学习情景五石英光缆制备.ppt

学习情境五：石英光缆制备,光缆的定义：为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件”。,5.1 光缆的简介,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,成缆工艺（即光缆制备）使用的主要设备：,光缆成缆机,光缆复绕机如图5-2示,光缆成缆机的设备组成：,由加强件放线装置，束管放线装置，SZ绞合台，正反扎纱装置，双轮牵引，引线及电器控制系统等组成。其设备如图5-1所示,图5-1 光缆成缆机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-2 光缆复绕机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,1）缆芯制造工艺,图5-3 缆芯制造工艺结构图,5.2 石英光缆工艺流程图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-4 石英光缆制造工艺流程图,2）石英光缆制作的工艺流程,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,室内光缆的制造流程：,1)光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。,2)二次挤塑：选用高弹性模量，低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，最后存放几天（不少于两天）。,3）松套（室内光缆）,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,2)二次挤塑：选用高弹性模量，低线胀系数的塑料挤塑成 一定尺寸的管子，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶，最后存放几天（不少于两天）。,3)光缆绞合：将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。,1)光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高 温不退色不迁移。,室外光缆的制造流程：,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5)成缆（包括油膏填充）:将绝缘线芯按一定的规则 绞合起来的工艺过程，包括绞合时线芯间空隙的填 充和在成缆上的包带过程，叫做成缆。,6)挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。,4)二次被复（包括油膏填充）：二次被复时对控制光纤的衰减和余长起到了有效的作用。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,中心管式光缆,组成：由一根二次光纤松套管或螺旋形光纤松套 管，无绞合直接放在缆的中心位置，纵包阻水带和 双面涂塑钢（铝）带，两根平行加强圆磷化碳钢丝 或玻璃钢圆棒位于聚乙烯护层中组成的。其结构示 意图如图5-5。,5.3 光缆的分类,1)按缆芯结构的特点分：,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-5 中心管式光缆结构图,中心管式光缆的缺点：纤芯不宜过多，余长不易控制。,中心管式光缆的优点：,截面小、重量轻,光缆结构简单,制造工艺简捷,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,层绞式光缆,组成：是由多根二次被覆光纤松套管（或部分填充绳） 绕中心金属加强件绞合成圆整的缆芯。其结构如图5-6 所示。,图5-6层绞式光缆结构图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,层绞式光缆的结构特点：,容纳的光纤数量多,光缆中光纤余长易控制,光缆的机械、环境性能好。,骨架式光缆,组成：在国内仅限于干式光纤带光缆，即将光纤带 以矩阵形式置于U型螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中， 阻水带以绕包方式缠绕在骨架上，使骨架与阻水带 形成一个封闭的腔体。其结构如图5-7示,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-7骨架式式光缆结构图,骨架式式光缆的优点：结构紧凑、缆径小、光纤密度大，接续效率高。,骨架式式光缆的缺点：生产工艺复杂。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.4 石英光缆主要用料,可以增强光缆的抗张强度，从而在光缆敷设中避免光纤断离的可能性。故要求加强芯必须选用低线膨胀系数和热性能稳定的材料且具有低的比重、一定的柔软性，目前常用的材料是钢丝（金属材料）和Kevlar 纤维。,1）加强芯,特点：,加强芯具有高的杨氏模量、足够大的截面,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,2）金属导体：可避免短路事故带来的危险和减轻光缆的重量。故要求在光缆中装入铜等金属导体。,3）填充物：起固定各单元位置的作用，由聚乙烯、聚丙烯等构成。,4）缓冲层：用于保护缆芯免受径向挤压，采用塑料 尼龙带沿轴向螺旋式绕包缆芯的方式。,5）内护套：将缆芯组合体捆扎成一个整体，起到隔热与缓冲的作用。一般由聚脂薄膜构成。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,6）防水层：避免水和潮湿对光缆的传输特性和机械特性的影响，延长使用寿命。一般使用LAP护套。,7）铠装：紧密绞合于内护层外的钢丝，确保光缆不受径向压力损害并提高光缆的耐侧压与抗拉能力。,8）外护套：是光缆最外层的塑料保护层，常用材料 有聚乙烯、PVC和聚氨基甲酸酯等。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.5 石英光纤着色,1）着色工艺使用的主要原材料：光纤及着色油墨。,2）着色油墨颜色分类：按行业标准分为12种,广电标准的色谱排列如下：,信息产业部行业标准的色谱排列如下：,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光纤着色工艺使用的设备：光纤着色机如图5-9所示,图5-9 光纤着色机实物图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,4）光纤着色机的设备组成：,由光纤放线部分、着色模具及供墨系统、紫外线固化炉、牵引、光纤收线及电器控制部分等组成。,是给光纤着上鲜明、光滑、稳定可靠的各种颜色，以便在光缆生产过程中和光缆使用过程中很容易地辩认光纤。,3）光纤着色的目的：,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光纤着色机的主要原理：为紫外固化油墨经着色模具涂覆于光纤表面，经过紫外线固化炉固化后固定于光纤表面，形成易于分色的光纤。使用的油墨为紫外固化型油墨。,5）光纤着色后应满足以下各方面的要求：,着色光纤颜色不迁移，不褪色（用丁酮或酒精擦拭也如此）。,光纤排线整齐，平整，不乱线，不压线。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光纤衰减指标达到要求，OTDR测试曲线无台阶等 现象。,6）着色工艺生产中主要控制参数,放线、收线张力控制和排线质量,着色速度的要求,模座温度和着色模尺寸规定,着色油墨（着色剂）,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,环境条件,烘干速度,5.6 石英光纤套塑（二次涂覆）,二次套塑工艺的定义：就是选用合适的高分子材料，采用挤塑的方法，在合理的工艺条件下，给光纤套上一个合适的松套管，同时在管与光纤之间，填充一种化学物理性能长期稳定、粘度合适、防水性能优良、对光纤有长期良好保护性能、与套管材料完全相容的光纤专用油膏。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,紧套：在一次涂覆层的光纤上紧套上一层尼龙或 聚乙烯塑料，套层与一次涂覆层紧贴在一起，光纤 不能自由活动。,1）套塑的两种方式,松套：在一次涂覆层的外面包上塑料套管。光纤可在套管中自由活动。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,2）套塑工艺原理,在套塑时，将一次涂覆光纤从安装在模具内部并与模 具同心的导向管中穿过去，在模具出口处涂覆上经 250度加热融化了的尼龙，然后经过冷却水槽，使 尼龙冷却固化，即使获得套塑光纤，最后收丝轮收光 纤。套塑的厚度由模具出口处的尺寸决定，一般套塑 之后的光纤外径为0.41.5mm。其工艺原理如图5-10,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-10 套塑工艺原理图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光纤套塑机的设备组成：光纤放线架、油膏填充装置 、上料烘干装置、塑料挤出主机、温水冷却水槽、轮 式牵引冷水冷却水槽、吹干装置、在线测径仪、皮带 牵引、储线装置、双盘收线及电器控制系统等组成。 其设备如图5-11所示。,3）套塑工艺使用的设备：光纤套塑机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-11 二次套塑设备图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,对于分色束管，颜色应鲜明、一致，易于分色。,4）控制的主要指标,光纤余长控制。,松套管的外径控制。,松套管的壁厚控制。,管内油膏的充满度。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.7 石英光缆成缆,成缆工艺定义：又称绞缆工艺，是光缆制造过程中的一道重要工序。,成缆的目的：为了增加光缆的柔软性及可弯曲度，提高光缆的抗拉能力和改善光缆的温度特性，同时通过对不同根数松套管的组合而制造出不同芯数的光缆。,成缆工艺根据缆芯结构不同可分为：,中心管式缆芯成缆工艺,层绞式缆芯成缆工艺,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,骨架槽式缆芯成缆工艺,成缆工艺使用的设备：光缆成缆机,光缆成缆机设备组成：由加强件放线装置、束管放线装置、SZ绞合台、正反扎纱装置、双轮牵引、引线及电器控制系统等组成。其设备如图5-12所示。,图5-12 光缆成缆机设备图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,成缆工艺指标：,扎纱节距,扎纱张力,放线、收线张力,成缆节距,成缆工艺要求：,a.成缆后光缆缆芯必须具有优良机械性能，满足各种运输、储存、敷设条件和方式及不同环境条件下使用要求。,b.成缆后必须保持原有光纤传输特性，并对温度特性有很大改善。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.8 石英光缆护套,护套：根据光缆不同的使用敷设条件，缆芯外加上不同的护套，以满足不同条件下以光纤的机械保护。,光缆护套具有的性能：作为光缆抵御外界各种特殊复杂环境的保护层必须具有优良的机械性能、耐环境性能、耐化学腐蚀性能。,1）机械性能：指光缆在铺设、使用过程中，必然受到各种机械外力的拉伸、侧压、冲击、扭转、反复弯曲、弯折作用，光缆护套必须能经受这些外力的作用。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,2）耐环境性能：是指光缆在使用寿命中，要能经受住外界正常的此外线辐射、温度变化、潮气的侵蚀。,3）耐化学腐蚀性能：是指光缆护套能耐受特殊环境中的酸、碱、油污等的腐蚀。对于阻燃等特殊性能则必须采用特殊的塑料护套来保证性能。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光缆护套挤塑机设备组成：由缆芯放线装置、钢丝放 线装置、钢（铝）纵包放带轧纹成型装置、油膏填充 装置、上料烘干装置、90挤塑主机、冷却水槽、皮带 牵引、龙门收线装置及电器控制系统等组成。其设备 如图5-13所示。,护套工艺使用的设备：光缆护套挤塑机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-13 光缆护套挤塑机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,护套工艺要控制的工艺指标有：,1、钢、铝带与缆芯的间隙合理。,2、钢、铝带的搭接宽度满足要求。,3、PE护层的厚度满足工艺要求。,4、印字清晰，完整，米标准确。,5、收排线整齐，平整。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.9 绞合节距的设计与控制,绞合节距：在光缆成缆过程中，光纤绞合节距是至关重要的，它对二次余长的形成、光缆的温度特性和柔软特性都有着非常重要的影响。,如果绞合节距过大：拉伸或收缩余长达不到设计要求；,如果绞合节距过小：则不能满足光纤的弯曲性能要求。,选择绞合节距偏小的原因：考虑到SZ绞合（左右绞合）是一个往复绞合过程，存在换向的问题。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.10 扎纱节距的设计与控制,包扎带的作用：起到固定缆芯作用（如使用阻水带作包扎带，又具有吸水作用），一般包扎带的扎纱节距必须保证缆芯不松散。,扎纱张力：是一个非常重要参数，它与光纤的衰减紧密相关，不宜过大或过小。,张力过大：会出现包扎带扎扁光纤套管现象，使套管内的一次着色光纤受到应力的作用，产生弯曲衰减增大现象，造成质量事故。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,张力过小：容易造成扎纱松散，缆芯固定松弛，并且容易在下道工序的挤制护套时造成断缆事故；,5.11 光缆参数与性能最终测试,1）衰减：衰减指标为光缆中重要的指标，在生产过程中对衰减指标进行检测，可以发现生产及工艺中存在的问题。,2）光缆机械性能：拉伸、压扁、反复弯曲、扭转、冲击等 。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,1）光缆型号由七部分组成,3）光缆环境性能：光缆高低温性能（40+60） 、渗水性能、滴流性能。,5.12 石英光缆的命名,I表示光缆类别,GM-通信用移动式光缆,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,MG-煤矿用光缆,GY-通信用室(野)外光缆,GJ-通信用室(局)内光缆,GS-通信用设备内光缆,GH-通信用海底光缆,GT-通信用特殊光缆,表示加强构件类型,（无型号）-金属加强构件,F-非金属加强构件,G-金属重型加强构件,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,表示结构特征,（无符号）-松套层绞式结构,D-光纤带结构,J-光纤紧套被覆结构,S-光纤松套被覆结构,X-中心管式(被覆)结构,G-骨架式结构,T-填充式结构,Z-阻燃结构,B-扁平结构,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,表示内护层,Y-聚乙烯护层,W-夹带钢丝钢聚乙烯粘结护层,S-钢带聚乙烯粘结护层,A-铝带聚乙烯粘结护层,V-聚氯乙烯护套,F-氟塑料,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,E-聚酯弹性体,L-铝,G-钢,Q-铅,U-聚氨酯,表示外护层（或护套，有2位阿拉伯数字组成）,铠装层：0-无铠装,2-双钢带,3-细圆钢丝,4-粗圆钢丝,5-皱纹钢带,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,6-双层圆钢丝,外被层或外套：1-纤维外护套,2-聚氯乙烯护套,3-聚乙烯护套,4-聚乙烯护套加敷尼龙护套,5-聚乙烯管,表示光纤芯数：直接由阿拉伯数字写出,表示光纤类别：A表示多模光纤，B表示单模光纤,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,2）光缆规格的表示法,方法：按光缆中所含的光纤数及光纤的类别来表示光缆的规格。,例：4根G.652单模光纤的光缆规格表示为4B1.1或4B1，若同一根光缆中含有不同种类的光纤，则在规格中间用+号相连。若含有4根多模50/125的光纤，则表示为4A1a或4A1。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,3）常用型号举例,GYXTW-金属加强构件、中心管填充式、夹带钢丝的钢聚乙烯粘结护层通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。,GYTA-金属加强构件、松套层绞填充式、铝聚乙烯粘结护套通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。,GYTS-金属加强构件、松套层绞填充式、钢聚乙烯粘结护套通信用室外光缆，适用于管道及架空敷设。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,GYTY53-金属加强构件、松套层绞填充式、聚乙烯护套、纵包皱纹钢带铠装、聚乙烯套通信用室外光缆，适用于直埋敷设。,GYXTC8S-金属加强构件、中心管填充式、8字型自承式、钢聚乙烯粘结护套通信用室外光缆，适用于自承式架空敷设。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,5.13 石英光缆生产设备的原理与使用,光纤着色机的组成：,1）光纤着色机,光纤放线装置,颜料涂覆系统,牵引装置,收排线装置,主控柜和辅助设备,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,光纤放线的作用：是按照合理的放线张力将光纤自放 线盘中放出，保证光纤不受到张力的作用且不松驰、 扭曲、松紧适度、使被光纤盘緾绕有一定弯曲曲率的 光纤平直，并不受任何的机械损伤。,光纤放线的装置组成：光纤放线盘、放线排线架、放线张力测量轮、放线张力调节轮等元件。,光纤放线的装置：,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,颜料涂覆系统：,颜料涂覆系统的组成：主要有去静电装置、涂覆模具、颜料供应容器、冷却风机、固化炉、光纤外径测量仪等设备。,颜料涂覆系统的作用：是着色机的核心部分。着色 的工艺质量与着色层的厚度、不圆度、同心度均由 其的操作决定，是着色机最关键部位。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,颜料的种类:,牵引装置：采用轮式牵引机，牵引光纤在设备上的移动，通常，牵引速度即为生产线的线速度。,收排线装置的组成：主要由收线排线传感器、光 纤收线盘、收线张力测量仪、牵引张力测量轮、收 线张力调节轮等设备组成。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,收排线装置的基本功能：是对已经着色光纤收卷成盘 ，为下一道工序做准备。要求收线张力和排线节距合理科学，排线节距为0.290.02mm。,光纤着色复绕机实物如图5-14所示,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-14 光纤着色复绕机实物图,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,二次套塑生产线部件组成：光纤带放线架，挤塑机， 油膏填充装置，冷却水槽，轮式牵引，履带牵引等。,2）光纤套塑机,光纤二次套塑生产线可以分为：,12芯光纤松套套塑机（应用最广）,48或48芯以上光纤束套塑机,带状光纤松套套塑机以及紧套套塑机,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,图5-15 二次套塑设备实物图,二次套塑设备实物如图5-15所示,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,3）光缆成缆机,SZ绞合成缆机（又称左右绞合成缆机）,SZ绞合成缆机的特点：芯线自固定的多头放线盘放出，经SZ绞合摇摆头实现SZ绞合，成缆后又收线到固定的收线盘上。成缆时芯线首先沿一个方向绞合，当达到预定的圈数时，开始换向，进行反方向的绞合，SZ方向的绞合圈数相同。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,SZ绞合机的部件组成：中心加强件放线架和中心加 强件张力控制装置。具体包括以下八个部分。,SZ成缆技术的关键：是在绞合时，要求设备既能快速地改变旋转方向，又能确保绞合后的缆芯保有要求的形状和尺寸，不致松散。,：多头固定加强件放线盘、放线张力测量轮、放线张力调节轮及张力传感器,作用：以恒定的张力自放线盘上放出加强件并实时控制并调节加强件的放线张力 。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,：多头光纤/填充绳放线架,作用：放出多根松套光纤（或带纤）/填充绳 。,：SZ绞合摇摆头（简称绞合头）,作用：实现光纤的SZ绞合。,：双向扎纱装置,作用：为绞合后的成缆缆芯提供牵引张力，引导缆芯收线 。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,作用：利用聚酯绳包扎绞合后换向点处的缆芯，避免缆芯松散 。,v：阻扭装置,作用：防止缆芯绞合后产生扭曲故障。,：光缆缆芯牵引装置,：缆芯收线架,作用：将绞合后的缆芯按照一定的排线节距排线并收到收线盘上，同时控制收线张力的大小 。,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示范性专业,：阻水油膏填充设备,作用：防止缆芯渗水，而填充吸水缆膏。,图5-16 SZ绞合成缆机设备图,SZ绞合成缆机设备如图5-16所示,光纤光缆制备,光电子技术专业-国家重点建设示