具有非圆形空腔横截面的厚壁光缆外壳

1.一种光纤缆，包括：
光纤缆外壳，具有纵向延伸的内腔，该内腔具有非圆形的横截面；
在光纤缆外壳内的至少二个纵向延伸的增强部件；
其中，非圆形横截面这样配置，使得其短轴本质上与上述至少两 个纵向延伸的增强部件的连线对准，其中上述光纤缆外壳的外周面 为非圆形横截面；以及其中上述光纤缆外壳的外周面的非圆形横截面的长轴本质上与 上述至少两个纵向延伸的增强部件的连线对准。
2.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形横截面的短轴平行于上述至少两个纵向延伸的增强部件的连线。
3.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形横截面的短轴与上述至少两个纵向延伸的增强部件的连线重合。
4.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形横截面的短轴与上述增强部件连线的偏移等于或小于内腔短轴尺 寸的一半。
5.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形横截面的短轴与上述增强部件连线的角度偏离等于或小于15°。
6.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形横截面的形状为各个纵向端部为半圆形的长方形。
7.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，所述内腔的非圆 形截面的长轴本质上垂直于上述至少两个增强部件的连线。
8.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，内腔为多边形。
9.如权利要求1所述的光纤缆，其特征在于，内腔为长方形。

本发明涉及具有光缆外壳的光纤光缆，该外壳具有用于提高耐压 强度的非圆形内腔横截面。\n现有技术已提出不管是其外表面还是其内腔均具有非圆形横截 面的光缆外壳。另外，现有技术采用这种非圆形状提高了耐压强度。\nStevens等的题为“光纤缆耐压性能的有限元模型”(IWCS，1998 年11月)的论文采用有限元模型分析了热塑性光缆元件的弹性—塑性 形变。此论文已作为参考包含在本文中。在上述论文中所说的光缆元 件包括非圆横截面。作者的结论是，将形状从圆形改变为椭圆形或长 方形横截面便可以提高光缆的耐压强度，达到较低的重量和更好的单 向弯曲性。\nBlew等(美国专利No.5,651,081)公开一种具有非圆外表面和 圆形内腔的光纤缆。见例如Blew等的图4。\n具有非圆外表面的光缆极大地改进了抗压性能。但这种光缆与具 有常规圆形外表面的光缆相比造成光缆封口的相容性问题、产品市场 问题和/或消费者的认识问题\nDean等(美国专利No.4,420,220)公开一种具有圆形外表面和 非圆内腔的光纤缆。见例如Dean等的图3。但在Dean等的专利中， 非圆内腔的取向是使其长轴与增强部件之间延伸的线相重合。因此这 种光纤缆在横向于增强部件之间延伸线的方向其抗压强度相当小。\n本发明的目的是利用具有非圆横截面的内腔，增强部件和非圆外 表面以及它们之间的取向关系来尽量增加光纤缆的抗压强度。\n在本发明的光纤缆中，内腔的非圆横截面的短轴与增强部件之间 延伸线对准，内腔具有许多不同形式的非圆形状，并且非圆形外表面 也具有预定取向，使得它的长轴平行于包括增强部件的平面，以配 合非圆形内腔的取向。\n图1示出本发明第一实施例的光纤缆。\n图2示出第二实施例的具有椭圆内腔的光纤缆。\n图3示出第三实施例的具有长方形内腔的光纤缆。\n图4示出第四实施例的具有多边形内腔的光纤缆。\n图5是光纤的横截面图，示出增大的过长光纤容积。\n图6示出第五实施例的具有非圆形内腔和外表面的光纤缆。\n图1示出本发明的第一实施例。如图所示，光纤缆1具有圆形外表 面2和非圆形内腔3。在内腔3中可以插入一根或多根光纤(未示出)。 增强部件4、4在光纤缆1中纵向延伸，延伸方向与内腔3的方向相同。 在横截面中内腔3的短轴本质上与连接增强部件4、4的连线对准。\n该光缆在平行于内腔短轴的方向其抗压强度较低，因而短轴与连接 增强部件的连线对准。\n应当注意到，短轴不一定准确地与连接增强部件的连线重合或准确 地平行于该线，即各个方向可能发生偏移和/或在其间形成角度。术语“本 质上对准”意在包括例如偏移和/或夹角。这对于长轴和垂直于增强部件 之间连线的直线也是相同的。换言之，采用其长轴垂直于包含增强部件 的平面的这种细长内腔可以提供外加的抗压强度，这种外加抗压强度不 会显著受到内腔垂直的、水平的和/或角度偏移的影响，这种偏移是相对 于包含增强部件的平面和/或垂直于该平面的平面的偏移。一般地讲，在 任何方向的平移偏移最好等于或小于内腔短轴尺寸的一半。而角度偏移 最好等于或小于15°。然而本发明无意限制在这些优选范围内。\n本发明的光缆提高了正交于包含增强部件的平面的平面上的抗压 强度，同时也提供了所装光纤的外加热窗口，以便在温度循环变化期间 容许所包含的光纤发生弯曲。然而非圆形腔减小了沿内腔短轴方向的抗 压强度。增强部件可用来至少补偿一些这种减小的抗压强度。\n非圆形内腔提供择向的抗压强度而不提供均衡的抗压强度。外部为 圆截面的装置，当其具有其取向使得长轴与压力负载方向重合的非圆形 内腔时，与具有其直径等于该椭圆内腔短轴的圆形内腔的同样尺寸的圆 截面装置相比，可以承受更高的压力负载。\n如果应用要求更均衡的更高的抗压强度，则应当应用长方形的或其 它多边形的内腔。多边形内腔其取向虽然不一定必要，但最好取向成其 垂直侧边沿着加压负载方向，该负载位于内腔的侧向尽头。\n图1的内腔3具有直的垂直侧边和圆的或弯曲的端部，即它具有“跑 道”形状。该内腔端部的曲率半径最好尽可能大，因此端部最好是半圆 形的。\n可以应用许多不同的材料来制作光缆外壳、增强部件和填充体。例 如，光缆外壳可以用聚乙烯(高、中、低密度)、无卤素的阻燃材料、 聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)和/或聚酰胺(PA)制作。增强部件可以用 玻璃纤维增强的塑料、钢和/或芳族聚酰胺增强塑料制作。填充体可以是 硅基堵水凝胶或聚烯烃基凝胶。当然，上述材料仅是例子。本发明无意 局限于这些材料。\n如上所述，内腔具有不同形状，如图2～4中的其它实施例所示出 的，只要短轴本质上与连接增强部件的连线对准。图1～4中相同的编 号表示相同的部件。\n如图2所示，内腔3’为椭圆形，在内腔为椭圆形和外表面为圆形 的情况下，另外的机构起着改进椭圆主轴方向的抗压性能的作用。第一 机构涉及内腔侧向尽头的曲率。椭圆腔比圆腔具有较小的曲率半径，这 导致较低的应力集中，较慢地形成塑性应变，因而导致较大的压塌负载。 第二机构与内腔的抗弯稳定性有关，并且还取决于这种曲率。椭圆腔在 侧向尽头更不易弯曲。因此具有较高的局部抗弯稳定性。这两种机构可 以结合起来共同起作用，从而有效地使光缆装置的顶表面和底表面快速 形变而达到与平的负载板一致因而有利于负载的重新分配。\n如图3所示，内腔3”为长方形，作为此实施例的变型，长方形内 腔的锐角可以被倒圆(附图中未示出)，即这些锐角可以成形为具有曲 率半径。\n如图4所示，内腔3为多边形。\n内腔形状的变化可以连续地用三个几何参数表征，即宽高比a/b， a是内腔宽度，而b是内腔高度以及圆锥形因子ρ，该因子表征内腔角部 的圆度。例如见图2。圆锥形因子可用来表征椭圆形内腔以及具有圆角 的长方形内腔的角部曲率大小。如果圆锥形因子的值为0.414，则角部 修整为圆形角部。如果该值大于0.414，则角部变得更锐，其形状将更 像具有锐角部的长方形。如该值小于0.414，则角部光滑地过渡到椭圆 形。\n在多边形内腔的情况下(例如见图4)，其几何形状由多边形边的 数目(N)、多边形的形态比以及顶点半径(如果被倒圆)表征。\n图5是一种光纤缆的横截面图，示出一种细长内腔3(与图1相 同)，该内腔与圆形内腔C相比，其光纤过长容量增加。图中虚线表示 内腔内光纤的路径。除提高抗压强度外，具有圆形外周缘及形态比(a/b) 小于1的非圆形内腔(例如跑道形内腔、长方形内腔和多边形内腔)的 光缆横截面还将形成更大的过长光缆容量。圆形内腔中的过长光纤导致 光纤(或光纤束)从直的与光缆轴一致的轴向路径弯曲成螺旋形路径， 该螺旋形路径的轴线与光缆轴线一致，并且其螺旋半径等于圆形腔的半 径。当采用其短轴等于上述圆形腔C半径的细长内腔3时，该纤维将弯 曲成细长的螺旋形；从而可容放更长的过长纤维。对于同一光缆外径， 为容放更长的过长纤维，由于对光缆的刚性要求较低，所以可减小增强 部件尺寸。由于采用较小的增强部件，所以只需要较少的塑料便可以封 装增强部件，较少的塑料将产生较低的热膨胀系数，这样又可以容放更 长的过长纤维长度，而同时又保持其低温操作性能。\n最后，如果允许非圆形外部形状的光缆，则上述光缆可以变型为包 含这种形状。例如见图6的光缆1.具有非圆形腔的光缆的抗压强度在 垂直于增强部件平面的方向得到提高，但在平行于该平面的方面其抗压 强度则稍许降低。如果光缆的外部形状(见图6的外周缘)是使得它的 长轴平行于包括增强部件的平面，并且其内腔的短轴也在包含增强部件 的平面上，则可以在所有方向提高抗压强度。在光缆具有椭圆外形时这 是特别有效的，因为当这种光缆沿长轴受到负载时，它趋向于翻转90 ℃，使得负载作用线变成与短轴一致。然而内腔的长轴与负载方向重合， 因而保持了光缆的抗压强度。\n上面示出和说明了不同的内腔形状。然而本发明无意局限于这些形 状，因为这些形状仅为例子。\n另外，如上所述，本发明无意局限于这样的内腔，即在这些内腔中， 短轴和/或长轴准确地与增强部件的连线重合或与其相平行，即它们可以 在方向上和/或夹角上发生偏移。