Волоконно-оптичний кабель з багатоповивною модульною конструкцією осердя

Реферат: UA 85703 U UA 85703 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до оптоволоконної техніки і може бути використана в системах передачі великої кількості каналів на задані відстані та при будівництві мереж абонентського доступу. Відомий волоконно-оптичний кабель, який вибраний як прототип, у якому конструкція осердя має одноповивну модульну побудову, при цьому кілька оптичних модулів з розташованими в них оптичними волокнами у кількості від 2 до 16 та заповнювальних елементів спірально укладаються у вигляді тільки одного повиву навколо центрального силового елемента, який забезпечує задані поздовжні механічні розтягувальні навантаження. Кількість конструктивних елементів першого повиву навколо центрального силового елемента визначається його діаметром та розмірами самих елементів [1, 2]. Недоліком прототипу, є недостатня кількість оптичних волокон для передачі великого числа каналів на розподільчій мережі абонентського доступу та, наприклад, забезпечення інтеграції технологій "волокно в квартиру" (FTTH). Поставлена задача полягає в створенні та оптимізації багатоповивного багатоволоконного оптичного кабелю з метою збільшення кількості оптичних волокон в ньому для підвищення пропускної інформаційної здатності всієї волоконно-оптичної системи передачі, забезпечивши при цьому оптимальне використання витратних матеріалів на конструктивні елементи. Технічним вирішенням задачі є розробка багатоволоконного оптичного кабелю зв'язку з багатоповивною модульною конструкцією осердя, в якому оптичні модулі або оптичні модулі з заповнювальними елементами розміщуються послідовно концентричними шарами (повивами) навколо центрального силового елемента. Суміжні повиви повинні спірально укладатися в протилежні сторони з метою зменшення у кабельному осерді крутних моментів, а також для полегшення монтажу кабелів. При повивному спіральному укладанні елементів їх кількість в кожному подальшому повиві збільшується на шість порівняно з попереднім повивом згідно з правилом "шістки". Розглянемо, наприклад, багатоволоконний оптичний кабель з двоповивною модульною конструкцією оптичного осердя (Фіг. 1). При збільшенні кількості повивів у волоконно-оптичному кабелі збільшується кількість оптичних модулів та оптичних волокон, розміщених в них. Це дозволяє одержати конструкцію волоконно-оптичного кабелю з великою кількістю оптичних волокон та застосувати такий кабель при будівництві мереж абонентського доступу. Механічна міцність волоконно-оптичного кабелю визначається допустимими навантаженнями, в першу чергу, поздовжніми, перевищення значення яких може призвести до небажаних змін передавальних характеристик оптичного волокна. Для забезпечення заданої поздовжньої механічної міцності кабелю передбачається проведення розрахунку його максимально допустимого розтягувального навантаження за формулою n n i 1 i 1 Fмд   iSi  мк   iSi   фк 40 n  Si , (1) i 1 де Fмд - максимально допустиме розтягувальне навантаження кабелю, Н; n - кількість конструктивних елементів ОК, без урахування ОВ; 2 2 Еi, Si - модуль Юнга, Н/мм , та площа поперечного перерізу, мм , і-го конструктивного елемента кабелю відповідно; мк - максимально допустиме відносне видовження кабелю; 2  i - механічна напруга в і-му елементі кабелю, Н/мм ; 2  фк - фіктивна механічна напруга кабелю, Н/мм . 45 Критерієм для розрахунку максимально допустимого розтягувального навантаження волоконно-оптичного кабелю є максимально допустиме відносне видовження кабелю мк , розрахунок якого проводиться за виразом мк   дк   дОВ , 50 (2) де мк - максимально допустиме відносне видовження кабелю;  дк - допустиме відносне видовження кабелю до початку видовження оптичного волокна;  дОВ - максимально допустиме відносне видовження оптичного волокна. Оптичне волокно в оптичному модулі має деяку надлишкову довжину за рахунок гелікоїдального укладання в трубці оптичного модулю в процесі виготовлення кабелю. Тобто, 1 UA 85703 U 5 10 конструкція волоконно-оптичного кабелю передбачає, щоб оптичне волокно не підлягало деформаціям до деякого поздовжнього видовження кабелю  дк . Це значення поздовжнього видовження кабелю відповідає умові, коли оптичне волокно розпрямляється в трубці ОМ та втрачає свободу вільного переміщення в ньому. Подальше видовження кабелю допустиме на величину  дОВ . Величина  дк визначається геометричними параметрами конструкції кабелю, такими як радіус, крок спірального укладання конструктивних елементів повиву навколо центрального силового елемента, величиною відстані між оптичним волокном або скрутнем оптичних волокон, які знаходяться в трубці оптичного модуля, та внутрішньою поверхнею стінки модуля. Таким чином, змінюючи значення цих трьох геометричних параметрів оптичного осердя кабелю, одержується необхідна величина відносного видовження кабелю. Розрахунок максимально допустимого відносного видовження кабелю до початку видовження оптичного волокна  дк тільки з урахуванням подовження уздовж його осі проводиться за виразом  дк  1  1  4 2R 2  2R R 2    R h2 R2      , (3) 15 20 де R, h - радіус та крок спірального укладання конструктивних елементів оптичного осердя навколо центрального силового елемента відповідно, мм; ΔR - відстань між оптичним волокном або скрутнем оптичних волокон, що знаходяться в трубці оптичного модуля, та внутрішньою поверхнею стінки модуля, мм. Для оптимізації конструкції осердя кабелю авторами запропоновано збільшувати крок спірального укладання кожного наступного після першого повиву, досягаючи рівність відносних видовжень елементів усіх повивів. Крок спірального укладання i-го повиву визначається за виразом hinoв  4 2 мк1  12  1    2Rinoв R  R 2 , (4) 25 30 35 40 45 50 де  мк1 - максимальне відносне видовження кабелю за першим повивом. Таким чином, для оптимальної розробки волоконно-оптичного кабелю з багатоповивною модульною конструкцією осердя за величиною максимально допустимого розтягувального навантаження Fмд пропонується наступна рекомендація з вибору конструктивних елементів осердя оптичного кабелю: 1. Вибрати кількість оптичних волокон, що буде розміщуватися в кабелі nOB. 2. Виходячи із загальної кількості оптичних волокон nOB та максимальної заповнюваності оптичних модулів, розробити передбачувані моделі кабелю. 3. Задатися конструктивними параметрами чергової моделі волоконно-оптичного кабелю (типом та розмірами силових елементів, діаметром та радіусом спірального укладання оптичних модулів, кількістю і розмірами оптичних модулів та при необхідності заповнювальних елементів, кількістю повивів тощо). 4. Визначити кількість оптичних волокон, що поміщаються в трубці одного оптичного модуля для чергової моделі волоконно-оптичного кабелю, та відстань між скрутнем волокон та внутрішньою поверхнею стінки модуля. 5. Розрахувати величину максимально допустимого відносного видовження кабелю мк за першим повивом. 6. Виходячи із розрахованого значення максимально допустимого відносного видовження кабелю мк першого повиву, розрахувати крок спірального укладання елементів інших повивів. 7. Розрахувати величину максимально допустимого розтягувального навантаження кабелю Fмд та перевірити її відповідність очікуваним значенням. 8. У разі невідповідності максимально допустимого розтягувального навантаження кабелю Fмд очікуваним значенням, необхідно повернутися до п. 3. Дану послідовність з вибору конструктивних елементів волоконно-оптичного кабелю з багатоповивною модульною конструкцією осердя можна спрощено зобразити алгоритмом процесу розробки (фіг. 2). 2 UA 85703 U 5 10 15 20 Перелік фігур креслень Фіг. 1, Схематичне зображення багатоволоконного оптичного кабелю з двоповивною модульною конструкцією оптичного осердя. Кабель має таку конструкцію осердя. Оптичні волокна 1, які служать для передачі оптичних сигналів по волоконно-оптичному кабелю, вільно розміщені по гелікоїді всередині трубок оптичних модулів 2. Завдяки цьому волокна захищені від механічних впливів оточуючих елементів кабелю та від дії поздовжніх, поперечних і згинаючих навантажень. Оптичні модулі 2 першого повиву спірально укладені з певним кроком навколо центрального силового елемента 3, що забезпечує механічну стійкість кабелю, в першу чергу, до дії розтягувальних навантажень. Оптичні модулі 2 наступних повивів спірально укладаються навколо попереднього повиву кожного разу в протилежному напрямі з метою зменшення крутних моментів в кабельному осерді. При цьому кожний наступний повив спірально укладається зі збільшеним кроком, що забезпечує оптимальні витрати матеріалів на конструктивні елементи кабелю. Захисні покриви багатоволоконного кабелю відповідають одноповивному аналогу. Джерела інформації: 1. Кабелі зв'язку оптичні для магістральних, зонових та міських мереж зв'язку. Технічні умови. ТУ-У 05758730.007-97: 1997. - [Чинні від 1997-12-10]. - Одеса: УРУ Держстандарту Одеський центр стандартизації і метрології, 1997.-69 с - (Технічні умови ВАТ "Одескабель"). 2. Ларин Ю.Т. Кабели оптические. Заводы изготовители. Общие сведения. Конструкции, оборудование, техническая документация, сертификаты / Ларин Ю.Т., Ильин А.А., Нестерко В.А. - М.: Престиж, 2007.-320 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Волоконно-оптичний кабель з багатоповивною модульною конструкцією осердя, яке складається із багатьох повивів спірально укладених навколо центрального силового елемента трубок оптичних модулів з вільно розміщеними оптичними волокнами, який відрізняється тим, що оптичні модулі та заповнювальні елементи розміщено послідовно концентричними шарами (повивами) навколо центрального силового елемента з певним кроком укладання, суміжні повиви спірально укладені в протилежні напрями, кількість конструктивних елементів в кожному подальшому повиві збільшується на шість порівняно з попереднім повивом. 3 UA 85703 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4