NO853610L - Optisk fiberkabel. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler optiske fiberkabler. Optiske fiberkabler så som slike fremstilt for undersjøisk telekommunikasjon eller luftgående kraftkabler som innebefatter optiske fibere, har behov for å isolere så langt som mulig fra de optiske fibere strekk-kreftene som ér involvert ved utlegging av kabelen på sjøbunnen og om mulig ved opphenting av kabelen for reparasjon hvis kabelen skulle bli skadet under bruk i tilfelle av en undersjøisk kabel,

og lignende strekk-krefter involvert i å opprettholde en luftgående kabel fra tårn hvor kabelen kan bli underkastet vesentlige temperaturforskjeller i løpet av sommer- og vintermånedene.

Den tidligere patentspesifikasjon 1.461.151 angikk en optisk fiberkabel hvor de optiske fibere er anbragt inne i et strekkrør og hvor fibrene er lengre enn røret hvor røret er løst anbragt rundt fibrene slik at fibrene og røret er i stand til relevant bevegelse og hvor strekk- og bøykrefter på kabelen i hovedsak blir boret av strekkrøret. I denne patentspesifikasjon er det foreslått at ethvert potensielt strekk på fibrene unngås ved å lage fibrene lenger enn strekkrøret slik at når strekkrøret påføres krefter og strekkes noe vil den overskytende lengde av fibrene inne i røret sikre at fibrene inne i seg selv ikke blir utsatt for strekk. En måte å oppnå denne overskytende lengde på fibrene og som er foreslått i denne tidligere patentspesifikasjon er å mate samlingen av fibere inn i røret med en større hastighet enn den som røret tilvirkes med.

En annen tidligere patentspesifikasjon 1.487.464 foreslår optiske fiberelementer for bruk ved produksjon av optiske fiberkabler hvor hvert element består av en optisk fiber som ligger løst inne i en rørformig slire som er individu-ell for hver fiber eller et antall fibere og hvor den optiske fiber eller fibrene opptar en større lengde inne i rørsliren enn lengden av sliren i seg selv. Det blir angitt to teknikker for å oppnå dette. For det første er det angitt at sliren kan strekkes under tilvirkning ved å på- føre strekk på denne og så tillate den å slakkes; alternativt kan varmebehandling brukes som ved å holde sliren til-strekkelig varm når den kommer ut fra en avkjølingstank etter ekstruksjon slik at når den avkjøles til romtemperatur, vil den bli vesentlig kortere på grunn av forskjellen i koeffisientene for termisk ekspansjon mellom sliremateri-ale og fiberen eller fibrene. Imidlertid innebefatter disse optiske fiberelementer en slire som kun er ment for å lette behandlingen av de optiske fibere ved produksjon av en kabel. Sliren i seg selv tilfører ingen signifikant strekkstyrke. Enhver strekkstyrke som kreves av kabelen blir fremskaffet av en separat strekkstyrkedel som i ut-førelsesformen vist i patentet består av en sterk wire i sentrum av kabelen rundt hvilken de optiske fiberelementer legges. Med denne anordning er det vanskelig å forutsi hvilken, om noen, strekkavlastning som fremskaffes i den ferdige kabel med hensyn til de krefter som uunngåelig blir tilført de optiske fiberelementer ved opplegg i tilvirkning av kabelen. Foreksempel kan slirene bli strukket under kabeltilvirkning, i hvilket tilfelle det ikke behøver å være noen overskytende lengde av fiberen i den ferdige kabel. Således kan enkelte fibere ende opp med vesentlig strekkavlastning mens andre fibere kan få liten eller ingen strekkavlastning og det vil kreve innviklet og sensitivt utstyr for å sikre at den overskytende lengde av optisk fiber i denne løse slire opprettholdes i den ferdige kabel.

Det er mål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en optisk fiberkabel med strekkavlastning av de optiske fibere på en kontrollert og forutbestemt måte.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for å lage en optisk fiberkabel hvor en optisk fiber eller fiberbunt ligger inne i en metallisk hylse hvor fremgangsmåten innebefatter å mate fiberen eller fiberknippet inn i den metalliske hylse før hylsen lukkes og fremskaffe en temperatur-differensial mellom den slutt-ende kjerne og fiberen eller knippet hvor hylsen er varmere enn fiberen eller knippet for å fremskaffe minst 0,1% strekkavlastning.

For at oppfinnelsen lett skal forstås vil det bli henvist til de følgende tegninger hvor: Fig. 1 er et tverrsnitt av en optisk fiberkabel fremstilt i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser en luftgående jordingsledning fremstilt i sam-svar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse og, Fig. 3 viser skjematisk et produksjonsarrangement for å danne kabelene i følge fig. 1 eller fig. 2 i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Under referanse til fig. 1 består kabelen av et optisk fiberknippe bestående av en knippeforsterkning A laget av stålwire med høy strekkstyrke som kan om ønsket være dekket med kobber for å forbedre dens elektriske konduktivitet og belagt med et plastovertrekk Al. Rundt knippeforsterkning-en A ligger åtte enkle sekundære belagte optiske fibere B som holdes i et knippe med forsterkningsdelen A ved hjelp av en fiberknippetvinning C. Det foretrekkes et fibrøst "Kevlar" bånd som i den spesielle utførelsesform som er beskrevet har ca. 200 denier.

Fiberknippet ligger løst i en rørformig kjerne dannet av røret E som i foreliggende utførelsesform er av aluminium. Røret E har en enkel deling El ved hvilken det optiske fiberknippet innføres i røret før rørdelen lukkes. Rør-kjernen har en innvending kaliber D.

Det optiske fiberknippet og den sirkulære avstand mellom fiberknippet og den innvendige kaliber D av rørdelen E er impregnert og fylt med en vannblokkerende forbindelse.

Rundt kjernedelen E er et laminatforseglende belegg eller alternativt en tynn kobbertape F. Dette belegg eller tape er forseglet for å fremskaffe en hermetisk forsegling rundt de optiske fibere.

Rundt laget eller tapen F er det påført to lag med strekk-forsterkende elementer for kabelen G og H henholdsvis. Det første laget G består av et mindre antall av større stålwirere med høy strekkstyrke som i sammenfatning med et større antall ytre wirere med mindre diameter støtter kjernen og ligger an mot hverandre slik at det dannes en trykkresistent elektrisk konduktiv del med høy strekkstyrke som tilfører strekkstyrken som kabelen må ha. For en undersjøisk kabel kan dette være i størrelsesorden 18 tonn bruddstyrke.

Ekstrudert rundt utsiden av og direkte på det ytre lags styrkewirere er en polyetylenslire J som danner en elekrisk isolering mellom utsiden og enhver elektrisk strøm eller elektrisk signal som ved bruk av kabelen transporteres langs den ledende sentralkjerne E.

Fig. 2 viser i tverrsnitt en luftgående jordingsledning innebefattende optiske fibere.

Den har en langsgående forsterkning som består av et første lag stålwirere 13 med høy strekkstyrke anbragt rundt et delt aluminiumsrør 11 og dette er omgitt av en ytterligere elektrisk leder av tubulær konfigurasjon som består av et lag alumiumwirere 14 med større diameter.

Inne i aluminiumrøret 11 er et antall optiske fibere 10 som holdes sammen og støttes i et knippe av en "Keivar" tvinning ' 9 lignende den som er brukt i utføringsform ifølge fig. 1.

I begge kabeler beskrevet i fig. 1 og 2 er det viktig å innebefatte strekkavlastning til de optiske fibere fordi dette vil forlenge fiberenes livetid ved å redusere eller fjerne strekk-krefter fra fiberene og derved redusere eller eliminere stresskorrusjon og dette vil også øke den sikre belastning på kabelen iløpet av installasjon eller reparasjon ved å redusere det faktiske strekk som oppleves av fiberene.

Under referanse til fig. 3 er det vist skjematisk et arrangement for fremstilling av kabelene ifølge fig. 1 eller 2 og som innebefatter strekkavlastning.

Under referanse til fig. 3 lagres det optiske fiberknippe for kabelen i fig. 1 eller 2 på spole 20 og den metalliske "C"-seksjonsekstrusjon (E eller 11) lagres på spole 21. Fiberknippet kommer inn gjennom den åpne spalte i den ekstruderte "C"-seksjon ved et punkt de to komponentene kommer inn i en induksjonsovn 22. Dette varmer opp "C"-seksjonen til ca. lOO^C og lukkeruller og lukkefarging inkorporeres ved stasjon 23 for å lukke C-seksjons-spalten. Den lukkede "C"-seksjonen og fiberknippet 24 avkjøles så til romtemperatur og kan fortsette gjennom til første kordelloperasjon ("stranding operation") eller kan alternativt lagres temporært på en trommel. Pakke 24 kommer inn i en kordellmaskin 25 hvor første lag av wirere G eller 13 påføres rundt "C"-seksjonen. I tilfelle med en kabel av fig. 1 vil tapen eller båndet F påføres fra spolen Fl før første lag av forsterkninger legges på. Dette er vist ved F2 i fig. 3. Stasjon 25 påføres første lag wirere på konvensjonell måte og pakken 24 eller 24A med første lag wirere (G eller 13) fortsetter indikert av referansenr. 26 til andre kordellmaskin 27 hvor enten aluminiumslegerings-wirere 14 eller påført i tilfelle med kabel ifølge fig. 2 eller alternativt et andre lag av stålwirere H med høy strekkstyrke i tilfelle med kabelen ifølge fig. 1.

I tilfelle med kabelen ifølge fig. 1 påføres en etterfølg-ende ekstruksjon for polyetylenet J og en ytre panserbe-kledning K på konvensjonell måte. Ved å opprettholde et positivt temperaturdifferensial mellom den metalliske C- seksjon og fiberknippet danner påfølgende termisk sammen-trekning av metallet relativt til fiberene et overskudd av fiberlengde inne i den totale struktur. Faktisk kan, på grunn av differansen i koeffisienter av termisk ekspansjon mellom silica-glass og metaller (ca. 10 ^ og 10 ^ per grad C henholdsvis), begge enheter mates sammen ved den høye temperatur og etter hverandre, og strekkavlastning vil fremdeles erholdes ved lavere arbeidstemperatur eller romtemperatur. Imidlertid vil strekkavlastningseffekten være noe mindre enn ved å opprettholde en positiv temperatur-differensial ved stasjonene 22 og 23. Det er funnet at 0,1% avlastning er minimum som vil fremskaffe brukbar be-skyttelse av fiberen eller fiberene.

Betrakt foreksempel et aluminiumrør dannet rundt fiberene foreksempel i C-seksjonsrøret. Den termiske ekspansjons-koeffisient til aluminium er ca. 25 x 10 ^ per grad C.

En strekkavlastning på 0,25% kan oppnås ved å danne røret ved den ovenfor nevnte temperatur på 100^C over romtemperatur eller arbeidstemperatur.

I utførelsene beskrevet ovenfor virker aluminium C-seksjons-røret som "krympe"-delen og minkningen blir så effektivt "fiksert" ved påføring rundt C-seksjonsdelen av en del med høy strekkstyrke.

Siden fiberene ligger på den nøytrale akse av kabelen vil foreløpig lagring av C-delen på en trommel ikke i vesentlig grad innvirke på strekkavlastningen som allerede er oppnådd.

Det optiske fiberknippe i begge utførelsesformer har en pakket tvinning rundt seg og dette fremskaffer et begrenset termisk isoleringslag som hjelper til med å opprettholde et positivt temperaturdifferensial ved stasjonene 22 og 23 i fig. 3. Således oppnår det optiske fiberknippe, selvom det underkastes til en viss grad temperaturer av aluminiumsrør-et når det varmes i induksjonsovnen 22, likevel ikke

lOO^C på grunn av isoleringslaget.

En bedre termisk isolering kan fremskaffes ved å påføre det optiske fiberknippe silikongummi impregnering. Således under referanse til fig. 3 kan påføring av termisk isola-sjon indikert av den stiplede linje boks 30 impregnere knippet eller i tilfelle av en enkel fiber simpelten bekle fiberen med foreksempel silikongummi.

Selvom det ikke er vist i fig. 3 innebefatter stasjon 22 en injektor for injisering av et vannblokkerende materiale i "C"-seksjonen før lukning av denne for å hindre vann som kan trenge inn i C-seksjonen ved etødeleggelsespunkt under påfølgende bruk idet den trenger inn på langs i kabelens lengde. Denne vannblokkering kan være ved diskret inter-valler langs C-seksjonen. Fortrinnsvis har det vannblokkerende materiale en meget høy viskositet ved romarbeids-temperatur dvs. 10 millioner eps ved ca. 25^C men som er lett injiserbar ved lOO^C. Dette "limer" effektivt fiberknippet til C-seksjonsrøret men tillater relativ "kryping" over lengre perioder foreksempel dager. Det er funnet at disse egenskaper til det vannblokkerende materiale er viktige for å avlaste strekket på fiberen som ikke alltid kan være nøyaktig på kabelen nøytrale akse på grunn av slakk inne i kabelen.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en optisk fiberkabel hvor den optiske fiberkabel eller fiberknippet ligger inne i et metallisk rør, karakterisert ved at fremgangsmåten innebefatter å mate fiberen eller fiberknippet inn i det metalliske rør før røret forsegles og fremskaffe et temperatur-differensial mellom den sluttede kjerne av fiberen eller knippet hvor røret er varmere enn fiberen eller knippet for å fremskaffe minst 0,1% strekkavlastning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en strekkstyrkedel påføres rundt røret når røret er avkjølt til romtemperatur eller når temperaturen til styrkedelen er større enn den til røret.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at røret varmes under injeksjon av en vannblokkerende forbindelse i røret og oppvarming tilføres også ved et etterfølgende steg når røret er lukket.

4. Fremganngsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det påfølgende trinn består av et sett ruller som oppvarmes og en lukningsring som oppvarmes.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at røret er en C-seksj-on ekstruksjon som lukkes til et rør med sirkulært tverrsnitt.

6. Fremgangmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at røret er av aluminium.

7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at laget med styrke-tilførende wirere oppvarmes like før de legges opp over røret.

8. Fremgangmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at et isolerende lag ekstruderes over de styrketilførende wirere.

9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 7, karakterisert ved at et lag med høyled-ende metalliske wirere foreksempel av kobber eller aluminium legges over de styrkedannende wirere.

10. Fremgangsmåte for å lage en kabel i hovedsak som tidligere beskrevet under referanse til de medfølgende tegninger .

11. Kabel, karakterisert ved at den er fremstilt ved en fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav.