CN100472262C - 具有干式嵌入物的光管组件 - Google Patents

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Abstract

一种具有至少一个光波导管、至少一干式嵌入物(14)、以及套管的光管组件。在一个实施方式中，干式嵌入物具有用粘结剂粘接在一起的第一层和第二层。干式嵌入物还包括具有约600微米或更小的平均颗粒尺寸的多个颗粒，所述颗粒用于限制微弯曲。第一层是具有平均单元尺寸为约1000微米或更小的聚氨脂泡沫并且第二层是遇水膨胀层。干式嵌入物设置在套管内并且通常包围至少一根光波导管，并且套管组件可以是部分光缆。

Description

具有干式嵌入物的光管组件
相关申请
本申请是2004年5月18日递交的美国申请第No.10/847,807号的部分接续申请(CIP)，所述美国申请第No.10/847,807号是2003年9月12日递交的美国申请第No.10/661,204号的部分接续申请，所述美国申请第No.10/661,204号是2002年12月19日递交的美国申请第No.10/326,022号的部分接续申请，上述公开的申请在此全部结合进来以作参考。
技术领域
本发明一般涉及一种光波导管的干式包装。更具体的，本发明涉及包括用于保护至少一根光波导管的至少一个干式嵌入物(dry insert)的光管组件。
背景技术
光缆包括光波导管，例如传送例如声音、视频和/或数据信息的光学信号的光纤。一种光缆构造包括设置在套管内的光波导管，从而形成套管组件。通常，套管保护光波导管；然而，必须在套管内进一步保护光波导管。例如，光波导管应当具有在光波导管和套管之间的一定的相对移动以适应弯曲。在另一方面，光波导管应当充分地与套管结合，从而当例如施加拉力以安装电缆时限制光波导管在套管内移位。另外，套管组件应当限制水移动到其中。此外，套管组件应当能够在一定温度范围内工作而没有不适当的光学性能降级。
传统光管组件通过将套管填充有例如油脂的触变材料来满足这些要求。触变材料通常允许在光波导管和套管之间的充分移动、缓冲和光波导管的结合。另外，触变材料可以有效地阻挡套管内水的移动。然而，触变材料在光波导管的连接前必须从光波导管中清除。从光波导管清除触变材料是脏的和耗时的过程。另外，触变材料的粘性通常取决于温度。由于粘性的变化，触变材料在相对较高的温度下可能从套管的端部滴落，而触变材料在相对较低的温度下可能导致光衰减。
电缆设计已经试图从套管中去除触变材料，但是设计通常是不充分的，因为它们没有满足所有要求和/或制造起来很昂贵。从套管去除触变材料的一个例子是美国专利申请第4,909,592号，其中公开了具有设置在其中的传统的遇水膨胀带和/或细纱的套管。例如，传统的遇水膨胀带典型地由在其间夹有遇水膨胀粉末的两个薄的无纺层(non-woven layers)组成，从而形成不能填充缓冲管内部空间的相对薄的带。因此，传统的遇水膨胀带由于未填充的空间而不能提供光波导管的充分的结合。另外，空间允许套管内的水沿套管移动，而不是被包含在传统的遇水膨胀带中。因而，该设计需要套管内的大量遇水膨胀部件，用于充分地将光纤与套管结合。此外，在缓冲管内使用大量的遇水膨胀部件是不经济的，因为这样增加了制造复杂性以及电缆的成本。
从光缆去除触变材料的另一个例子是美国专利第6,278,826号，其中公开了水分含量大于零并且装载有超强吸收聚合物的泡沫。泡沫的水分含量被描述作为改进泡沫的阻燃特性。同样地，该设计的泡沫是相对较贵的并且增加了电缆的成本。
附图说明
图1示出了根据本发明的套管组件的截面图。
图1a示出了根据本发明的另一套管组件的截面图。
图2示出了图1的套管组件的干式嵌入物的截面图。
图2a示出了根据本发明的三种不同的干式嵌入物的压缩曲线。
图2b-2d示出了应用到图2的干式嵌入物的粘结剂/胶的不同结构。
图3示出了各种套管结构的光学带拔出力的柱状图。
图4示出了根据本发明的生产线的示意性图。
图5示出了根据本发明的一个实施方式的光缆的截面图。
图6示出了与各种电缆结构相关的光学带结合力的图。
图7示出了根据本发明的原理的另一干式嵌入物的透视图。
图8示出了根据本发明的原理的另一干式嵌入物的截面图。
图9示出了根据本发明的原理的另一干式嵌入物的透视图。
图10示出了根据本发明的原理的另一干式嵌入物的透视图。
图11示出了具有传统的油脂填充套管组件的光缆的截面图。
图12示出了具有传统的干式套管组件的光缆的截面图。
图13示出了根据本发明的具有护面层(armor layer)的光缆的截面图。
图14示出了根据本发明的无套管的(tubeless)光缆的截面图。
图15示出了根据本发明的具有绞合套管的光缆的截面图。
图16和17示出了根据本发明的无套管的光缆的截面图。
具体实施方式
下面参照示出了本发明的优选实施方式的附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以包括在许多不同形式中并且不应当被理解为限制于此处描述的实施方式；当然，提供这些实施方式从而本公开将全面地将本发明的范围传达给本领域技术人员。附图不一定是按比例绘制的，但是设计用来清楚地说明本发明。
图1所示是根据本发明的一个方案的示例性套管组件10。套管组件10包括至少一根光波导管12，至少一个干式嵌入物14，以及套管18。在该情况下，至少一根光波导管12为带13的堆叠的形式，堆叠具有跨接堆叠的角的对角线D。干式嵌入物14通常包围至少一根光波导管12并且形成设置在套管18内的芯15。干式嵌入物14起到例如缓冲、结合、限制水的移动以及适应弯曲的功能。干式嵌入物14因为光波导管从中容易地被去除，而不留下连接前需要清除的残渣或膜而具有优点。另外，与传统触变材料不同，干式嵌入物14不随温度变化而改变粘性，也不具有在高温下从套管端部滴落的倾向。此外，套管组件10可以包括例如聚酯滚边线17的其他合适部件，以将干式嵌入物14固定在光波导管12的周围。同样地，两根或更多细丝可以缝合在一起，用于将干式嵌入物14在突出套管18周围之前固定在一起。图1a示出了作为套管组件10的变型的套管组件10’。具体地，套管组件10’包括多根松散的光波导管12，以取代带13的堆叠。在该情况下，套管组件10’包括具有对角线尺寸D的24根松散的光波导管12，但是可以使用任何合适数量的光波导管。另外，光波导管12可以用粘合剂、遇水膨胀线、带、卷或其他合适材料捆绑成一组或多组。此外，套管组件10或10’可以是图5所示的电缆的一部分。另外，根据本发明的干式嵌入物14可以与无套管电缆设计一起使用。
如图所示，光波导管12是形成一部分光纤带的光纤。在该情况下，光波导管是呈形成带堆叠13的带形式的多根单模式光纤。带堆叠13可以包括螺旋或S-Z束。另外，可以使用其他类型或结构的光波导管。例如，光波导管12可以是多模式、纯模式、掺杂铒的、保偏光纤、其它适用类型的光波导管、和/或其组合。另外，光波导管12可以是松散的或成束的。各光波导管12可以包括硅基芯，其可以工作以传输光学信号并且可以被具有比芯低的折射率的硅基包层包围。另外，一个或多个涂层可以应用到光波导管12。例如，软的主涂层包围包层，并且相对较硬的副涂层包围主涂层。在一个实施方式中，一个或多个光波导管12包括在2003年7月18日提交的美国专利申请第10/632,219号中公开的涂层系统，所述公开在此结合进来以作参考。光波导管12还可以包括例如墨水或其他合适的识别标记的识别部件。当然，光波导管还可以包括密封的缓冲层。合适的光纤可以从纽约Corning Incorporated(康宁集团)的Corning公司商业获得。
在其他实施方式中，带堆叠13可以具有含有预定MAC数量的角部的光波导管(corner optical waveguide)12a，从而当角部的光波导管经受压缩力时限制角部的光波导管的光学衰减。换句话说，选择具有预定MAC数量的角部的光波导管将对于由压力引起的光学衰减较不敏感的光波导管放置在经受较高压力水平的带堆叠位置。如在此使用的，MAC数量计算为模场直径(MFD)除以给定的光波导管12a的截止波长，其中两个数量以微米表示从而MAC数量是无量纲的。换句话说，MFD典型地以微米表示，并且截止波长典型地以纳米表示，所以截止波长必须除以1000以将其转换为微米，从而产生无量纲的MAC数量。
在一个实施方式中，一根或多根角部的光波导管12a具有预定的MAC数量。具体地，MAC数量是约7.35或更少，更优选地是约7.00或更少，并且最优选地是约6.85或更少。作为例子，角部的光波导管12a选择具有9.11μm或更少的MFD以及1240nm或更多的截止波长，从而产生7.35或更少的MAC数量。通常，MAC数量与MFD成正比并且与截止波长成反比。带堆叠13具有四根角部的光波导管12a；然而，其他带堆叠结构可以包括更多的角部位置。例如，具有普通加号形状的带堆叠包括八个转角。同样地，其他带堆叠结构可以具有其他数量的角部位置。
另外，本发明的带实施方式可以具有正过量带长度(excess ribbon length，ERL)，虽然负过量带长度也是可以的。如此处使用的，ERL定义为特定带的长度减去包含带的套管或电缆的长度再除以包含带的套管或电缆的长度，其通过乘以100可以表示为百分比的形式。是否使用套管长度或电缆长度来计算ERL取决于具体结构。另外，个别的电缆带可以具有不同的ERL值。作为例子，电缆的带具有正的ERL，优选地正ERL的范围在约0.0％至约0.2％或更大。同样地，具有松散或成束的光纤的实施方式可以包括正的过量光纤长度(EFL)。
图2示出了根据本发明的示例性干式嵌入物14的截面图。干式嵌入物14由在制造期间能够从连续应用的卷中释放的一种或多种伸长材料形成。干式嵌入物14可以由能够执行不同功能的多层(图2)形成；然而，干式嵌入物14(图2a)也可以是例如可压缩的毡制材料(felt material)的单层。干式嵌入物14缓冲来自套管18的光波导管12，从而在1310nm的基准波长下将光波导管12的光学衰减保持在约0.4dB/km以下以及在1550nm和1625nm的基准波长下保持在0.3dB/km以下，分别对于这两种波长来说，光学衰减更优的为0.35/0.25。在一个实施方式中，干式嵌入物14由两个独立层形成。例如，图2示出了是可压缩层的干式嵌入物14的第一层14a和为遇水膨胀层的第二层14b。在该情况下，第一层14a由具有预定弹性常数的用于提供充分结合特性的可压缩材料形成。作为例子，第一层是泡沫带，优选地是开孔泡沫带(opencell foam tape)。然而，可以使用任何合适的可压缩材料，例如闭孔泡沫带。如图2所示，第二层14b可以具有任意合适的结构并且在一个优选实施方式中是具有一个或多个部件的合适的遇水膨胀带。例如，遇水膨胀带可以具有由图2的两个不同的圈形详细图示出的不同结构，但是通常包括例如具有多个遇水膨胀颗粒14e的无纺带14f的至少一条带。然而，干式嵌入物14可以具有由一种或多种材料形成的其他类型的颗粒。
第一层14a和第二层14b优选地用粘结剂14d粘接在一起，从而需要约5牛顿或更多的力来分离各层。粘结剂14d可以在制造中喷射到一层或两层上，从而产生限制粘结剂形成聚集的精细薄雾；然而，其他合适的涂敷方法也是可以的。但是，粘结剂可以具有涂敷到一层或多层的例如粉末的其他形式。不管使用什么形式的粘结剂，当干式嵌入物放置在光波导管周围时不应当产生升高的衰减水平。同样，遇水膨胀颗粒或例如粘结剂的聚结颗粒和/或遇水膨胀颗粒不应当引起微弯曲。换句话说，粘结剂14d或例如粘结剂和遇水膨胀粉末的聚结材料的平均颗粒尺寸应当相对小，例如600微米或更少，优选地是约450微米或更少，并且最优选地是约300微米或更少，从而如果颗粒通过干式嵌入物14的部分向光波导管挤压，其不会引起微弯曲水平的升高。如此处使用的，平均颗粒尺寸是指在干式嵌入物14中使用的一种或多种材料的颗粒。
如图2中右边的圈形详细图所示，第二层14b是具有在两个无纺带状材料14f之间设置的遇水膨胀颗粒14e的遇水膨胀带，所述遇水膨胀带由粘结剂14d粘接到第一层14a。这种结构因为在第一层14a和遇水膨胀颗粒14e之间有用作缓冲的无纺带限制颗粒引起微弯曲。优选地，遇水膨胀粉末的平均颗粒尺寸应当相对小，例如600微米或更少，优选地是约450微米或更少，并且最优选地是约300微米或更少，从而如果遇水膨胀颗粒通过干式嵌入物14的部分向光波导管挤压，其不会引起微弯曲水平的升高。第二层14b可以具有例如在图2的左边圈形详细图中示出的其他结构。具体地，该实施方式示出了粘接到单个无纺带14f的一侧的遇水膨胀颗粒14e，该单个无纺带14f随后粘接到可压缩的第一层14a从而在第一和第二层之间设置遇水膨胀颗粒14e，而没有设置缓冲层。在该结构中，粘结剂14f用来粘接遇水膨胀颗粒14e并且用来将干式嵌入物14的第一和第二层14a、14b粘接在一起。然而，干式嵌入物14的这种结构通常导致由粘结剂和遇水膨胀颗粒形成的聚结材料的较大的平均颗粒尺寸。换句话说，在所有其他条件一样的情况下，该干式嵌入物结构中的平均颗粒尺寸通常较大，因为其与单独的遇水膨胀颗粒相比产生了聚结颗粒。因此，如果平均颗粒尺寸变得太大，可能导致升高的微弯曲。所以在该结构中，聚结或复合颗粒的平均颗粒尺寸应当在与上述相同的范围内，以用于限制微弯曲。
同样，干式嵌入物14的内表面不应当引起升高的微弯曲水平。因而，在优选实施方式中，接触光波导管的层的表面应当具有相对光滑的表面。例如，如果泡沫用作干式嵌入物14的第一层14a，泡沫的平均单元尺寸优选地是约1000微米或更少，并且更优选地是约700微米或更少，从而产生相对光滑的表面。另外，泡沫可以具有不同尺寸的单元的层，例如远离光波导管的较大单元和靠近接触光波导管的泡沫表面的较小单元。其他变型包括用于使泡沫层表面光滑的表面处理。表面处理包括加热以使表面光滑或用合适材料填充单元。另外，例如泡沫的第一层14a缓冲干式嵌入物14的遇水膨胀颗粒和/或粘结剂以避免引起微弯曲。
在一个实施方式中，第一层是开放单元聚氨酯(PU)泡沫带。PU泡沫带可以是醚基PU或酯基PU，但是可以使用其他合适的泡沫带可压缩层，例如聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、或EVA泡沫。然而，优选实施方式使用醚基泡沫带，因为当经受湿气时其比酯基PU泡沫的性能好。换句话说，酯基PU泡沫因湿气而分解，而醚基PU泡沫通常因使其而更坚固。另外，泡沫层具有通常在约1lb/ft3到约3lb/ft3范围内的预定密度，但是在优选实施方式中密度时约2lb/ft3。干式嵌入物14还具有预定极限抗张强度以在制造中限制断裂。通常，有了具有可压缩层和遇水膨胀层的干式嵌入物，由遇水膨胀层来提供抗张强度的主要部分。干式嵌入物的极限抗张强度优选地是约20牛顿每干式嵌入物14的厘米宽度W或更大，更优选地是约30牛顿每干式嵌入物14的厘米宽度W或更大。
干式嵌入物14优选地具有遇水膨胀速度，从而遇水膨胀物质的主要膨胀高度在暴露于水中约120秒或更少内发生，更优选地是约90秒或更少。另外，干式嵌入物14在未限制的膨胀状态下优选地对于蒸馏水具有约18mm的最大膨胀高度以及对于5％离子水溶液，即，盐水具有约8mm的最大膨胀高度；然而，可以使用具有其他合适的最大膨胀高度的干式嵌入物。优选地，套管组件的结构具有约3或更高的遇水膨胀比，更优选地是约5或更高，并且最优选的是约7或更高。遇水膨胀比定义为干式嵌入物的未限制的横截面的膨胀状态面积除以套管组件中的自由空间。套管组件的自由空间定义为套管的内径的面积减去光波导管占据的面积。例如，如果干式嵌入物具有50mm2的未限制横截面的膨胀状态面积并且套管具有10mm2的自由空间，那么膨胀比是5。
干式嵌入物14可以在组装时被压缩从而其提供限制光波导管12沿套管18容易地纵向移位的预定法向力。干式嵌入物14优选地具有约5mm或更少的未压缩高度h以用于最小化套管直径和/或电缆直径；然而，任何合适高度h可以用于干式嵌入物14。另外，干式嵌入物14的高度h不需要在整个宽度上恒定，而是可以改变，从而符合光波导管的截面形状并且提供增强的缓冲以改进光学性能(图10)。第二层14b是例如限制套管18内的水的侵入的带的遇水膨胀层。
干式嵌入物14的压缩实际上是干式嵌入物14的局部最大压缩。在图1的情况中，干式嵌入物14的局部最大压缩发生在横跨直径的带堆叠的角部。计算图1中干式嵌入物14的压缩百分比需要知道套管18的内径、带堆叠的对角线D的尺寸、以及干式嵌入物14的未压缩高度h。作为例子，套管18的内径是7.1mm，带堆叠的对角线D是5.1mm，并且横跨直径的干式嵌入物14的未压缩高度h是3.0mm(2乘以1.5mm)。对角线D(5.1mm)和横跨直径的干式嵌入物14的未压缩高度h(3.0mm)相加得到8.1mm的未压缩尺寸。当将带堆叠和干式嵌入物14放置到具有7.1mm的内径的套管18内时，干式嵌入物被压缩总共1mm(8.1mm—7.1mm)。因而，干式嵌入物14横跨套管18的直径被压缩约百分之三十。
图2a示出了三种不同的干式嵌入物14的示例性压缩曲线200、202和204。具体地，曲线200和202代表分别具有可压缩开放单元醚基PU泡沫层和遇水膨胀层的两种不同的干式嵌入物。曲线200和202分别代表具有约1.5mm和约1.8mm的高度干式嵌入物。另一方面，曲线204代表具有高度为约1.8mm的可压缩开放单元酯基PU泡沫层和遇水膨胀层的干式嵌入物。通过将干式嵌入物样本放置在具有约2.2英寸的直径的两个圆形板之间同时使用拉力测定机器测量压缩样本所需的力产生压缩曲线。
如图所示，所有三种干式嵌入物14的压缩曲线通常在压缩范围内是非线性的。但是通常来讲，压缩曲线200、202和204通常具有高达约0.70mm的线性压缩。在一个实施方式中，干式嵌入物14在约10牛顿的力下，具有约1.0mm或更小的压缩。通常，当遇水膨胀层是相对未压缩时，泡沫层被压缩。
在其他实施方式中，干式嵌入物14的第一层14a在套管组件10中未压缩，但是如果光波导管移动则开始压缩。其他变型包括将部分干式嵌入物14粘接、粘结到套管18。例如，粘结剂、胶、人造橡胶、和/或聚合物14c设置在接触套管18的干式嵌入物14的表面部分以用于将干式嵌入物14粘接到套管18。例如，层14c是聚合物层，其在套管18的挤压过程中至少部分熔化，从而在其间产生粘接。另外，可以将干式嵌入物14螺旋缠绕在光波导管12的周围，以代替纵向设置。在另外的实施方式中，两个或更多干式嵌入物可以形成在一根或多根光波导管12的周围，例如放置在套管18内的两个一半。
其他实施方式可以包括用于将电缆芯15和/或干式嵌入物14与套管18结合的挥发性胶/粘结剂。胶/粘结剂等在例如制造过程期间涂敷到干式嵌入物14的径向外表面。挥发性胶/粘结剂当加热或熔化时涂敷到干式嵌入物14的外表面，并随后当电缆冷却或变凉时冷却或凝结。作为例子，合适的挥发性胶为从新泽西州的Bridgewater(布里奇沃特)的National Starch and ChemicalCompany获得的商品名为
Figure C200480043551D00141
70-003A。挥发性胶或其他合适的粘结剂/材料可以按照具有如图2b-2d所示的连续或间断结构的珠状涂敷。例如，一个或多个粘结剂/胶珠可以沿干式嵌入物纵向涂敷，珠纵向间隔，沿干式嵌入物的纵轴z字形珠，或以任何其他合适的结构。
在一个应用中，多个挥发性胶/粘结剂等的珠涂敷到干式嵌入物14。例如，三个连续的或非连续的珠可以设置在适当的位置上从而当干式嵌入物包围带堆叠形成时，珠分开约120度。同样地，四个珠可以设置在适当的位置上从而当干式嵌入物包围光波导管形成时它们分开约90度。在具有沿纵轴间隔分开的珠的实施方式中，珠可以具有约20mm和约800mm或更多的纵向间隔S；然而，可以使用其他合适的间隔。另外，可以间断地涂敷珠从而使所需材料的量最小，从而减少制造费用并同时仍提供充分的结合/粘接。
因为套管组件10没有填充有触变材料，套管可能变形或压扁(collapse)，因而形成椭圆形套管而不是圆形套管。2003年5月30日申请的美国专利申请第10/448,509号讨论了其中套管由具有预定平均椭圆度的双峰聚合材料形成的干式套管组件，所述申请在此结合进来以作参考。如此处使用的，椭圆度是套管18的大直径D1和小直径D2的差除以大直径D1然后乘以100的因数，从而将椭圆度表示为百分比形式。双模式聚合材料包括具有含有相对较高分子量的第一聚合材料和含有相对较低分子量的第二聚合材料的材料，其通过双反应器工艺(dual reactor process)制造。该双反应器工艺提供了期望的材料属性，并且不应当与简单的补充反应器聚合混合物混淆，所述混合物折衷了混合物中两种树脂的属性。在一个实施方式中，套管具有约10％或更少的平均椭圆度。作为例子，套管18由HDPE形成，所述HDPE由密执安州Midland(米德兰)的Dow Chemical Company获得，商品名为DGDA-2490NT。
图3示出了各种套管结构的标准化光学带拔出力(N/m)的柱状图。带拔出力测试测量从10米长度的电缆带堆叠开始移动所需的力(N/m)。当然，该测试对于松散的或成束的光波导管是同等适用的。具体地，带堆叠被从套管拔出并且开始移动所需的力除以电缆长度，从而标准化光学带拔出力。作为比较的基线，柱30示出了在传统的油脂(触变材料)填充套管(图11)中的120纤维的带堆叠的约4.8N/m的带拔出力。柱32示出了用于仅具有在套管内松散设置的144纤维的带堆叠周围的遇水膨胀带的传统干式套管设计的带拔出力(图12)。具体地，柱32示出了144纤维带堆叠的约0.6N/m的带拔出力。因而，传统干式套管设计(图12)具有为传统的油脂填充套管(图11)的带拔出力的约12％的带拔出力，所述带拔出力不能满足合适的电缆性能。
柱34、36、38和39代表根据本发明的套管组件。具体地，柱34示出了来自具有干式嵌入物14的约0％的压缩且约1.5mm的未压缩高度h的干式嵌入物14的套管组件10的144纤维堆叠的带拔出力。在该实施方式中，柱34示出了约1.0N/m的带拔出力，其是在传统干式套管上令人惊奇的改进。柱34和38代表用从原始高度到平均压缩高度的百分比在套管组件10内压缩干式嵌入物14的结构。更具体的，柱36代表如柱34的相似套管组件的带拔出力，除了在该实施方式中干式嵌入物14被压缩约30％。在该实施方式中，柱36示出了约2.7N/m的带拔出力。柱38代表来自具有约3mm的未压缩高度h的干式嵌入物14的套管组件的144纤维带堆叠的带拔出力，其在套管内被压缩约30％。在该实施方式中，柱38示出了约0.5N/m的带拔出力。柱39代表来自具有干式嵌入物14和胶粒的套管组件10的144纤维堆叠的带拔出力，其中干式嵌入物具有约约1.5mm的未压缩高度h以及约17％的压缩。在该情况下，沿干式嵌入物纵向连续涂敷四个胶粒，从而使其分开约90度。该实施方式的带拔出力为约4.0N/m。如图所示，粘结剂/胶粒的涂敷增加了带拔出力而较少地压缩了干式嵌入物。因而，根据本发明的原理，干式嵌入物14的压缩优选地在约10％至约90％的范围内；然而，其他合适的压缩范围可以提供期望的性能。无论怎样，干式嵌入物14的压缩不应当太大以至于导致任何光波导管中的不适当的光学衰减，并且可以通过使用粘结剂/胶粒来优化干式嵌入物14的压缩。优选地，带拔出力、或者其他光波导管结构的拔出力在约0.5N/m和约5.0N/m的范围内，更优选地，在约1N/m到约4N/m的范围内。
图4示意性示出了根据本发明的套管组件10的示例性生产线40。生产线40包括至少一个光波导管放线卷41、干式嵌入物放线卷42、可选的压缩站43、胶/粘结剂站43a、捆绑站44、十字头挤压机45、水槽46、以及收线卷49。另外，套管组件10可以具有周围的外壳20，从而形成图5所示的电缆50。外壳20可以包括加强构件19a和护套19b，其可以在与套管组件10相同的生产线上或在第二条生产线上制造。示例性制造过程包括从各卷41和42释放至少一根光波导管12和干式嵌入物14。出于清楚目的，仅示出了用于光波导管12和干式嵌入物14的一个放线卷；然而，生产线可以包括任何数量的放线卷以制造根据本发明的套管组件和电缆。然后，干式嵌入物14在压缩站43并且被压缩到预定高度h并且可选地，粘结剂/胶在站43a涂敷到干式嵌入物14的外表面。然后干式嵌入物14通常位于光波导管12的周围并且如果需要，捆绑站将一条或多条捆绑线缠绕或缝合在干式嵌入物14周围，从而形成芯15。之后，芯15被送入到十字头挤压机45中，其中套管18挤压在芯15周围，从而形成套管组件10。套管18随后在水槽46中冷却并随后套管组件10缠绕到收线卷49上。如虚线框所示，如果建立一条生产线来制造电缆50，随后加强构件19a由卷47释放并且邻近套管18，并且使用十字头挤压机48将护套19b挤压在加强构件19a和套管18周围。之后，电缆50在被缠绕在收线卷49上之前经过第二水槽46。另外，根据本发明的原理的其他电缆和/或生产线也是可以的。例如，电缆和/或生产线可以包括遇水膨胀带19c和/或在套管18和加强构件19a之间的护面层；然而，可以使用其他合适的电缆部件。
图6示出了具有图3中使用的相似套管组件的电缆的带结合力的结果的图。带结合力测试可以用于模拟当在电缆安装期间电缆经受例如拉力时施加到光波导管的力。虽然在带拔出力和带结合力之间的结果可以具有在相同大致范围内的力，带结合力通常是实际电缆性能的更好指标。
在该情况下，带结合测试通过将牵引滑轮车(pulling sheave)放置在电缆端部的各滑轮车上将600磅的拉力施加在250m长度的电缆上来模拟在管道中进行地下电缆安装。然而，其他合适的负载、长度、和/或安装结构可以用于表现其他模拟中的光波导管的结合性能。然后，从电缆端部测量光波导管沿其长度的力。光波导管上的力通过使用布里渊光时域反射测量仪(BOTDR)来测量。确定曲线的最优倾斜度标准化带结合力。
作为比较的基线，曲线60示出了在传统的油脂填充套管(图11)中的120纤维的带堆叠的电缆的约1.75N/m的标准化后的带结合力。曲线62示出了用于具有在套管内松散设置的144纤维(图12)的带堆叠周围的遇水膨胀带的传统干式套管设计的电缆的带结合力。具体地，曲线62示出了144纤维带堆叠的约0.15N/m的标准化的带结合力。因而，传统干式套管设计(图12)具有为传统的油脂填充套管(图11)的标准化的带结合力的约9％的标准化的带结合力，所述带结合力对于合适的电缆性能是不够的。换句话说，传统干式套管电缆的带堆叠在电缆护套的拉伸中容易被移置(displacble)，例如在空中装载、空中运输、电缆挖掘、和电缆安装中的拔出的过程中。
曲线64、66、68和69代表根据本发明的电缆。具体地，曲线64示出了具有干式嵌入物14的约0％的压缩的约1.5mm的未压缩高度h的干式嵌入物14的套管组件10的144纤维堆叠的电缆的带结合力。在该实施方式中，曲线64示出了约0.80N/m的带结合力，其是在图12的传统干式电缆上的改进。曲线66和68代表用从原始高度到平均压缩高度的百分比在套管组件10内压缩干式嵌入物14的电缆结构。更具体的，曲线66代表如曲线64的相似电缆的带结合力，除了在该实施方式中干式嵌入物14被压缩约30％。在该实施方式中，曲线66示出了约2.80N/m的带结合力。曲线68代表来自具有约3mm的未压缩高度h的干式嵌入物14的电缆的144纤维带堆叠的电缆的带结合力，其在套管内被压缩约30％。在该实施方式中，曲线68示出了约0.75N/m的带结合力。曲线69代表来自具有约1.5mm的未压缩高度h的干式嵌入物14的套管组件10的电缆的144纤维堆叠的电缆的带结合力，其在套管内被压缩约17％并且包括粘结剂/胶粒。在该情况下，沿干式嵌入物纵向连续涂敷四个胶粒，从而使其分开约90度。如图所示，曲线69示出了与曲线66相似的带结合力，在干式嵌入物的较少压缩的情况下，为约2.80N/m。因而，根据本发明的原理，带结合力优选地在约0.5N/m至约5.0N/m的范围内，更优选地，在约1N/m到约4N/m的范围内。然而，其他合适范围的带结合力可以提供期望的性能。
此外，本发明的原理可以与其他结构的干式嵌入物一起使用。如图7所示，干式嵌入物74具有包括不同合适类型的遇水膨胀物质的第一层74a和第二层74b。在一个实施方式中，两种不同的遇水膨胀物质设置在第二层74b中或第二层74b上，从而套管组件10可用于多种环境和/或具有改进的水封性能。例如，第二层74b可以包括对例如盐水的离子液体有效的第一遇水膨胀部件76和对非离子液体有效的第二遇水膨胀部件78。作为例子，第一遇水膨胀材料是聚丙烯酰胺，并且第二遇水膨胀材料是聚丙烯酸酯超强吸收剂。此外，第一和第二遇水膨胀部件76、78可以占据遇水膨胀带的预定部分。通过改变遇水膨胀材料，带可用于标准应用、盐水应用、或两者。不同遇水膨胀物质的其他变型包括具有含有不同膨胀速度、胶凝强度和/或与带粘接的遇水膨胀物质。
图8示出了干式嵌入物的另一实施方式。干式嵌入物84由三层形成。层84a和84c是夹有用于将结合力提供给至少一根光波导管的可压缩层84b的遇水膨胀层。同样地，干式嵌入物的其他实施方式可以包括例如夹有遇水膨胀层的至少两个可压缩层的其他变型。两个可压缩层可以具有不同的弹性常数，用于定制施加到至少光波导管的法向力。
图9示出了根据本发明的另一实施方式的具有层94a和94b的干式嵌入物94。层94a由具有至少一个穿孔95的闭孔泡沫形成并且层94b包括至少一遇水膨胀物质；然而，其他合适的材料可以用于可压缩层。闭孔泡沫用作限制水沿其移动的被动水封材料，并且穿孔95允许层94b的主动(activated)遇水膨胀物质向光波导管径向向内移动。允许主动遇水膨胀物质向内径向地移动以有效地阻挡水的穿孔95的任何合适的尺寸、形状、和/或图案是允许的。穿孔的尺寸、形状、和/或图案可以选择并设置在层叠的角部的光波导管周围，从而改进角部的光波导管性能。例如，穿孔95可以提供干式嵌入物可压缩性的变型，从而定制光波导管上的法向力，用于保持光学性能。
图10示出了说明本发明的其他原理的干式嵌入物104。干式嵌入物104包括层104a和104b。层104a由设置在层104b上的多个非连续可压缩部件形成，所述层104b是连续遇水膨胀层。在一个实施方式中，层104a的部件以通常与带堆叠的放置长度相关的固定间隔设置。此外，部件具有横跨其宽度w变化的高度h。换句话说，部件的形状符合要通常包围元件的光波导管的形状。
图13示出了采用套管组件10的本发明的另一实施方式的电缆130。电缆130包括组件10周围的外壳系统137，用于保护套管组件10不受例如压毁力和环境影响。在该情况下，外壳系统137包括由滚边线(未示出)固定的遇水膨胀带132、一对剥离绳135、护面带136、和护套138。护面带136优选地卷绕形成；然而，可以使用其他合适的制造方法。一对剥离绳135通常设置成分开180度并且与护面层叠呈90度间隔，从而限制使用中在护面带的边缘的剥离绳的折断。在优选的实施方式中，适于撕开护面带的剥离绳具有如2003年8月29日申请的美国专利申请第10/652,046号公开的结构，所述申请在此结合进来以作参考。护面带136可以是绝缘的或金属的材料。如果使用绝缘的护面带，电缆还可以包括金属线，用于在埋地应用中定位电缆。换句话说，金属线使电缆可维持(tonable)。护套138通常围绕护面带136并且为电缆130提供环境保护。当然，其他合适的外壳系统可以用于套管组件周围。
图14示出了光缆140。电缆140包括至少一根光波导管12和干式嵌入物14以在外壳系统142内形成电缆芯141。换句话说，因为仅通过切割开放的外壳系统142来完成到电缆芯141的进入，电缆140是无套管设计。外壳系统142还包括内嵌其中的并且分开约180度设置的加强构件142a，从而将优先弯曲传递至电缆。当然，例如加强构件142a的不同类型、数量、和/或放置的其他外壳系统结构是可以的。电缆140还包括设置在电缆芯141和外壳142之间用于撕开外壳142的一个或多个剥离绳，从而允许技术人员容易地接触电缆芯141。
图15示出了具有围绕中心构件151绞合的多个套管组件10的光缆150。具体地，套管组件10以及多个填充棒153围绕中心构件151呈S-Z绞合并且用一个或多个滚边线(未示出)固定，从而形成绞合的电缆芯。绞合的电缆芯在其周围具有遇水膨胀带156，其在挤压护套158之前用滚边线(未示出)固定。可选地，芳族聚酰胺、其他合适的加强构件、和/或例如遇水膨胀线的水封部件可以围绕中心构件151绞合，从而形成绞合的电缆芯的一部分。同样地，例如线或带的遇水膨胀部件可以围绕中心构件151放置，用于限制水沿电缆150的中间移动。电缆150的其他变型可以包括护面带、内护套、和/或不同数量的套管组件。
图16和17示出了根据本发明的示例性无套管电缆设计。具体地，电缆160是具有至少一根光波导管12的分支电缆，所述至少一根光波导管12通常由护套168的腔内的干式嵌入物14包围。电缆160还包括至少一个加强构件164。其他无套管分支电缆结构也是可以的，例如圆形或椭圆形结构。图17示出了具有通过公共护套178连接的吊线部分172和承拉部分174的无套管八字形分支电缆170。吊线部分172包括加强构件173并且承拉部分174包括具有通常由干式嵌入物14包围的至少一根光波导管12的腔。承拉部分174还可以包括至少一个抗弯构件175，用于当承拉部分174从吊线部分172分离时限制收缩。虽然图16和17示出了图2的干式嵌入物，但是可以使用任何合适的干式嵌入物。
在所附权利要求范围内的本发明的许多变型和其他实施方式将对于本领域技术人员变得明显。例如光波导管可以形成为各种带堆叠或结构，例如阶梯外形的带堆叠。根据本发明的电缆还可以包括多于一个的螺旋绞合的光管组件，而不是S-Z形绞合结构。另外，本发明的干式嵌入物可以如图所示层压在一起或应用作为单独的部件。因此，应当理解本发明不限于此处公开的具体实施方式并且可以在所附权利要求的范围内做出其他实施方式。虽然在此使用特定术语，它们仅是普通和描述性的意义并不是限制的目的。已经参照硅基光波导管描述了本发明，但是本发明的发明原理适用于其他合适的光波导管和/或电缆结构。

Claims (42)

1、一种光管组件，包括：
套管；
至少一根光波导管，所述光波导管设置在套管中；以及
至少一干式嵌入物，所述至少一干式嵌入物具有第一层和第二层，所述第一层是泡沫层并且所述第二层是遇水膨胀层，所述第一层通过粘结剂粘接到所述第二层并且设置在所述第二层内，所述干式嵌入物设置在套管内并且设置在至少一根光波导管周围，其中所述干式嵌入物包括具有约600微米或更少的平均颗粒尺寸的多个颗粒，所述多个颗粒用于限制微弯曲。
2、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，所述平均颗粒尺寸是约450微米或更少。
3、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，所述泡沫层具有约1000微米或更少的平均单元尺寸。
4、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，所述泡沫层具有约700微米或更少的平均单元尺寸。
5、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，所述泡沫层是开放单元醚基聚氨脂泡沫。
6、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，所述遇水膨胀层是遇水膨胀带。
7、根据权利要求6所述的光管组件，其特征在于，所述遇水膨胀带具有无纺带和多个遇水膨胀颗粒。
8、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，至少一根光波导管具有在约0.5N/m和约5.0N/m之间的标准化后的拔出力。
9、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，至少一根光波导管具有在约1N/m和约4N/m之间的标准化后的拔出力。
10、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，其中，所述光管组件包括带堆叠，至少一根光波导管是所述带堆叠的一部分，所述带堆叠具有在约0.5N/m和约5.0N/m之间的标准化后的拔出力。
11、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，其中，所述光管组件包括带堆叠，至少一根光波导管是所述带堆叠的一部分，所述带堆叠具有在约1N/m和约4N/m之间的标准化后的拔出力。
12、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，至少一干式嵌入物具有约5mm或更小的未压缩高度h。
13、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分。
14、根据权利要求13所述的光管组件，其特征在于，光缆具有在约0.5N/m和约5N/m之间的标准化后的带结合力。
15、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分，所述光缆具有护面带。
16、根据权利要求1所述的光管组件，其特征在于，光管组件具有约3或更多的遇水膨胀比。
17、一种光管组件，包括：
套管，所述套管具有内表面；
至少一根光波导管，所述至少一根光波导管设置在套管内并具有与套管相比的正过量长度；以及
至少一干式嵌入物，所述至少一干式嵌入物具有至少两个重叠层，所述重叠层用粘结剂粘接在一起，所述至少一干式嵌入物设置在至少一根光波导管周围，从而形成设置在套管内的芯，所述至少一干式嵌入物用来将至少一根光波导管结合到套管的内表面从而当缓冲至少一根光波导管时，至少一根光波导管具有在约0.5N/m和约5.0N/m之间的标准化后的拔出力，从而在1310纳米的基准波长下将光学衰减保持在约0.4dB/km以下，
其中，所述两个重叠层包括可压缩层和至少一个遇水膨胀层。
18、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，所述至少一个遇水膨胀层具有多个颗粒，所述多个颗粒具有约600微米或更少的平均颗粒尺寸。
19、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，至少一个所述可压缩层是具有约1000微米或更小的平均单元尺寸的泡沫层。
20、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，至少一个所述可压缩层是具有约700微米或更少的平均单元尺寸的泡沫层。
21、根据权利要求19所述的光管组件，其特征在于，所述可压缩层含有开放单元醚基聚氨脂泡沫。
22、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，所述至少一个遇水膨胀层是遇水膨胀带。
23、根据权利要求22所述的光管组件，其特征在于，所述遇水膨胀带具有无纺带和多个遇水膨胀颗粒。
24、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，至少一根光波导管具有在约1N/m和约4N/m之间的标准化后的拔出力。
25、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，其中，所述光管组件包括带堆叠，至少一根光波导管是所述带堆叠的一部分，所述带堆叠具有在约0.5N/m和约5.0N/m之间的标准化后的拔出力。
26、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，其中，所述光管组件包括带堆叠，至少一根光波导管是所述带堆叠的一部分，所述带堆叠具有在约1N/m和约4N/m之间的标准化后的拔出力。
27、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，至少一干式嵌入物具有约5mm或更小的未压缩高度。
28、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分。
29、根据权利要求28所述的光管组件，其特征在于，光缆具有在约0.5N/m和约5N/m之间的标准化后的带结合力。
30、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分，所述光缆具有护面带。
31、根据权利要求17所述的光管组件，其特征在于，光管组件具有约3或更多的遇水膨胀比。
32、一种光管组件，包括：
套管；
至少一根光波导管；以及
至少一干式嵌入物，所述至少一干式嵌入物具有平均单元尺寸为约1000微米或更小的聚氨脂泡沫层，其中至少一干式嵌入物和至少一根光波导管形成设置在套管内的芯，其中至少一根光波导管具有在约0.5N/m和约5.0N/m之间的标准化后的拔出力，其中
所述至少一干式嵌入物进一步包括至少一个遇水膨胀层。
33、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，所述至少一个遇水膨胀层具有平均颗粒尺寸为约600微米或更小的多个颗粒。
34、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，所述聚氨脂泡沫层具有约700微米或更小的平均单元尺寸。
35、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，标准化后的拔出力在约1N/m和约4N/m之间。
36、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，其中，所述光管组件包括带堆叠，至少一根光波导管是具有在约1N/m和约4N/m之间的标准化后的拔出力的所述带堆叠的一部分。
37、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，所述遇水膨胀层是遇水膨胀带。
38、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，至少一干式嵌入物具有约5mm或更小的未压缩高度。
39、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分。
40、根据权利要求42所述的光管组件，其特征在于，光缆具有在约0.5N/m和约5N/m之间的标准化后的带结合力。
41、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，光管组件是光缆的一部分，所述光缆具有护面带。
42、根据权利要求32所述的光管组件，其特征在于，光管组件具有约3或更多的遇水膨胀比。
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