BR112014021671B1

BR112014021671B1 - Cabos aéreos de fibra ótica

Info

Publication number: BR112014021671B1
Application number: BR112014021671-1A
Authority: BR
Inventors: Carleton Gibbs; Mark G. Graveston; Jason Pedder; Peter A. Weimann
Original assignee: Ofs Fitel, Llc
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US20150049996A1; US9459421B2; EP2820462A4; EP2820462A1; CN104272158A; WO2013130121A1; EP2820462B1

Abstract

cabos aéreos de fibra ótica. são descritos projetos de cabo adaptado para instalações aéreas, em que o cabo compreende um feixe de unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla, com uma camada de contenção de película fina maleável circundando o feixe. as unidades de revestimento de tampão estanque de fibra múltipla têm uma camada interna maleável de acrilato que protege a fibra e minimiza uma transferência de tensão para a fibra; e uma camada externa de acrilato tenaz rígida que provê resistência a esmagamento. a camada de contenção de película fina provê integridade de cabo com um mínimo de tamanho e peso adicionados. o revestimento de camada de contenção de película fina é revestido em uma camisa de tampão externa.

Description

CABOS AÉREOS DE FIBRA ÓTICA

Pedidos Relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório 61/606.033, depositado em 02 de março de 2012, o qual é incorporado aqui como referência.

Campo da Invenção

[002] Esta invenção se refere a cabos de fibra ótica especialmente adaptados para instalações aéreas.
Antecedentes da Invenção
(Partes destes antecedentes podem ou não constituir técnica anterior).

[003] Os cabos aéreos de distribuição são desejáveis para uso em redes de comunicação de banda larga de fibra até a casa, de fibra até instalações prediais, ou de fibra para nó. Estes são especialmente valiosos na construção dessas redes de alta velocidade em cidades pequenas e áreas rurais, em que os serviços de comunicações são providos de forma mais econômica usando-se um direito de passagem aérea existente.

[004] Os cabos óticos tradicionais de tubo solto ou de núcleo central são relativamente volumosos e pesados e pode ser difícil instalar e manusear em fechamentos, caixas de junção, etc., em que a camisa de cabo pode precisar ser retirada para roteamento de fibras e cabos. Mais ainda, se os cabos forem grandes e pesados, poderá ser necessário reforçar ou substituir postes de telefone para suporte do peso adicionado do cabo ótico de distribuição. Por último, os tubos de um cabo de tubo solto ou fitas em um cabo de fita de núcleo central podem ser difíceis de rotear dentro dos invólucros. Os tubos de tampão solto tendem a ser rígidos e difíceis de flexionar, enquanto as fitas têm uma flexão preferencial que pode torná-las difíceis de rotear.

[005] Para projetos de cabo de tubo solto, os tubos de plástico de parede fina rígidos frequentemente são usados. Estes tubos rígidos, tipicamente, feitos de um polímero como tereftalato de polibutileno (PBT), são maiores do que o tamanho desejado das unidades de cabo, e são propensos a dobrarem quando manipulados. Em alguns casos, é necessário remover o tubo tampão rígido e rotear a fibras óticas relativamente frágeis em um tubo mais flexível. Essas práticas adicionam tempo e despesa de emprego de redes de distribuição de banda larga óticas.

[006] Uma outra abordagem para redução do tamanho e do peso de cabos aéreos é usar cabos contendo tubos de parede fina de 'microbainha' macia para enfeixar as fibras, conforme exposto na U.S. 6.334.015 e 7.082.241 de Sagem SA, para enfeixar as fibras óticas. Os tubos macios podem se adequar ao tamanho compacto desejado das unidades, mas estes tubos tipicamente contêm um composto de preenchimento, o qual deve ser limpo, e é um problema para os instaladores. Além disso, o material de tubo de microbainha macio às vezes tende a aderir à bainha de cabo sobre-extrudada. Quando isso ocorre, e um instalador tenta remover a bainha de cabo, o material de tubo de microbainha pode ser inadvertidamente removido ou rasgado, desse modo expondo as fibras e tornando mais difícil determinar qual fibra é qual. As fitas de barreira ou outros materiais de proteção podem ser incluídos na estrutura de bainha de cabo para ajudar a evitar danos nos tubos de microbainha, mas isto adiciona custo e complexidade ao cabo.

[007] Uma solução alternativa que tem sido usada em alguns países europeus é, em primeiro lugar, instalar de forma aérea um microduto, então, mais tarde, instalar unidades de fibra de cabo sopradas com ar (frequentemente referidas como ABFUs), tal com AccuBreeze™ da OFS, ou muitos produtos comercialmente disponíveis similares no microduto posterior. Contudo, isto é ineficiente, já que duas etapas de instalação são requeridas. Também, há um limite para a quantidade de fibra que pode ser instalada no conduto, já que as ABFUs disponíveis comercialmente atuais são limitadas a contagens de 12 fibras.

[008] Assim, há uma necessidade de cabos aéreos compactos de peso leve melhorados com altas contagens de fibras que possam ser instalados facilmente em uma operação.

Enunciado da Invenção

[009] Nós projetamos uma nova estrutura de cabo, adaptada para instalações aéreas, que usa múltiplas unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla contidas por uma bainha de contenção de película fina comum. As unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla compreendem um revestimento de tampão de fibra ótica de camada dupla de resina de acrilato tendo uma camada interna de acrilato maleável que protege a fibra e minimiza a transferência de tensão para a fibra, e uma camada externa de acrilato tenaz rígida que provê resistência a esmagamento. As unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla são enfeixadas, e, preferencialmente torcidas, e encamisadas com a bainha de contenção de película fina. O cabo é completado usando-se uma camisa de polímero de proteção externa.

Breve Descrição do Desenho

[010] A figura 1 é uma seção transversal esquemática de uma unidade de tampão tenaz de fibra múltipla usada no cabo múltiplo de unidade de tampão firme de fibra múltipla da invenção;

[011] a figura 2 é uma seção transversal esquemática de um projeto de cabo da invenção mostrando três unidades de tampão firme de fibra múltipla em uma bainha de contenção de película fina e uma camisa externa; e

[012] a figura 3 é uma seção transversal esquemática de um cabo de contagem de fibra maior similar àquele da figura 2.

Descrição Detalhada

[013] Uma unidade de revestimento de tampão firme de fibra múltipla é mostrada na figura 1. Na figura 1, uma modalidade de doze fibras é mostrada com doze fibras óticas 11, revestidas e embutidas em uma matriz de acrilato macia 12. Conforme é bem conhecido, uma referência a uma fibra ótica significa uma fibra de vidro coberta com uma cobertura de proteção de polímero. Os elementos nas figuras não estão desenhados em escala. Está circundando e revestindo a matriz de acrilato macia uma camada de revestimento de acrilato relativamente dura 13. Em conjunto, as fibras óticas, a matriz de acrilato e a camada de revestimento de acrilato compreendem um revestimento de tampão firme de fibra ótica de camada dupla redondo. Nesta modalidade, o revestimento de tampão firme de fibra múltipla contém 12 fibras óticas, mas pode conter de 2 a 24 fibras óticas. Os revestimentos de buffer firme de fibra múltipla com de 4 a 12 fibras óticas podem ser esperados como sendo os mais comuns na prática comercial. A unidade de revestimento de tampão firme de fibra múltipla mostrada na figura 1 é descrita em maiores detalhes na Patente U.S. N° 7.720.338, a qual é incorporada aqui como referência.

[014] A construção de acrilato de camada dupla do revestimento de buffer de fibra múltipla, com a camada interna macia e a camada externa rígida, funciona para minimizar a transferência de forças de flexão e de esmagamento para as fibras óticas, assim minimizando uma atenuação de sinal. Em algumas modalidades, o revestimento de tampão firme de fibra múltipla pode ter uma seção transversal oval.

[015] Pretende-se que o termo matriz signifique um corpo com uma seção transversal de material de matriz no qual outros corpos (fibras óticas) são embutidos. Pretende-se que um revestimento signifique uma camada que circunda e contata um outro corpo ou camada.

[016] A matriz de acrilato macia e o revestimento de acrilato rígido preferencialmente são acrilatos curáveis com UV. Outros polímeros podem ser substituídos. As resinas curáveis com UV podem conter retardadores de chama para melhoria da resistência a incêndio geral do cabo. Isto pode ser uma camada de polímero extrudada sobre o revestimento de tampão de fibra ótica, e pode ser útil em aplicações especialmente exigentes, tais como cabos requeridos para adequação à norma de incêndio NFPA 262 Plenum. A cobertura retardadora de chama pode ser feita a partir de: PVC, PVC de fumaça baixa, PVDF, FEP, PTFE, combinações de fluoropolímero compostas, resinas à base de poliolefina de halogênio zero de fumaça baixa, elastômeros termoplásticos retardadores de chama, e náilons retardadores de chama. Os exemplos específicos são DFDE-1638-NT EXP2 da Dow Chemical e Megolon 8142 da AlphaGary.

[017] Os cabos aéreos de contagem de fibra ótica alta são produzidos, de acordo com a invenção, pelo enfeixamento de múltiplas unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla em um único cabo. Uma abordagem da técnica anterior para isto é mostrada na figura 2 da patente referenciada acima. Contudo, aquele projeto de cabo é melhorado mediante o uso do projeto de cabo descrito acima. De acordo com esta invenção, as unidades de tampão firme de fibra múltipla são enfeixadas em uma bainha de contenção de película fina extrudada, mostrada em 24 na figura 2. As unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla têm uma construção unitária básica mostrada na figura 1, com múltiplas fibras óticas 21 em uma matriz de acrilato macia 23 e em um revestimento de acrilato mais rígido 22. Nesta modalidade, o cabo tem três unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla com os centros das unidades nos cantos de um triângulo. Em uma implementação do cabo da figura 2, três unidades de 12 fibras de 1,4 mm são revestidas em conjunto em um cabo de 36 fibras com um diâmetro máximo de 3,3 mm. Note que a bainha de contenção de película fina 24 é maleável, neste caso produzindo um formato de cabo que é aproximadamente triangular. Pretende-se que maleável no contexto da invenção signifique que o formato da bainha de contenção de película fina tem alguns recursos ou um recurso que reflete o formato do feixe de unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla. Pretende-se que o termo feixe signifique um grupo de unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla montadas em conjunto, na maioria dos casos com pelo menos algumas das unidades em contato com uma outra unidade. No contexto dos projetos de cabo descritos aqui, um cabo de contagem de fibra alta contém pelo menos doze fibras óticas, e, tipicamente, mais de 24.

[018] A bainha de contenção de película fina pode ser de qualquer material adequado o qual possa ser extrudado em uma camada fina com faltas ou furos, e pode suportar as faixas de tensão e de temperatura de um ambiente aéreo típico. As resinas adequadas para a bainha de contenção de película fina incluem LDPE, LLDPE, outros polietilenos, polipropilenos modificados para impacto, polímeros de etileno / acetato de vinila, PVC plastificado e combinações dos mesmos. Os enchimentos minerais ou outros enchimentos podem ser adicionados à resina de base para redução da retração e da expansão térmica, e melhoria da performance de atenuação como uma função da temperatura.

[019] Em algumas instalações, pode ser benéfico rotear o cabo aéreo através de uma porção do interior de uma edificação sendo servida. Neste caso, os enchimentos podem ser usados para impressão de retardo de chama à bainha de contenção de película fina. Em uma modalidade preferida, a bainha de contenção de película fina é fabricada a partir de Megolon 8110 UV BK, uma resina retardadora de chama não halógena comercialmente disponível a partir da AlphaGary, Leominster, MA e Melton Mowbray, UK. Como uma alternativa para uma bainha de contenção de película fina, as unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla podem ser ligadas em conjunto com fios ou linhas. A espessura da camada de película fina é menor do que aproximadamente 0,3 mm, preferencialmente menor do que 0,15 mm.

[020] Para impedir que incursões indesejadas de água viajem ao longo do comprimento do cabo, fios que incham em água ou outro material que inche em água, mostrados em 27 na figura 2, podem ser passados nas unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla. Conforme é evidente, neste projeto de cabo, estes elementos ocupam um "espaço livre", isto é, não se somam às dimensões do cabo.

[021] Os projetos de cabo aéreo da invenção têm pelo menos três unidades. Pode haver mais de três unidades, conforme desejado. Um cabo com quatro unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla é ilustrado na figura 3. Em uma modalidade preferida do cabo mostrado na figura 3, quatro unidades de 12 fibras de 1,4 mm são revestidas em conjunto em um cabo de 48 fibras com um diâmetro máximo de 3,6 mm. Na figura 3, os elementos comuns às figuras 2 e 3 têm os mesmos números de referência. A unidade de revestimento de tampão firme de fibra múltipla adicionada compreende os elementos 31 a 33. Esta modalidade mostra cinco fios que podem inchar em água 37.

[022] A combinação das unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla com a bainha de contenção de película fina extrudada produz um cabo geral que é mais leve e menor do que os projetos da técnica anterior. Este resultado é parcialmente devido à eliminação da camada de fio de reforço que é usada em alguns projetos de cabo aéreo da técnica anterior. A camada de fio de reforço complica a fabricação do cabo aéreo e se soma à despesa.

[023] Com referência novamente às figuras 2 e 3, uma camisa de cabo de polímero externa 25 é formada em torno da bainha de contenção de película fina. A espessura de camisa de cabo pode ser, por exemplo, de 10 a 2 0 mils (254 a 508 μm) . Os polímeros de camisa de cabo adequados são PVC, PVDF, FEP, PTFE, combinações de fluoropolímero compostas. A camisa de cabo pode conter membros de resistência de aço ou de fibra de vidro, 28, ou outro reforço de cabo adequado.

[024] Uma vantagem do uso de acrilatos curados com UV no revestimento de tampão de acrilato de camada dupla é que a operação de cabeamento usada para aplicação de coberturas curadas com UV é rápida e efetiva em termos de custos. As coberturas de acrilato de camada dupla podem ser aplicadas em tandem ou simultaneamente (usando-se um aplicador de dois compartimentos e matriz dupla). Outros materiais de cobertura transparentes, tais como silicones de alquila substituída e silsesquioxanos, poliacrilatos alifáticos, polimetacrilatos e éteres vinílicos também têm sido usados como coberturas curadas com UV. Veja, por exemplo, S. A. Shama, E. S. Poklacki, J. M. Zimmerman, "Ultraviolet-curable cationic vinyl ether polyurethane coating compositions", Patente U.S. N° 4.956.198 (1990); S. C. Lapin, A. C. Levy, "Vinyl ether based optical fiber coatings", Patente U.S. N° 5.139.872 (1992); P. J. Shustack, "Ultraviolet radiation-curable coatings for optical fibers", Patente U.S. N° 5.352.712 (1994). A tecnologia de cobertura usando materiais curáveis com UV está bem desenvolvida. Coberturas usando luz visível para cura, isto é, luz na faixa de 400 nm a 600 nm também podem ser usadas. Os materiais de cobertura preferidos são acrilatos ou acrilatos de uretana, com um fotoiniciador de UV adicionado.

[025] Os materiais de camada interna e de camada externa podem ser caracterizados de várias formas. A partir da descrição geral acima, é evidente que o módulo da camada interna deve ser menor do que o módulo da camada externa. Usando o método de medição da norma ASTM D882, o módulo à tração recomendado para a camada interna está na faixa de 0,1 a 50 MPa e, preferencialmente, de 0,5 a 10 MPa. Uma faixa adequada para a camada externa é de 100 MPa a 2000 MPa, e, preferencialmente, de 200 MPa a 1000 MPa.

[026] Os materiais de camada também podem ser caracterizados usando-se temperaturas de transição de vidro. É recomendado que a Tg da camada interna seja menor do que 20 °C, e a Tg da camada externa seja maior do que 40 °C. Para os fins desta descrição, a temperatura de transição de vidro, Tg, é o ponto no meio da curva de transição.

[027] As fibras óticas individuais nas unidades de tampão firmes de fibra múltipla podem ser codificadas por cor, para ajudar na identificação e na organização das fibras óticas para conexão. As unidades de tampão firmes de fibra múltipla também podem ser codificadas por cor para a provisão de auxílio adicional na organização das fibras óticas.

[028] O tamanho compacto do revestimento de tampão de fibra ótica permite a fabricação de cabos menores do que tipicamente encontrado em projetos competidores de cabo. Os cabos aéreos da técnica anterior ou sistemas de ABFU / conduto tipicamente têm até 12 fibras em um conduto de 6 mm de diâmetro. Contudo, o cabo aéreo exposto como uma modalidade da invenção é capaz de manter 36 ou 48 fibras em um cabo de 7 mm de diâmetro. Portanto, o cabo inventivo tem uma densidade de acondicionamento de fibra muito mais alta, se comparado com os cabos de distribuição aéreos da técnica anterior. Em um exemplo, o cabo inventivo obteve uma densidade de acondicionamento maior do que 1 fibra por mm2. Em geral, os projetos preferidos de cabo da invenção têm mais de 0,5 fibras por mm . Uma densidade de acondicionamento de fibra é definida como o número de fibras no interior por milímetro quadrado de área de cabo com base no diâmetro externo do cabo.

[029] Também, o cabo inventivo pode ser de peso muito leve. Por exemplo, um cabo aéreo de 36 fibras de 7,0 mm projetado de acordo com a descrição acima pode pesar apenas 32,9 kg/km e um cabo aéreo de 48 fibras de 7,0 mm pode pesar apenas 34,4 kg/km. Tipicamente, os projetos preferidos de cabo da invenção terão um diâmetro de menos do que 10 mm e um peso de menos do que 40 kg/km. Este peso leve a um diâmetro relativamente pequeno assegura um comprimento de vão relativamente longo entre postes, sem o uso de reatadura adicional, e permite a instalação dos cabos em redes aéreas existentes diretamente, sem reforço ou substituição dos postes existentes.

[030] Outros benefícios de cabos aéreos projetados de acordo com a invenção, além da redução de tamanho, é a redução no custo de instalação atribuível à instalação do cabo em uma etapa. Uma instalação pode ser baseada em um conduto aprovado conhecido, levando a um treinamento mínimo para instalação. Também, um enfeixamento das unidades em conjunto com uma película comum torna mais fácil armazenar e manipular o núcleo de cabo em fechamentos e instalações para usuários finais, proporcionando flexibilidade aos instaladores. As unidades enfeixadas podem ser manipuladas como uma entidade única ou podem ser separadas em subunidades individuais, a critério do instalador.

[031] Considerando-se que a ênfase no precedente é sobre projetos de cabo de fibra ótica adaptados para instalações aéreas, deve ser entendido que estes cabos de peso leve, pequenos, de contagem de fibra alta podem encontrar uma variedade de outros usos. As estruturas de cabo descritas acima podem ser instaladas em uma variedade de instalações. Algumas destas são descritas em detalhes no capítulo 14 do "The Second Edition Handbook of PE Pipe", publicado pelo Plastics Pipe Institute (http://plasticpipe.org/pdf/chapter14/pdf), incorporado aqui como referência.

[032] O que vem a seguir proporciona resultados experimentais de modalidades do cabo aéreo inventivo.

[033] Ensaios mecânicos foram realizados em um cabo de 7,0 mm de diâmetro, um protótipo de 36 fibras, TR-11-092 com a estrutura mostrada na figura 2, para garantir uma praticabilidade mecânica do cabo. Ensaios cíclicos de carregamento à tração, compressão, torção, impacto e temperatura foram realizados seguindo-se os métodos de ensaio pedidos nos Procedimentos de Ensaio de Fibra Ótica da TIA (FOTPS) relevantes. Um ensaio de flexão foi realizado pelo envolvimento do cabo três vezes em torno de um mandril de 3" (7,5 mm) de diâmetro, um método comumente pedido nas especificações de BT plc. Em todos os casos, uma atenuação de fibra a 1550 nm foi monitorada durante a aplicação da tensão mecânica, e a mudança máxima na atenuação foi reportada. Os ensaios foram realizados em fibras de todas as três unidades:
Unidade 1: 12 OFS G.657.A1 Fibras AllWave Flex Singlemode (4 testadas)
Unidade 2: 12 OFS G.657.A1 Fibras AllWave Flex Singlemode (4 testadas)
Unidade 3: 12 OFS G.657.A1 Fibras AllWave Flex Singlemode (4 testadas)
Resultados de Ensaio: Cabo de Distribuição Aérea 36f de 7,0 mm

[034] Concluindo a descrição detalhada, deve ser notado que será óbvio para aqueles versados na técnica que muitas variações e modificações podem ser feitas na modalidade preferida, sem desvio substancial dos princípios da presente invenção. Pretende-se que todas essas variações, modificações e equivalentes sejam incluídas aqui como estando no escopo da presente invenção, conforme estabelecido nas reivindicações.

Claims

Cabo de fibra ótica, caracterizado pelo fato de que compreende:
(a) um feixe de pelo menos três unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla, as unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla compreendendo, cada uma:
- i. pelo menos duas fibras óticas (21) revestidas em uma matriz de polímero de acrilato (23) curada com UV, a matriz de polímero (23) tendo um primeiro módulo de tensão,
- ii. uma camada de polímero de acrilato (23) curada com UV revestindo a matriz de polímero, a camada de polímero (22) tendo um segundo módulo de tensão, em que o segundo módulo de tensão é maior do que o primeiro módulo de tensão,
(b) uma camada de contenção de película fina (24) que circunda o feixe de unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla, e se conformando ao formato do feixe de unidades de revestimento de tampão firme de fibra múltipla,
em que o módulo de tensão da matriz de polímero (23) está na faixa de 0,1 a 50 Mpa, e
em que o módulo de tensão da camada de polímero (22) está na faixa de 100 MPa a 2000 MPa.
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui:
(c) uma camisa de cabo (25) circundando uma camada de contenção de película fina (24).
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de tensão da matriz de polímero está na faixa de 0,5 a 10 MPa.
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de tensão da camada de polímero (22) está na faixa de 100 MPa a 2000 MPa.
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a seção transversal do cabo tem um diâmetro de menos do que 10 mm.
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o peso do cabo é menor do que 18,14 kg/km (40 lb/km).
Cabo de fibra ótica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o número total de fibras óticas no cabo é maior do que 12 e a densidade de acondicionamento de fibra ótica é maior do que 1 fibra por mm quadrado.