Улучшение свойств кабелей с центральным оптическим модулем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.02, кандидат технических наук Кузнецов, Анатолий Юрьевич

• Кузнецов, Анатолий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузнецов, Анатолий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Научная новизна и значимость результатов работы.

В диссертации защищаются.

Практическая ценность.

Структура и объем работы.

Публикации.

Глава 1. Анализ современного состояния конструирования и производства оптических кабелей.

1.1. Особенности строения оптического волокна.

1.2. Требования к оптическим кабелям.

1.3.Оптический модуль в оптическом кабеле.

1.4. Конструкции оптических кабелей.

1.5.Влияние «избыточной длины» на характеристики оптического кабеля.

1.6.Методики измерения «избыточной длины».

1.7. Особенности оптического кабеля с броней.

1.8. Выводы по главе.

Глава 2. Испытательное оборудование.

2.1. Рефлектометрия в оптических волокнах.

2.2. Измерение удлинения оптических волокон.

2.3. Учет изменения показателя преломления при удлинении оптического волокна.

2.4. Влияние температуры на результаты измерения удлинения оптического волокна.

2.5. Оборудование для определения физико-механических свойств материалов.

2.6. Климатические испытания.

2.7. Испытания на стойкость к растягивающему усилию и раздавливанию.

2.8. Используемые типы оптических волокон.

2.9. Обзор основных материалов используемых для изготовления ОК.

2.10. Выводы по главе.

Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования оптических кабелей на стойкость к раздавливающей и растягивающей нагрузке.

3.1. Исследуемые конструкции оптических кабелей.

3.2. Выбор типа оптического волокна.

3.3 Расчет допустимой раздавливающей нагрузки.

3.4. Расчет допустимой растягивающей нагрузки.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Исследование конструкций оптических кабелей на холодостойкость.

4.1 .Оценка эксплуатационных характеристик при пониженной температуре.

4.2. Расчет температурного коэффициента линейного расширения для конструкций оптических кабелей.

4.3. Расчет изменения избыточной длины в зависимости от температуры окружающей среды.

4.4. Выводы по главе.

Глава 5. Разработка конструкций, технологии изготовления и определения эксплуатационных свойств ОК.

5.1 Материалы, используемые для изготовления ОК с ЦОМ.

5.2 Технология изготовления ОК с ЦОМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение свойств кабелей с центральным оптическим модулем»

Конкуренция среди заводов изготовителей оптического кабеля (ОК) заставляет искать более дешевые, но в то же время отвечающие все тем же требованиям конструкции. Накопленный опыт показал возможность улучшения конструкций кабелей с центральным оптическим модулем, при этом сохраняя ресурс и не ухудшая свойств оптического волокна (ОВ) в кабеле. В то же время появилась возможность использования новых марок ОВ, а также новых материалов для изготовления ОК. Актуальность выбранной темы определяется необходимостью улучшения механических характеристик кабелей с центральным оптическим модулем, а также уменьшения материалоемкости конструкций.

Целью диссертационной работы является:

1. Определение допустимого интервала величин механических характеристик в имеющихся конструкциях.

2. Разработка метода расчета на стойкость к механическим и климатическим воздействиям.

3. Разработка и исследование новых конструкций кабеля с различными типами ОВ со сниженной материалоемкостью.

4. Изготовление опытных образцов ОК различных конструкций с различными грузонесущими элементами и различными типами ОВ.

5. Экспериментальное исследование изготовленных конструкций, определение допустимых значений механических и климатических воздействий на ОК с различными типами ОВ.

Научная новизна и значимость результатов работы состоят в следующем:

1. В процессе теоретического и экспериментального исследования установлены основные элементы конструкции ОК, определяющие стойкость к механическим воздействиям, и предложен метод расчета механической прочности ОК с ЦОМ, основанный на свойствах этих элементов.

2. Установлены допустимые значения механических нагрузок для ОК, составлены таблицы для разных материалов и геометрических параметров ОК.

3. Предложен метод определения пороговых значений механического воздействия на кабель в зависимости от избыточной длины ОВ путем измерения удлинения ОВ методом фазового сдвига.

4. Предложен метод расчета изменения избыточной длины к конкретной температуре и конструкции кабеля. Также для всех типов конструкций предложен метод расчета температурного коэффициента линейного расширения с учетом того, что кабель состоит из нескольких материалов, и соответственно, обладает неким своим собственным коэффициентом теплового линейного расширения (ТКЛР), в зависимости от доли этих материалов в сечении для каждой конструкции.

В диссертации защищаются следующие основные положения:

1. Метод расчета допустимой раздавливающей нагрузки оптического кабеля, для предложенных конструкций.

2 Метод расчета допустимой растягивающей нагрузки оптического кабеля, для предложенных конструкций.

3. Метод расчета температурного коэффициента линейного расширения оптического кабеля, на основе данных по величине этого коэффициента у материалов, которые используют для изготовления кабелей, а также анализе конструкции.

4. Метод расчета оптимальной величины избыточной длины оптического волокна в оптическом кабеле с учетом диапазона рабочих температур.

Практическая ценность. Все исследования, разработки, методы и конструкции ОК выполнены и внедрены на конкретном действующем кабельном предприятии ООО "Еврокабель 1" в процессе работы над диссертацией в период с 2005 года по настоящее время.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 99 страницах, содержит 27 рисунков, 18 таблиц, 20 формул, список цитируемой литературы из 110 наименований.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические материалы и изделия», Кузнецов, Анатолий Юрьевич

Результаты исследования стойкости конструкций к растягивающим нагрузкам показывают, что независимо от типа ОВ, прирост затухания наблюдается при удлинении ОВ более чем на 0,9-1 %, а, следовательно, предельно допустимая растягивающая нагрузка зависит от конструкции и физико-механических свойств материала брони. Предложена формула для расчета максимальной нагрузки растяжения исследуемых конструкций. Сами же конструкции имеют следующие характеристики:

5.3. Заключение

Проведенный анализ современных конструкций ОК показал, что, на сегодняшний день, большой объем кабелей изготавливают многомодульной конструкцией. Тем не менее, экономически более целесообразно изготавливать ОК с ЦОМ. В процессе выполнения данной работы:

1. Предложено 25 конструкций ОК с ЦОМ рассчитанных на раздавливающую нагрузку от 3 до 7 кН и растягивающую нагрузку от 7 до 22 кН, при этом число ОВ в ОК может достигать 24.

2. Предложен порядок выбора типа оптического волокна в зависимости от требований к раздавливающей нагрузке и передаточных характеристик ОК.

3. Разработан метод расчета допустимой раздавливающей нагрузки ОК, для предложенных конструкций.

4. Проведены испытания, которые показали, что допустимый диапазон рабочей температуры ОК зависит от избыточной длины ОВ в ОМ, от типа применяемого ОВ и диаметра ОМ. Сделана оценка минимальной допустимой температуры эксплуатации предложенных конструкций ОК.

5. Разработан метод расчета ТКЛР для ОК, основанный на анализе свойств материалов, которые используют для изготовления кабелей, а так же на анализе конструкции.

6. Разработан метод расчета оптимальной величины избыточной длины ОВ в ОК с учетом диапазона рабочих температур.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузнецов, Анатолий Юрьевич, 2010 год

1. Семенов C.JI. Надежность, прочность, старение и деградация волоконных световодов. Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства. №3, 2000, с.47-63.

2. Семенов С.Л. Влияние герметичных покрытий световодов на их механическую прочность. Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства. №2, 1999, с. 27-33.

3. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи-М.: ЛЕСАРарт, 2003. 288 е., ил.

4. Абрамов А. А., Бубнов М. М., Вечканов Н. Н. и др. Температуростойкие волоконно-оптические модули // Труды ИОФАН. 1987 г. Т. 5. с. 72-82.

5. Семёнов С. Л. Влияние герметичных покрытий световодов на их механическую прочность. // Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства. №2. 1998 г.

6. Дианов Е. М., Корниенко Л. С, Никитин Е. П. и др.- Радиационно-оптические свойства волоконных световодов на основе кварцевого стекла. -Квантовая электроника, 1983, т. 10.

7. Богатырев В. А., Бубнов М. М., Вечканов Н. Н., Гурьянов А. Н., Дианов Е. М., Семенов С. Л. Прочность стеклянных волоконных световодов большой длины. - Сб. Труды ИОФАН СССР, т.5, - М.: Наука, 1987.

8. Богатырев В. А., Бубнов М. М., Румянцев С. Д., Семенов С. Л. -Механическая прочность и надежность волоконных световодов для систем оптической связи. Ргос. XV International Congress on Glass, Leningrad, 1989, v.2b.

9. Богатырев В. А., Бубнов M. М., Румянцев С. Д., Семенов С. Л. -Механическая надежность волоконных световодов. Сб. Труды ИОФАН СССР, т.23,-М.: Наука, 1990.

10. Богатырев В. А., Бубнов M. М., Вечканов H. Н., Гурьянов А. Н., Дианов Е. М., Семенов С. Л. Влияние воды на прочность волоконных световодов. -Квантовая электроника, 1984, т. 11, № 7.

11. Абрамов А. А., Богатырёв В. А., Боркина Г. Ю. Полимерные покрытия волоконных световодов // Труды ИОФАН. 1988 г. Т. 15. с. 98-127.

12. Семёнов С. Л. Физические процессы, определяющие прочность и долговечность волоконных световодов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 ИОФРАННЦВО 1997г.

13. Материалы семинаров фирмы Corning 2007 г.

14. Рекламно-техническая документация фирмы "Corning".

15. Рекламно-техническая документация фирмы "Fujikura".

16. Рекламно-техническая документация фирмы "OFS".

17. Дж. Э. Мидвинтер. Волоконные световоды для передачи информации. -М: Радио и связь, 1983. 336 с.

18. Technical Service Information, ERIFOCAS. 1999K.Inada, T.Shiota.- Metal coated fibers.- Proc.SPIE, 1985, v.584.

19. Богатырев В. А., Дианов E. M., Кеджен Ч., Румянцев С. Д.- Термостойкие световоды в герметичном алюминиевом покрытии.- Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, вып.21.

20. К Moore. Review Of Characteristics and Applications of Commercially Available Carbon-Coated Hermetic Fiber "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

21. J S Andreassen. Mechanical Reliability and Hydrogen Diffusion Characteristics of Hermetically Coated Fibers "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

22. T Zushi. A Study of Hermetically Coated Optical Fiber "International Wire &

23. Cable Symposium Proceedings", 1992.

24. Кулезнёв В. H. Шершнев В. А. Химия и физика полимеров. М.: Высшая школа, 1988.

25. Волоконно-оптическая связь. ред. М.Дж.Хауэса, М: Радио и связь, 1982. -272 с.

26. Власов В. Е., Парфенов Ю. А., Рысин JI. Г., Кайзер JI. И. Кабели СКС на сетях электросвязи: теория, конструирование, применение.-М.: Эко-Трендз, 2006.-280 е.: ил.

27. Портнов Э. JI. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи: Учебное пособие для вузов. -М: Горячая линия-Телеком, 2007. -464 с: ил.

28. Мальке Г., Гёссинг П. Волоконно-оптические кабели // 1997 by "IZDATEL" Novosibirsk with permission of Publicis MCD Werbeagentur GmbH, Erlangen.

29. Гроднев И. И., Ларин Ю. Т., Теумин И. И. Оптические кабели // Москва, Энергоатомиздат, 1991.

30. Гольдфарб И. С, Иноземцев В. П., Мурадян А. Г. Оптические кабели в многоканальных линиях связи.// Москва, Радио и связь, 1987.

31. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели-Н.: ЛИНГВА, 2001.351 с.

32. Ларин Ю. Т., Ильин А. А., Нестерко В. А. Кабели оптические. Заводы изготовители. Общие сведения. Конструкции, оборудование, техническая документация, сертификаты:-М.: Престиж, 2007.-320 с.

33. Дж.Гауэр. Оптические системы связи. М: Радио и связь, 1989. - 504 с.

34. P. Calzolari "Fiberoptic cable constructions" Wire Industry, 1996

35. Волоконно-оптические кабели. Информация о продукции. Ericsson Cables AB. 1998.

36. L Siren. Optical fiber telecom cable "Wire Industry", № 4? 1987.

37. Шарле Д.Л. Оптические кабели иностранного производства. «Электросвязь», № 11,2001 г.

38. Технические условия ТУ 16.К 12-16-97 "Кабели оптические для местныхи междугородных линий связи ВСС России".

39. Dr David Rees. Optical fiber cable design- "Wire Industry", № 12, 1991.

40. J С Novack. Optical Fiber Design for Improved Mechanical Properties — "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

41. P F Armbruster. Development of a Hybrid Loose Tube Cable and its Field Trial Results "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

42. К Kathiresan. A Fiber-Optic Cable for Hostile Environments "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1992.

43. P D Patel. Lightweight Fiber Optic Cable "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1990.

44. AS Dodd. Design and Test Considerations for Fiber Optic Aerial Cables -"International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1990.

45. Jana Horska. Design of loose tube fiber optic cable with adjusted contraction and strain windows "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1994.

46. W R Lichty. Dielectric ruggedised and armoured optical fiber cable — "Wire Industry", №7, 1983.

47. Y Kuwata. Development of FRP Armored Non-Metallic Optical Cable and the Armoring Process "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1990.

48. S J В Bensink. Aramid Tapes as Anti Ballistic Protection Of Aerial Optical Fiber Cables "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1990.

49. Мишнаевский П.А., Оввян П.П. Влияние изгибов волоконных световодов на распространение и затухание сигналов. «Электросвязь», № 1, 1981г.

50. Гозман Н. Я., Семёнов Н. А., Шитов В. В. Дополнительные потери от микроизгибов, возникающих при покрытии оптического волокна полимерами. «Электросвязь», № 4, 1984 г.

51. Белогуров Д. А., Бобров С. Б., Нехорошева Р. А., Шитов В. В. Влияние усадки защитных оболочек оптических кабелей на деформацию световодов и затухание в них. «Электросвязь», №11, 1986 г.

52. S Gebizlioglu. Temperature-Dependent Performance of Buffer Tube Gels in1.ose Tube Fiber Optic Cables "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

53. M Costello. A Comparative Study of Polymeric and Fumed Silica Based Optical Fiber Fillers "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

54. J-C Lin. Micro-analysis for Discoloration of Optical Fibers and Filling Compounds "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

55. H-F Lin. Field Experiences of Jelly-Filled Cables for Aerial Trial -"International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1995.

56. Рекламно-техническая документация фирмы "British Petroleum".

57. Рекламно-техническая документация фирмы "Н. В. Fuller".

58. О Grabandt. On the Development of an Aramid Yarn With Waterblocking Properties "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1992.

59. J J Sheu. The Use of Superabsorbent Materials in Optical Fiber Cable Design -"International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1991.

60. Detlef thor Straten. Einflufimoglichkeiten zur Beherrschung der Langendifferenz in Lichtwellenleiter//Draht. 1984 r.1.dustrial", № 4, 1995.

61. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров O.B., Стародубцев И.И. / Оптический модуль основа волоконно-оптического кабеля.// Кабели и провода, 2002, №1(272), с.22-25.

62. Длютров О.В., Принцев Д.В. Проблемы выбора материалов при конструировании волоконно-оптических кабелей. //Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тезисы докладов научно-технической конференции — Москва, 2002, том 2.

63. M Adams. Buffer Tubes The Next Generation - "International Wire & Cable

64. Symposium Proceedings", 1995.

65. W-S Chien. The Comparation of Two Processing Methods Between Dual Layer Buffer Tubes "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1990.

66. Рекламно-техническая документация "Крастин® ПБТ. Термопластичные полиэфиры"70. "Vestamid®. Vestadur®. Engineering thermoplastics for secondary fiber optic jacketing" Technical Service Information, Degussa

67. А. Г. Григорян, Д.H. Дикерман, И.Б. Пешков "Производство кабелей и проводов с применением пластмасс и резин", Энергоатомиздат, 1992

68. Власов С. В., Калиничев Э. JL, Кандырин JI. Б. И др. Основы технологии переработки пластмасс. М.: Химия, 1995. 528 с, ил.

69. Химическая энциклопедия. М., 1998 г.

70. Р Boes. Development of Co-Extruded Polyethylene/Polyamide 12 Insect Resistant Telecommunications Cable "International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1992.

71. Y Gau. Evaluation of Antioxidant Uniformity in Polyethylene Insulations -"International Wire & Cable Symposium Proceedings", 1992.

72. Рекламно-техническая документация фирмы "Borealis".

73. Шитов В. В., Чупраков В. Ф. Температурно-временные воздействия на оптические волокна и кабели. «Электросвязь», №11,1988 г.

74. Кононова H. М., Нехорошева Р. А., Шитов В. В., Чупраков В. Ф. Воздействия отрицательных температур на волоконные световоды в полимерных покрытиях. «Электросвязь», № 8, 1989 г.

75. Чернов В. О. Затухания оптических волокон при регулярных изгибах. «Электросвязь», № 11, 2001 г.

76. Макаров Т. В. Распространение волн в изогнутых волоконных световодах. «Электросвязь», №11, 2001 г.

77. Колосков Д. В. Экспериментальное исследование распределения макроизгибов при свободной укладке оптического волокна в трубке. «Кабельная техника», № 8-9, 1996 г.

78. Булучек Б., Кертчер Е., Легро Ф. Новое поколение оптического модуля: композиционный модуль со свободной укладкой оптических волокон. Рек-ламно-техническая документация SWISSCAB.

79. Гроднев И. И. Эффект скрутки оптических волокон. «Электросвязь», № 9, 1992 г.

80. Иванов С. И., Творемирова Т. А. Определение параметров скрутки, уменьшающих межмодовую дисперсию в одномодовом оптическом волокне. «Электросвязь», № 9,1984 г.

81. Гозман Н. Я., Лисицын С. Б., Семёнов Н. А., Шитов В. В. Влияние скрутки на напряжения в волокнах и дополнительные потери в оптических кабелях. «Электросвязь», № 3, 1985 г.

82. Гольдфарб И. С. Характеристики передачи оптических кабелей при воздействии механических нагрузок. «Электросвязь», № 12, 1980 г.

83. Акопов С. Г., Коршунов В. Н., Соловьёв Б. С, Фомичёв Б. Н. Оценка характеристик случайного пространственного процесса распределения нерегулярности геометрической структуры OB. «Электросвязь», № 10, 1990 г.

84. Макаров Т. В. Анализ фотоупругости в изогнутых и скрученных волоконных световодов. «Электросвязь», №1 1,1998 г.

85. Гроднев И. И., Творемирова Т. А. Дисперсия в скрученных одномодовых волокнах оптических кабелей. «Электросвязь», № 10, 1985 г.

86. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров О.В., Стародубцев И.И. /Об избыточной длине оптического волокна в оптическом кабеле.//Деп. В Информэлектро, 2001, №6-эт-2001.

87. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров О.В., Стародубцев И.И. / Измерение избыточной длины в процессе изготовления ВОК.// Кабели ипровода, 2002, №3(274), с.32-34.

88. Барышников Е.Н., Длютров О.В., Рязанов И.Б., Серебрянников С.В. измерение избыточной длины волокна в оптическом модуле // Сб. докладов 4-й международной конференции по физикотехническим проблемам, Россия, клязьма. -М.: Издательство МЭИ, 2001.

89. D. J. Blew, "Apparatus for Controlling Excess Fiber Length in a Loose Tube Optical Fiber Buffer Tube", U.S. Patent, Patent Number 4,921,413, May 1990.

90. D. J. Blew, "Method for Controlling Excess Fiber Length in a Loose Tube Optical Fiber Buffer Tube", U.S. Patent, Patent Number 4,983,333, January 1991.

91. Иноземцев В. П., Данцер Р. Е. Расчёт затухания волоконных световодов при скрутке в кабель. «Электросвязь», № 10, 1985 г.

92. F. J. Jimenez Atienxa. The fatigue strength of steel wire ropes Part I. "Wire Industrial", № 10, 1994.

93. F. J. Jimenez Atienxa. The fatigue strength of steel wire ropes Part II. "Wire Industrial", № 1, 1995.

94. F. J. Jimenez Atienxa. The fatigue strength of steel wire ropes Part III. "Wire Industrial", № 1, 1996.

95. Листвин А. В., Листвин В. H. Рефлектометрия оптических волокон-М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 е., ил.

96. Власов И. И., Птичников М. М. Измерения в цифровых сетях связи. Под редакцией А. П. Козина. 2-е изд, испр. и доп., Москва: Постмаркет, 2005.-432 с.

97. Длютров О.В. Измерение натяжения оптического волокна методом регистрации фазы амплитудно модулированного сигнала, проходящего по волокну. Деп. В ВИНИТИ, №1791 -В2003.

98. Оптический кабель, монтажное и измерительное оборудование для волоконно-оптической связи // Рекламный проспект фирмы "Телеком Комплект Сервис" 2007 г.

99. Dirk Laeremans "Fiberoptic cable design choosing a tension member", Wire Industry, 1997

100. Власов А. В., Иноземцев В. П., Канунникова Н. А., Ревенко В. И., Туров

101. Начиная с 2004 года ООО «Еврокабель 1» приступило к совершенствованию конструкции оптических кабелей, предназначенных для прокладки в грунт. В результате этой работы были созданы кабели с центральным оптическим модулем.

102. Начальник планово-экономическогоотдела / ? О.Н.Вельп