大余长不锈钢管二次被覆光纤及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及通信光缆及二次被覆光纤领域，具体的讲是涉及一种大余长不锈钢管二次被覆光纤及其制造方法。本发明实现的光纤余长充分大、温度附加损耗特性优良的不锈钢管二次被覆光纤制造技术，适合在高性能、低成本要求的海底光缆和大跨距中心束管式小截面结构的光纤复合架空地线(OPGW)等产品的光单元制造中采用。
背景技术
不锈钢管二次被覆光纤由于具有优良的抗张强度、密封性能和抗侧压性能，在光纤复合架空地线(OPGW)、海底光缆和金属自承式(MASS)光缆中得到了广泛的应用。其中，细径化的中心束管式光单元结构的光缆由于在制造成本和使用性能方面的优越性，尤其受到了用户的欢迎。为了确保中心束管式光单元(不锈钢管被覆光纤)在大跨距架设、温度变化、风速、覆冰或洋流等引起的光缆伸长情况下光单元中光纤芯线不受应力，需要不锈钢管被覆光纤中的光纤具有足够大的余长。一般不锈钢管二次被覆光纤的制造过程为：光纤经张力放线、S-Z绞后进入由成型滚轮成型后的圆管状不锈钢带中，再由滚轮成型的有缝不锈钢管被覆光纤经激光焊接、不锈钢管拉拔定径等工序制成。不锈钢管二次被覆光纤中的光纤余长，可在制造过程中通过控制光纤放线张力和控制焊接不锈钢管时的拉拔程度来得到。其制造生产线和工艺流程示意图如图1所示。一般不锈钢管二次被覆光纤的光纤余长不易做到充分大，并且在较大余长情况下普遍出现光纤衰耗增大和温度特性劣化等问题。
关于大余长不锈钢管二次被覆光纤技术，因是海底光缆和小截面结构OPGW电力光缆的核心技术之一，长期以来世界各国都一直极为关注，德国SIEMENS、法国AICATEL、日本OCC、我国长飞、中天等公司都致力该技术的研发，但国外和国内其他单位的不锈钢管二次被覆光纤目前达到的光纤余长最大值为0.8％，不宜做成中心束管式光单元结构的小外径光缆。
【发明内容】
本发明的目的是根据上述现有技术地不足之处，提供一种大余长不锈钢管二次被覆光纤及其制造方法，该方法可以制造一种具有S-Z螺旋、可变S-Z螺旋周期偏心内孔塑料内衬管和不锈钢管外被覆层结构的不锈钢管二次被覆光纤。
本发明目的的实现由以下技术方案完成：
本发明所述的大余长不锈钢管二次被覆光纤主要由光纤束、塑料内衬管、粘接环、不锈钢被覆管构成，其中光纤束呈S-Z螺旋状，光纤在塑料内衬管螺旋偏心内孔中，塑料内衬管的内孔在长轴方向呈S-Z螺旋偏心状，并且塑料内衬管的外径略小于不锈钢被覆管的内径，不锈钢被覆管在最外层。
本发明所采用的制造方法是：将光纤束在张力放线后以S-Z绞进入塑料内衬管，该塑料内衬管采用模芯S-Z摇摆偏心挤出工艺制备，然后在塑料内衬管的外壁每隔一个内衬管偏心内孔S-Z螺旋周期以上，但不大于50个周期的距离即涂一圈环宽度≥3mm的环形热熔胶层，最后把不锈钢带经滚轮成型，包复在塑料内衬管外进行激光焊接成不锈钢管，这时涂有热溶胶的局部塑料内衬管外壁即与不锈钢管内壁粘结为一体。
本发明的优点是：具有充分大的光纤余长量，良好的光纤余长一致性和光纤余长轴向分布均匀性，即实现了在小直径(小于或等于10mm)不锈钢管被覆光纤中光纤最大余长量≥1％，余长分布均匀，而且光纤温度附加损耗特性优良、长期稳定可靠，通常传输损耗≤0.36db/Km(1310nm波长)、≤0.25db/Km(1550nm波长)，光纤温度附加损耗值≤0.05db/Km(1550nm波长下，-40℃至+80℃范围内)，而对于现有技术在达到与此同样损耗、温度附加损耗特性的情况下光纤余长仅为0.4％-0.55％。本发明的产品能有效解决海底光缆和OPGW在实际使用过程中光缆受到架设伸长、温度变化伸长、风力伸长、覆冰伸长等引起的光纤受应力、应变等问题，而且产品的制造方法简单，成本低。
附图概述
图1为现有技术不锈钢管二次被覆光纤制造工艺流程图；
图2a为本发明不锈钢管二次被覆光纤截面图；
图2b为本发明不锈钢管二次被覆光纤侧视剖面图；
图3为本发明不锈钢管二次被覆光纤制造工艺流程图；
图4为本发明不同长度不锈钢管被覆光纤试样的光纤余长量和同一不锈钢管中各光纤余长差值的测定结果；
图5为本发明不锈钢管二次被覆光纤抗拉强度测试结果；
图6为本发明不锈钢管二次被覆光纤高低温循环试验结果；
图7为本发明不锈钢管二次被覆光纤长期耐热试验结果；
具体技术方案
以下结合附图通过实例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-7所示，标号1-14分别表示：光纤(1)、S-Z绞合(2)、导管(3)、焊接(4)、牵引(5)、收线盘(6)、模口(7)、滚轮(8)、不锈钢带(9)、不锈钢管(10)、间隙(11)、塑料内衬管(12)、粘接环(13)、挤出机(14)。
本实施例的光纤产品在不锈钢管(10)内设有塑料内衬管层(12)，塑料内衬管(12)的内孔在长轴方向呈S-Z螺旋偏心状，其外径略小于不锈钢被覆管(10)的内径，光纤束(1)位于塑料内衬管(12)内，也呈S-Z螺旋状。沿塑料内衬管(12)的长轴方向，在内衬管(12)外壁上，每间隔一个内衬管内孔S-Z螺旋周期以上，但不大于50个周期的距离，其局部与不锈钢管内壁粘接为一体，该局部粘接环轴向宽度应大于或等于3mm，所间隔的距离以大于或等于一个内衬管内孔S-Z螺旋周期，但不多于10个这样的周期为最佳。
塑料内衬管(12)的设置可以有效的取得和控制不锈钢管二次被覆光纤的光纤余长量、光纤余长轴向分布均匀性和防止不锈钢管(10)内壁焊缝处瑕疵损伤管内裸光纤(1)。
本实施例产品的制造方法是将光纤束(1)在张力放线后也以S-Z绞进入塑料内衬管(12)，从而再次取得光纤余长和保持各光纤余长一致性。该塑料内衬管采用模芯S-Z摇摆偏心挤出工艺制备。沿塑料内衬管的长轴方向，在内衬管外侧，每间隔一个塑料内衬管内孔S-Z螺旋周期以上(包含1个周期)的距离，但不大于10个周期，局部涂上一圈环形热熔胶层(环宽度≥3mm)。当不锈钢带经滚轮成型，包复在塑料内衬管外进行激光焊接成不锈钢管时，涂有热溶胶的局部塑料内衬管外壁即与不锈钢管内壁粘结为一体。
本实施例产品在使用过程中，在塑料内衬管(12)材料的弹性形变范围内，当被覆钢管(10)受张力或温度升高等而发生伸长时，具有S-Z螺旋偏心内孔的塑料内衬管(12)上与不锈钢管(10)内壁未粘结的部分将会出现一边伸长一边扭转和S-Z周期长度增大，从而其内部光纤(1)不受应力应变。反之，当张力去除或温度下降，被覆钢管(10)回缩时，该部分塑料内衬管(12)则在材料弹性形变范围内也同时收缩、反向回旋和S-Z螺旋周期长度复位。
本实施例产品性能试验和检测情况如下：
研制成的16芯不锈钢管二次被覆光纤，不锈钢管外径为3.2mm，内径为2.8mm，壁厚为0.2mm。塑料内衬管外径为2.7mm，内径为2.0mm。采用截断法对光纤损耗进行测定，在1310nm波长下的平均光传输损耗值为0.34db/Km，在1550nm波长下的平均光传输损耗为0.20db/Km。
图4显示了不同取样长度的不锈钢管被覆光纤试样的光纤余长量和同一不锈钢管中各光纤余长的差值测定结果。由于不锈钢管内设置有S-Z偏心螺旋内孔的塑料内衬管，并且光纤束插入塑料内衬管时也采用S-Z绞合，因此不锈钢被覆管内光纤可取得大余长量、各光纤间余长差值小且光纤余长沿轴向分布均匀。
取30M长度的上述不锈钢管被覆光纤进行张力拉伸试验，同时监测16×30M熔接总长度的光路传输损耗变化。图5显示了该试验测试结果。由于本实施例的这种具有S-Z螺旋、可变S-Z螺旋周期偏心内孔的塑料内衬管结构的不锈钢管被覆光纤受张力拉伸时，在其弹性形变范围内会通过部分内衬管边转动边伸长来增大S-Z螺旋周期，从而释放出比通常静态时更大的光纤余长。因此，拉伸试验检测结构表明当被覆光纤相对拉伸伸长达1.2％时，被覆管内的光纤传输损耗仍保持不变。
取200M长度的上述不锈钢管被覆光纤绕成圈，置于高低温试验箱内，进行-40℃-+100℃的高低温循环试验和+90℃，400小时的连续耐热试验，同时连续监测16×200M熔接总长度的光路在1550nm波长下的光传输损耗变化。图6和图7分别显示了不锈钢管被覆光纤在高低温试验和耐热试验中的损耗变化情况。根据试验检测结果，本实施例产品的光纤在高低温试验和耐热试验中的损耗变化值小于0.03db/Km，证实了上述不锈钢管被覆光纤具有良好的温度-损耗变化特性。