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BREVET D'INVENTION
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION 320, Park Avenue, 22, New York, N. Y.
Etats-Unis d'Amérique
CABLE A FIBRES OPTIQUES La présente invention revendique la priorité d'une demande- de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 28 octobre 1982 sous le NI 437,391 groupe 254 au nom de : John Carswell SMITH
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Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un câble à fibre optique. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un câble à fibre optique du type ayant un élément central résistant et une ou plusieurs fibres optiques déposées hélicoldalement autour de l'élément central résistant de manière à être protégées.
Arrière-plan de l'invention
Les fibres optiques sont devenues un moyen intéressant de transmission de l'information du fait de leur grande capacité de largeur de bande et de leurs dimensions physiques et de leur poids réduits par rapport aux conducteurs électriques métalliques. Un certain nombre de caractéristiques des fibres optiques dont leur prédisposition à la cassure et leurs pertes de flexibilité et de résistance posent ds sérieux problèmes pour leur utilisation. De ce fait, il est nécessaire de trouver des moyens convenables pour protéger les fibres.
Une façon d'aborder les problèmes mentionnés cidessus consiste à partir de plusieurs fibres optiques et de les organiser en rangs linéaires dans des structures sous forme de rubans. Cette approche est décrite en détail dans le brevet des Etats-Unis NI 4.129. 468, publié le 12 décembre 1978.
Les exigeances imposées à de tels rubans de fibres optiques comportent la nécessité de pourvoir à un dénudage mécanique facilitant la réalisation des extrémités et des ligatures du câble, le besoin d'avoir de petites dimensions, la nécessité d'une résistance à la cassure lorsque soumis à des forces de
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traction, la nécessité d'identification individuelle des fibres dans le ruban et la nécessité de protéger le ruban des forces de distorsion qui peuvent provoquer la détérioration du signal optique.
Après avoir formé ces rubans, ils sont utilisés pour former des câbles optiques. Il a été affirmé que les rubans fournissent une protection adéquate pour les fibres optiques lorsqu'elles sont utilisées pour la transmission de l'information. Divers procédés pour fabriquer un tel câble optique sont décrits dans les brevets des Etats-Unis Nos 3.937. 559 ; 4.110. 001 ; 4.138. 193 et 4.146. 302. Comme il apparait dans chacun de ces brevets, il est nécessaire de former chaque fois une structure en forme de ruban avant l'opération de câblage. En effet, il est spécialement établi dans chacun de ces brevets que former une structure en forme de ruban réduit le risque de dommages infligés aux fibres optiques durant l'opération de câblage. L'inconvénient d'une telle exigence est particulièrement significatif lorsque l'on veut un câble n'ayant que peu de fibres.
C'est une procédure exagérément onéreuse de produire d'abord des rubans et puis de faire un câble pour porter le ruban. Le câblage des rubans de fibres optiques est une procédure compliquée et coûteuse, même après que les rubans soient assemblés. Câbler ces rubans exige l'utilisation de câbleuses planétaires au moins pour la déposition d'éléments résistants dans la gaine extrudée requise. Un tel équipement est onéreux et, de ce fait, contribue de façon significative au coût total de l'opération de câblage.
Il a été proposé d'éviter l'exigeance d'un procédé de câblage multi-pas en incorporant une ou plusieurs fibres optiques dans un câble lors de la formation de celui-ci. De telles procédures sont décrites dans les brevets des Etats-Unis Nos 4.155. 963,4. 154.049, et 4.205. 899. Ces brevets révèlent
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l'extrusion d'un élément central profilé ayant des rainures dans lesquelles des fibres optiques sont déposées, suivie par la fermeture des rainures, enfermant ainsi la fibre dans une chambre s'étendant longitudinalement. Le brevet des EtatsUnis ? 4.199. 224 est similaire et rajoute un élément central résistant séparé.
Ces méthodes permettent aux fibres optiques d'être déposées dans les canaux ouverts lors de la fabrication du câble, éliminant ainsi la nécessité de fabriquer d'abord un ruban de fibre optique. Les méthodes révèlées dans ces brevets exigent une machinerie coûteuse et un grand emplacement au sol pour câbler des fibres optiques. Le résultat des dépenses liées aux machines et à l'emplacement au sol qui leur est dédié en font des techniques de câblage coûteuses.
Une autre approche pour câbler des fibres optiques est réglée dans le brevet des Etats-Unis 4.153. 332 publié le 8 mai 1979. Ce brevet explique qu'un câble peut être formé en bobinant des éléments unitaires ayant une gaine adhérant à un noyau support. Lorsque cette structure est tendue sur un mandrin ayant un faible rayon de courbure, l'élément unitaire est comprimé dans la partie interne face au mandrin et est étiré dans la partie externe. Ceci se produit parce que la friction, entre l'élément et le noyau autour duquel il est enroulé, empêche l'élément de glisser de façon significative par rapport au noyau. La ou les fibres optiques contenues dans l'élément unitaire sont soumises à des forces de compression et de tension. Pour surmonter cet inconvénient, il est recommandé que les fibres soient centrées dans une gaine tubulaire.
Ce brevet révèle que, dans l'état actuel des connaissances, aucun procédé n'est connu pour produire des éléments de fibre optique unitaire qui permette un centrage parfait de la fibre optique par rapport à la gaine. Ceci est particulièrement vrai lorsque la gaine a un diamètre beaucoup plus grand que celui de la fibre. Quand la fibre n'est pas centrée,
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il est bien connu, par expérience, que la force de tension ou de compression sur la fibre, lorsque l'élément unitaire est soumis à la flexion, est proportionnelle à la distance de la fibre optique à l'axe neutre de l'élément unitaire et inversement proportionnelle au rayon de courbure de l'élément.
Pour compenser ceci, les fibres seront plus longues que la longueur de la gaine enveloppante correspondante soit en bobinant les fibres autour d'un noyau central dans la gaine, soit en imposant une courbure hélicoïdale aux fibres et en les déposant librement dans la gaine. Le brevet affirme par la suite que pourvoir une gaine tubulaire, dans laquelle la fibre optique est insérée, produit une structure protectrice qui protège la surface de la fibre contre des forces de compression radiales et contre le contact avec des substances corrosives.
Une autre approche qui a été proposée pour fournir une structure de câble protectrice pour des fibres optiques est révélée dans le brevet des Etats-Unis NO 4.235. 511 publié le 25 novembre 1980. Ce brevet décrit une technique de câblage dans laquelle un élément central résistant est entouré d'éléments définissant des chambres parcourant l'élément central sur sa longueur et qui sont recouvertes dans le but d'enfermer une fibre optique déposée dans la chambre. Le brevet révèle une bande de raccord plissée enroulée hélicoldalement autour de l'élément central résistant pour la formation des chambres.
Tous les câbles décrits ci-dessus souffrent d'un ou de plusieurs problèmes concernant les dépenses élévées pour la fabrication du câble, la prédisposition des fibres à la cassure lors des opérations de câblage ou de déposition du câble et les faibles caractéristiques de transmission optique.
Résumé de l'invention
La présente invention se rapporte à un câble à fibre optique ayant un élément central résistant pour pourvoir
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à des forces de tension importantes, une bande striée enroulée hélicoldalement ayant plusieurs rainures longitudinales et plusieurs fibres optiques déposées dans les rainures longitudinales. Une couche extérieure est pourvue pour maintenir les fibres en place. La profondeur des rainures et suffisante pour recevoir une ou plusieurs fibres optiques qui peuvent être enrobées pour protection. Au cas où l'on désire un câble avec un grand nombre de fibres, il est possible de combiner plusieurs unités de câble pour former un câble composite.
Description succincte des dessins
Figure 1 est une vue en coupe transversale d'une unité de câble à fibre optique réalisée suivant l'invention.
Figure 2 est une perspective partiellement dénudée montrant la structure de l'unité de câble.
Figure 3 est une coupe transversale d'un câble composite contenant plusieurs unités de câble à fibre optique.
Description détaillée de l'invention
Référence faite aux dessins, les figures 1 et 2 révèlent un câble 1. Le câble 1 est formé d'un noyau comprenant un élément résistant central 11 entouré d'une couche isolante ou d'amortissement 13. Une bande striée de nervures 15 est enroulée hélicoldalement autour du noyau de façon à ce que des rainures hélicoïdales 17 soient formées.
La largeur et la longueur de déposition de la bande striée 15 sont telles que les crêtes longitudinales se recouvrent et que les rainures des couches hélicoïdales successives s'emboîtent dans une région de recouvrement 19. De cette manière, la bande striée 15 est fermement maintenue en place sur toute la longueur de la structure de câble. Les rainures 17 contiennent une ou plusieurs fibres optiques 21 et sont de profondeur suffisante pour que les fibres optiques y soient contenues librement sans qu'aucune partie de la fibre ne s'étende radialement au dessus de la crête extrême de la rainure.
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Un film formant une barrière de chaleur 23 peut être pourvu autour de la bande striée 15 pour servir à de multiples fonctions de protection de la structure du câble pour de courtes expositions à des hautes températures et pour empêcher les fibres optiques de se déplacer hors de leurs rainures respectives.
Un composé de remplissage 101 peut être mis dans certaines ou toutes les rainures 17 et, au besoin, peut être mis entre l'élément résistant et la bande striée.
L'élément résistant 11 est de préférence un matériau ayant une forte résistance à la traction tel qu'un fil d'acier solide ou un fil d'acier torsadé. Cependant, n'importe quel matériau ayant une forte résistance à la traction tel qu'un fil en alliage solide, un fil en alliage torsadé, un fil de verre, un fil d'alumine, un fil d'aramide, un fil de graphite ou un fil de carbone peut convenir pour réaliser l'élément résistant axial. Dans certaines applications, on peut vouloir un câble qui soit relativement rigide, auquel cas des éléments résistants métalliques seront préférables ; alors que dans les applications où la flexibilité est recherchée, des fils plus flexibles seront préférables.
La couche d'isolation ou d'amortissement 13 est de préférence un polymère. Dans une autre réalisation, l'élément résistant peut être imprégné par le polymère.
Dans les polymères préférés on retrouve le polyéthylène et l'époxy.
La bande striée 15 peut être soit un polymère, telle qu'une bande de polyester, soit métallique, telle qu'une bande d'aluminium. Le matériau préféré pour la bande est le MYLAR.
Comme mentionné, les interstices entre la couche isolante 13, la bande striée 15 et la fibre 21 peuvent être remplies avec un composé de remplissage 101. Des exemples de composé de remplissage sont la gelée de pétrole ou du polypropylène amorphe. N'importe quel autre composé de remplissage
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convenable peut être utilisé. Par ailleurs, ces interstices peuvent rester non-remplies ou, au besoin, peuvent être remplies avec un fluide pressurisé. Au cas où un composé de remplissage est pourvu, le film servant de barrière de chaleur 23 appliqué sur les fibres optiques empêche en plus l'égouttement du composé de remplissage.
Un gainage 25 peut être utilisé comme protection supplémentaire et peut être une substance polymérique quelconque, le polyéthylène étant préféré. Au besoin, une bande métallique formant barrière à l'eau 27 peut être appliquée entre le film servant de barrière de chaleur 23 et le gainage 25 ou, par ailleurs, elle peut être appliquée sur le gainage
25. Au cas où la bande métallique formant barrière à l'eau 27 est appliquée sur le gainage 25, un gainage polymérique supplémentaire peut être appliqué sur la bande formant barrière à l'eau.
Comme indiqué, la largeur et la longueur de déposition de la bande striée 15 sont telles que chaque couche hélicoïdale recouvre partiellement la couche précédente. La figure la illustre une partie de la bande striée 15 pour laquelle la couche hélicoïdale successive 12a recouvre la couche formée précédemment 12b dans la région de recouvrement 19.
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Dans la figure la, trois rainures sont montrées en traits pointillés indiquant que ces rainures sont des rainures de recouvrement- pour la première couche d'enroulement 12b. Cet emboîtement positif des couches hélicoïdales successives empêche la bande de glisser par rapport aux couches hélicoïdales adjacentes.
Comme résultat, les fibres optiques 21 déposées dans les rainures sont maintenues dans une meilleure continuité hélicoïdale que celle qui serait obtenue si les rainures pouvaient se déplacer relativement l'une par rapport à l'autre.
Dans la figure 3, une structure de câble composite est illustrée dans laquelle trois unités de câble à fibre optique 1
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sont enfermées dans une simple gaine protectrice externe 49.
Les interstriées 48 peuvent être remplies avec un composé de remplissage 101 ou laissées vide au cas où un câble pressurisé est souhaité.
Bien que les principes de l'invention aient été décrits ci-dessus en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne constitue aucunement une limitation de la portée de l'invention.