用于减少纤维光缆的缓冲管中过量纤维长度变化的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种用于在制造缓冲管期间减小和／或控制沿卷绕的纤维光缓冲管长度的过量纤维长度的变化的方法。本发明专利技术通过在制造缓冲管期间，改变任意数目的参数或改变这些参数的组合，以便获得沿卷绕的缓冲管的大致均匀的过量纤维长度。本发明专利技术方法中的一个实施例利用在卷绕期间单调地减小缓冲管的拉伸力或卷以拉力，并结合地把刚性－顺应衬垫放置在卷绕芯轴上，以便帮助在缓冲管内提供大致均匀的过量纤维长度，而另一个实施例利用单调增大的卷筒角速度，并结合地采用在卷绕芯轴上设置刚性－顺应衬垫。在另一个实施例中，在缓冲管的卷绕层中周期性地或连续地插入一衬垫，以便提供一吸收层，用于当缓冲管被卷绕时以及在完成卷绕后吸收缓冲管内存在的剩余应力，并结合地采用在缓冲管已被冷却（制造之后）之后，把缓冲管再卷绕到第二卷筒上，其中，衬垫在再卷绕过程中被除去。此外，本发明专利技术利用把层分开的刚性圆筒板把缓冲管分开。本发明专利技术方法还可以对上述步骤中的某些步骤或所有步骤进行组合，以便帮助获得沿卷绕的缓冲管的长度大致均匀的过量纤维长度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及光纤领域，具体地说，是涉及在缓冲管(buffertube)的整个长度上具有基本恒定的过量纤维长度(“EFL”)比的光纤缓冲管的制造。
技术介绍
光纤是极小直径的玻璃线束，能够在较大距离以高速度传输光学信号，并且与通常的电线或电缆(包括线缆)网络相比具有较低的信号损失。当前技术中光纤的使用已经发展至诸多广泛领域，例如医学、航空、电信等领域。绝大多数光纤应用场合需要将单根光纤设置成组，例如光纤缆。有多种方法制作和构造纤维光缆。一种最通用的纤维光缆制作方法是将大量光纤缓冲管设置在一个缆线衬圈中，各缓冲管在缆线衬圈中是具有大量单独的光纤或光纤带的分离管。缓冲管本身是中空管，通常由热塑性材料制成。当缆线结构使用大量缓冲管时，每个缓冲管包含大量光纤，使得制成光缆的质量极大地依赖于其所使用的部件特别是缓冲管的质量。单个缓冲管的质量可以受多种因素影响，用光纤制作缓冲管就是其中最为关键的因素之一。制作缓冲管的通常方法是将光纤置于管内来拉引管。然后将缓冲管缠绕在卷筒上并在室温下冷却。在此过程中将管卷绕(在拉引过程中)在一个坚硬或刚性的卷筒(由任何坚固材料制成，例如木材或钢材)上，并以恒定的拉引或牵引张力(在管本身上)用恒定的卷筒角速度进行拉引。然而，如果卷绕缓冲管时伴有恒定的管拉力和卷筒的恒定角速度，则结果使得缓冲管位于卷筒上时沿缓冲管的长度上产生残余应力的不均匀分布。在某些情况下，在将管从卷筒取下之后会剩余不均匀分布的EFL，从而对制成光缆的衰减产生负面影响。沿管长度方向的不均匀残余形变的主要成分或原因来自如下方面(1)沿卷绕缓冲管轴线的应力(周向应力)，它是距卷绕表面距离即当前半径的函数，以及(2)在横向上(即径向应力)一般从卷筒表面上的零值至卷绕表面上的最大值变化。应当指出，该问题不仅存在于光纤工业，而且也存在于任何其它需要延伸卷绕产品的工业。例如，同样问题存在于纸张、电缆、铝板等的制造。卷筒上这些不均匀应力导致卷绕材料的永久或残余形变，从而在管内和管内的光纤中产生残余应力。光纤中残余应力的产生在光纤缆和缓冲管的制造上是个非常严重的问题，会导致沿管长度上EFL的变化进而导致衰减问题。过量纤维长度(Excess Fiber Length，“EFL”)是一个影响光缆质量和性能的重要参数。EFL通常定义为实际单根纤维长度(定义为“LF”)与光纤由之而来的缓冲管的长度(定义为“LB”)之间的相对差，其中％EFL＝×100。EFL对于光缆的正常工作十分重要。通常，具有较小的正EFL是有利的。这意味着纤维长度大于光纤位于其中的缓冲管的长度。此添加长度使得缓冲管在其安装或使用过程中可以在拉力下延期拉伸，而不会在光纤上增加任何拉伸负载，这意味着对于一定程度的拉伸负载，可以由加强杆或带来承载负载，而不涉及光纤。然而，重要的是EFL不应太大，并且在缓冲管的整个长度上具有相当均匀的分布。若整个缓冲管长度上的EFL分布是不均匀的，则会对光缆整体的工作和效率产生负面影响。通过测试，已经发现根据现有技术方法缠绕的缓冲管中EFL的测量值产生的缓冲管表现出具有斜抛物线形状的EFL分布。这画在图1中，图1表示在根据现有技术方法缠绕的缓冲管中典型EFL分布的图示。如图所示，EFL曲线1为制造后典型的缓冲管长度。图的左侧表示在管制造早期阶段的EFL(即卷筒上管的开始部分)。EFL曲线左侧的快速或急剧的变化发生在开始将管缠绕在卷筒上时的管长度上。曲线的其余部分表明EFL在管长度中心附近的某个点处呈现最大值，然后向管线圈的末端附近逐渐变细。对于长缓冲管(大约10km长)以及拉引卷筒具有较小芯径(约100mm)的情况，这是一个显著的问题。当抛物线变化太大时，光缆长度中央附近的光纤衰减会很显著，从而使光缆丧失作用。制造缓冲管的现有技术方法的另一个问题在于缘于不均匀的EFL分布对制造过程线速度的限制作用。随着线速度的增加，EFL的分布问题变得更加显著。因此，为了避免这些问题，将制造速度加以限制以防止显著的EFL问题。
技术实现思路
本专利技术旨在消除或大幅降低采用现有技术方法制造缓冲管和光纤时的上述问题的影响。本专利技术或者单独或者组合地利用制造工艺或设备的大量的不同参数或物理特性，提供沿制得缓冲管整个长度的基本均匀的EFL分布。在本专利技术的第一实施例中，在将制得的缓冲管加以缠绕之前，将一个具有顺应刚性(compliant stiffness)的垫片设置在拉引卷筒的芯部，并且在拉引时管的拉引张力根据一个设定函数单调递减，以确保沿缓冲管整个长度的均匀EFL分布。尽管应当理解本专利技术可以提供均匀的EFL分布而不用顺应刚性垫片，但是将其使用在优选实施例中以提供缓冲管初始层的应力释放，位于最靠近芯部的位置。在本专利技术的第二实施例中，通过组合采用在卷筒芯部上的刚性顺应垫片，同时在卷绕缓冲管的过程中改变拉引卷筒的角速度，实现了基本均匀的EFL分布。类似于第一实施例，改变拉引卷筒的速度同时结合以刚性顺应垫片，用以提供在管的整个长度上基本均匀的应力和应变分布，从而实现基本均匀的EFL分布。与第一实施例中一样，应当理解可以仅采用拉引卷筒的角速度的变化来提供均匀的EFL分布，但是在该优选实施例中采用了其组合。在本专利技术的第三实施例中，在整个卷绕的缓冲管上，以及在卷筒芯部上，将刚性顺应垫片以间隔设置于管线圈层之间。间隔地采用这些垫片使得管和光纤中的过度应力和应变可以吸收在垫片中。在该实施例中优选采用刚性顺应垫片结合以改变拉引力或卷筒的角速度，如同前面两个实施例中所讨论的。另外，在该实施例中，可以将垫片设置在每个线圈之间或者以规则间隔设置在管线圈中。另外，该实施例可以与卷筒芯部上的刚性顺应垫片一起使用，如上所述。优选在该实施例中将管在初始卷绕步骤之后再次卷绕，并且使管冷却至室温以助于实现更加均匀的EFL分布。再次卷绕步骤可以用于任一上述实施例中。在第四实施例中，用刚性的优选为金属或复合圆筒形嵌板对各层进行分离，以便分离各层从而“切断”从上层复合来的应力。嵌板可以具有狭缝以允许管连续至下一层级上。应当指出，尽管上述实施例可以单独采用以获得基本均匀的EFL分布，但是应当理解也可以采用这些实施例的任意组合或其部分，而不会改变本专利技术的范围或精神。例如，可以将单调递减拉引张力结合以改变卷筒角速度和采用刚性顺应垫片或者在卷筒线圈中的刚性圆筒形隔离器，以实现均匀的EFL分布。附图说明本专利技术的优点、特性和各种其它特点在考虑了附图中示意给出的本专利技术例示实施例之后将表现得更加充分。附图中图1为EFL沿缓冲管长度方向的典型抛物线残余分布的曲线图；图2为EFL沿现有技术缓冲管长度方向的残余分布的曲线图以及根据本专利技术制作的缓冲管的分布；图3为缓冲管制造设备的示意图；图4A为本专利技术研制过程中用在分析模型中的厚壁圆筒的示意图；图4B为图4A中所示厚壁圆筒的单个模型元件的示意图；图4C为图4B中所示元件的边界条件的示意图；图5A-1为图4A所示的厚壁圆筒对于10和50缓冲圈的周向应力沿卷筒半径的分布曲线图；图5A-2为图4A所示厚壁圆筒的对于10和50缓冲圈的径向应力沿卷筒半径的分布曲线图；图5A-3为图4A所示厚壁圆筒的对于10和50缓冲圈的周向和径向应力沿卷筒半径的分布曲线图；图5B-1为对于具有4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于把材料卷绕到卷筒上的方法，包括：把一缓冲衬垫放置到所述卷筒的芯轴外表面上；在向所述材料施加一拉伸力的同时把所述材料卷绕到所述缓冲衬垫上；随着所述材料被卷绕到所述的卷筒和所述的缓冲衬垫上，使所述的拉伸力呈函数变化。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯V奈奇泰罗，迪安J拉塔兹，迈克罗斯，马修索里斯，
申请(专利权)人：阿尔卡塔尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]