一种新型全干式光缆的开发

责任编辑：匿名 (未验证) 2013/05/27 作者：缪斌李新建冒爱峰

一、引 言
      光缆按阻水方式的不同可分为填充式光缆、半干式光缆和全干式光缆，其中填充式和半干式光缆在光纤松套管中主要是采用填充油膏的方式来达到阻水的效果，但是油膏在施工过程中往往难以擦净，同时对环境带来污染，给光缆施工带来一定的不便。全干式光缆由于在生产过程中无油膏填充，既解决了施工过程中诸多麻烦，又符合绿色环保的理念，因此全干式光缆将是未来光缆发展的一大趋势。

二、全干式光缆生产设计
1、材料的选择
      目前大多数光缆厂家在生产干式松套管时均采用阻水纱进行填充，该阻水纱国内还无厂家能生产，完全依靠进口；但是就阻水粉而言，国内能够生产阻水粉材料的大小厂家有不下数百家，材料的国产化直接导致这两种阻水材料的价格相差悬殊。我们为了进一步探索降低全干式光缆成本的途径，采用在松套管内填充阻水粉替代进口阻水纱的方式进行了尝试。
2、生产工艺
      在传统的油膏填充式光缆中，松套管经机头挤出后因为有了纤膏的保护，内壁与光纤不直接接触，所以松套管冷却后与光纤不会粘在一起；同时纤膏在松套管内会起到支撑松套管的作用，保证松套管圆整度。而在进行干式松套管生产时，由于松套管内不充油但要确保光纤与松套管内壁不粘在一起以及保证松套管外径圆整光滑，具有相当的难度。为了解决上述问题，我们设计了如下原理方案：
      在挤塑机机头前增加一个气压针管，通过空气稳压装置向松套管内注入稳定的干燥气体，支撑松套管以保证松套管的外径尺寸和圆整度，并且气流可使光纤产生一定的抖动，从而防止光纤因与松套管内壁长时间接触而粘在一起，图1为阻水粉填充松套管生产原理图。

图1 阻水粉填充松套管生产原理图

3、设备改进
      在松套管生产中进行阻水粉添加时，我们根据粉体动力学原理研制了一套阻水粉加注装置。该装置包括一只圆柱形储料桶及底座，储料桶用来储存阻水粉，为透明有机玻璃材料制成，可方便生产过程中操作人员对阻水粉状态及储存量进行观察，储料桶顶部盖板打开后可随时向储料桶内添加阻水粉。底座可直接固定于挤塑机机头支架上与挤塑机相连，高低及左右位置可调。在储料桶内底部接入一根螺旋形气管，压缩空气经一只气压减压阀连接向储料桶内注入，气压高低可调节，从螺旋形气管吹出的气流在圆柱形储料桶内形成一股旋转上升的气流，使阻水粉在储料桶内始终处于运动状态而不凝结，阻水粉在上升气流和自身重力的作用下均匀附着在光纤外壁，随光纤一起进入松套管中。
      在干式松套管的生产过程中向松套管内注入的气体气压是否稳定直接决定了松套管的外径尺寸和圆整度。我们向松套管内注入气体之前，通过在管路上增加一套空气稳压装置来稳定气压，最终满足了松套管外径一致性及圆整度的要求。
4、光缆结构
      我们设计了一种典型的全干式结构光缆，型号为GYFY-24G652D，该全干式结构光缆松套管内采用了阻水粉进行填充，缆芯部分采用阻水纱与阻水带进行阻水，光缆结构如图2所示，表1列出了光缆的结构具体尺寸。

图2 全干式光缆结构示意图
表1 光缆结构

项目		参数
松套管	芯数（芯/管）	12
	外径（mm）	2.2±0.1
	壁厚（mm）	0.35
填充绳	外径（mm）	2.2
中心加强件（FRP）	外径（mm）	2.3
阻水带	厚度（mm）	0.2
护层	壁厚（mm）	1.5
光缆	外径（mm）	9.5

三、光缆性能验证
我们按照表1设计的全干式光缆结构采用填充阻水粉的干式松套管进生产了长度为2km的成品全干式光缆，并参照通信行业标准YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》对该成品光缆进行了各项性能的测试。
1、光纤传输性能
我们对该全干式光缆的每一道工序，套塑、成缆、护套都进行了测试，光纤在1310nm和1550nm波长下的衰减系数，各个工序的的衰减变化在0.34dB/km和0.22dB/km内，衰减性能良好。成品光缆中光纤衰减系数见表2。

表2 成品光缆中光纤衰减系数

松套管色标	光纤色标	光纤衰减
松套管色标	光纤色标	1313nm	1550nm
B	B	0.336	0.194
	OR	0.334	0.189
	G	0.332	0.197
	BR	0.330	0.193
	GR	0.331	0.186
	W	0.336	0.192
	R	0.332	0.194
	BL	0.332	0.185
	Y	0.331	0.192
	V	0.337	0.189
	P	0.329	0.185
	AQ	0.334	0.193
OR	B	0.330	0.194
	OR	0.335	0.192
	G	0.334	0.193
	BR	0.331	0.195
	GR	0.332	0.192
	W	0.334	0.196
	R	0.336	0.196
	BL	0.331	0.189
	Y	0.335	0.194
	V	0.336	0.191
	P	0.331	0.192
	AQ	0.334	0.190

2、机械性能
根据标准YD/T 901-2009机械性能试验规定，成品光缆经检测中心进行拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转等机械性能测试，测试结果均满足标准要求，机械性能测试结果如表3所示。

表3 光缆机械性能测试

检测项目	试验条件	检测结果
拉伸	长期/短期：600N/1500N；持续时间：1min	在长期拉力下，光纤最大附加衰减为0.006dB，光纤应变为0.008%；在短期拉力下光纤最大附加衰减为0.068dB，应变0.06%；拉力去除后光纤残余应变0.004%，残余附加衰减0.012dB，光缆残余应变0.03%。
压扁	力值：300N/1000N；持续时间：1min	在长期压力下光纤最大附加衰减为0.006dB；在短期压力下光纤最大附加衰减为0.036dB；在压力去除后光纤最大残余附加衰减0.01dB；
冲击	冲锤450g；冲锤落高1m；冲击柱面半径12.5mm；冲击5次	试验过程光纤最大附件衰减为0.034dB；
反复弯曲	负载150N；弯曲30次	试验过程光纤最大附件衰减为0.014dB；
扭转	负载150N；受扭长度1m；扭转角度±180°；扭转10次	试验过程光纤最大附件衰减为0.009dB。

3、环境性能
（1）渗水性能
根据标准YD/T 901-2009的渗水性能试验规定：取3米长光缆的一端，加1米高水柱压力，持续24小时，无水渗出。试验结果符合标准要求。
（2）温度循环性能
根据标准YD/T 901-2009的渗水性能试验规定：对光缆进行温度从+20℃~-40℃~+60℃变化的温度循环试验，光缆温度附加衰减的检验结果（适用温度下相对于20℃下的光纤衰减差）不大于0.05dB/km。温度循环测试结果见表4。

表4 光缆温度性能测试结果

检验要求	检测结果（循环一）
\|Δα\|1310nm ≤0.05 dB/km \|Δα\|1550nm ≤0.05 dB/km +20℃~-40℃~+60℃ 每个温度点恒温12小时	松套管色标	光纤色标	+20℃（常温）		-40℃		+60℃		Δαmax
	松套管色标	光纤色标	1310nm	1550nm	1310nm	1550nm	1310nm	1550nm	Δαmax
	B	B	0.336	0.194	0.348	0.176	0.330	0.195	-40℃(12h) \|Δα\|1310nm max:0.033dB/km \|Δα\|1550nm max:0.031dB/km +60℃(12h) \|Δα\|1310nm max:0.023dB/km \|Δα\|1550nm max:0.026dB/km
		OR	0.334	0.189	0.316	0.185	0.328	0.180
		G	0.332	0.197	0.320	0.184	0.329	0.185
		BR	0.330	0.193	0.322	0.182	0.329	0.189
		GR	0.331	0.186	0.332	0.182	0.327	0.176
		W	0.336	0.192	0.318	0.184	0.326	0.187
		R	0.332	0.194	0.320	0.186	0.309	0.186
		BL	0.332	0.185	0.303	0.178	0.321	0.189
		Y	0.331	0.192	0.326	0.179	0.330	0.184
		V	0.337	0.189	0.333	0.177	0.315	0.173
		P	0.329	0.185	0.320	0.179	0.312	0.181
		AQ	0.334	0.193	0.321	0.184	0.323	0.189
	OR	B	0.330	0.194	0.350	0.166	0.332	0.181
		OR	0.335	0.192	0.302	0.178	0.325	0.172
		G	0.334	0.193	0.334	0.183	0.338	0.190
		BR	0.331	0.195	0.330	0.176	0.353	0.192
		GR	0.332	0.192	0.321	0.181	0.330	0.180
		W	0.334	0.196	0.333	0.165	0.355	0.184
		R	0.336	0.196	0.328	0.189	0.332	0.170
		BL	0.331	0.189	0.338	0.183	0.344	0.168
		Y	0.335	0.194	0.323	0.182	0.334	0.197
		V	0.336	0.191	0.336	0.188	0.336	0.185
		P	0.331	0.192	0.326	0.188	0.330	0.168
		AQ	0.334	0.190	0.310	0.176	0.337	0.189
	检测结果（循环二）
	松套管色标	光纤色标	+20℃（常温）		-40℃		+60℃		Δαmax
	松套管色标	光纤色标	1310nm	1550nm	1310nm	1550nm	1310nm	1550nm	Δαmax
	B	B	0.336	0.194	0.352	0.186	0.333	0.189	-40℃(12h) \|Δα\|1310nm max:0.032dB/km \|Δα\|1550nm max:0.016dB/km +60℃(12h) \|Δα\|1310nm max:0.017dB/km \|Δα\|1550nm max:0.013dB/km
		OR	0.334	0.189	0.336	0.188	0.329	0.185
		G	0.332	0.197	0.346	0.195	0.332	0.193
		BR	0.330	0.193	0.362	0.196	0.336	0.194
		GR	0.331	0.186	0.324	0.184	0.332	0.192
		W	0.336	0.192	0.325	0.192	0.329	0.193
		R	0.332	0.194	0.362	0.195	0.327	0.195
		BL	0.332	0.185	0.339	0.186	0.335	0.192
		Y	0.331	0.192	0.346	0.184	0.336	0.196
		V	0.337	0.189	0.352	0.188	0.328	0.196
		P	0.329	0.185	0.314	0.186	0.334	0.189
		AQ	0.334	0.193	0.324	0.192	0.336	0.188
	OR	B	0.330	0.194	0.312	0.188	0.331	0.196
		OR	0.335	0.192	0.341	0.196	0.338	0.179
		G	0.334	0.193	0.336	0.201	0.331	0.182
		BR	0.331	0.195	0.337	0.179	0.336	0.186
		GR	0.332	0.192	0.339	0.186	0.334	0.187
		W	0.334	0.196	0.332	0.187	0.331	0.184
		R	0.336	0.196	0.337	0.192	0.336	0.192
		BL	0.331	0.189	0.353	0.196	0.348	0.195
		Y	0.335	0.194	0.351	0.186	0.331	0.186
		V	0.336	0.191	0.363	0.185	0.330	0.184
		P	0.331	0.192	0.326	0.192	0.332	0.188
		AQ	0.334	0.190	0.331	0.193	0.331	0.186

经过检测，该光缆的传输性能、机械性能、环境性能等各项性能参数均能满足通信行业标准YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》的要求。

四、结束语
目前全球都在广泛宣传低碳环保、绿色节能的思想，国外较多采用全干式光缆，全干式光缆也将是未来光缆发展方向之一。笔者根据长期摸索研究，从材料选择、工艺改进、设备技改、产品设计、检测试验等方面进行不断试验总结，试制出了性能完全满足YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》标准的全干式光缆。