Основные конструктивные элементы оптического кабеля

В оптических кабелях, представляющих собой сложную оптико-физическую систему в качестве направляющей среды передачи применяется кварцевое оптическое волокно (OB). Специфичность оптического волокна заключается не только в особенностях распространения по нему информационных сигналов, но и в конструкции самого ОВ, критичности ОВ к механическим нагрузкам (усилиям растяжения и сдавливания, изгибам, кручению и ударам), чувствительности ОВ к таким факторам, как перепады температур, химическое воздействие, влияние влаги и водорода. Параметры эластичности и механизмы отказа у ОВ другие, чем у медных жил электрических кабелей. По существу, совокупность внешних воздействующих механических, климатических и электромагнитных факторы и определяют особен­ности конструкций ОК различного назначения и использование в них конструктивных эле­ментов, обеспечивающих прокладку и эксплуатацию ОК в заданных интервалах воздейст­вия внешних факторов.

Основные конструктивные элементы ОК [13-17]:

- оптические волокна;

- оптические модули;

- оптический сердечник;

- силовые элементы;

- гидрофобный материал;

- броня;

- оболочка.

Отдельные элементы могут отсутствовать исходя из назначения и условий применения ОК.

Оптическое волокно (ОВ) — это основной конструктивный элемент ОК, выполняющий роль направляющей среды передачи.

Оптический модуль (ОМ) — самостоятельный конструктивный элемент оптической кабеля, содержащий одно и более ОВ, выполняет функции защитного элемента, уменьшает опасность обрыва ОВ и обеспечивает стабильность его работы при воздействии продольных и поперечных сил.

ОМ могут быть следующих типов:

- трубчатые;

- профилированные;

- ленточные.

В трубчатом ОМ оптические волокна могут свободно укладываться без скрутки (рис. 2.4, а), либо путём скрутки вокруг центрального силового элемента (рис. 2.4, б), либо размещаться в плотном буферном покрытии (рис. 2.4, в).

Плотный буферный слой увеличивает сопротивляемость ОВ к сжатию и изгибам.

В профилированном ОМ в спиралеобразных пазах V-образного типа, образуемых в полимерном стержне, ОВ (одно или несколько) свободно укладываются по спирали. Силовой элемент в центре профилированного стержня обеспечивает необходимые механические параметры и стойкость к температурным изменениям (рис. 2.4, г).

Рис. 2.4. Примеры конструкций оптических модулей:

а), б) и в) - трубчатые; г) - профилированные:

1- трубка, 2 — воздух или гидрофобный компаунд, 3 — ОВ в защитном покры­тии; 4 — ЦСЭ, 5 — лента, 6 — стержень профилированного типа со спиралеоб­разными V-образными пазами; 7 — плотный буферный слой

В ленточном оптическом модуле оптические волокна от двух и более размещаются линейный ряд, образуя линейный элемент (см. рис. 2.5. в). Фиксация ОВ в линейном элементе может осуществляться с помощью полимерного материала по длине элемента, выполняющего функцию вторичного защитного покрытия, или адгезивного слоя и наложенных поверх синтетических лент.

Оптический сердечник ОК - формируется либо из одного ОМ, расположенного, как правило, в центре, либо из нескольких ОМ или пучков ОМ, скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ). В первом случае оптический сердечник следует рассматривать как одномодульную конструкцию, во втором — многомодульную.

Оптический сердечник повышает механическую прочность ОК, защищает ОВ от изги­бов и от нагрузок на растяжение и сдавливание, в пределах, не оказывающих влияния на пе­редаточные параметры. Центральный силовой элемент выполняет функцию защиты от механических нагрузок.

Оптические сердечники могут содержать дополнительные элементы: элементы заполне­ния, не содержащие ОВ (кордели), медные жилы, пары или четверки из медных жил. Обыч­но повив оптического сердечника из элементов скрепляется нитями или скрепляющей лен­той. Конструкция оптического сердечника (ёмкость, тип ОМ и его место в сердечнике, мед­ные жилы, пары и четверки из медных жил, элементы заполнения) определяется функцио­нальным назначением и условиями применения ОК.

Примеры конструкций оптических сердечников ОК, образованных из ОМ различного типа, для подвески или прокладки в грунте и внутри зданий приведены на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Примеры конструкций оптических сердечников подземных и подвесных ОК из ОМ различного типа

а) трубчатый, б) профилированный, в) ленточный.

1 — центральный силовой элемент, 2 — оптический модуль трубчатого типа, 3 — защит­ное покрытие (трубка, скрепляющие полимерные ленты и т. п .), 4 — полимерная трубка, 5 — оптические волокна в защитном покрытии, 6 — оптический модуль профилированно­го типа, 7 — стержень профилированного типа, 8 — единичный блок (матрица) из ленточ­ных ОМ, 9 — ленточный оптический модуль

Силовые элементы - обеспечивают требуемую механическую прочность ОК и величину деформации ОВ в заданных пределах. При выборе материалов для силовых элементов учитывают следующие факторы: модуль Юнга, соотношение механической прочности и массы, стабильность параметров во времени и в пределах заданных изменений температур, стойкость к коррозии, возможность прокладки и монтажа, а также условия работы ОК.

В качестве материалов для силовых элементов могут применяться стальная, медная и алюминиевая проволоки, а также арамидные нити и стеклопластиковые стержни.

Силовые элементы, размещенные в центре, обеспечивают большую гибкость, а на периферии - большую стойкость ОК к ударам и растягивающим нагрузкам.

Гидрофобные материалы - препятствуют проникновению влаги в ОК, увеличивая срок службы ОВ. Как правило, это специальный гидрофобный компаунд, водоблокирующая лента (разбухающая при попадании воды) или их комбинации. Свободное пространство в модулях, пазах, а также между оптическими модулями и силовыми элементами заполняете гидрофобным компаундом.

Оболочки ОК - защищают оптические сердечники ОК от внешних воздействий и механических повреждений. Тип оболочки выбирают с учетом механической стойкости к изгибам, кручению, поперечному сжатию, продольному растяжению и др.), стойкости к воздей­ствию окружающей среды (климатическим и химическим воздействиям, нераспростране­нию горения, выделению водорода и др.), физических характеристик материала (диаметр, масса и др.), а также удобства монтажа.

Броня повышает механические свойства и улучшает защитные функции ОК. Наиболее часто она выполняется из круглых оцинкованных проволок или из проволок нержавеющей стали в виде одного или нескольких повивов. Например, в ОК для прокладки через судоходные ре­ки, как правило, используется броня из двух повивов, то же для шельфовых и прибрежных морских ОК, но только из проволок большого диаметра с более высокой прочностью. При­меняется также броня из продольно наложенной стальной гофрированной ленты (для защи­ты от грызунов). В диэлектрических ОК броня может быть выполнена из арамидных нитей, стеклопластиковых стержней и др.