ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ ДЛЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2024 года по МПК G02B6/44 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится в основном к оптическим кабелям, и в частности, к вариантам осуществления для оптических кабелей, способных поддерживать рабочее состояние в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Уровень техники

[2] Оптические кабели представляют собой пряди стекловолокна, способные передавать оптический сигнал на большие расстояния, при очень высоких скоростях и с относительно низкой потерей сигнала, по сравнению со стандартными сетями из медных проводов. Поэтому, оптические кабели широко используются в дистанционной связи и заменяют другие технологии, такие как спутниковая связь, стандартная проводная связь, и т.д. Помимо дистанционной связи, оптические волокна также используются во многих применениях, таких как медицина, авиация, серверы данных компьютеров, и т.д.

[3] Из–за широкого диапазона применений оптических волокон, может возникнуть необходимость в оптических кабелях, пригодных для эксплуатации в неблагоприятных условиях окружающей среды. Например, оптические кабели можно использовать в неблагоприятных условиях окружающей среды, где требуется высокое химическое сопротивление, например, в трубопроводах, нефтеочистительных предприятиях, таких как нефте– и газоочистительные заводы, горные работы, и т.п. Применение оптических кабелей также может быть обосновано поддержанием функциональности для поддержания безопасности в случаях катастроф. Например, может возникнуть необходимость в том, чтобы оптические кабели были огнеупорными, огнестойкими и поддерживали целостность цепи в течение как можно большего времени при воспламенении. В дополнение, на характеристики оптических кабелей могут неблагоприятно повлиять такие нагрузки, как изгибание, коробление и напряжения сжатия. По этим причинам могут быть желательны оптические кабели, стойкие к химикатам, огню и/или к механическим нагрузкам.

[4] Оптические кабели также можно использовать в применениях, где электрические сигналы и/или электроэнергия желательны в дополнение к оптическому сигналу. Гибридный кабель может включать в себя электропроводящие дорожки, а также оптические дорожки в решении, связанном со встроенным кабелем. Например, с помощью гибридного кабеля могут снабжаться такие оптические устройства и электронное оборудование, как машинное оборудование, датчики, устройства связи, и др. Гибридные кабели были ранее описаны в работах из уровня техники.

[5] Кабель оптоволоконной передачи для внешних условий, вызывающих ускоренное разрушение, и особенно для применений на морском дне описано Стамницом (Stamnitz) в Европейской патентной публикации № EP0371660A1. Кабель оптоволоконной передачи содержит от одного до большого количества оптических волокон, электрических проводников и несущих деталей металлических проводов, содержащихся в одиночной кабельной структуре. Конкретным примером является электрооптомеханический кабель, который включает в себя, по меньшей мере, одну тонкостенную трубу из легированной стали, содержащую, по меньшей мере, одно одномодовое волокно и гель для заполнения пустот. Диэлектрическое кольцо включает в себя находящийся в нем электропроводящий слой. Необязательный двухслойный, с противоположно направленными спиралями, либо трех– или четырехслойный, сбалансированный по крутящему моменту, несущий элемент из стальной проволоки обеспечивает дополнительную защиту, а также возможность буксировки, развертывания и извлечения со дна моря на абиссальных глубинах.

[6] Подводные телекоммуникационные кабели описаны Мэрльером (Marlier) и др. В Патенте США № 5,125,061. Подводный телекоммуникационный кабель имеет оптические волокна, встроенные в материал, заполняющий трубу, которая сама лежит внутри спиральной свивки из металлических проводов, обладающих высокой механической прочностью, и промежутки в которой заполнены герметизирующим материалом. Кабель включает в себя первую экструдированную оболочку между трубой и спиральной свивкой, а сама спиральная свивка покрыта второй прессованной оболочкой, которая является изолирующей и стойкой к истиранию, и если кабель предназначен для дистанционной связи, он включает в себя проводящую полоску на трубе или на первой оболочке.

Сущность изобретения

[7] В соответствии с вариантом осуществления изобретения, оптический кабель включает в себя несколько оптических волокон, герметизированных в металлической трубе, полимерную внутреннюю оболочку, окружающую металлическую трубу и оперативно подключаемую к металлической трубе, и окружающую внешнюю оболочку, расположенную поверх полимерной внутренней оболочки. В варианте осуществления, одиночный слой оплетки расположен между полимерной внутренней оболочкой и внешней оболочкой.

[8] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, оптический кабель включает в себя сердцевину оптоволокна, содержащую металлическую трубу, заключающую в себе несколько ненатянутых оптических волокон. Сердцевина оптоволокна сконфигурирована для противодействия проникновению воды. Оптический кабель дополнительно включает в себя однородную внутреннюю оболочку одиночного слоя, расположенную поверх и оперативно подключаемую к сердцевине оптоволокна и к внешней оболочке. Однородная внутренняя оболочка одиночного слоя сконфигурирована так, чтобы она была химически стойкой. Оптический кабель также может включать в себя слой оплетки, расположенный поверх и физически контактирующий с однородной внутренней оболочкой одиночного слоя, и внешнюю оболочку, расположенную поверх слоя оплетки. Внешняя оболочка сконфигурирована так, чтобы она была огнеупорной.

[9] В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, гибридный кабель включает в себя несколько оптических волокон, герметизированных в металлической трубе, и полиамидную внутреннюю оболочку, окружающую металлическую трубу. Полиамидная внутренняя оболочка непосредственно прикреплена к металлической трубе. Гибридный кабель дополнительно включает в себя проводящий слой, расположенный поверх и физически контактирующий с полиамидной внутренней оболочкой, промежуточной оболочкой, расположенной поверх проводящего слоя, и внешнюю оболочку, окружающую промежуточную оболочку. Слой оплетки может быть расположен между промежуточной оболочкой и внешней оболочкой. Гибридный кабель сконфигурирован для передачи оптических сигналов по нескольким оптическим волокнам. Гибридный кабель дополнительно сконфигурирован для пропускания электрического тока через проводящий слой.

[10] В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, способ изготовления оптического кабеля включает в себя обеспечение нескольких оптических волокон, герметизацию нескольких оптических волокон в металлической трубе, формирование полимерной внутренней оболочки, окружающей металлическую трубу и оперативно подключаемой к металлической трубе, и формирование внешней оболочки, окружающей полимерную внутреннюю оболочку. В варианте осуществления, способ дополнительно содержит формирование одиночного слоя оплетки поверх полимерной внутренней оболочки, до формирования внешней оболочки.

Краткое описание чертежей

[11] Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ, теперь обратимся к следующим описаниям, приведенным в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

[12] Фигура 1 иллюстрирует стандартный оптический кабель;

[13] Фигура 2 иллюстрирует другой стандартный оптический кабель;

[14] Фигура 3 иллюстрирует примерный оптический кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей несколько оптических волокон в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

[15] Фигура 4 иллюстрирует примерный оптический кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей две или более труб для волокна, каждая из которых содержит несколько оптических волокон в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

[16] Фигура 5 иллюстрирует примерный гибридный кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей несколько оптических волокон, а также электропроводящий слой в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

[17] Фигура 6 иллюстрирует примерный гибридный кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей две или более труб для волокна, каждая из которых содержит несколько оптических волокон, а также электропроводящий слой в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

[18] Фигура 7 иллюстрирует примерный способ изготовления оптического кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

[19] Фигура 8 иллюстрирует другой примерный способ изготовления оптического кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и

[20] Фигура 9 иллюстрирует примерный способ изготовления гибридного кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

[21] Создание и использование предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления подробно обсуждается ниже. Однако, следует учитывать, что настоящее изобретение обеспечивает многие применимые идеи изобретения, которые могут быть осуществлены в самых разнообразных конкретных контекстах. Обсуждаемые конкретные варианты осуществления являются лишь иллюстративными для конкретных способов создания и использования изобретения, и не ограничивают объем изобретения.

[22] В различных вариантах осуществления будет описан оптический кабель с высокой химической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью, целостностью цепи и механической прочностью. Оптический кабель достигает этих и других свойств тем, что он включает в себя химически стойкий слой, непосредственно контактирующий с металлической трубой, которая вмещает в себя оптические волокна. В дальнейшем описании представлены примерные варианты осуществления.

[23] Сначала будут описаны два стандартных оптических кабеля, с использованием Фигур 1 и 2. Затем будут обсуждаться два варианта осуществления оптических кабелей, с использованием Фигур 3 и 4. Затем будут обсуждаться два варианта осуществления гибридных кабелей, с использованием Фигур 5 и 6. Затем будут обсуждаться несколько примерных способов изготовления вариантов осуществления кабелей, с использованием Фигур 7–9. Выбор возможных диаметров кабеля и диапазонов диаметра кабеля будет подытожен в Таблице I.

[24] Фигура 1 иллюстрирует стандартный оптический кабель.

[25] Обратимся к Фигуре 1, где стандартный оптический кабель 100 включает в себя центральный 150 элемент из пластика, армированного стекловолокном (glass fiber reinforced plastic, GFRP). Вокруг центрального 150 элемента из GFRP расположены трубы 152 из термопластического полиэфира. Каждая из труб 152 из термопластического полиэфира содержит несколько оптических волокон 110 и соединение 122 в виде геля. Стандартный оптический кабель имеет 72 оптических волокна 110, содержащихся в шести трубах 152 из термопластического полиэфира, как проиллюстрировано на Фигуре 1.

[26] Трубы 152 из термопластического полиэфира окружены термостойким и способным к набуханию покрытием 124 сердцевины. Термостойкое и способное к набуханию покрытие 124 сердцевины содержит слюдяную ленту для обеспечения термостойкости и порошок абсорбента для обеспечения защиты от воды. Термостойкое и способное к набуханию покрытие 124 сердцевины окружено слоем 154 с малым выделением дыма и без выделения галогенов (low smoke zero halogen (LS0H)). Центральный 150 элемент из GFRP, трубы 152 из термопластического полиэфира, термостойкое и способное к набуханию покрытие 124 сердцевины и слой 154 LS0H составляют сердцевину 140 кабеля для стандартного оптического кабеля 100.

[27] Сердцевина 140 кабеля имеет стандартный диаметр 190 сердцевины, определяемый в зависимости от количества и расположения оптических волокон в трубах 152 из термопластического полиэфира. Общее количество оптических волокон обычно составляет от 6 до 96. Стандартный диаметр 190 сердцевины имеет минимальный диаметр 6,5 мм для 6–36 оптических волокон. Диаметр увеличивается с повышением количества оптических волокон. Стандартный оптический кабель 100, включающий в себя 72 оптических волокна, имеет стандартный диаметр 190 сердцевины, составляющий 7,4 мм. Аналогично, стандартный оптический кабель 100, включающий в себя 96 оптических волокон, имеет стандартный диаметр 190 сердцевины, составляющий 9 мм.

[28] Сердцевина 140 кабеля покрыта многослойной внутренней 142 оболочкой в радиально внешнем положении относительно слоя 154 LS0H. Многослойная внутренняя 142 оболочка имеет алюминиевую фольгу 132, слой 156 полиэтилена высокой плотности (ПВП) и слой 158 полиамида (ПА). ПА–слой 158 изготовлен из полиамида 12 (также называемого PA12). Многослойная внутренняя 142 оболочка имеет стандартный диаметр 192 внутренней оболочки, который ограничен количеством слоев, входящих в многослойную внутреннюю 142 оболочку, а также минимальными требованиями по защите. Для защиты стандартного оптического кабеля 100, стандартный диаметр 192 внутренней оболочки не может быть менее 6,9 мм.

[29] Слой 146 оплетки расположен на многослойной внутренней 142 оболочке. Слой 146 оплетки состоит из одного слоя проволок 136 из оцинкованной стали. Внешняя 148 оболочка LS0H покрывает слой 146 оплетки. Стандартный оптический кабель 100 имеет стандартный диаметр 199 оптического кабеля, который включает в себя внешнюю 148 оболочку LS0H. Поскольку также задействована сердцевина 140 кабеля, стандартный диаметр 199 оптического кабеля подвергается тем же ограничениям, что и стандартный диаметр 190 сердцевины. Стандартный оптический кабель 100 с общим количеством оптических волокон в диапазоне 6–36 оптических волокон имеет стандартный диаметр 199 оптического кабеля 9,8 мм. Стандартный оптический кабель 100 с 72 оптическими волокнами имеет стандартный диаметр 199 оптического кабеля 20,7 мм. Аналогично, стандартный оптический кабель 100 с 96 оптическими волокнами имеет стандартный диаметр 199 оптического кабеля 22,3 мм.

[30] Фигура 2 иллюстрирует другой стандартный оптический кабель.

[31] Обратимся к Фигуре 2, где стандартный оптический кабель 200 имеет центральный 250 несущий элемент. Волокна 210 защищены в заполненных гелем ненатянутых 252 трубах, переплетенных вокруг центрального 250 несущего элемента. Гидроизолирующая прокладка 232 изготовлена из ленты на основе сополимера алюминия, которая сложена в продольном направлении вокруг ненатянутых 252 труб. Оболочечный 256 подэлемент, изготовленный из полиэтилена высокой плотности (ПВП), устанавливают поверх гидроизолирующей прокладки 232. Полиамидную оболочку 258 устанавливают вокруг оболочечного 256 подэлемента. Оплетку 246, состоящую из стальных проволок, стальных оплеток, или гофрированной стальной ленты, устанавливают вокруг полиамидной оболочки 258. Оболочку 248, состоящую из огнеупорного материала с малым выделением дыма и без выделения галогенов или огнеупорного и термо– и маслостойкого материала на основе ПВХ, устанавливают вокруг оплетки 246.

[32] Стандартный оптический кабель 200 имеет стандартный диаметр 299 оптического кабеля, на который наложены те же ограничения, что и на сердцевину 240 оптоволокна способом, аналогичным способу для стандартного оптического кабеля 100. Стандартный диаметр 299 оптического кабеля не может быть менее 18,0 мм, когда стандартный оптический кабель 200 имеет общее количество оптических волокон в диапазоне от 2 до 72 оптических волокон. Стандартный оптический кабель 200 с 96 оптическими волокнами имеет стандартный диаметр 299 оптического кабеля 19,6 мм. Стандартный оптический кабель 200 с 144 оптическими волокнами имеет стандартный диаметр 299 оптического кабеля 23,4 мм.

[33] Некоторые недостатки могут быть связаны со стандартными оптическими кабелями. Например, стандартные оптические кабели являются относительно толстыми. Как стандартный оптический кабель 100, так и стандартный оптический кабель 200 должны иметь центральный несущий элемент GFRP, который повышает диаметр сердцевины оптоволокна, а следовательно, и диаметр стандартного оптического кабеля. По этой причине, наполнитель трубы, не содержащей никаких оптических волокон, задействован для поддержания структурной целостности кабеля даже когда необходимо меньшее количество труб, содержащих оптические волокна. Дополнительно, многослойная внутренняя оболочка стандартного оптического кабеля 100 и стандартного оптического кабеля 200 повышает общий диаметр кабеля.

[34] Другим недостатком стандартных оптических кабелей, таких как кабель 100, является использование слюдяной ленты для обеспечения огнестойкости. Слюдяная лента усложняет технологическую последовательность процесса изготовления за счет требования того, чтобы стандартный оптический кабель можно было перемещать к другой линии для наматывания слюдяной ленты. Дополнительная обработка повышает затраты на изготовление за счет увеличения времени на изготовления и требования дополнительного машинного оборудования. Слюдяную ленту формируют путем наклеивания чешуек слюды на стекловолоконную подложку, и поэтому она очень хрупкая. Чешуйки слюды легко отслаиваются в ходе обработки, что невыгодно загрязняет рабочую среду. В дополнение, слюдяная лента достаточно дорогая, что, помимо всего прочего, повышает затраты. Кабель 200, не содержащий слюдяные ленты, непригоден для поддержания целостности цепи под действием огня согласно IEC 60331–25 (1999).

[35] Стандартные оптические кабели также не могут отвечать всем требованиям по защите для определенных неблагоприятных условий окружающей среды, таких как те, которые встречаются в нефтегазовой промышленности. Например, оптические кабели, сконструированные для химически сложных сред, таких как шахты и нефтяные скважины, должны быть одновременно водостойкими, огнестойкими, огнеупорными, химически стойкими, механически устойчивыми и поддерживающими целостность цепи под действием огня. В стандартных оптических кабелях невыгодно отсутствует выполнение одного или более требований по защите, что делает их непригодными для использования в этих неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как условия в нефтегазовой промышленности.

[36] Кроме того, в одиночном кабеле, в дополнение к оптической связности может быть желательным обеспечение электрической связности. Например, в одиночном оптическом кабеле можно одновременно передавать электрические сигналы и/или электроэнергию. Электроэнергию можно выгодно подавать, например, на удаленное машинное оборудование или датчики. Однако, стандартные оптические кабели невыгодно обеспечивают только оптическую связность.

[37] Авторы настоящей заявки обнаружили, что стандартные оптические кабели не отвечают требованиям по защите, таким как огнестойкость и целостность цепи, в присутствии огня. Кроме того, авторы настоящей заявки обнаружили, что стандартные оптические кабели нельзя сделать более тонкими и менее дорогими так, чтобы они еще и отвечали требованиям по защите для неблагоприятных условий окружающей среды, таких как те, которые встречаются в нефтегазовой промышленности. Авторы настоящей заявки также признают неудовлетворенную потребность в промышленности для обеспечения электрических сигналов и/или электроэнергии, в дополнение к оптическим сигналам, с использованием одиночного кабеля, пригодного для использования в этих неблагоприятных условиях окружающей среды.

[38] Фигура 3 иллюстрирует примерный оптический кабель согласно настоящему раскрытию, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей несколько оптических волокон в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

[39] Обратимся к Фигуре 3, где оптический кабель 300 включает в себя несколько оптических волокон 10, герметизированных в металлической трубе 30. В металлической трубе 30 можно герметизировать любое мыслимое количество оптических волокон. В различных вариантах осуществления, количество оптических волокон 10 в металлической трубе 30 составляет менее 150. Однако, количество оптических волокон 10 в металлической трубе 30 также может быть равно или превышать 150. В одном варианте осуществления, количество оптических волокон 10 в металлической трубе 30 составляет 48. В другом варианте осуществления, количество оптических волокон 10 в металлической трубе 30 составляет 12. В еще одном варианте осуществления, количество оптических волокон 10 в металлической трубе 30 составляет 96.

[40] Наполнитель 20 может быть использован для заполнения пустого пространства и частичной или полной иммобилизации оптических волокон 10 в металлической трубе 30. Наполнитель 20 может быть сконфигурирован для предотвращения распространения влаги в продольном направлении вдоль оптического кабеля 300. Например, наполнитель 20 может включать в себя водоблокирующее соединение. Наполнитель также может включать в себя поглотитель водорода. В различных вариантах осуществления, наполнитель 20 включает в себя абсорбирующий материал для поглощения влаги и воды и в некоторых вариантах включает в себя сверхтонкий порошок абсорбента осуществления. В других вариантах осуществления, наполнитель 20 включает в себя гель, и в некоторых вариантах осуществления он представляет собой тиксотропный гель. В различных вариантах осуществления, наполнитель 20 представляет собой агент заводнения, для предотвращения продольное распространение влаги в металлической трубе 30. Примерами материалов, пригодных в качестве наполнителя согласно настоящему раскрытию являются гидрированные тяжелые парафины, гидрированные нейтральные C20–50 масла и полидиметилсилоксановые масла. Также, или в качестве альтернативы можно использовать водоблокирующие нити, несущие на себе, например порошок полиакрилата и/или полиакриламида.

[41] В различных вариантах осуществления, металлическая труба 30 может быть сварной или прессованной, если возможно. Металлическая труба 30 может быть изготовлена из стали, например, из нержавеющей стали, такой как нержавеющая сталь 304 или 304L, или нержавеющая сталь 316 или 316L. Металлическая труба 30 также может быть осуществлена с использованием других металлов или сплавов металлов. В одном альтернативном варианте осуществления, металлическая труба 30 представляет собой элементарную медь (Cu), а в одном варианте осуществления является сварной медной трубой. В других вариантах осуществления, металлическая труба 30 представляет собой сплав меди, а в одном варианте осуществления представляет собой сварную трубу из сплава меди. В различных вариантах осуществления, металлическая труба 30 представляет собой алюминий, а в одном варианте осуществления представляет собой сварную трубу из алюминия. В качестве альтернативы, металлическая труба 30 может быть образована из прессованного алюминия. Когда металлическая труба 30 изготовлена из меди, сплава меди или алюминия, она также может переносить электрический ток, как требуется для конкретного применения кабеля.

[42] Металлическая труба 30, наполнитель 20 и несколько оптических волокон 10 содержат сердцевину 40 оптоволокна оптического кабеля 300. Хотя несколько оптических волокон 10 могут быть частично или полностью иммобилизованы наполнителем 20, конфигурация как проиллюстрировано на Фигуре 3 может называться конфигурацией сердцевины ненатянутой трубы. Возможное преимущество этой конфигурации состоит в том, что металлическая труба 30 может обеспечить механическую стабильность, вследствие чего в центральном несущем элементе нет необходимости. Поскольку металлическая труба 30 герметизирована путем сварки или прессования, она также может функционировать для предотвращения поглощения воды в сердцевину 40 оптоволокна. В частности, металлическая труба 30 может предотвратить радиальное проникновение воды в сердцевину 40 оптоволокна.

[43] Обратимся теперь к Фигуре 3, где оптический кабель 300 дополнительно включает в себя внутреннюю 42 оболочку, окружающую металлическую трубу 30. В различных вариантах осуществления, внутренняя 42 оболочка образована из одиночного слоя однородного полимерного материала, а в некоторых вариантах осуществления представляет собой полиамидный материал. В других вариантах осуществления, внутренняя 42 оболочка может включать в себя два или более слоев. Внутренняя 42 оболочка также может быть осуществлена с использованием других материалов, такой как, например, полиэтилен (ПЭ). Внутренняя 42 оболочка может быть сконфигурирована для защиты сердцевины 40 оптоволокна от вредных химикатов. Возможное преимущество внутренней 42 оболочки состоит в том, что достаточная защита от таких химикатов, как масло, топливо, толуол, вода, и др., может быть получена с использованием одиночного слоя материала. Следовательно, внутренняя 42 оболочка может быть преимущественно более тонкой, менее дорогой и более простой в изготовлении, чем стандартные слои, сконфигурированные для защиты сердцевины оптоволокна.

[44] Было обнаружено, что, будучи изготовленной из полиамида, внутренняя оболочка кабеля по раскрытию является стойкой к таким химикатам, как гидроксид натрия при комнатной температуре, толуол при 50°C, бензол при 50°C, дизельное топливо при 50°C, эталонное масло 902 согласно ASTM при 75°C и 100°C, эталонное масло 903 согласно ASTM при 100°C и 140°C, причем внутреннюю оболочку тестируют согласно IEC 60811–2–1 (2001).

[45] В одном варианте осуществления, внутренняя 42 оболочка осуществлена с использованием одиночного однородного слоя нейлона 6 (также называемого PA6). В частности, нейлон 6 имеет химическую формулу [NH−(CH₂)₅−CO]_n, в качестве повторяющегося блока. Например, как было описано ниже, авторы изобретения обнаружили, что нейлон 6 можно использовать для формирования внутренней оболочки 42, для преимущественного обеспечения химической защитой, при минимизации толщины внутренней 42 оболочки. В другом варианте осуществления, внутренняя 42 оболочка осуществлена с использованием одиночного однородного слоя нейлона 12 (также называемого PA12). В частности, нейлон 12 имеет химическую формулу [NH–(CH₂)₁₁–CO]_n в качестве повторяющегося блока. Другие типы нейлона также можно использовать для внутренней 42 оболочки, такой как нейлон 6,6. Аналогично, другие полиамидные материалы также можно использовать для внутренней 42 оболочки. В некоторых применениях, другие материалы, такие как другие полимерные материалы, также могут быть включены во внутреннюю 42 оболочку.

[46] Необязательный адгезионный слой 26 может быть расположен между металлической трубой 30 и внутренней 42 оболочкой. Адгезионный слой 26 может быть сконфигурирован для облегчения припаивания внутренней 42 оболочки непосредственно к металлической трубе 30. Адгезионный слой 26 также может быть сконфигурирован для функционирования в качестве грунтовка, путем приготовления внешней поверхности металлической трубы 30, припаиваемой к внутренней 42 оболочке. В различных вариантах осуществления, адгезионный слой 26 полностью заполняет пространство между металлической трубой 30 и внутренней 42 оболочкой. В результате, адгезионный слой 26 также может функционировать для предотвращения или снижения продольного проникновения воды. Пригодные адгезивы для кабелей по настоящему раскрытию получены на основе, например, полиамида или полиэтилена, необязательно перемешивают с акриловой кислотой или акрилатными полимерами.

[47] Оптический кабель 300 также включает в себя слой 46 оплетки, окружающий внутреннюю 42 оболочку. Слой 46 оплетки включает в себя металл в различных вариантах осуществления. В одном варианте осуществления, слой 46 оплетки представляет собой одиночный слой оплетки. Осуществление слоя 46 оплетки в качестве одиночного слоя оплетки может преимущественно обеспечить меньший общий диаметр оптического кабеля 300. Слой 46 оплетки может быть осуществлен с использованием нескольких проволок 34 круглого сечения. В некоторых вариантах осуществления, слой 46 оплетки включает в себя нержавеющую сталь, а в одном варианте осуществления реализована с использованием проволок круглого сечения из оцинкованной стали (SWA) намотанных почти спиралеобразно вокруг внутренней 42 оболочки. В качестве альтернативы, слой 46 оплетки может содержать другие типы металла, такие как фосфатная сталь, нержавеющая сталь, алюминированная сталь, элементарная медь (Cu), элементарный алюминий (Al), сплавы металлов, и т.п.

[48] Форма элементарных компонентов слоя 46 оплетки не ограничена проволоками круглого сечения. Слой 46 оплетки также может быть осуществлен с использованием гофрированной ленты, трапецеидальных проволок или плоских проволок. Кроме того, слой 46 оплетки также может быть осуществлен с использованием диэлектрических несущих элементов, таких как скругленные стеклянные несущие элементы или плоские стеклянные несущие элементы, или скругленные арамидные проволоки. Слой 46 оплетки также может включать в себя дополнительные слои.

[49] Обратимся снова к Фигуре 3, где оптический кабель 300 дополнительно включает в себя внешнюю 48 оболочку вокруг слоя 46 оплетки. Внешняя 48 оболочка может быть преимущественно сконфигурирована для обеспечения существенной огнестойкости и огнеупорности. Внешняя 48 оболочка также может преимущественно быть термо–, масло– и УФ–стойкой. Внешняя 48 оболочка может (необязательно) порождать вещества с малым выделением дыма и без выделения галогенов в присутствии огня. В некоторых вариантах осуществления, внешняя 48 оболочка осуществлена с использованием LS0H–материала, как было описано, например, в Патенте США № 6,552,112 который полностью включен в настоящую работу в виде ссылки. В частности, LS0H–материал может содержать, например, (a) гомополимер или сополимер кристаллического пропилена; (b) сополимер этилена, по меньшей мере, с одним альфа–олефином, и (необязательно) с диеном; и (c) природный гидроксид магния в таком количестве, чтобы придать ему огнеупорные свойства. В других вариантах осуществления, внешняя 48 оболочка может быть осуществлена с использованием ПВХ–материала или ППП–материала.

[50] Некоторые характерные размеры оптического кабеля 300 показаны на Фигуре 3. Сердцевина 40 оптоволокна, которая включает в себя металлическую трубу 30, несколько оптических волокон 10 и (необязательно) наполнитель 20, имеет первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна. Первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна может зависеть от количества оптических волокон 10, содержащихся его пределах. Первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна может дополнительно зависеть от толщины металлической трубы 30, а также от наличия дополнительных структурных и организационных компонентов, задействованных для размещения нескольких оптических волокон 10. Например, толщина металлической трубы 30 может составлять 0,1–0,5 мм, а в одном варианте осуществления составляет 0,4 мм. Возможная выгода металлической трубы 30, включающей в себя ненатянутые упакованные оптические волокна 10, состоит в том, что первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна снижен, по сравнению со стандартными сердцевинами оптоволокна, по причинам, описанным более подробно ниже.

[51] В различных вариантах осуществления, первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна составляет 1,5–5,5 мм. В одном варианте осуществления, первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна составляет примерно 2 мм. В качестве конкретного примера, сердцевина 40 оптоволокна, включающая в себя 12 оптических волокон, может иметь первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна 2 мм. В других вариантах осуществления, первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна составляет примерно 3,5 мм. В качестве конкретного примера, сердцевина 40 оптоволокна, включающая в себя 13–48 оптических волокон, может иметь первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна 3,5 мм. В еще одних вариантах осуществления, первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна составляет примерно 4,8 мм. В качестве конкретного примера, сердцевина 40 оптоволокна, включающая в себя 49–96 оптических волокон, может иметь первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна 4,8 мм. Возможны также и другие сочетания сердцевины оптоволокна диаметры и количества оптических волокон. Первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна, как правило, может повышаться с ростом количества оптических волокон, но это необязательно верно во всех случаях.

[52] В отличие от стандартных оптических кабелей, сконструированных огнестойкими и поддерживающими целостность цепи в присутствии огня, оптический кабель 300 может не включать в себя никакого огнестойкого слоя, отличного от металлической трубы 30 вокруг сердцевины 40 оптоволокна. Например, в стандартных оптических кабелях обычно используют огнестойкую ленту, такую как слюдяная лента, для достижения требований стандартов огнестойкой целостной цепи, таких как стандарты Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission (IEC) 60331–25 (1999)). Стандартные кабели, в которых не использован некоторый тип термостойкой лента, не проходит стандарта IEC 60331–25 (1999).

[53] Авторы настоящей заявки обнаружили, что металлическая труба, такая как металлическая труба 30, обеспечивает достаточную защиту для оптических волокон для поддержания целостности цепи под действием огня. В частности, авторы изобретения провели испытания на целостность цепи на кабелях, содержащих трубы из нержавеющей стали, содержащие безбуферные оптические волокна, с хорошими результатами. Кабель по настоящему раскрытию успешно прошел испытания на целостность цепи при 750ºC в течение 90 мин и при 1000ºC в течение 180 мин согласно IE C 60331–25 (1999) и при 830ºC в течение 120 мин под действием ударного нагружения согласно CEI EN50200 (2015). Эта находка может быть парадоксальной, если основываться на известные способы и конфигурации, поскольку можно ожидать, что оптические волокна будут перегреваться, из–за высокой теплопроводности большинства металлов. Преимущественно, с использованием металлической трубы, содержащей ненатянутые оптические волокна, можно снизить диаметр сердцевины оптоволокна согласно варианту осуществления оптических и гибридных кабелей, при поддержании также высоких уровней огнестойкости и целостности цепи в присутствии огня.

[54] Внутренняя 42 оболочка имеет первую 92 толщину внутренней оболочки. В различных вариантах осуществления, первая 92 толщина внутренней оболочки составляет 0,4–3 мм, а в некоторых вариантах осуществления может находиться в диапазоне примерно 0,3–1,5 мм. В одном варианте осуществления, первая 92 толщина внутренней оболочки составляет примерно 0,5 мм. В качестве конкретного примера, внутренняя 42 оболочка, осуществленная с использованием однородного ПА–материала, такого как нейлон 6, может иметь первую 92 толщину внутренней оболочки примерно 0,5 мм. В другом варианте осуществления, первая 92 толщина внутренней оболочки составляет примерно 1,3 мм. В качестве конкретного примера, внутренняя 42 оболочка, осуществленная с использованием однородного ПЭ–материала, может иметь первую 92 толщину внутренней оболочки примерно 1,3 мм. Следует отметить, что когда толщина адгезионного слоя 26 является ненулевой, его можно сделать очень тонким (обладающим толщиной, меньшей или равной 0,2 мм), так, чтобы он был намного меньше, чем первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна и первая 92 толщина внутренней оболочки.

[55] Толщину внутренней 42 оболочки можно преимущественно сделать тонкой, по сравнению со стандартными толщинами внутренней оболочки. Например, стандартные внутренние оболочки могут включать в себя несколько слоев, что повышает толщину внутренней оболочки. В стандартных внутренних оболочках, используемых для химической стойкости, можно использовать композитные слои или слои, изготовленные из ПЭ–слоя, слоя алюминия и ПА–слоя вместе взятых. Другие стандартные внутренние оболочки можно сделать очень толстыми, для использования определенных материалов, которые могут обладать пониженной эффективностью, если их сделать тонкими, особенно при использовании в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как среды, где важна высокая химическая стойкость.

[56] Авторы настоящей заявки обнаружили, что одиночный слой подходящей толщины можно использовать для внутренней 42 оболочки оптического кабеля 300, при поддержании также высокого уровня химической стойкости. Например, авторы изобретения обнажили ПЭ, нейлон 6 и нейлон 12 для различных соединений, таких как вода, масло (IRM 902), топливо (IRM 903) и толуол при различных температурах, как было уже упомянуто выше. Авторы изобретения определили, среди прочих результатов, что относительно тонкий слой полиамида, например нейлона 6 или нейлона 12, можно использовать для защиты металлической трубы в неблагоприятных химических средах. Например, толщина тонкого слоя нейлона 6 может находиться в диапазоне примерно 0,3–1,0 мм. Исходя из результатов испытания, внутренняя оболочка, осуществленная с использованием однородного ПЭ–слоя, менее эффективна при обеспечении защиты в неблагоприятных химических средах, в частности, в средах, где присутствуют нефть и газ.

[57] Обратимся теперь к Фигуре 3, где слой 46 оплетки оптического кабеля 300 имеет толщина 96 слоя оплетки. Толщина 96 слоя оплетки может зависеть от механических требований данного применения. В случаях, где слой 46 оплетки осуществлен с использованием одиночного слоя проволок 34 круглого сечения, диаметр проволок 34 круглого сечения может определять значение толщины 96 слоя оплетки. В различных вариантах осуществления, толщина 96 слоя оплетки составляет примерно 0,5–3,6 мм. В одном варианте осуществления, толщина 96 слоя оплетки составляет примерно 1,0 мм. Для определенных применений, где желательная очень высокая механическая прочность, слой 46 оплетки может быть осуществлен с использованием нескольких слоев. Толщина 96 слоя оплетки для определенных применений может превышать 3,6 мм.

[58] Внешняя 48 оболочка имеет толщину 97 внешней оболочки. Толщина 97 внешней оболочки может зависеть от различных желаемых уровней защиты, например, химической стойкости, термостойкости, огнеупорности, целостности цепи, механической стабильности, и др. Толщина 97 внешней оболочки в различных вариантах осуществления составляет примерно 1,0–5,0 мм. В одном варианте осуществления, толщина 97 внешней оболочки составляет 2,2 мм. В другом варианте осуществления, толщина 97 внешней оболочки составляет примерно 3,0 мм.

[59] Оптический кабель 300 имеет первый 399 диаметр оптического кабеля, который зависит от сочетания первого 90 диаметра сердцевины оптоволокна, первой 92 толщины внутренней оболочки, толщины 96 слоя оплетки и толщины 97 внешней оболочки. В различных вариантах осуществления, первый 399 диаметр оптического кабеля составляет 5–25 мм, а в некоторых вариантах осуществления находится в диапазоне примерно 5,6–21 мм. В одном варианте осуществления, первый 399 диаметр оптического кабеля составляет примерно 12,5 мм для оптического кабеля 300, включающего в себя 48 оптических волокна.

[60] Поскольку первый 399 диаметр оптического кабеля часто в первую очередь зависит от количества оптических волокон 10, может быть полезным рассматривать отношение количества задействованных оптических волокон к диаметру оптического кабеля. Например, в предыдущем примере первого 399 диаметра оптического кабеля 12,5 мм для оптического кабеля 300, включающего в себя 48 оптических волокон, отношение число волокон/диаметр составляет примерно 3,84 волокон/мм. Как правило, более высокое отношение число волокон/диаметр указывает на меньший размер кабеля и может быть желательным в применениях, в которых пространство, отведенное для прокладки кабеля, ограничено. В Таблице перечислены различные примерные диаметры оптического кабеля, а соответствующие количества оптических волокон показаны ниже в Таблице I.

[61] Первый 399 диаметр оптического кабеля может быть намного тоньше для заданного количества оптических волокон 10, чем стандартные оптические кабели. В вышеприведенном примере, оптический кабель, включающий в себя 48 оптических волокон, имеет отношение число волокон/диаметр, составляющее примерно 3,84 волокон/мм. Стандартные оптические кабели имеют отношение число волокон/диаметр, которое намного ниже. Например, как было описано ранее применительно к Фигуре 1, стандартный оптический кабель, включающий в себя 36 оптических волокон, обычно имеет отношение число волокон/диаметр, составляет 1,81 волокон/мм. Напротив, настоящие варианты осуществления могут достигать отношения число волокон/диаметр более 3 волокон/мм и примерно 3–8 волокон/мм.

[62] Дополнительным преимуществом кабеля по настоящему раскрытию может быть количество содержащихся в нем органических материалов, и такое количество сильно снижено, по сравнению со стандартным кабелем. Следовательно, характеристики по дыму и характеристики по пламени могут быть значительно улучшены. В качестве конкретного примера, был изготовлен кабель по настоящему раскрытию, который имеет коэффициент пропускания > 90% (98% при 48 оптических волокон в кабеле и 95% при 96 оптических волокон в кабеле, где оба имеют внешний слой LS0H) при испытании на дым согласно IEC 61034–2 (2005), и успешно прошел испытания на распространение пламени согласно IEC 60332–1–2 (2004), IEC 60332–3–24 (2000) Cat C и 60332–3–22 (2009) Кат. A.

[63] Кабель согласно настоящему раскрытию, содержащий до 96 оптических волокон и имеющий внешний слой LS0H, был классифицирован как B2ca–s1a,d2,a1 класс CPR согласно Регламенту о делегировании Комиссии полномочий (Commission Delegated Regulation (EU)) 2016/364 от 1 июля 2015 г.

[64] Фигура 4 иллюстрирует примерный оптический кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей две или более труб для волокна, каждая из которых содержит несколько оптических волокон в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

[65] Обратимся к Фигуре 4, где оптический кабель 400 включает в себя сердцевину 41 оптоволокна, внутреннюю 42 оболочку, слой 46 оплетки и внешнюю 48 оболочку. Оптический кабель 400 может быть аналогичным оптическому кабелю 300, как было описано ранее применительно к Фигуре 3, за исключением включения сердцевины 41 оптоволокна, которая включает в себя несколько комплектов оптических волокон, содержащихся в трубах 18 для волокна. Помеченные аналогичным образом элементы могут быть такими, как было описано ранее, и не будут описаны здесь, для краткости.

[66] Сердцевина 41 оптоволокна может включать в себя любое количество труб 18 для волокна, каждая из которых содержит комплект оптических волокон 10. Трубы 18 для волокна могут содержать полимерный материал. В различных вариантах осуществления, трубы 18 для волокна включают в себя полиэфирный материал, а в одном варианте осуществления осуществлены с использованием материала термопластического полиэфира. Трубы 18 для волокна могут быть сконфигурированы упорядочивания оптических волокон 10 в сердцевине 41 оптоволокна. Трубы 18 для волокна также могут обеспечить дополнительную механическую стабильность и заключать в себе необязательный наполнитель 21 трубы для волокна. Наполнитель 21 трубы для волокна может представлять собой гелеобразный материал, аналогичный, например, наполнителю 20. В конфигурации кабеля по Фигуре 4, может быть использован кремнийорганический наполнитель 21 трубы для волокна.

[67] Соответствующие комплекты оптических волокон 10 могут быть такими же или отличными от других комплектов оптических волокон 10. Комплект оптических волокон 10 в некоторых вариантах осуществления может представлять собой одиночное оптическое волокно 10. Не существует теоретического предела для количества оптических волокон 10 в комплекте оптических волокон. Однако, конкретные решения могут ограничивать количество оптических волокон 10 в одиночной трубе 18 для волокна. Как проиллюстрировано на Фигуре 4, сердцевина 41 оптоволокна может включать в себя три трубы 18 для волокна, содержащие первый, второй и третий комплекты оптических волокон 11, 12, 13. В одном варианте осуществления, каждый из комплектов оптических волокон 11, 12, 13 состоит из двенадцати оптических волокон 10. В других вариантах осуществления, некоторые или все комплекты оптических волокон 11, 12, 13 состоят из более или менее двенадцати оптических волокон 10.

[68] Сердцевина 41 оптоволокна имеет второй 91 диаметр сердцевины оптоволокна, который может быть сходным или отличным от первого 90 диаметра сердцевины оптоволокна оптического кабеля 300. Например, вследствие добавления труб 18 для волокна, второй 91 диаметр сердцевины оптоволокна может быть больше, чем первый 90 диаметр сердцевины оптоволокна для заданного количества оптических волокон 10, но это необязательно верно для всех случаев. В результате, второй 499 диаметр оптического кабеля для оптического кабеля 400 может быть больше, чем первый 399 диаметр оптического кабеля для оптического кабеля 300 для заданного количества оптических волокон 10, но опять–таки, это лишь общий принцип, а не строгое требование.

[69] Фигура 5 иллюстрирует примерный гибридный кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей несколько оптических волокон, а также электропроводящий слой в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

[70] Обратимся к Фигуре 5, где гибридный 500 кабель включает в себя сердцевину 40 оптоволокна, гибридную 43 внутреннюю оболочку, слой 46 оплетки и внешнюю 48 оболочку. Гибридный 500 кабель может быть аналогичен такому варианту осуществления оптических кабелей, как оптический кабель 300, как было описано ранее применительно к Фигуре 3, за исключением того, что гибридный 500 кабель включает в себя проводящий 44 слой, расположенный между гибридной 43 внутренней оболочкой, изготовленной из ПА или ПЭ, из промежуточной 45 оболочки, изготовленной из ПЭ или керамизирующегося кремнийорганического каучука, изолирующей проводящий 44 слой от слоя 46 оплетки. Сходно помеченные элементы могут быть такими, как было описано ранее, и здесь они не будет описаны, для краткости.

[71] Гибридный 500 кабель может быть сконфигурирован для подачи электрических сигналов и/или электроэнергии с использованием проводящего 44 слоя. Электрические сигналы и/или электроэнергия могут представлять собой постоянный ток (DC) или переменный ток (AC). Например, гибридный 500 кабель может переносить, по большей мере, постоянный ток (DC) при 48В и переменный ток (AC), по большей мере, при 380В, что, таким образом, позволяет классифицировать его как кабель низкого напряжения. В некоторых случаях, слой 46 оплетки может быть заземлен и использован в качестве обратной цепи для системы подачи электропитания с использованием гибридного 500 кабеля. В различных вариантах осуществления, проводящий 44 слой осуществлен с использованием нескольких электропроводящий проводов 38.

[72] В некоторых вариантах осуществления, электропроводящие провода 38 имеют круглое, сплошное поперечное сечение. В одном варианте осуществления, электропроводящие провода 38 осуществлены с использованием элементарной меди (Cu). В другом варианте осуществления, электропроводящие провода 38 осуществлены с использованием элементарного алюминия (Al). Состав материала электропроводящих проводов 38 не ограничен элементарными металлами и также может быть образован из сплавов металлов, и т.п.

[73] Гибридная 43 внутренняя оболочка может быть аналогичной внутренней 42 оболочке, которая была описана ранее. В качестве альтернативы, гибридная 43 внутренняя оболочка может отличаться, с учетом электрических предназначений проводящего 44 слоя. Толщина и состав материала сердцевины 41 оптоволокна может зависеть от требований электрической изоляции сердцевины 41 оптоволокна. Например, в стандартных гибридных кабелях могут быть использованы многослойные внутренние оболочки или толстых однородных ПЭ–слоев, для обеспечения электрической изоляции между стандартным проводящим слоем и стандартной сердцевиной оптоволокна.

[74] Поэтому, для специалиста в данной области техники может быть не сразу очевидно будет ли достаточной для обеспечения требуемой электрической изоляции тонкая внутренняя оболочка одиночного слоя, осуществленная с использованием материала, отличного от ПЭ–материала. Авторы настоящей заявки выполнили испытания для проверки того, что тонкие внутренние оболочки одиночных слоев, осуществленные с использованием альтернативных материалов, таких как полиамидные (ПА) материалы, обеспечивают достаточную электрическую изоляцию между сердцевиной оптоволокна и проводящим слоем. В одном варианте осуществления, гибридная 43 внутренняя оболочка содержит нейлон 6. Возможная выгода гибридного 500 кабеля состоит в том, что гибридную 43 внутреннюю оболочку можно сделать тоньше, чем стандартные внутренние оболочки, как обеспечено стандартом CEI EN 50363–0 (2006) при поддержании также электрической изоляции проводящего 44 слоя. Толщина этого слоя зависит от уровня изоляции, требуемой конкретным передаваемым током. В качестве примера, для 12 или 24В постоянного тока, достаточно внутренняя 43 оболочка толщиной 0,5 мм.

[75] В различных вариантах осуществления, промежуточная 45 оболочка содержит такой ПЭ–материал, как HDPE. В других вариантах осуществления, особенно когда требуется огнестойкость, промежуточная 45 оболочка может содержать ПЭ–материал и стекловолокно или слюдяную ленту (ленты), либо только стекловолокно или слюдяную ленту (ленты), или керамизирующийся кремнийорганический каучук

[76] В дополнение к сходно помеченным размерам, которые могут быть такими, как было описано ранее, гибридный 500 кабель включает в себя вторую 93 толщину внутренней оболочки, толщину 94 проводящего слоя и толщину 95 промежуточной оболочки. Вторая 93 толщина внутренней оболочки может быть аналогичной первой 92 толщине внутренней оболочки, как было описано ранее, дополнительно с возможным учетом электрической изоляции между сердцевиной 40 оптоволокна и проводящим 44 слоем. Толщина 95 промежуточной оболочки может быть аналогичной ранее описанной второй 93 толщине внутренней оболочки. Однако, для заданного применения, не является строгим требованием, чтобы толщина 95 промежуточной оболочки была такой же, большей или меньшей, чем вторая 93 толщина внутренней оболочки.

[77] В различных вариантах осуществления, толщина 94 проводящего слоя составляет 0,5–6 мм, а в некоторых вариантах осуществления находится в диапазоне примерно 0,6–3,6 мм. Например, полнофункциональные проводники можно использовать от 85 мм² (AWG, американский калибр проволоки 3/0) до 2,08 мм² (AWG 14). В одном варианте осуществления, толщина 94 проводящего слоя составляет примерно 0,6 мм. В другом варианте осуществления, толщина 94 проводящего слоя составляет примерно 1 мм. Например, если проводящий 44 слой осуществлен с использованием двадцати медных (Cu) проволок с диаметром 1 мм, площадь поперечного сечения меди может составлять примерно 15 мм².

[78] Следует отметить, что состав материала проводящего 44 слоя может повлиять на требуемую площадь поперечного сечения проводящего 44 слоя. Например, для проводящего 44 слоя, который осуществлен с использованием алюминия, могут потребоваться алюминиевые проволоки, которые имеют диаметр примерно в 1,65 раз больше, чем электрически эквивалентный проводящий 44 слой, осуществленный с использованием медных проволок.

[79] Гибридный 500 кабель имеет первый 599 диаметр гибридного кабеля, который зависит от сочетания первого 90 диаметра сердцевины оптоволокна, второй 93 толщины внутренней оболочки, толщины 94 проводящего слоя, толщины 95 промежуточной оболочки, толщины 96 слоя оплетки и толщины 97 внешней оболочки. В различных вариантах осуществления, первый 599 диаметр гибридного кабеля составляет 7–35 мм, а в некоторых вариантах осуществления находится в диапазоне примерно 7,4–31,2 мм. В одном варианте осуществления, первый 599 диаметр гибридного кабеля составляет примерно 15,5 мм для гибридного 500 кабеля, включающего в себя 48 оптических волокон.

[80] Как и для предыдущего варианта осуществления оптических кабелей, первый 599 диаметр гибридного кабеля для гибридного 500 кабеля может быть значительно меньше, чем диаметры стандартного гибридного кабеля. Аналогично, гибридный 500 кабель может быть единственно пригодным для неблагоприятных условий окружающей среды и может отвечать большому количеству стандартов защита.

[81] Фигура 6 иллюстрирует примерный гибридный кабель, включающий в себя внутреннюю оболочку одиночного слоя, непосредственно прилегающую к герметизированной металлической трубе, содержащей две или более труб для волокна, каждая из которых содержит несколько оптических волокон, а также электропроводящий слой в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

[82] Обратимся к Фигуре 6, где гибридный 600 кабель включает в себя сердцевину 41 оптоволокна, гибридную 43 внутреннюю оболочку, проводящий 44 слой, промежуточную 45 оболочку, слой 46 оплетки и внешнюю 48 оболочку. Гибридный 600 кабель может быть аналогичным гибридному 500 кабелю, как было описано ранее применительно к Фигуре 5, за исключением использования сердцевины 41 оптоволокна, которая включает в себя несколько комплектов оптических волокон, содержащихся в трубах 18 для волокна. Сердцевина 41 оптоволокна гибридного 600 кабеля может быть, как было описано ранее, такой как, например, применительно к Фигуре 4. Аналогично помеченные элементы могут быть такими, как было описано ранее, и они здесь не будут описаны, для краткости.

[83] Как было сказано ранее, второй 91 диаметр сердцевины оптоволокна может быть сходным или отличным, например, от первого 90 диаметра сердцевины оптоволокна гибридного 500 кабеля. В результате, второй 699 диаметр гибридного кабеля для гибридного 600 кабеля может быть больше, чем первый 599 диаметр гибридного кабеля для гибридного 500 кабеля для заданного количества оптических волокон 10. Как было описано ранее, это лишь общий принцип, а не строгое требование.

[84] Следует отметить, что в некоторых кабелях согласно варианту осуществления, слой оплетки преимущественно может иметь пониженную толщину, или его можно полностью удалить, из–за металлической трубы сердцевины оптоволокна. Например, металлическая труба достаточной толщины может улучшить структурные свойства сердцевины оптоволокна так, что для достижения тех же общих свойств можно использовать более тонкий слой оплетки или совсем не использовать слой оплетки. Это может выгодно привести к снижению общей толщины кабелей согласно варианту осуществления, при поддержании желаемых структурных свойств и уровней огне–, водо– и химической защиты, по сравнению со стандартными кабелями.

[85] Фигура 7 иллюстрирует примерный способ изготовления оптического кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Способ 700 можно использовать для изготовления любого из оптических кабелей или гибридных кабелей, описанных в настоящей работе. Например, способ 700 можно использовать для изготовления варианта осуществления оптических кабелей, как было описано применительно к Фигуре 3, таких как оптический кабель 300. Следующие этапы способа 700 можно выполнять в любом порядке, и их не следует рассматривать как исчерпывающие. К способу 700 могут быть добавлены дополнительные этапы, а один или более этапы могут быть удалены из способа 700, как может быть ясным для обычного специалиста в данной области техники. Этапы способа 700 необязательно следует выполнять последовательно, и любое количество этапов способа 700 можно выполнять одновременно.

[86] Этап 701 изготовления оптического кабеля включает в себя обеспечение нескольких оптических волокон, которые затем герметизируют в металлической трубе на этапе 702. Пространства в металлической трубе между оптическими волокнами заполняют (необязательно) наполнителем на этапе 703. Наполнитель можно наносить до, во время или после этапа 702. В одном варианте осуществления, этапы 702 и 703 выполняют одновременно.

[87] Способ 700 изготовления оптического кабеля дополнительно включает в себя необязательный этап 704 нанесения адгезионного слоя поверх внешней поверхности металлической трубы. Например, адгезионный слой может представлять грунтовку, которая подготавливает внешнюю поверхность металлической трубы для непосредственного спаивания с последующим слоем. Внешняя поверхность металлической трубы представляет собой большую внешнюю поверхность металлической трубы, а адгезионный слой можно наносить так, чтобы большая внешняя поверхность была почти полностью покрыта адгезионным слоем, а впоследствии и припаяна к такому слою, как внутренняя оболочка.

[88] Этап 705 изготовления оптического кабеля включает в себя формирование внутренней оболочки поверх адгезионного слоя и внешней поверхности металлической трубы. Если этап 704 опущен, то этап 705 включает в себя формирование внутренней оболочки лишь поверх внешней поверхности металлической трубы. Внутренняя оболочка может быть образована с использованием процесса прессования. Если внутренняя оболочка представляет собой многослойную внутреннюю оболочку, то можно использовать параллельный процесс прессования. Если внутренняя оболочка содержит смесь материалов, то можно использовать процесс прессования соединения.

[89] Этап 706 изготовления оптического кабеля включает в себя формирование слоя оплетки поверх внутренней оболочки. Слой оплетки может быть образован путем намотки нескольких несущих компонентов, для формирования вокруг внутренней оболочки структуры, близкой к спирали. Как было описано ранее, несущие компоненты могут представлять собой скругленные металлические проволоки, трапецоидальные металлические проволоки, полимерные проволоки, диэлектрические стержни, и т.п. В качестве альтернативы, слой оплетки может быть образован из гофрированной металлической ленты, которую можно наносить в продольном направлении. В некоторых вариантах осуществления, слой оплетки содержит несколько слоев, образованных на нескольких этапах.

[90] Способ 700 изготовления оптического кабеля дополнительно включает в себя необязательный этап 707 заполнения пустоты в слое оплетки наполнителем. Этап 708 включает в себя формирование внешней оболочки поверх слоя оплетки и наполнителя оплетки, если задействован необязательный этап 707. Внешняя оболочка может быть образована с использованием процесса прессования. Аналогично этапу 705, внешняя оболочка также может быть образована с использованием прессование биметааллического профиля или процесса прессования соединения, где это применимо.

[91] Фигура 8 иллюстрирует другой примерный способ изготовления оптического кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Способ 800 можно использовать для изготовления любой из оптических кабелей или гибридных кабелей, описанных в настоящей работе. Например, способ 800 можно использовать для изготовления варианта осуществления оптических кабелей, как было описано применительно к Фигуре 4, таких как оптический кабель 400. Следующие этапы способа 800 можно выполнять в любом порядке, и их не следует рассматривать как исчерпывающие. К способу 800 можно добавлять дополнительные этапы, и из способа 800 можно удалять один или более этапов, как может стать ясным обычному специалисту в данной области техники. Этапы способа 800 необязательно выполняются последовательно, и любое количество этапов способа 800 можно выполнять одновременно.

[92] Этап 801 изготовления оптического кабеля включает в себя обеспечение нескольких комплектов оптических волокон, при их последующей герметизации в соответствующих трубах для волокон на этапе 802. На этапе 803 пространства между оптическими волокнами в каждой из труб для волокна можно необязательно заполнять наполнителем трубы для волокна. Трубы для волокна могут быть образованы с использованием процесса прессования. Этапы 802 и 803 в некоторых вариантах осуществления можно выполнять одновременно. В одном варианте осуществления, этапы 802 и 803 выполняют одновременно с использованием параллельного процесса прессования.

[93] Этап 804 изготовления оптического волокна включает в себя герметизацию трубы для волокна в металлической трубе. Необязательный этап 805 включает в себя заполнение пространства между трубами для волокна наполнителем. Как и для этапов 702 и 703 способа 700, этапы 804 и 804 можно выполнять в любом порядке, а в одном варианте осуществления их выполняют одновременно. Остальные этапы способа 800 отражают этапы 704–708 способа 700.

[94] Фигура 9 иллюстрирует примерный способ изготовления гибридного кабеля в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Способ 900 можно использовать для изготовления любого из гибридных кабелей, описанных в настоящей работе. Например, способ 900 можно использовать для изготовления варианта осуществления гибридных кабелей, как было описано применительно к Фигурам 5 и 6, таких как гибридный 500 кабель и гибридный 600 кабель. Следующие этапы способа 900 можно выполнять в любом порядке, и их не следует рассматривать как исчерпывающие. К способу 900 можно добавлять дополнительные этапы, и из способа 900 можно удалять один или более этапов, как может стать ясным обычному специалисту в данной области техники. Этапы способа 900 необязательно следует выполнять последовательно, и любое количество этапов способа 900 можно выполнять одновременно.

[95] Первые этапы способа 900 отражают этапы 701–705 способа 700. В качестве альтернативы, этапы 801–805 способа 800 можно выполнять вслед за этапами 704 и 705 способа 700. Этап 905 выполняют после выполнения этапа 705 в любом случае, и он включает в себя формирование проводящего слоя поверх внутренней оболочки. Проводящий слой может быть образован способом, аналогичным способу для слоя оплетки, как было описано ранее. Необязательный этап 907 включает в себя заполнение пустот в проводящем слое наполнителем.

[96] Этап 908 формирования гибридного кабеля включает в себя формирование промежуточной оболочки поверх проводящего слоя. Промежуточная оболочка может быть образована способом, аналогичным способу для внутренней оболочки, как было описано ранее. Этап 909 включает в себя формирование слоя оплетки поверх промежуточной оболочки и аналогичен по концепции этапу 706 способа 700 за исключением того, что слой оплетки формируют поверх другой оболочки. Остальные этапы способа 900 отражают этапы 707–708 способа 700.

[97] В приведенной ниже Таблице I подытожены несколько диаметров кабеля и отношений волокно/диаметр, которые могут быть связаны с конкретным количеством задействованных оптических волокон. Например, как описано в вышеприведенных вариантах осуществления, возможно некоторое изменение в выбранных толщинах каждого из слоев, из–за конкретных конструкционных соображений. В Таблице I подытожены возможные диапазоны диаметров (а следовательно, отношения волокно/диаметр), соответствующие количеству задействованных оптических волокон. Значения, представленные в Таблице I, представляют несколько примерных конфигураций варианта осуществления оптических кабелей и варианта осуществления гибридных кабелей. Однако, заданные значения не следует рассматривать как ограничивающие, поскольку на практике возможно, что эти значения могут выходить за пределы этих диапазонов.

Таблица I

Тип № волокон Возможные диаметры Возможные отношения число волокон/диаметр Мин. Макс. Макс. Мин. Оптические 12 5,6 мм 18,2 мм 2,14 волокон/мм 0,66 волокон/мм 13–48 7,1 мм 19,7 мм 6,76 волокон/мм 0,66 волокон/мм 49–96 8,4 мм 21,0 мм 11,43 волокон/мм 2,33 волокон/мм Гибридные 12 7,4 мм 28,4 мм 1,62 волокон/мм 0,42 волокон/мм 13–48 8,9 мм 29,9 мм 5,39 волокон/мм 0,43 волокон/мм 49–96 10,2 мм 31,2 мм 9,41 волокон/мм 1,57 волокон/мм

[98] Также следует отметить, что хотя кабели согласно варианту осуществления преимущественно обеспечивают повышенные отношения число волокон/диаметр, по сравнению со стандартными кабелями, некоторые из возможных отношений число волокон/диаметр, показанные в Таблице 1101, ниже, чем подобные отношения для стандартного кабеля. Для некоторых особо ответственных применений, толщины различных слоев кабелей согласно варианту осуществления могут быть повышены, для улучшения защиты и/или структурных свойств кабеля, что может, в свою очередь, привести к более низкому отношению число волокон/диаметр. Поэтому, в этих ответственных применениях, кабели согласно варианту осуществления могут не быть более тонкими, чем стандартные кабели, но могут обеспечить улучшенные свойства, по сравнению со стандартными кабелями.

[99] Здесь подытожены примерные варианты осуществления изобретения. Другие варианты осуществления также можно понять из всей полноты спецификации, а также формулы изобретения, поданной в настоящей работе.

[100] Тогда как данное изобретение было описано применительно к иллюстративным вариантам осуществления, данное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле. Различные модификации и сочетания иллюстративных вариантов осуществления, а также другие варианты осуществления изобретения станут ясными специалистам в данной области техники при обращении к описанию. Поэтому, подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает любые такие модификации или варианты осуществления.

Изобретение относится в основном к оптическим кабелям и, в частности, к вариантам осуществления для оптических кабелей, способных поддерживать рабочее состояние в неблагоприятных условиях окружающей среды. Оптический кабель содержит множество оптических волокон, герметизированных в металлической трубе; полимерную внутреннюю оболочку, окружающую металлическую трубу и функционально подключаемую к металлической трубе; и внешнюю оболочку, окружающую полимерную внутреннюю оболочку, при этом металлическая труба является единственной металлической трубой в оптическом кабеле. Технический результат – уменьшение габаритов кабеля. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Оптический кабель, содержащий:

– множество оптических волокон, герметизированных в металлической трубе;

– полимерную внутреннюю оболочку, окружающую металлическую трубу и функционально подключаемую к металлической трубе; и

– внешнюю оболочку, окружающую полимерную внутреннюю оболочку, при этом металлическая труба является единственной металлической трубой в оптическом кабеле.

2. Оптический кабель по п. 1, в котором полимерная внутренняя оболочка представляет собой одиночный однородный слой полиамида.

3. Оптический кабель по п. 1, в котором полимерная внутренняя оболочка представляет собой одиночный однородный слой полиэтилена.

4. Оптический кабель по п. 1, в котором полимерная внутренняя оболочка содержит слой полиамида и слой полиэтилена, причем слой полиамида расположен радиально вовнутрь относительно слоя полиэтилена.

5. Оптический кабель по п. 1, в котором внешняя оболочка изготовлена из материала, выбранного из группы, состоящей из материала поливинилхлорида (ПВХ) и полимерного материала с малым выделением дыма и без выделения галогенов (LS0H).

6. Оптический кабель по п. 1, в котором одиночный слой оплетки расположен между полимерной внутренней оболочкой и внешней оболочкой.

7. Оптический кабель по п. 6, дополнительно содержащий:

– проводящий слой, расположенный поверх и физически контактирующий с полимерной внутренней оболочкой; и

– промежуточную оболочку, расположенную между проводящим слоем и одиночным слоем оплетки, причем оптический кабель сконфигурирован для передачи оптических сигналов по множеству оптических волокон, и в котором оптический кабель дополнительно сконфигурирован для пропускания электрического тока через проводящий слой.

8. Оптический кабель по п. 7, в котором промежуточная оболочка содержит полиэтилен или керамизирующийся кремнийорганический каучук.

9. Оптический кабель по п. 1, причем оптический кабель сконфигурирован так, чтобы он был термо– и маслостойким согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC) IEC 60811–2–1 (2001).

10. Оптический кабель по п. 1, причем оптический кабель сконфигурирован так, чтобы он был огнестойким согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC) IEC 60331–25 (1999).

11. Оптический кабель по п. 1, дополнительно содержащий:

– сердцевину оптоволокна, содержащую металлическую трубу, которая окружает множество оптических волокон и сконфигурирована для противодействия проникновению воды;

в котором полимерная внутренняя оболочка представляет собой однородную внутреннюю оболочку одиночного слоя, расположенную поверх и функционально подключаемую к сердцевине оптоволокна, причем однородная внутренняя оболочка одиночного слоя сконфигурирована так, чтобы она была химически стойкой; и

в котором внешняя оболочка сконфигурирована так, чтобы она была огнеупорной.

12. Оптический кабель по п. 11, дополнительно содержащий слой оплетки, расположенный между и физически контактирующий с однородной внутренней оболочкой одиночного слоя и внешней оболочкой.

13. Оптический кабель по п. 11, в котором:

множество оптических волокон содержит некоторое количество оптических волокон;

оптический кабель имеет диаметр оптического кабеля; и

количество оптических волокон, деленных на диаметр оптического кабеля, составляет более 3 волокон/мм.

14. Оптический кабель по п. 1, в котором полимерная внутренняя оболочка содержит полиамидную внутреннюю оболочку, причем полиамидная внутренняя оболочка непосредственно прикреплена к металлической трубе;

проводящий слой, расположенный поверх и физически контактирующий с полиамидной внутренней оболочкой; и

промежуточную оболочку, расположенную поверх проводящего слоя, причем внешняя оболочка окружает промежуточную оболочку, причем оптический кабель сконфигурирован для передачи оптических сигналов по множеству оптических волокон, и при этом оптический кабель дополнительно сконфигурирован для пропускания электрического тока через проводящий слой.

15. Оптический кабель по п. 14, дополнительно содержащий слой оплетки, расположенный между промежуточной оболочкой и внешней оболочкой.

16. Оптический кабель по п.1, в котором металлическая труба герметизирована путем сварки или прессования.

17. Оптический кабель по п.1, в котором между металлическим слоем и внешней оболочкой оптический кабель имеет только один однородный полимерный слой.

18. Оптический кабель по п.1, в котором металлическая труба герметизирована таким образом, что множество оптических волокон защищено от возгорания.

19. Оптический кабель по п.14, в котором полиамидная внутренняя оболочка представляет собой единый однородный полиамидный слой.

20. Оптический кабель по п.14, в котором металлическая труба герметизирована таким образом, что множество оптических волокон защищено от возгорания.

21. Оптический кабель по п.14, в котором металлическая труба герметизирована путем сварки или прессования.