带状光纤光缆结构设计

带状光纤光缆结构设计

1 带状光纤光缆的结构类型

目前流行的带状光缆结构类型类同于非带状光缆的类型，分为：骨架式、中心管式和松套层绞式（包括古典层绞和SZ绞式）三大类。区别是：带状光缆的松套内式光纤带，而非带状光缆松套内是光纤束。

2 松套管中带状光纤余长设计

带状光纤松套过程是中心管式和松套层绞式带状光缆生产中一个十分重要的工艺过程。

不管什么结构型式的光缆，光缆中的光纤总是要有一定余长的。

带状光纤的中心管式光缆和松套绞合式光缆中光纤余长的获取方法，完全类似于非带状光缆中光纤余长的获取方法。即：中心管式光缆中光纤余长主要靠松套管中光纤余长来获得，而松套绞合式光缆中光纤余长主要靠松套管绞合（成缆）时的绞合节距来获得。

带状光纤松套时，是几条光纤带叠在一起放入松套管中，成叠的光纤带其横截面为主矩形，当光纤带在松套管中存在余长时，根据光纤带放入管中的方式不同，成叠光纤带在松套管中将呈正弦分布或螺旋分布。

下面推导松套管中成叠光纤带余长、光纤带在松套（直）管中的弯曲半径、松套管内半径、光纤带横截面宽度和厚度以及成叠光纤带条数之间的关系：

①正弦分布

正弦分布时，松套管中光纤带的余长（εs）和弯曲半径（ρs）的计算公式为：

εs = {（1＋k2）1/2〔1－(（k/（1＋k2）1/2）)2/4〕－1}×100% (1)

ρs = P s2/4π2R e = R e/ k2 (2)

上二式中，k = 2πR e/ P s ；

P s—成叠光纤带在松套管中正弦分布时的节距；

R e—成叠光纤带能在松套管中径向移动的距离（又称间隙）的一半。

由成叠光纤带在松套管中的几何关系可求得：

R e =（R2–W2/4）1/2 - nt/2 (3)

其中，R —松套管内半径；

W —光纤带宽度；

t—光纤带厚度；

n —成叠光纤带条数。

当εs不用百分数表示，并在k«1的条件下，将式（1）简化，可得：

K2 = 2εs2＋4εs≈ 4εs (4)

将式（4）代入式（2），得：

ρs = R e / 4εs (5)

将式（3）代入式（5），可解得松套管内半径R：

R =〔（4εsρs＋nt /2）2＋W2/4〕1/2 (6)

式（6）在设计带状光缆时常用到，是个重要的公式。为进一步理解式（6）的物理意义，举例说明。

例：设带状光纤的宽度W=1.3mm；带纤厚度t=0.3mm；4条叠在一起（即n=4）；要求最小弯曲半径ρs=100mm；要求获得余长εs=0.003。

则：由式（6）可计算出松套管内半径R=1.91 mm，即可满足以上要求。

②螺旋分布

螺旋分布时，松套管中光纤带的余长（εh）和弯曲半径（ρh）的计算公式为：

εh ={〔1＋（2πR e/P h）2〕1/2－1}×100% (7)

ρh = R e〔1＋（P h /2πR e）2〕 (8)

上二式中，P h—成叠光纤带在松套管中螺旋分布时的节距；

R e—成叠光纤带的螺旋半径，R e的计算见式（3）。

当εh不用百分数表示时，式（7）和式（8）消除P h后可得：

（εh＋1）2 =ρh/（ρh－R e） (9)

将式（3）代入式（9），可解得松套管内半径R：

R ={〔（（ε

h ＋1）2（ρh＋nt /2）－ρh）/（ε

h

＋1）2〕2＋W2/4}1/2

(10)

式（10）在设计带状光缆时常用到，是个重要的公式。为进一步理解式（10）的物理意义，举例说明。

例：带状光缆的几何参数、最小弯曲半径及余长要求同前例。

由式（10）计算得R=1.36 mm。

3 对带状光缆结构设计的讨论

①带状光缆结构设计中一个重要的问题是光纤带在缆中的余长，而在骨架式、中心管式和松套绞合式三种类型的带状光缆中，光纤带余长的获取是不同的。

对骨架式带状光缆，光纤带在缆中的余长是靠成叠带状光纤“松松”地放入螺旋的骨架槽道中，由槽道的绞合节距来获得。（注：“松松”放入很关键，若紧挨着骨架槽底堆放是不可能获得有用的余长的）

对中心管式带状光缆，其缆中光纤带余长是靠光纤带松套工艺过程获得，后续工艺过程不会再增加光纤带在缆中的余长。

对松套绞合式带状光缆，只要成叠光纤带在松套时不成负余长，调节（成缆）绞合节距一定可以获得希望的余长。

②对中心管式带状光缆，其缆中光纤带余长计算公式为式（6）和式（10）。在设计时应特别注意：从前面例子可看出，对同样规格的带状光缆，当成叠的光纤带条数相同时，要想保持光纤带在缆中相同的弯曲半径和获得相同的光纤带余长，松套管的内半径是不相等的。

③对松套绞合式带状光缆，由于缆中光纤带余长主要靠松套管围绕中心加强件绞合时的节距获得，而松套中光纤带余长很小（但不能出现负余长）。这时，在规格和条数相同的光纤带情况下，由式（6）和式（10）两种不同分布状态的光纤带余长计算公式算出来的松套管内半径差别不大。因此，在考虑减小光缆直径时，就不必考虑光纤带在松套管中呈两种不同状态分布所导致的松套管直径的差别了。

④由于松套绞合式带状光缆在松套管绞合（成缆）时，会在不断改变成叠光纤带内、外层相对于中心加强件的方位，所以，即使松套时成叠光纤带不在管内作螺旋（绞合）分布，光缆弯曲时，缆中光纤带也将受到均匀化的应变。因此提出一种松套管中光纤带不预绞的绞合式带状光缆设计方案。