墊元件接觸層疊帶側(cè)面的軟內(nèi)層到襯墊元件接觸緩沖管或其它環(huán)繞元件側(cè)面的剛性外層進行分級或逐漸變化。當(dāng)襯墊元件在擠壓和橫向沖擊加載條件下接觸緩沖管的側(cè)面時，襯墊元件就發(fā)生形變，從而有效地吸收應(yīng)變和應(yīng)力以保護層疊帶轉(zhuǎn)彎處的光纖。
依照本發(fā)明，還提供一彈性隔膜，圍繞該光纖層疊帶和所附著的襯墊元件，并且一種填充材料被置于層疊帶和彈性隔膜之間的空間內(nèi)和彈性隔膜和緩沖管之間的空間內(nèi)。該填充材料可包括軟的聚合物，還包括帶有或不帶有再生材料如低密度聚乙烯碎片或粉末的起泡的泡沫材料或起泡凝膠，以及其它的非金屬和金屬。該彈性隔膜和填充材料提供一表面以允許該部件沿光纜縱向滑動，以使在熱引起的收縮、縱向彎曲或光纖彎折下更少的應(yīng)變能量從緩沖管傳輸?shù)焦饫w。
本發(fā)明的上述和其它包括各種新穎結(jié)構(gòu)和操作步驟細節(jié)的特征，將參照附圖和權(quán)利要求書中所指被更加具體地描述。應(yīng)當(dāng)理解，實施本發(fā)明的該具體光纜結(jié)構(gòu)僅僅是以圖解的方式示出的，并不是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的原理和特征可體現(xiàn)在不脫離本發(fā)明的范圍下的變化和許多實施例中。
附圖簡述參看下面的詳細說明、所附的權(quán)利要求和附圖，將會更好的理解本發(fā)明這些和其它的特征、細節(jié)和優(yōu)點，其中圖1表示一層疊帶裝在緩沖管中的常規(guī)光纜的截面圖；圖2表示依照本發(fā)明第一實施例的光纜結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3A-3D表示依照本發(fā)明第一實施例的光纜結(jié)構(gòu)的局部截面圖；圖4表示依照本發(fā)明第二實施例的光纜結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5表示實施本發(fā)明的一種松散管光纜；和圖6表示實施本發(fā)明的一種開槽鐵心光纜。
優(yōu)選實施例的描述在下文中，將參看附圖更加詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。參看圖2，該光纜包括被緩沖管20環(huán)繞的光纖層疊帶10。多個襯墊元件30以細長帶、細線、棒或小直徑管的形式，在鄰近或高于層疊帶10角邊緣的位置處被附著在層疊帶10的側(cè)面上。這些襯墊元件起襯墊和應(yīng)變能量吸收部件的作用，保護位于層疊帶10邊緣上的轉(zhuǎn)彎處光纖15免受彎曲和接觸應(yīng)力。
該襯墊元件30外表面部分上材料的特性，如接觸硬度和楊氏模量或剛度，類似于層疊帶10的基質(zhì)材料的材料特性，例如，30至1000kg/mm2的楊氏模量。作為選擇，該襯墊元件30可具有由多個薄片層形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以使該襯墊元件30的材料特性可從襯墊元件30接觸層疊帶10的側(cè)面的軟內(nèi)層逐級或逐漸變化至襯墊元件30接觸緩沖管20或其它圍繞部件的側(cè)面的硬外層。例如，對著緩沖管20內(nèi)壁的襯墊元件30的外層可具有約200至300kg/mm2的楊氏模量。換句話說，該襯墊元件30的材料特性跨過襯墊元件30的寬度逐漸變化。
在熱-力學(xué)負載的情形下，轉(zhuǎn)彎處的光纖15首先壓在襯墊元件30上，該襯墊元件30軟于層疊帶10或與其具有相同的剛度。由于轉(zhuǎn)彎處的光纖15最初并不接觸到緩沖管的壁，所以襯墊元件30首先起到層疊帶10的支持光纖的基質(zhì)材料延續(xù)的作用。然后，當(dāng)襯墊元件30接觸到緩沖管壁時，襯墊元件被進一步偏移并在逐漸增強的剛度下被壓縮。結(jié)果，該襯墊元件30就起彈簧或減震器的作用，其中阻力隨著施加負載而增大。
如圖2所示，該襯墊元件30可在緊鄰層疊帶10邊緣的位置處、層疊帶10邊緣的上面附著在層疊帶10側(cè)面上，和/或被中央定位在層疊帶10側(cè)面的中點處。將襯墊元件30置于層疊帶10側(cè)面中間的中心可提供額外的優(yōu)點，即不會增加光纜的總直徑且能給層疊帶10帶來結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。尤其是，在層疊帶10具有橫截面為矩形的情形下，將襯墊元件30置于層疊帶10側(cè)面的中心就可通過將形成層疊帶10的單個的條帶一起支撐而提供額外的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
另外，該襯墊元件30可與層疊帶10一同被絞合以提高層疊帶10的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(特別是在光纜的每個疊層都具有大量條帶的情形下)和總體的強度以及光纜的堅固性。尤其是，層疊帶10可被絞合并且襯墊元件30可被絞合相同的絞合鋪設(shè)長度(laylength)，以遵循層疊路線并保持與層疊帶10橫截面相同的位置。
如圖3A-3D所示，該襯墊元件30可具有不同的橫截面外形結(jié)構(gòu)，例如，矩形外形3A、梯形外形3B、中空管外形3C和圓形或橢圓外形3D。在該優(yōu)選實施例中，襯墊元件30的橫截面具有梯形的外形3B。另一方面，中空管的外形3C由于徑向或橫向的柔韌性可提供額外的緩沖優(yōu)點。此外，實心的圓形或橢圓形棒3D和矩形帶3A都比其它形狀更易于加工，從而可降低相關(guān)制造的成本。
當(dāng)襯墊元件30在擠壓和橫向沖擊加載情形下接觸緩沖管20的側(cè)面時，襯墊元件30發(fā)生變形，從而就有效地吸收應(yīng)變和應(yīng)力并保護層疊帶10轉(zhuǎn)彎處的光纖15。由此得出結(jié)論，在外部熱-力學(xué)負載作用下層疊帶10側(cè)面上襯墊元件30的形變，將取決于襯墊橫截面的形狀。此外，通過將襯墊元件30定位在層疊帶10邊緣的附近，當(dāng)位于層疊帶10垂直面上的相鄰襯墊元件30由于與緩沖管20接觸而發(fā)生形變時，就可在轉(zhuǎn)彎處上面形成一類似拱形的保護結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
現(xiàn)在，將參照圖5說明本發(fā)明的第二個實施例。附著有襯墊元件30的光纖層疊帶10被一薄的彈性隔膜40環(huán)繞著。填充材料50如起泡的泡沫材料或起泡凝膠，被設(shè)置在附著有襯墊元件30的層疊帶10和彈性隔膜40之間的空間內(nèi)以及彈性隔膜40和緩沖管20之間的空間內(nèi)。
該彈性隔膜40是由一種柔軟的、類似橡膠的彈性體材料制成，如聚氨酯、硅酮、苯乙烯-丁二烯-橡膠、天然橡膠(聚乙戊二烯)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。該彈性隔膜40用于容納襯墊元件30和層疊帶10，并調(diào)節(jié)由彎曲、熱皺縮和收縮引起的應(yīng)力的一部分。尤其是，該彈性隔膜40對襯墊元件30和層疊帶10施加徑向壓縮，以使襯墊元件30些微地壓向?qū)盈B帶10。結(jié)果，該彈性隔膜40就提供額外的層疊完整性或?qū)盈B穩(wěn)定性，尤其是對高的層疊帶。該彈性隔膜40被充填有填充材料50以增強相對于外套皺縮和膨脹的滑動，并使應(yīng)力分布變得平滑。尤其是，該彈性隔膜40在填充材料50的輔助下提供一表面以允許部件沿光纜的縱向滑動。結(jié)果，在熱引起的皺縮或彎曲時，就會有更少的應(yīng)變能量從變形的緩沖管20傳到層疊帶10的光纖上。
彈性隔膜40可被作為第二內(nèi)緩沖管來加工。例如，一個極細的熱塑料(或類似橡膠)管可被擠壓在附著有襯墊元件30的層疊帶10上，且細壁管(即彈性隔膜40)和層疊帶10之間的空間可填充有填充材料50。接下來，一個緩沖管20可擠壓在細壁管的周圍，緩沖管20和細壁管之間的空間可填充有填充材料50。
在該優(yōu)選實施例中，填充材料50包括軟的聚合物，還包括帶有或不帶有再生材料如低密度聚乙烯碎片或粉末的起泡泡沫材料或起泡凝膠，以及其它的非金屬和金屬。例如，該填充材料可以是具有小懸浮顆粒的凝膠。在極高的負載下，以起泡泡沫材料或起泡凝膠和其它具有低屈服點應(yīng)力和高可壓縮性(由于易于壓縮的空氣泡或其它軟密封材料)的起泡材料形式的填充材料50，通過變形以吸收負載來提供額外的保護。尤其是，包含氣體或其它軟材料的泡沫的可壓縮性有助于從緩沖管20傳播到層疊帶10光纖上應(yīng)力的消散。這樣，填充材料50的這種應(yīng)力消散性能就類似于包裝材料像起泡卷和泡沫聚苯乙烯片的性能。
本發(fā)明并不限于圖2-5示出的實施例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，已知的結(jié)構(gòu)部件像可膨脹的帶子、增強件、繞在緩沖管周圍的滾邊線和其它現(xiàn)有的部件都可結(jié)合在本發(fā)明中。如圖6所示，一松散的管光纜100包括繞在中央加強件60周圍的數(shù)個絞合的緩沖管20。一包扎物90絞合在緩沖管20的周圍，一根水膨脹帶子80繞在每個緩沖管20的周圍，以減小來自外套10膨脹和皺縮的接觸應(yīng)力。除了被用在緩沖管20內(nèi)之外，填充材料50像起泡的泡沫材料，還被用于充填光纜部件之間的空間以保持光纜100的圓形外形。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明特定的優(yōu)選實施例，但本發(fā)明的精神和范圍并不限于以上的描述。例如，本發(fā)明明顯地可用于開槽芯的光纜，該光纜也可包括或不包括圍繞在層疊帶周圍的緩沖管。也就是說，附著有襯墊元件的層疊帶可被置于開槽棒狀芯的凹槽或狹槽內(nèi)而不使用緩沖管。此外，可利用一單個的管狀襯墊元件而不必單獨使用附著在層疊帶側(cè)面上的數(shù)個襯墊元件，該單個管狀襯墊元件完全圍繞并附著在層疊帶所有的側(cè)面上。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員會認識到本發(fā)明教導(dǎo)的多種變形都可附諸實踐，而這些都落在本發(fā)明下面的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種纖維光纜，包括一光纖層疊帶，含有以平面陣列保持在一起的數(shù)根光纖；和至少一個襯墊元件，置于該光纖層疊帶的外側(cè)面上。
2.如權(quán)利要求1所述的光纜，還包括一圍繞襯墊元件和光纖層疊帶的緩沖管。
3.如權(quán)利要求2所述的光纜，還包括多個置于該光纖層疊帶外側(cè)面上的襯墊元件。
4.如權(quán)利要求3所述的光纜，其中該襯墊元件被置于層疊帶角邊緣之上。
5.如權(quán)利要求3所述的光纜，其中該襯墊元件被置于層疊帶外側(cè)面的中心。
6.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件具有跨越襯墊元件厚度變化的彈性剛度。
7.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件被沿光纖層疊帶的邊緣配置。
8.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該光纖層疊帶的光纖被一基質(zhì)材料保持在一起，且此襯墊元件的外表面具有的接觸硬度和楊氏模量大約與該基質(zhì)材料的接觸硬度和楊氏模量相等。
9.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件具有一分級的接觸硬度或楊氏模量，該分級的接觸硬度或楊氏模量是從該襯墊元件接觸光纖層疊帶的側(cè)面至襯墊元件朝向遠離光纖層疊帶的側(cè)面進行變化。
10.如權(quán)利要求2所述的光纜，其中該襯墊元件具有一分級的楊氏模量或接觸硬度，該分級的楊氏模量或接觸硬度是從該光纖層疊帶的楊氏模量或接觸硬度向該緩沖管的楊氏模量和接觸硬度進行變化。
11.如權(quán)利要求2所述的光纜，其中該襯墊元件在其接觸光纖層疊帶一側(cè)的接觸硬度，軟于該襯墊元件在其朝向緩沖管一側(cè)的接觸硬度。
12.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件被置于光纖層疊帶側(cè)面的中心。
13.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件與光纖層疊帶絞合在一起。
14.如權(quán)利要求1所述的光纜，其中該襯墊元件的橫截面外形是中空的管形、矩形、梯形或圓形。
15.一種纖維光纜，包括一光纖層疊帶，含有以平面陣列保持在一起的數(shù)根光纖；至少一個襯墊元件，置于該光纖層疊帶的外側(cè)面上；一彈性隔膜，環(huán)繞該光纖層疊帶和該襯墊元件；和提供在該光纖層疊帶和該彈性隔膜之間空間內(nèi)的填充材料。
16.如權(quán)利要求15所述的光纜，還包括一圍繞該彈性隔膜的緩沖管，其中該填充材料還被提供在該緩沖管和光纖層疊帶之間。
17.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該彈性隔膜對襯墊元件和光纖層疊帶施加徑向壓縮，從而使襯墊元件被輕微地壓向光纖層疊帶。
18.如權(quán)利要求17所述的光纜，其中該彈性隔膜是由柔軟的彈性體材料制成。
19.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該填充材料包括凝膠或含有許多氣泡的泡沫材料。
20.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該填充材料包括帶有懸浮顆粒的凝膠。
21.如權(quán)利要求14所述的光纜，其中該襯墊元件具有跨越襯墊元件厚度變化的彈性剛度。
22.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件被置于光纖層疊帶的邊緣之上。
23.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件的外表面具有的接觸硬度和楊氏模量，大約同基質(zhì)材料的接觸硬度和彈性模量相等，且該基質(zhì)材料將光纖層疊帶的光纖一起保持成平面陣列。
24.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件具有分級的接觸硬度或楊氏模量，該分級的接觸硬度或楊氏模量從該襯墊元件接觸層疊帶的側(cè)面至襯墊元件朝向遠離層疊帶的側(cè)面進行變化。
25.如權(quán)利要求16所述的光纜，其中該襯墊元件具有分級的楊氏模量或接觸硬度，其從該層疊帶的楊氏模量或接觸硬度向該緩沖管的楊氏模量和接觸硬度進行變化。
26.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件被置于層疊帶側(cè)面的中心。
27.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件與層疊帶絞合在一起。
28.如權(quán)利要求15所述的光纜，其中該襯墊元件的橫截面外形是中空的管形、矩形、梯形或圓形。
29.如權(quán)利要求16所述的光纜，還包括配置在光纖層疊帶外側(cè)面上的數(shù)個襯墊元件。
30.如權(quán)利要求28所述的光纜，其中該襯墊元件被置于層疊帶角邊緣之上。
31.如權(quán)利要求28所述的光纜，其中該襯墊元件被置于層疊帶外側(cè)面的中心。
32.如權(quán)利要求28所述的光纜，其中該襯墊元件在其接觸光纖層疊帶一側(cè)的接觸硬度，軟于該襯墊元件在其朝向緩沖管一側(cè)的接觸硬度。
全文摘要
一種纖維光纜，包括含有數(shù)根光纖的光纖層疊帶，至少一個襯墊元件被置于該光纖層疊帶的外側(cè)面上。該襯墊元件起隔離片和應(yīng)變能量吸收部件的作用，以保護光纖層疊帶轉(zhuǎn)彎處的光纖免受由于接觸緩沖管或其它環(huán)繞部件所引起的彎曲和接觸應(yīng)力。該襯墊元件可具有如接觸硬度和楊氏模量與層疊帶的材料性能類似的材料性能，或者該材料性能從襯墊元件接觸層疊帶側(cè)面上的軟內(nèi)層，逐漸變化到襯墊元件接觸緩沖管或其它圍繞部件側(cè)面上的剛性外層。一彈性隔膜環(huán)繞該光纖層疊帶和所附著的襯墊元件，并且一種填充材料如起泡的泡沫材料或起泡的凝膠，被置于層疊帶和彈性隔膜之間的空間內(nèi)以及彈性隔膜和緩沖管之間的空間內(nèi)。
文檔編號G02B6/44GK1412590SQ0214750
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者尼古拉斯·V·內(nèi)奇塔伊羅 申請人:阿爾卡塔爾公司