光缆中光纤余长的控制光纤余长是影响光缆性能的重要因素之一，如何在成品光缆中实现希望的光 纤余长是光缆生产者十分关心的问题1 光缆中光纤的余长光缆中光纤余长有两种含义a.是光纤相对松套管的长度差与松套管长度的百分比率，这是一般习惯所说的余长其计算公式为：£ =（―）/Lt XI00%式中，£ —光纤余长；L — 光纤长度；fL — 松套管长度tb在松套层绞式光缆中，光纤占松套管中心位置时的长度与占松套管最内 侧位置时的长度之差与占松套管中心位置时长度的百分比率，这常称为无应力窗 口余长其计算公式为：£ = 2n 2DR（1 — R/D）/ （n 2D2+P2）00式中， £ — 光纤余长；D — 光缆缆芯直径；R — 松套管等效内半径，其值为：0R = R— 1.16n1/2d/20其中， R — 松套管内半径；n — 松套管内光纤数目；d — 光纤直径P — 成缆节距通常说的光纤余长是指第一种余长含义本文所述余长也是指第一种余长含 义1.1 松套层绞式光缆的光纤余长当光缆受到拉力或环境温度变化时，光缆长度会产生伸长或压缩的形变当光缆伸长时，光缆中各元件均会拉伸变长由于光纤是按螺旋状绞合在光 缆加强芯外面，当光缆伸长时光纤的绞合节距会变大，绞合半径会变小，光纤向光缆加强芯靠近，从而提供适应光缆伸长的长度，使光纤不遭受拉力。
当光缆伸 长过大时，光纤紧贴在松套管内壁上，这时光纤受到拉力，同时受到松套管内壁 对其产生的侧压力而产生微弯曲当温度变化光缆收缩时，光纤绞合节距会变小，绞合半径会变大，光纤离开 光缆加强芯，不会受力当光缆收缩过大时，光纤也会紧贴松套管内壁，受到松 套管内壁侧压力而产生微弯曲众所周知，光纤长期遭受拉力或弯曲应力会使光纤的使用寿命缩短，微弯曲 会使光纤的衰减增大一般情况下，光缆设计者将20°C定为标准温度，并将此温度下的光纤设定在 绞合式光缆松套管中心，即光纤与松套管等长光纤余长计算方法举例：设光缆中心加强元件为不锈钢丝，其外径为D = 2.5mm；松套管为PBT管, 中其外径为D = 1.5mm，内径为D = 1.0mm；光纤的外径为D = 0.25mm；管外 管内 纤20C时松套管的绞合节距设为L = 0.25mm节① 光缆极限伸长率和极限压缩率的计算光纤位于松套管中心位置（R］处）时，一个绞合节距的光纤长度L］为:L =〔（2n R ） 2+L F〕1/21 1 节1式中， R1光纤位于松套管中心位置时，光纤距光缆中心轴的距离R =R ＋R1 中 管外其中， R — 光缆中心加强件半径；中R — 松套管外半径。
管外当光纤刚好接触松套管内壁位于距光缆中心加强件最远的位置（R2处）时, 设绞合节距为L节2，此时一个绞合节距的光纤长度L2为：L2 =〔（2n R2） 2+L 节22〕1/2式中， R2光纤刚好接触松套管内壁，光纤距光缆中心轴最远的距离R =R ＋R ＋R2 中 管外 管内其中， R — 松套管内半径管内因为，所以，L 节 22 = 4n 2(R12 + R22)+L 节 12此时，光缆的收视率£ -为：缆£ ”厂=(L -L J / L , = l—〔4n 2 (R 2-R 2) /L 2+1) 1/2缆 节1 节 2 节1 1 2 节1=1—{l+2n 2 (R 2—R 2) /L 卄？—〔4n 2 (R 2—R 2) /L 卄 2) 2/8 }1 2 节 1 1 2 节 1由于(4n 2 (R12—R22) /L 12) 2/8……数值很小，可忽略不计，因此得光缆 1 2 节1的极限收视率为：£ — = 2n 2 (R 2—r 2)/l 2 (1)缆 1 2 节1同理，当光纤刚好接触松套管内壁位于距光缆中心加强件最近的位置( R3 处)时，光缆的伸长率£ +为：缆£ + 二 2n 2 (R 2—r 2) /L 2 (2)缆 1 3 节1式中， R3 —光纤刚好接触松套管内壁，光纤距光缆中心轴最近的距离。
R = R +△3 中 管 其中，△—松套管壁厚管 将例中设定数值代入式(1)和式(2)，即可计算出该光缆的极限收缩率和 极限伸长率：£ — = 2n 2 (22—2.3752) /802 = —0.506%缆£ + 二 2n 2 (22—1.6252) /802 = 0.419%缆② 光缆使用温度范围(设一40°C〜+ 60°C )内的伸长率和收缩率计算光缆中主要材料的线膨胀系数和杨氏模量如下表示：材料名称线胀系数1/C杨氏模量GP”二氧化硅0.6X10-670铝25.5X10-670钢11.7X10-6190〜200聚乙烯心 200X10-6~1〜2PBT 300170X10-62.6FRTB20X10-66芳纶-2 X 10-6115光缆的线胀系数：a = Ea A E /EA Ei i i i i式中， a — 光缆中各元件的线胀系数iA — 光缆中各元件的杨氏模量； iA — 光缆中各元件相应的截面积i在60°C时，光缆的伸长率为：£ 二a （60 — 20）60在一40 C时，光缆的收缩率为：£ =a 〔（— 40）—20〕-40前例中，为了简化问题，设光缆的线膨胀系数为钢丝线胀系数的2倍，即：a = 2X11.7X10-6 /c = 23.4X10-6 /c缆则：£ = 23.4X10-6（60—20）= 0.094%60£ = 23.4X10-6〔（—40）—20〕= -0.140%-40由此可见，£ <£ +, £ >£ -,所以，在使用温度范围内，光缆中的60 缆 -40 缆光纤性能不会变劣。
③ 光缆能承受最大拉力计算 光缆能承受的最大拉力为光缆达到极限伸长率时，钢丝所承受的拉力即：f =E XS X£ ＋钢 钢 缆=200X 109X 1.252X 10-6Xn X0.419X10-2= 4113.5 N式中， E — 钢丝的杨氏模量；钢S — 钢丝的截面积；钢£ ＋ — 光缆允许的极限伸长率缆在实际应用中，光缆的拉力远小于 4113.5 N④ 光缆中光纤余长的控制（见第 2章）1.2 松套中心管式光缆的余长 和松套层绞式光缆不一样，由于松套中心管式光缆的光纤位于光缆的中心轴 线附近，且平行于光缆的轴线，因此，光纤不能依靠改变缠绕半径来适应光缆的 伸长和压缩所以，在光缆制造过程中，要使光纤相对松套管有足够的余长在中心管式光缆中，光纤余长以螺旋状或波浪状（正弦波）分布存在当光 缆受到拉伸变形时，松套管变长，管中光纤的节距随光缆的伸长变大当光缆产 生收缩形变时，其节距随之变小光纤在松套管中有较大的活动范围，所以中心 管式光缆的松套管内径比层绞式光缆松套管大光纤余长的计算：① 光纤为螺旋状分布情况设螺旋节距为h,螺旋直径为松套管的内径a,则光纤在一个节距内的长度Lf 为：Lf =(n 2a2+h2)1/2而光纤在松套管中的余长£为：f£ = (Lf-h) / h = {〔1+ (2a/ h) 2〕1/2—1} X100% …… (3)ff② 光纤为正弦波状态分布设正弦节距为h,松套管内径为a,则在一个正弦节距内光纤的长度Lf为：Lf = h(1+k2) 1/2{1-〔k/(1+k2) 1/2〕2/4} 式中，k = an / h。
而光纤在松套管中的余长£ 为：f£ = (L-h) / hX100%ff ={〔4+3 (an / h) 2〕/〔4+4 (an / h) 2^ 1/2 — 1} X 100% (4)由式(3)和式(4)可知,中心管式光缆的松套管内径越大,光纤的余长就 可以越大；光纤分布的节距越小,光纤的余长越大所以,为了满足中心管式光 缆光纤余长的要求,往往将松套管的内径做得较大2 光缆中光纤余长的控制方法2.1 二次套塑生产线光纤余长的控制方法二次套塑是控制光纤余长的关键工序在二次套塑工艺中,影响光纤余长的 因素较多,其中,有的因素可以用作调节余长的工艺手段,有的因素能影响余长 值,但不能作为余长的调节手段影响光纤余长的主要因素有：a. 光纤放线张力对余长的影响在二次套塑生产过程中,光纤在一定的张力下放出,由于有一定张力,因此在余长牵引轮上松套管中的光纤会靠向轮的内缘，从而使光纤的缠绕直径0必f然小于松套管缠绕直径0 所以,在余长牵引轮上,光纤的长度小于松套管长T度,而得负余长即：△ z = （0 （F）一①〕/e x 100%f T T式中，e （F）—光纤缠绕余长牵引轮的直径是张力f的函数。
f由上式可知， e 是常数，它由余长牵引轮直径松套管直径决定而不是常T数，它的大小，亦光纤靠近松套管内壁的程度光纤张力愈大，光纤拉得愈紧， 光纤愈靠近松套管内壁，负余长就愈大反之亦然因此，光纤放线张力愈大， 余长愈小，张力愈小，余长愈大可见，光纤的放线张力是调节余长的有效工艺 参数之一b. 两冷却水槽的水温差对余长的影响光纤松套管从热水槽和余长牵引轮的高温区（45〜75°C ）进入到冷水槽低温 区（20C左右）后，松套管冷收缩而产生正余长冷收缩得到的正余长取决于冷 热水温差和 PBT 塑料及光纤的热膨胀系数，其数学表达式为：△ £ =（T —T）（a （T）—a 〕f W C T f式中， T — 热水槽水温；WT — 冷水槽水温；Ca — PBT 塑料热膨胀系数；Ta — 光纤热膨胀系数f由于a （T）是温度的函数，在n+C的冷热水温差范围中，PBT塑料热膨胀T 系数有较大变化通常只能以一个平均的热膨胀系数来作定性的估算，作为冷热 水温设定的依据从上式可见，冷热水温的调节是余长控制的最主要因素水温差愈大正余长愈大，反之亦然c主牵引张力对余长的影响主牵引张力是施加在余长牵引到主牵引之间光纤松套管上，这一段正是松套 管处于冷水槽经受冷收缩的期间。
因而，牵引张力对松套管的弹性拉伸是对松套 管的冷收缩起牵掣作用在标准二次套塑生产线中，正余长主要由松套管冷收缩 程度决定，而适当的主牵引张力对光纤余长起到局部调节作用主牵引张力愈大， 对冷收缩的牵掣愈甚，正余长愈小；反之，主牵引张力愈小，冷收缩愈自由，正 余长愈大d.光纤油膏在二次套塑中的影响光纤油膏在二次套塑工艺中的性状，以及成缆后对松套管中光纤或带纤的机 械保护作用，在很大程度上与其触变性有关通常，在光纤油膏制作中，需加触变增原剂使油膏具有一定触变性加触变 增原剂使油膏分子中的硅原子上的表面羟基（一OH）之间有弱氢键将邻近质点相 互结合，使油膏形成具有固态的网状结构从而使油膏在静止状态下，呈现为一 种稳定的、非流动的稠粘胶体当油膏受到扰动时，例如在二次套塑中，光纤油 膏被泵入挤塑机机头注入光纤松套管过程中，在剪切力的作用下，弱氢键断裂， 油膏分子由网状结构变成线状结构，油膏从稠粘胶体变成流体，因此油膏内均匀 地充入松套管内当加在油膏上的扰动力消除后，弱氢键又将邻近质点相互结合 起来，油膏又回复到稠粘胶态，从而防止松套管中油膏滴流必须指出，光纤油膏的扰动力消除后，油膏不可能完全回复到扰动。