Способ наложения упрочняющего покрытия на буферное покрытие кабеля волоконно-оптического и волоконно-оптический миниатюрный кабель, соответствующий этому способу Российский патент 2019 года по МПК G02B6/44 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к кабельной технике, а именно: к способам изготовления элементов конструкции волоконно-оптических миниатюрных кабелей и к конструкциям волоконно-оптических миниатюрных кабелей, предназначенных для применения в системах управления, бортовой связи и передачи информации в различных моделях летательных и космических аппаратов.

2. Уровень техники

Известен кабель оптический миниатюрный пожаробезопасный по патенту на полезную модель RU №125729 от 08.10.2012 г.

Кабель содержит от одного до трех оптических волокон в общей внутренней оболочке из кремнийорганической резины, поверх внутренней оболочки наложены упрочняющие элементы и наружная оболочка. Причем в качестве упрочняющих элементов используется повив термостойких оптических волокон.

Кабель содержит несколько оптических волокон в трубке, что приводит к увеличению конструктивных размеров и массы кабеля. Такие кабели применяются в системах наземного базирования. Применение таких кабелей в высокоскоростных летательных аппаратах и космической технике становится неоптимальным. К тому же, применение в качестве упрочняющих элементов термостойких оптических волокон приводит к значительному увеличению диаметра конструкции и соответственно к увеличению массы.

Известен кабель оптический термостойкий и огнестойкий по патенту на полезную модель RU №67294 от 19.06.2007 г.

Кабель содержит три оптических волокна в оболочке из силиконовой (кремнийорганической) резины, поверх оболочки последовательно наложены упрочняющие синтетические нити и защитная оболочка, выполненная из силиконовой резины специального состава, образующей керамический слой в процессе воздействия пламени.

Как и в предыдущем случае, кабель содержит несколько оптических волокон в трубке и для высокоскоростных летательных аппаратов и космической техники такой кабель является неоптимальным. В качестве упрочняющих элементов в нем используются синтетические нити, которые накладываются продольно или обмоткой с большим шагом.

Нити обладают настильностью. Настильность означает расплющивание нити при наложении с натяжением. Однако при прохождении через калибр отдельные элементарные составляющие нити (филаменты) распушаются, что снижает эффект от настильности и диаметр по обмотке увеличивается. Можно использовать крученую нить, у которой элементарные филаменты не распушаются, но при этом потребуется большее число нитей, чтобы обмоткой равномерно покрыть обматываемую поверхность.

Известен стандарт ARINC 802-1 «Бортовые оптические кабели» США, в котором кабели делятся на две типовые конструкции: со свободной укладкой оптического волокна, в которой несколько оптических волокон свободно укладываются в трубке (модуле), она аналогична описанной в патенте на полезную модель RU №67294, и с плотной укладкой волокна, в которой на первичное покрытие единичного оптического волокна плотными слоями накладывают последующие элементы: буферное покрытие для защиты от радиальных механических воздействий, упрочняющее покрытие из высокомодульных синтетических нитей для защиты от растягивающих усилий и защитную оболочку.

Известны провода с медными токопроводящими жилами и волокнистой изоляцией, накладываемой в виде оплетки. Например, марки ПГОХ с оплеткой хлопчато-бумажными нитями или марки МГШ с оплеткой капроновыми нитями (Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник», М., Энергоатомиздат, 1987 г.).

Недостаток этого метода заключается в том, что при наложении оплетки развиваются радиальные усилия, способные негативно повлиять на оптические волокна (разрушить или значительно ухудшить передаточные характеристики).

В качестве прототипа выберем способ наложения упрочняющего покрытия в виде оплетки высокомодульными синтетическими нитями («Производство кабелей и проводов» под редакцией Н.И. Белоруссова и И.Б. Пешкова, М., Энергоиздат, 1981 г.).

3. Раскрытие сущности изобретения

Сущность предлагаемого изобретения заключается в усовершенствовании способа наложения упрочняющего покрытия из высокомодульных синтетических нитей в виде оплетки на буферное покрытие кабеля волоконно-оптического миниатюрного с целью снижения радиальных усилий в процессе технологии наложения оплетки и создании кабеля волоконно-оптического миниатюрного соответствующего такой технологии наложения упрочняющего слоя, обеспечивающего минимизацию наружного диаметра.

Технический результат достигается тем, что под оплетку дополнительно прокладывают под натяжением не менее четырех высокомолекулярных синтетических нитей идентичных используемым в оплетке. Дополнительные нити прокладываются так, что перед калибром, в котором формируется оплетка, дополнительные нити в натянутом состоянии проходят на расстоянии от оптического волокна с первичным и буферным покрытиями. Формирующаяся в калибре оплетка притягивает натянутые дополнительные нити, за счет чего снижается результирующее радиальное усилие на оптическое волокно.

Для того, чтобы реализовался такой механизм, необходимо, чтобы конус схождения дополнительных нитей был ближе конуса схождения нитей оплетки к оптическому волокну с первичным и буферным покрытиями. Нити должны поступать под оплетку равноудаленно по окружности и с одинаковым натяжением. Если это условие не будет выполняться, то радиальное давление оплетки будет неравномерным по окружности оптического волокна с первичным и буферным покрытиями. В этом случае в отдельных местах оптическое волокно будет деформироваться, что приведет к оптическим потерям.

Нити оплетки перед формированием конуса оплетки скользят по внешней поверхности гладкой насадки. В торцевой поверхности гладкой насадки просверлены сквозные отверстия, через которые поступают дополнительные нити, что обеспечивает формирование конуса дополнительных нитей под конусом оплетки. Каждое отверстие равноудалено от смежных с ним. Это обеспечивает поступление дополнительных нитей под одинаковыми углами к оптическому волокну с первичным и буферным покрытиями и с равными расстояниями между смежными нитями.

С целью упрощения регулировки натяжения дополнительных нитей, целесообразно обеспечивать регулировку за счет торможения катушек, с которых отдаются дополнительные нити. При этом отдатчики дополнительных нитей могут быть установлены в стороне от оплеточной машины, а дополнительные нити подаваться через дополнительные направляющие ролики. Контроль натяжения можно осуществлять на проход тензометром с бугельным рычагом.

Технический результат достигается тем, что предлагается кабель волоконно-оптический миниатюрный, содержащий одно оптическое волокно с первичным и буферным покрытиями, наложенными последовательно, упрочняющее покрытие из высокомодульных синтетических нитей и наружную оболочку. Упрочняющее покрытие наложено в виде оплетки, под которую дополнительно продольно проложено не менее четырех нитей с одинаковыми расстояниями между смежными нитями, а названная оболочка выполнена из технических фторопласта или его сополимеров.

От прототипа кабель отличается наличием дополнительно проложенных не менее четырех высокомодульных синтетических нитей, того же типа, что применяются для оплетки. Дополнительные нити проложены так, что смежные дополнительные нити лежат на равных расстояниях. Это обеспечивает равномерное распределение радиального усилия на оптическое волокно при наложении оплетки, а также равномерную нагрузку на все нити при растягивающих усилиях. Последнее важно для конструкции кабеля, так как оплетка при растяжении частично создает дополнительные радиальные воздействия на оптическое волокно.

Нити обладают свойством настильности, что позволяет минимизировать наружный диаметр кабеля. Настильность проявляется в форме расплющивания нити при притяжении к поверхности. Расплющенная нить имеет отношение толщины к ширине примерно равное 1:3, поэтому расплющенная нить, практически, не увеличивает диаметра кабеля. В качестве полимера для наружной оболочки целесообразно применить технические фторопласт или его сополимеры, так как эти материалы обеспечивают получение оболочки с минимальной толщиной равной 0,1-0,15 мм, что также обеспечивает миниатюрность конструкции кабеля.

С целью защиты от импульсных радиальных механических воздействий буферное покрытие целесообразно выполнить двухслойным, внутренний слой из мягкого материала, внешний слой из более жесткого материала. Мягкий слой выполняет функцию демпфера, предотвращая передачу импульсных механических воздействий на оптическое волокно.

В качестве высокомодульных синтетических нитей целесообразно использовать арамидные нити, отличающиеся тем, что они не распространяют горения, что актуально в случае применения в бортовых системах связи и передачи информации.

4. Краткое описание чертежей

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами выполнения, представленными на чертежах:

- на Фиг. 1 - схематическое изображение волоконно-оптического миниатюрного кабеля;

- на Фиг. 2 - схематическое изображение узла, в котором осуществляется наложение оплетки.

Изображенный на чертеже Фиг. 1 волоконно-оптический кабель содержит оптическое волокно, состоящее из сердечника 1 и стеклянной оболочки 2, с наложенными поверх него двумя покрытиями первичным 3 и буферным 4, упрочняющее покрытие в виде оплетки 6 с продольно проложенными под оплеткой 6 дополнительными нитями 5 и наружную оболочку 7 из технических фторопласта или его сополимеров.

Изображенный на чертеже Фиг. 2 узел оплеточной машины челночного типа содержит направляющую трубку 8, проходящую в центре металлического стола насквозь (стол на чертеже не показан) и служащую направляющим устройством для перемещения заготовки в виде оптического волокна с первичным 3 и буферным 4 покрытиями и четырех дополнительных нитей 5. На выходе направляющей трубки 8 установлен крестообразный держатель 9, на котором закреплена направляющая трубка 11 для перемещения заготовки в виде оптического волокна с первичным 3 и буферным 4 покрытиями. Дополнительные нити 5 выходят из направляющей трубки 8 через окна 10, образующиеся в торце направляющей трубки 8 после закрепления крестообразного держателя 9. На конце направляющей трубки 11 закреплена гладкая насадка 12, служащая для образования конуса нитей 13 оплетки 6 с заданным углом. В центре гладкой насадки 12 выполнено отверстие для перемещения заготовки в виде оптического волокна с первичным 3 и буферным 4 покрытиями. По торцевой поверхности гладкой насадки 12 (с радиусом меньшим наружного радиуса окружности, на которой формируется конус нитей 13 оплетки 6) выполнено четыре сквозных отверстия для перемещения дополнительных нитей 5 так, что они проходят под конусом нитей 13 оплетки 6.

5. Осуществление изобретения

Оптическое волокно с первичным покрытием 3 изготавливается серийно и приобретается у производителя.

Буферное покрытие 4 накладывают на установке для наложения буферных покрытий с термоотверждением или ультрафиолетовым отверждением из специальных жидких компаундов. Например, для этих целей часто используется силиконовый компаунд.

Для упрочняющего покрытия в виде оплетки 6 и дополнительных нитей 5 целесообразно использовать арамидные нити с линейной плотностью не менее 10 текс. Для наложения упрочняющего покрытия в виде оплетки 6 с дополнительными нитями 5 используют серийную челночную оплеточную машину с дополнительными приспособлениями для обеспечения технологии, описанной в настоящем изобретении. Изготовление приспособлений для серийной оплеточной машины производят с помощью стандартного слесарного оборудования.

Челночная машина состоит из металлического стола с двумя волнообразными переплетающимися замкнутыми прорезями, образующими связанные между собой фигуры, напоминающие цифру восемь. В прорезях стола двигаются челноки, на которые надеты шпули с нитями. В процессе работы половина челноков, чередуясь, двигается в одном направлении, другая - в противоположном. Волнообразность прорези, по которой перемещаются челноки, обеспечивает положение каждого челнока то выше следующего встречного, то ниже, что и обеспечивает переплетение нитей между собой. Нити, сматываясь со шпули, через направляющие глазки (на чертеже не показаны) поступают на поверхность гладкой насадки 12 и в конусе оплетки 13 поступают в калибр 14, где и происходит оплетка («Производство кабелей и проводов» под редакцией Н.И. Белоруссова и И.Б. Пешкова, М, Энергоиздат, 1981 г.).

Оплетка 6 перед калибром 14 накладывается на натянутые дополнительные нити 5, проходящие через отверстия в гладкой насадке 12. Оплетка 6 притягивает дополнительные нити 5 к буферному покрытию 4, при этом частично радиальное усилие, возникающее за счет наложения оплетки 6, нейтрализуется силой упругости натянутых дополнительных нитей 5, в результате чего снижается радиальное воздействие на оптическое волокно с буферным покрытием 4.

Наложение оболочки 7 из фторопласта или его сополимеров осуществляется на серийно изготавливаемой специальной экструзионной линии для переработки фторопласта.

Группа изобретений относится к кабельной технике, а именно к способам изготовления элементов конструкции волоконно-оптических миниатюрных кабелей и к конструкциям волоконно-оптических миниатюрных кабелей, предназначенных для применения в системах управления, бортовой связи и передачи информации в различных моделях летательных и космических аппаратов. Cпособ оплетки упрочняющими высокомодульными синтетическими нитями, в котором под оплетку пропускают не менее четырех высокомодульных синтетических нитей под натяжением, что снижает радиальную нагрузку на оптическое волокно при наложении оплетки. Соответствующий этому способу миниатюрный кабель содержит одно оптическое волокно с первичным и буферным покрытиями, наложенными последовательно, упрочняющее покрытие, выполненное в виде оплетки из высокомодульных синтетических нитей и не менее четырех продольно проложенных под оплеткой таких же нитей с равными расстояниями между смежными нитями, наружную оболочку из технических фторопласта или его сополимеров. Технический результат - снижение радиальных усилий в процессе наложения оплетки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ наложения упрочняющего покрытия из высокомодульных синтетических нитей в виде оплетки на буферное покрытие кабеля волоконно-оптического миниатюрного, отличающийся тем, что под оплетку дополнительно прокладывают не менее четырех названных нитей под натяжением, каждую из которых пропускают через собственное отверстие в гладкой насадке на направляющей трубке, через которую проходит заготовка в виде оптического волокна с первичным и буферным покрытиями, причем отверстия в гладкой насадке расположены на одной окружности, равномерно описанной вокруг отверстия для прохождения заготовки в торце гладкой насадки, и каждое отверстие равноудалено от двух смежных с ним по окружности отверстий, что обеспечивает поступление нитей под оплетку под одинаковым углом и с равными расстояниями между смежными нитями, формирование оплетки происходит на нитях, отстоящих от поверхности буферного покрытия, и при прямолинейном перемещении оптического волокна с первичным и буферным покрытиями оплетка притягивает нити к поверхности буферного покрытия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что натяжение продольных нитей обеспечивают торможением отдающих устройств каждой нити.

3. Кабель волоконно-оптический миниатюрный, содержащий одно оптическое волокно с первичным и буферным покрытиями, наложенными последовательно, упрочняющее покрытие из высокомодульных синтетических нитей и наружную оболочку, отличающийся тем, что упрочняющее покрытие наложено в виде оплетки, под оплетку дополнительно продольно проложено не менее четырех нитей с одинаковыми расстояниями между смежными нитями, а названная оболочка выполнена из технических фторопласта или его сополимеров.

4. Кабель по п. 3, отличающийся тем, что буферное покрытие выполнено двухслойным.

5. Кабель по п. 3, отличающийся тем, что упрочняющее покрытие выполнено из арамидных нитей.