1、光纜中光纖余長的控制光纖余長是影響光纜性能的重要因素之一，如何在成品光纜中實現希望的光纖余長是光纜生產者十分關心的問題。1 光纜中光纖的余長光纜中光纖余長有兩種含義a是光纖相對松套管的長度差與松套管長度的百分比率，這是一般習慣所說的余長。其計算公式為： =（LfLt）/Lt ×100%式中， 光纖余長； Lf 光纖長度； Lt 松套管長度。b在松套層絞式光纜中，光纖占松套管中心位置時的長度與占松套管最內側位置時的長度之差與占松套管中心位置時長度的百分比率，這常稱為無應力窗口余長。其計算公式為： = 22DR0（1R0/D）/（2D2P2）式中， 光纖余長； D 光纜纜芯直徑； R0

2、松套管等效內半徑，其值為： R0 = R1.16n1/2d/2 其中，R 松套管內半徑； n 松套管內光纖數目； d 光纖直徑。 P 成纜節(jié)距。通常說的光纖余長是指第一種余長含義。本文所述余長也是指第一種余長含義。1.1 松套層絞式光纜的光纖余長當光纜受到拉力或環(huán)境溫度變化時，光纜長度會產生伸長或壓縮的形變。當光纜伸長時，光纜中各元件均會拉伸變長。由于光纖是按螺旋狀絞合在光纜加強芯外面，當光纜伸長時光纖的絞合節(jié)距會變大，絞合半徑會變小，光纖向光纜加強芯靠近，從而提供適應光纜伸長的長度，使光纖不遭受拉力。當光纜伸長過大時，光纖緊貼在松套管內壁上，這時光纖受到拉力，同時受到松套管內壁對其產生的側壓

3、力而產生微彎曲。當溫度變化光纜收縮時，光纖絞合節(jié)距會變小，絞合半徑會變大，光纖離開光纜加強芯，不會受力。當光纜收縮過大時，光纖也會緊貼松套管內壁，受到松套管內壁側壓力而產生微彎曲。眾所周知，光纖長期遭受拉力或彎曲應力會使光纖的使用壽命縮短，微彎曲會使光纖的衰減增大。一般情況下，光纜設計者將20定為標準溫度，并將此溫度下的光纖設定在絞合式光纜松套管中心，即光纖與松套管等長。光纖余長計算方法舉例：設光纜中心加強元件為不銹鋼絲，其外徑為D中 = 2.5mm；松套管為PBT管，其外徑為D管外 = 1.5mm，內徑為D 管內= 1.0mm；光纖的外徑為D纖 = 0.25mm；20時松套管的絞合節(jié)距設為L

4、節(jié) = 0.25mm。 光纜極限伸長率和極限壓縮率的計算光纖位于松套管中心位置（R1處）時，一個絞合節(jié)距的光纖長度L1為： L1 =（2R1）2L節(jié)121/2式中，R1 光纖位于松套管中心位置時，光纖距光纜中心軸的距離。 R1 = R中R管外 其中，R中 光纜中心加強件半徑； R管外 松套管外半徑。當光纖剛好接觸松套管內壁位于距光纜中心加強件最遠的位置（R2處）時，設絞合節(jié)距為L節(jié)2，此時一個絞合節(jié)距的光纖長度L2為： L2 =（2R2）2L節(jié)221/2式中，R2 光纖剛好接觸松套管內壁，光纖距光纜中心軸最遠的距離。 R2 = R中R管外R管內 其中，R管內 松套管內半徑。因為， L1 = L

5、2所以， L節(jié)22 = 42（R12R22）L節(jié)12此時，光纜的收視率纜為： 纜 =（L節(jié)1L節(jié)2）/ L節(jié)1 = 142（R12R22）/L節(jié)1211/2 = 1122（R12R22）/L節(jié)1242（R12R22）/L節(jié)122/8由于42（R12R22）/L節(jié)122/8數值很小，可忽略不計，因此得光纜的極限收視率為： 纜 = 22（R12R22）/L節(jié)12 （1）同理，當光纖剛好接觸松套管內壁位于距光纜中心加強件最近的位置（R3處）時，光纜的伸長率纜為： 纜 = 22（R12R32）/L節(jié)12 （2）式中，R3 光纖剛好接觸松套管內壁，光纖距光纜中心軸最近的距離。 R3 = R中管 其中，管

6、 松套管壁厚。將例中設定數值代入式（1）和式（2），即可計算出該光纜的極限收縮率和極限伸長率： 纜 = 22（222.3752）/802 = 0.506% 纜 = 22（221.6252）/802 = 0.419% 光纜使用溫度范圍（設4060）內的伸長率和收縮率計算光纜中主要材料的線膨脹系數和楊氏模量如下表示：材 料 名 稱線脹系數 1/楊氏模量 GPa二氧化硅鋁鋼聚乙烯PBT 3001FRTB芳綸0.6×10-625.5×10-611.7×10-6200×10-670×10-620×10-6-2×10-670701902

7、00122.66115光纜的線脹系數： = iAiEi/AiEi式中，i 光纜中各元件的線脹系數； Ai 光纜中各元件的楊氏模量； Ai 光纜中各元件相應的截面積。在60時，光纜的伸長率為： 60 =（6020）在40時，光纜的收縮率為： -40 =（40）20前例中，為了簡化問題，設光纜的線膨脹系數為鋼絲線脹系數的2倍，即：纜 = 2×11.7×10-6 / = 23.4×10-6 /則：60 = 23.4×10-6（6020）= 0.094%-40 = 23.4×10-6（40）20= -0.140%由此可見，60纜，-40纜，所以，在使用

8、溫度范圍內，光纜中的光纖性能不會變劣。 光纜能承受最大拉力計算光纜能承受的最大拉力為光纜達到極限伸長率時，鋼絲所承受的拉力。即： f = E鋼×S鋼×纜 = 200×109×1.252×10-6××0.419×10-2 = 4113.5 N式中，E鋼 鋼絲的楊氏模量； S鋼 鋼絲的截面積； 纜 光纜允許的極限伸長率。在實際應用中，光纜的拉力遠小于4113.5 N。 光纜中光纖余長的控制（見第2章）1.2 松套中心管式光纜的余長和松套層絞式光纜不一樣，由于松套中心管式光纜的光纖位于光纜的中心軸線附近，且平行于光纜的軸

9、線，因此，光纖不能依靠改變纏繞半徑來適應光纜的伸長和壓縮。所以，在光纜制造過程中，要使光纖相對松套管有足夠的余長。在中心管式光纜中，光纖余長以螺旋狀或波浪狀（正弦波）分布存在。當光纜受到拉伸變形時，松套管變長，管中光纖的節(jié)距隨光纜的伸長變大。當光纜產生收縮形變時，其節(jié)距隨之變小。光纖在松套管中有較大的活動范圍，所以中心管式光纜的松套管內徑比層絞式光纜松套管大。光纖余長的計算： 光纖為螺旋狀分布情況設螺旋節(jié)距為h，螺旋直徑為松套管的內徑a，則光纖在一個節(jié)距內的長度Lf為： Lf =（2a2h2）1/2而光纖在松套管中的余長f為： f =（Lfh）/ h = 1（2a/ h）21/21×

10、100% （3） 光纖為正弦波狀態(tài)分布設正弦節(jié)距為h，松套管內徑為a，則在一個正弦節(jié)距內光纖的長度Lf為： Lf = h（1k2）1/21k/（1k2）1/22/4式中，k = a/ h 。而光纖在松套管中的余長f為： f =（Lfh）/ h×100%= 43（a/ h）2/44（a/ h）21/21×100% （4）由式（3）和式（4）可知，中心管式光纜的松套管內徑越大，光纖的余長就可以越大；光纖分布的節(jié)距越小，光纖的余長越大。所以，為了滿足中心管式光纜光纖余長的要求，往往將松套管的內徑做得較大。2 光纜中光纖余長的控制方法2.1 二次套塑生產線光纖余長的控制方法二次套塑

11、是控制光纖余長的關鍵工序。在二次套塑工藝中，影響光纖余長的因素較多，其中，有的因素可以用作調節(jié)余長的工藝手段，有的因素能影響余長值，但不能作為余長的調節(jié)手段。影響光纖余長的主要因素有：a光纖放線張力對余長的影響在二次套塑生產過程中，光纖在一定的張力下放出，由于有一定張力，因此在余長牽引輪上松套管中的光纖會靠向輪的內緣，從而使光纖的纏繞直徑f必然小于松套管纏繞直徑T。所以，在余長牽引輪上，光纖的長度小于松套管長度，而得負余長。即： = f（F）T/T×100%式中，f（F） 光纖纏繞余長牽引輪的直徑是張力F的函數。由上式可知，T是常數，它由余長牽引輪直徑松套管直徑決定。而不是常數，它的

12、大小，亦光纖靠近松套管內壁的程度。光纖張力愈大，光纖拉得愈緊，光纖愈靠近松套管內壁，負余長就愈大。反之亦然。因此，光纖放線張力愈大，余長愈小，張力愈小，余長愈大?？梢姡饫w的放線張力是調節(jié)余長的有效工藝參數之一。b兩冷卻水槽的水溫差對余長的影響光纖松套管從熱水槽和余長牽引輪的高溫區(qū)（4575）進入到冷水槽低溫區(qū)（20左右）后，松套管冷收縮而產生正余長。冷收縮得到的正余長取決于冷熱水溫差和PBT塑料及光纖的熱膨脹系數，其數學表達式為： f=（TWTC）T（T）f式中，TW 熱水槽水溫； TC 冷水槽水溫； T PBT塑料熱膨脹系數； f 光纖熱膨脹系數。由于T（T）是溫度的函數，在n+的冷熱水溫

13、差范圍中，PBT塑料熱膨脹系數有較大變化。通常只能以一個平均的熱膨脹系數來作定性的估算，作為冷熱水溫設定的依據。從上式可見，冷熱水溫的調節(jié)是余長控制的最主要因素。水溫差愈大正余長愈大，反之亦然。c主牽引張力對余長的影響主牽引張力是施加在余長牽引到主牽引之間光纖松套管上，這一段正是松套管處于冷水槽經受冷收縮的期間。因而，牽引張力對松套管的彈性拉伸是對松套管的冷收縮起牽掣作用。在標準二次套塑生產線中，正余長主要由松套管冷收縮程度決定，而適當的主牽引張力對光纖余長起到局部調節(jié)作用。主牽引張力愈大，對冷收縮的牽掣愈甚，正余長愈??；反之，主牽引張力愈小，冷收縮愈自由，正余長愈大。d光纖油膏在二次套塑中的

14、影響光纖油膏在二次套塑工藝中的性狀，以及成纜后對松套管中光纖或帶纖的機械保護作用，在很大程度上與其觸變性有關。通常，在光纖油膏制作中，需加觸變增原劑使油膏具有一定觸變性。加觸變增原劑使油膏分子中的硅原子上的表面羥基（OH）之間有弱氫鍵將鄰近質點相互結合，使油膏形成具有固態(tài)的網狀結構。從而使油膏在靜止狀態(tài)下，呈現為一種穩(wěn)定的、非流動的稠粘膠體。當油膏受到擾動時，例如在二次套塑中，光纖油膏被泵入擠塑機機頭注入光纖松套管過程中，在剪切力的作用下，弱氫鍵斷裂，油膏分子由網狀結構變成線狀結構，油膏從稠粘膠體變成流體，因此油膏內均勻地充入松套管內。當加在油膏上的擾動力消除后，弱氫鍵又將鄰近質點相互結合起來

15、，油膏又回復到稠粘膠態(tài)，從而防止松套管中油膏滴流。必須指出，光纖油膏的擾動力消除后，油膏不可能完全回復到擾動前的分子結構，而且回復需要一定時間（這段時間稱為“工藝窗口”），通過調節(jié)光纖油膏的配方和工藝，可以改變工藝窗口的時間長短。在二次套塑松套管中光纖余長形成的過程中，不論什么方法形成余長，光纖或光纖帶在松套管中必須產生相對滑動。因此，在這過程中，光纖油膏必須有足夠的流動性，亦具有較低的粘度，以保證光纖或光纖帶的滑動。就是說，光纖油膏的稠粘性回復時間（工藝窗口）應當大于二次套塑中余長最終形成時間。光纖油膏的粘度還隨溫度的升高二降低，因而也可以在二次套塑工藝中對光線油膏加熱，降低其粘度，更有利油

16、膏填充。擠塑機頭中充油膏模具的設計和選用，必須保證油膏通路順暢，充膏均勻平穩(wěn)，壓力不能太高。如果充膏壓力過高，加上采用的油膏粘度也較大時，在出?？?，油膏會對進入松套管的光纖產生牽引作用，使余長不控制的增大，必須避免。光纖余長控制方法： 溫度控制法溫度控制是利用二次套塑生產線上兩個冷卻水槽內水的溫差，來形成光纖相對松套管的余長控制。a當光纖通過擠塑機后被包上一層塑料（松套管）。擠出的松套管首先進入高溫冷卻水槽（水溫為50左右），松套管在此溫度下冷卻。b松套管離開高溫冷卻水槽后，纏繞在中間牽引輪上（該牽引輪起牽引作用，同時也是調節(jié)光纖余長的裝置，又叫余長牽引輪），在此，光纖由于牽引力的作用，緊貼松

17、套管內壁纏繞在中間牽引輪上，因為松套管的纏繞半徑大于光纖的纏繞半徑，所以，在牽引輪上光纖的長度小于松套管的長度，這種現象稱負余長（或余短）。C松套管離開中間牽引輪進入低溫冷卻水槽（水溫為20左右），在此，松套管開始收縮，由于光纖的線膨脹系數很小，在低溫水槽中光纖收縮可視為0，因此，在低溫水槽中，松套管和光纖的長度關系又進行一次調整?？梢姡_設定中間牽引輪的直接和兩冷卻水槽的水溫差，是二次套塑控制光纖余長的關鍵。 牽引控制法流程為：接上，經過冷卻水槽進入履帶牽引，再進入主牽引輪，收線。牽引控制法對光纖余長的控制，是利用履帶牽引和主牽引輪二者牽引線速度不同，造成松套管被拉伸來調節(jié)光纖的余長。在整

18、個生產過程中，a.松套管處在履帶牽引和主牽引輪之間時，調節(jié)主牽引輪的線速度，使其大于履帶牽引線速度，這樣，在此段松套管被拉伸產生彈性伸長變形，而光纖處于松套管中心，不受履帶牽引力作用，僅受主牽引輪牽引。因此，光纖不受拉伸，即：此段松套管和光纖長度相等。b.松套管處在主牽引輪上時，由于受牽引力的作用，光纖緊貼松套管內壁纏繞在主牽引輪上，如同“溫度控制法”，光纖相對松套管是負余長。c.松套管離開主牽引輪，處在主牽引輪與收線之間，由于收線的張力很小，在彈性作用下，前面a段被拉伸的松套管又回縮，而光纖長度始終不變，從而產生光纖余長。綜上述，通過調節(jié)履帶牽引和主牽引輪之間的速度差，就可以調節(jié)履帶牽引和主

19、牽引輪之間松套管被拉伸的程度，從而控制光纖余長。2.2 光纖余長控制工藝參數的計算方法松套絞合式光纜在二次套塑工序后，光纖的余長應根據成品光纜的要求和成纜工藝決定。正確的光纜設計應使成品光纜在標準溫度時，光纖相對松套管的余長為0，以保證此時光纖位于松套管中心。松套管在成纜工序，受成纜引力的影響會伸長，設成纜工序松套管的伸長率為成，則應設定二次套塑后光纖的余長套 =成，從而保證成纜后光纖相對松套管的余長為0。二次套塑和成纜均應在標準溫度條件下生產，如果兩工序生產環(huán)境溫度不同，則在設定套時應將兩工序生產環(huán)境溫度差考慮進去。光纖余長控制工藝參數計算舉例：設定二次套塑和成纜的環(huán)境溫度均為20；松套管的外徑R管外 = 1.5mm；松套管的內徑R管內 = 1.0mm；成纜時松套管受到的拉力F成 = 2N。則，成纜工序中松套管的伸長率成為：成 = F成/SEPBT×100% = 2/（0.982&#