光缆中光纤余长的控制

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1、光缆中光纤余长的控制光纤余长是影响光缆性能的重要因素之一,如何在成品光缆中实现希望的光纤余长是光缆生产者十分关心的问题。1光缆中光纤的余长光缆中光纤余长有两种含义a.是光纤相对松套管的长度差与松套管长度的百分比率,这是一般习惯所说的余长。其计算公式为:ε=(Lf-Lt)/Lt×100%式中,ε—光纤余长;Lf—光纤长度;Lt—松套管长度。b.在松套层绞式光缆中,光纤占松套管中心位置时的长度与占松套管最内侧位置时的长度之差与占松套管中心位置时长度的百分比率,这常称为无应力窗口余长。其计算公式为:ε

2、=2π2DR0(1-R0/D)/(π2D2+P2)式中,ε—光纤余长;D—光缆缆芯直径;R0—松套管等效内半径,其值为:R0=R-1.16n1/2d/2其中,R—松套管内半径;n—松套管内光纤数目;d—光纤直径。P—成缆节距。通常说的光纤余长是指第一种余长含义。本文所述余长也是指第一种余长含义。1.1松套层绞式光缆的光纤余长当光缆受到拉力或环境温度变化时,光缆长度会产生伸长或压缩的形变。当光缆伸长时,光缆中各元件均会拉伸变长。由于光纤是按螺旋状绞合在光缆加强芯外面,当光缆伸长时光纤的绞合节距会变

3、大,绞合半径会变小,光纤向光缆加强芯靠近,从而提供适应光缆伸长的长度,使光纤不遭受拉力。当光缆伸长过大时,光纤紧贴在松套管内壁上,这时光纤受到拉力,同时受到松套管内壁对其产生的侧压力而产生微弯曲。当温度变化光缆收缩时,光纤绞合节距会变小,绞合半径会变大,光纤离开光缆加强芯,不会受力。当光缆收缩过大时,光纤也会紧贴松套管内壁,受到松套管内壁侧压力而产生微弯曲。众所周知,光纤长期遭受拉力或弯曲应力会使光纤的使用寿命缩短,微弯曲会使光纤的衰减增大。一般情况下,光缆设计者将20℃定为标准温度,并将此温度

4、下的光纤设定在绞合式光缆松套管中心,即光纤与松套管等长。光纤余长计算方法举例:设光缆中心加强元件为不锈钢丝,其外径为D中=2.5mm;松套管为PBT管,其外径为D管外=1.5mm,内径为D管内=1.0mm;光纤的外径为D纤=0.25mm;20℃时松套管的绞合节距设为L节=0.25mm。①光缆极限伸长率和极限压缩率的计算光纤位于松套管中心位置(R1处)时,一个绞合节距的光纤长度L1为:L1=〔(2πR1)2+L节12〕1/2式中,R1—光纤位于松套管中心位置时,光纤距光缆中心轴的距离。R1=R中+

5、R管外其中,R中—光缆中心加强件半径;R管外—松套管外半径。当光纤刚好接触松套管内壁位于距光缆中心加强件最远的位置(R2处)时,设绞合节距为L节2,此时一个绞合节距的光纤长度L2为:L2=〔(2πR2)2+L节22〕1/2式中,R2—光纤刚好接触松套管内壁,光纤距光缆中心轴最远的距离。R2=R中+R管外+R管内其中,R管内—松套管内半径。因为,L1=L2所以,L节22=4π2(R12+R22)+L节12此时,光缆的收视率ε缆-为:ε缆-=(L节1-L节2)/L节1=1-〔4π2(R12-R22)

6、/L节12+1〕1/2=1-{1+2π2(R12-R22)/L节12-〔4π2(R12-R22)/L节12〕2/8……}由于〔4π2(R12-R22)/L节12〕2/8……数值很小,可忽略不计,因此得光缆的极限收视率为:ε缆-=2π2(R12-R22)/L节12…………………(1)同理,当光纤刚好接触松套管内壁位于距光缆中心加强件最近的位置(R3处)时,光缆的伸长率ε缆+为:ε缆+=2π2(R12-R32)/L节12…………………(2)式中,R3—光纤刚好接触松套管内壁,光纤距光缆中心轴最近的距

7、离。R3=R中+Δ管其中,Δ管—松套管壁厚。将例中设定数值代入式(1)和式(2),即可计算出该光缆的极限收缩率和极限伸长率:ε缆-=2π2(22-2.3752)/802=-0.506%ε缆+=2π2(22-1.6252)/802=0.419%②光缆使用温度范围(设-40℃~+60℃)内的伸长率和收缩率计算光缆中主要材料的线膨胀系数和杨氏模量如下表示:材料名称线胀系数1/℃杨氏模量GPa二氧化硅铝钢聚乙烯PBT3001FRTB芳纶0.6×10-625.5×10-611.7×10-6≈200×10-

8、670×10-620×10-6-2×10-67070190~200≈1~22.66115光缆的线胀系数:α=∑αiAiEi/∑AiEi式中,αi—光缆中各元件的线胀系数;Ai—光缆中各元件的杨氏模量;Ai—光缆中各元件相应的截面积。在60℃时,光缆的伸长率为:ε60=α(60-20)在-40℃时,光缆的收缩率为:ε-40=α〔(-40)-20〕前例中,为了简化问题,设光缆的线膨胀系数为钢丝线胀系数的2倍,即:α缆=2×11.7×10-6/℃=23.4×10-6/℃则:ε60=23.4×10-6(

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