具有第一套层和第二套层的光纤和光缆以及热胀系数选择方法

摘要

描述了一种改进的光纤。该光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面。选择所述玻璃纤维结构的机械因素、所述第一套层的机械因素以及所述第二套层的机械因素，使得所述第一套层的杨氏模量大于在UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时施加于所述第一套层的平均张应力(σ

说明书

本申请涉及2002年6月7日在日本提交的日本专利申请No.2002-167680及2002年6月7日在日本提交的日本专利申请No.2002-167665中披露的主题，根据巴黎公约，本申请要求它们的优先权并在这里将其作为参考。

技术领域

本发明涉及具有第一套层和第二套层的光纤和光缆以及制造该光纤和光缆的方法。

背景技术

通常而言，光纤包括：玻璃纤维结构(裸光纤)；第一套层，直接覆盖玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，通过第一套层覆盖玻璃纤维结构的外表面。

第一套层由软UV固化树脂制成，而第二套层由硬UV固化树脂制成。这是因为当向光纤施加外力时，整个光纤的变形由第二套层抑制，而第一套层用于抑制在第二套层的抑制之后残留的小的变形，以保护玻璃纤维结构免受外力。

当UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始变硬时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时，第一套层趋向于在三维方向上发生热缩。由于第一套层的三维热缩被限制在玻璃纤维结构和第二套层之间，所以第一套层在三维方向受到均一的张应力。在这种情况下，尽管环境温度可能发生变化，但第一套层不仅在硬化结束时，而且在硬化结束之后都受到张应力。

因此，如果玻璃纤维结构的机械因素、第一套层的机械因素以及第二套层的机械因素不适当，则在硬化结束后，施加于第一套层的三维张应力的平均张应力超过预定的破坏应力，从而导致第一套层出现空隙或裂缝。因此第一套层对玻璃纤维结构的支持条件变得不稳定，从而发生玻璃纤维结构的微小弯曲，引起传输损耗以及光纤质量下降。

发明内容

根据本发明的一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中选择所述玻璃纤维结构的机械因素、所述第一套层的机械因素以及所述第二套层的机械因素，使得所述第一套层的杨氏模量大于在UV固化树脂的温度从开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时施加于所述第一套层5的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3。

根据本发明的另一个方面，光缆中有多个捆扎成束的光纤，每一所述光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中选择所述玻璃纤维结构的机械因素、所述第一套层的机械因素以及所述第二套层的机械因素，使得所述第一套层的杨氏模量大于在UV固化树脂的温度从开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时施加于所述第一套层5的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3。

根据本发明的再一个方面，制造一种光纤，该光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中选择所述玻璃纤维结构的机械因素、所述第一套层的机械因素以及所述第二套层的机械因素，使得所述第一套层的杨氏模量大于在UV固化树脂的温度从开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时施加于所述第一套层5的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中，在所述软固化树脂的杨氏模量与所述硬固化树脂的杨氏模量相比充分小的情况下，所述软固化树脂的热胀系数α₁和所述硬固化树脂的热胀系数α₂满足：

$>>>\alpha >2>>>>>3>>2>>(>1>+>>v>2>>)>>>>\{>1>->>>(>>>R>0>>>R>1>>>)>>2>>\}>\{>>\alpha >1>>->>>1>->>>2>v>>1>>>\Delta T>>\}>>>$

其中，R₀是玻璃纤维结构3的半径、R₁是第一套层5的外半径、v₁是软固化树脂的泊松比、v₂是硬固化树脂的泊松比、ΔT是所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差。

根据本发明的再一个方面，每一所述光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中，在所述软固化树脂的杨氏模量与所述硬固化树脂的杨氏模量相比充分小的情况下，所述软固化树脂的热胀系数α₁和所述硬固化树脂的热胀系数α₂满足：

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其中，R₀是玻璃纤维结构3的半径、R₁是第一套层5的外半径、v₁是软固化树脂的泊松比、v₂是硬固化树脂的泊松比、ΔT是所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差。

根据本发明的再一个方面，制造一种光纤，该光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中，在所述软固化树脂的杨氏模量与所述硬固化树脂的杨氏模量相比充分小的情况下，所述软固化树脂的热胀系数α₁和所述硬固化树脂的热胀系数α₂满足：

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其中，R₀是玻璃纤维结构3的半径、R₁是第一套层5的外半径、v₁是软固化树脂的泊松比、v₂是硬固化树脂的泊松比、ΔT是所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是125μm；所述第二套层的外半径在误差范围内是200μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂，以使其具有不高于(1-2v₁)/ΔT的热胀系数。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是125μm；所述第二套层的外半径在误差范围内是200μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂，以使其具有满足(1-2v₁)/180＞α₁＞(1-2v₁)/225的热胀系数。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是125μm；所述第二套层的外半径在误差范围内是200μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；所述硬固化树脂的泊松比在误差范围内是v₂；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂以使其具有不高于α₀＝(1-2v₁)/ΔT的热胀系数，且选择硬固化树脂以使其具有满足15(α₁-α₀)/8(1+v₂)＜α₂＜9(α₁-α₀)/4(1+v₂)的热胀系数。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是95μm；所述第二套层的外半径在误差范围内是120μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂，以使其具有不高于(1-2v₁)/ΔT的热胀系数。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是95μm；所述第二 套层的外半径在误差范围内是120μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂，以使其具有满足(1-2v₁)/120＞α₁＞(1-2v₁)/150的热胀系数。

根据本发明的再一个方面，光纤包括：玻璃纤维结构；第一套层，由软固化树脂制成，并直接覆盖所述玻璃纤维结构的外表面；和第二套层，由硬固化树脂制成，并通过所述第一套层覆盖所述玻璃纤维结构的外表面，其中所述软固化树脂的杨氏模量远小于所述硬固化树脂的杨氏模量，其中所述玻璃纤维结构的半径R₀在误差范围内是62.5μm；所述第一套层的外半径R₁在误差范围内是95μm；所述第二套层的外半径在误差范围内是120μm；所述软固化树脂的泊松比在误差范围内是v₁；所述硬固化树脂的泊松比在误差范围内是v₂；且所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度偏差是ΔT，其中选择所述软固化树脂以使其具有不高于α₀＝(1-2v₁)/ΔT的热胀系数，且选择硬固化树脂以使其具有满足{0.8664/(1+v₂)}(α₁-α₀)＜α₂＜{1.03968/(1+v₂)}(α₁-α₀)的热胀系数。

附图简介

参考下面对结合附图的优选实施例的介绍，可以更清楚地理解本发明的上述及另外的特征和目的以及得到它们的方式，附图中：

图1是用于解释根据本发明的实施例的玻璃纤维结构的机械因素、第一套层的机械因素以及第二套层的机械因素的说明图；

图2是显示根据本发明的实施例的玻璃纤维结构的剖面图；

图3是显示软UV固化树脂和硬UV固化树脂的热胀系数的关系的图；

图4是显示在解释本发明的实施例中使用的材料强度测试仪器的示意透视图；

图5A至图5C是示意图，其通过使用在解释本发明的实施例中使用的材料强度测试仪器，解释对测试用薄片的强度测试；

图6是显示上面的图5A至图5C中所示的测试用薄片的示意图；

图7是显示根据本发明实施例的带状光缆(8-光纤带)的截面图；

图8显示了在不同类型的软UV固化树脂和不同环境温度下，由材料强度测试仪器进行材料强度测试的结果；

图9显示了为确定在不同固化温度下准备了6种类型的光纤(1A～1F)之后是否形成空隙或裂缝(损坏)而观察的结果。

图10显示了为确定在不同固化温度下准备了5种类型的光纤(A～E)之后是否形成空隙或裂缝(损坏)而观察的结果。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的多个实施例。

图1是用于解释根据本发明的实施例的玻璃纤维结构的机械因素、第一套层的机械因素以及第二套层的机械因素的说明图。图2是显示根据本发明的实施例的玻璃纤维结构的剖面图。图4是显示在解释本发明的实施例中使用的材料强度测试仪器的示意透视图。图5A至图5C是示意图，其通过使用在解释本发明的实施例中使用的材料强度测试仪器，解释对测试用薄片的强度测试。图6是显示上面的图5A至图5C中所示的测试用薄片的示意图。

在本说明中，“向上的方向”指在图4和图5A至图5C中图纸的较高的方向，而在图6中“向上的方向”垂直于印刷表面。“向下的方向”指在图4和图5A至图5C中图纸的较低的方向，而在图6中“向下的方向”垂直于后表面。

如图2所示，根据本发明实施例的光纤1包括：玻璃纤维结构3；第一套层5，直接覆盖玻璃纤维结构3的外表面；和第二套层7，通过第一套层5覆盖玻璃纤维结构3的外表面。在这种情况下，第一套层5由软UV固化树脂制成，而第二套层7由硬UV固化树脂制成。

同时，通过将UV固化树脂和适当的添加剂，如photo initiators，混合而准备所述软固化树脂和所述硬固化树脂，以得到如下所述的物理特性。此类UV固化树脂包括UV固化预聚物以及UV固化单体，诸如UV固化环氧丙烯酸酯树脂、UV固化聚氨酯丙烯酸酯树脂，以及其它可用于制备所需UV固化树脂组合物的聚氨酯基树脂。

而且，光纤1的特征为：机械因素可以由如图4所示的材料强度测试仪器9测量。下面将解释通过材料强度测试仪器9进行的材料强度测试以及材料强度测试仪器9的各元件。

如图4所示，根据本发明的实施例的材料强度测试仪器9具有矩形第一支架11和矩形第二支架13，它们在垂直方向上互相相对放置。第二支架13具有多个固定突起15，每一突起具有向上延伸的定位销17；而第一支架11具有多个移动突起19，每一移动突起由一个相应的定位销17支持，以在垂直方向移动。通过这种结构，由第二支架13支持的第一支架11可以在垂直方向移动。

第一支架的中央具有圆筒形第一固定构件21，它具有第一牵引表面21f(参考图5A至图5C)，极薄的圆盘状测试用薄片S的表面在粘附力的作用下紧密地固定在第一牵引表面21f上。而且，第二支架的中央具有圆筒形第二固定构件23，它具有第二牵引表面23f(参考图5A至图5C)，测试用薄片S的后表面在粘附力的作用下紧密地固定在第二牵引表面23f。进一步，第一固定构件21和第二固定构件23的每一个都由透明玻璃制成。

在这种情况，测试用薄片S与光纤1的第一套层5由相同的软UV固化树脂制成。而且，测试用薄片S的厚度与第一套层5的厚度相同。

第一支架11具有调节突起25，而第二支架13具有与调节突起25相对的反向突起27。千分尺头端33用于在向上的方向(即，在测试用薄片S远离第二固定部件23的厚度方向上)微移第一固定构件21。千分尺头端33具有轴31，其相应于夹柄29的旋转操作而微微延长或收缩。轴31的末端(低端)可以与反向突起毗邻。

因此，通过使轴31的末端毗邻反向突起27，并旋转夹柄29以略微延长轴31，有可能在向下的方向微移与第一支架11构成整体的第一固定构件21。这时，多个可移动突起19被多个定位销17所支持并向上移位，因此第一牵引表面21f和第二牵引表面23f保持互相平行。

可以利用第一支架11上方、图中未显示的支持臂支持的显微镜35，透过第一固定构件21观察测试用薄片S。同时，可以利用适当的机械装置调整显微镜35的位置和姿态。

接下来，将解释利用材料强度测试仪器9的材料强度测试。

如图5A至图5C所示，测试用薄片S被固定，其上表面在粘合力的作用下紧密附着于第一固定构件的第一牵引表面21f，且后表面在粘合力的作用下紧密附着于第二固定构件23的第二牵引表面23f(参考图5A)。利用这种结构，有可能支持测试用薄片S的应力有效区域，即薄片除外围部分以外的全部测试用薄片S，阻止应力有效区域在径向及外围方向被移位。

由于当第一固定构件21在向上的方向上被微移时，形成了从测试用薄片S的外表面向内弯曲的凹进Sd，所以将根据本发明的实施例的应力有效区域定义为除邻近周接部分以外的整个测试用薄片S以及未形成该凹进Sd的区域(参考图6)。

于是，当利用显微镜35透过第一固定构件21以扩大的视图来监控测试用薄片S时，通过使轴31的末端紧密毗邻反向突起27并旋转夹柄29以使轴31微微延伸，在向上的方向上微移第一固定构件21(参考图5B)，而第一牵引平面21f和第二牵引平面23f互相保持平行。在这种情况下，测试用薄片S趋向于水平收缩。由于测试用薄片S在应力有效区域中的水平收缩限制在第一牵引平面21f和第二牵引平面23f之间，所以有可能向测试用薄片S的应力有效区域在径向上施加张应力、在外围方向上施加张应力，并在厚度方向(图5A至5C中的垂直方向)上施加张应力。换言之，有可能向测试用薄片S的应力有效区域上施加三维压应力。而且，当测试用薄片S极薄时，向测试用薄片S的应力有效区域施加的张应力在三维方向上变得基本一致。

在这种规格中，三维张应力包括在所述径向上的张应力σ_0R、在所述外围方向上的张应力σ_0θ和在所述厚度方向上的张应力σ_0Z。

如图5C所示，当第一固定构件21的微移增加，以增加施加于测试用薄片S的应力有效区域的三维张应力时，形成空隙V或裂缝(图中未显示)。于是，可以根据当测试用薄片S中形成空隙V或裂缝时第一固定构件21的微移，测量所述软UV固化树脂在三维张应力下的破坏应力。

在这种情况下，可以通过例如基于有限元方法的分析来计算有关第一固定构件21的微移的三维张应力，且在测试用薄片S的应力有效区域内，三维张应力和第一固定构件21的移动之间存在线性相关。而且，将所述软UV固化树脂在三维张应力下的破坏应力定义为当在测试用薄片S中形成空隙V或裂缝时施加于测试用薄片S的三维张应力的平均张应力(σ_0r+σ_0θ+σ_0z)/3。

图8显示了利用不同类型的软UV固化树脂和不同环境温度下由材料强度测试仪器9进行材料强度测试的结果。第一固定构件21的半径和第二固定构件23的直径分别是50mm。测试用薄片S的半径为50mm、厚度为100μm。

在试验中，通过使轴31的末端毗邻反向突起27并旋转夹柄29，使得施加于测试用薄片S应力有效区域的张应力(σ_0r、σ_0θ和σ_0z)在三维方向上基本一致地逐渐增加，直至在测试用薄片S中形成空隙V或裂缝0如图8所示，在每一例试验中，当测试用薄片S中形成空隙V或裂缝时，施加于测试用薄片S的三维张应力的平均张应力(σ_0r+σ_0θ+σ_0z)/3，即破坏应力，大于所述软UV固化树脂的杨氏模量。

接下来，将根据利用材料强度测试仪器9的材料强度测试的结果，解释用于选择光纤1的机械因素及热胀系数的选择方法。

如图1所示，当UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时，平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3施加于第一套层5。

选择玻璃纤维结构3的机械因素、第一套层5的机械因素以及第二套层7的机械因素，使它们满足这样的要求：施加于第一套层5的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3总是不大于第一套层5的杨氏模量E₁。

在这种情况下，σ_r代表第一套层5在径向上的张应力；σ_θ代表第一套层5在外围方向上的张应力；σ_z代表第一套层5在轴向上的张应力。更具体地，玻璃纤维结构3的机械因素是玻璃纤维结构3的半径R₀；第一套层5的机械因素是第一套层5的外半径R₁、所述软UV固化树脂的杨氏模量E₁、热胀系数α₁和泊松比v₁；第二套层7的机械因素是第二套层7的外半径R₂、所述硬UV固化树脂的杨氏模量E₂、热胀系数α₂和泊松比v₂。不仅在硬化结束时，而且在硬化结束之后在环境温度可能变化时，都必须满足上述需求。

考虑所述软UV固化树脂的特性以及所述硬UV固化树脂的特性，可以如下计算σ_r、σ_θ和σ_z。

$>>>\sigma >r>>=>>\sigma >\theta >>=>>>\{>1>->>>E>1>>>E>2>>>\times >sup>>R>0>2sup>>sup>>R>1>2sup>>-sup>>R>0>2sup>>>>\times >>>>(>1>->>>2>v>>2>>)>sup>>R>1>2sup>>+sup>>R>2>2sup>>>sup>>R>2>2sup>>-sup>>R>1>2sup>>>>\}>>\alpha >1>>->>(>sup>>R>1>2sup>>sup>>R>1>2sup>>-sup>>R>0>2sup>>>>)>>>\alpha >2>>>>>(>1>->>>2>v>>1>>)>>->>>>E>1>>>>E>2>>>\times >>>>(>1>->2>>v>1>>)>sup>>R>0>2sup>>+sup>>R>1>2sup>>>sup>>R>1>2sup>>-sup>>R>0>2sup>>>>\times >>>>(>1>->2>>v>2>>)>sup>>R>1>2sup>>+sup>>R>2>2sup>>>sup>>R>2>2sup>>-sup>>R>1>2sup>>>>>>\times >>E>1>>\Delta T>>>$

……公式(1)

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……公式(2)

在上述公式中，ΔT是所述软固化树脂的树脂温度(下降时)的偏差。可以如下计算三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3。

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……公式(3)

即，

……公式(4)

玻璃纤维结构3的机械因素、第一套层5的机械因素及第二套层7的机械因素必须选择为满足公式(4)。

接下来，将解释本发明的突出特征。

因为玻璃纤维结构3的机械因素、第一套层5的机械因素和第二套层7的机械因素被选择为满足如下要求：施加于第一套层5的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3总是不大于第一套层5的杨氏模量E₁，所以当硬化结束时第一套层5内不再发生由于三维张应力(σ_r，σ_θ，σ_z)引起的空隙V或裂缝。

这根据如下试验结果(参考图8)：当施加于测试用薄片S的应力有效区域的张应力(σ_0r、σ_0θ和σ_0z)在三维方向上基本一致地逐渐增加，直至在测试用薄片S中形成空隙V或裂缝时，施加于测试用薄片S的三维张应力的平均张应力(σ_0r+σ_0θ+σ_0z)/3，即破坏应力，大于所述软UV固化树脂的杨氏模量。

如上面所解释的，根据本发明的实施例，由于当硬化结束时，第一套层5内不再发生由于三维张应力(σ_r，σ_θ，σ_z)引起的空隙V或裂缝，所以通过稳定第一套层5对玻璃纤维结构3的支持条件，以将由于玻璃纤维结构的微小弯曲而引起的光纤1的传输损耗最小化，有可能提高光纤1的质量。

不必说，在由上述光纤1组成的光缆(未显示)中具有同样的优点。在这种情况下，这种光缆包括光纤带和光纤软线，以及对狭义定义的光缆。

同时，在上述实施例中，套层5和7由硬UV固化树脂形成。然而套层5和7可以由其它类型的固化树脂形成。

在下面的解释中，将解释更为特定的试验例子。

试验操作条件如下：玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是125μm；第二套层7的外半径R₂是200μm；第一套层5的杨氏模量E₁在环境温度-20。C时是2.5Mpa，在环境温度0℃时是1.1Mpa，且环境温度20℃时是1.0Mpa；第二套层7的杨氏模量E₁在环境温度-20℃时是1300Mpa，在环境温度0℃时是1000Mpa，且环境温度20℃时是700Mpa；且6种光纤(1A～1F)在100℃～200℃之间的不同树脂温度(固化温度)下准备。在这种条件下，观察6种光纤(1A～1F)，以确定是否形成了空隙或裂缝(损坏)。图9显示了观察结果。

如图9所示，可以确定，如果施加于第一套层5的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3大于第一套层5的杨氏模量E₁，则在第一套层5内发生空隙V或裂缝；并且如果施加于第一套层5的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3不大于第一套层5的杨氏模量E₁，则在第一套层5内不再发生空隙V或裂缝。

接下来，将解释本发明的另一实施例。施加于第一套层的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3应满足公式(3)和公式(4)，其中ΔT是所述软固化树脂的树脂温度(下降时)的偏差。玻璃纤维结构3的机械因素、第一套层5的机械因素以及第二套层7的机械因素必须选择为满足公式(4)。

这里进一步假设所述软UV固化树脂的杨氏模量E₁远小于所述硬UV固化树脂的杨氏模量E₂。由该假设，得到下面的公式。

……公式(5)

……公式(6)

由公式(5)和公式(6)，可将公式(4)简化为：

$>>>>>\sigma >r>>+>>\sigma >\theta >>+>>\sigma >z>>>3>>=>>>>\alpha >1>>->>2>3>>>(>1>+>>v>2>>)>>\times >sup>>R>1>2sup>>sup>>R>1>2sup>>-sup>>R>0>2sup>>>>>\alpha >2>>>>1>->2>>v>1>>>>\times >>E>1>>\Delta T>>>$

……公式(7)

根据公式(σ_r+σ_θ+σ_z)/3＜E₁，可以将公式(7)重新整理为：

$>>>\alpha >2>>>>>3>>2>>(>1>+>>v>2>>)>>>>\{>1>->>>(>>>R>0>>>R>1>>>)>>2>>\}>\{>>\alpha >1>>->>>1>->2>>v>1>>>\Delta T>>\}>>>$

……公式(8)

在这种情况中，预定玻璃纤维结构3的半径R₀、第一套层5的外半径R₁、软UV固化树脂的泊松比v₁、第二套层7的外半径R₂、硬UV固化树脂的泊松比v₂、以及所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始固化时的温度降至硬化结束时的温度的偏差ΔT。

于是，选择所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂，以使所述软UV固化树脂的热胀系数α₁和所述硬UV固化树脂的热胀系数α₂满足公式(8)的关系表达式。

接下来，将解释本发明的突出特征。

由于所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂被选择为使所述软UV固化树脂的热胀系数α₁和所述硬UV固化树脂的热胀系数α₂满足公式(8)的关系表达式，所以施加于第一套层5的三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3总是不大于第一套层5的杨氏模量E₁，即使在UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度大幅度降至硬化结束时的温度时也如此，因此当硬化结束时，在第一套层5中不再发生由所述三维张应力引起的空隙V或裂缝。

这是由于以下两点。

即，第一点是材料强度测试的结果(参考图8)：当施加于测试用薄片S的应力有效区域的张应力(σ_0r、σ_0θ和σ_0z)在三维方向上基本一致地逐渐增加，直至在测试用薄片S中形成空隙V或裂缝时，施加于测试用薄片S的三维张应力的平均张应力(σ_0r+σ_0θ+σ_0z)/3，即破坏应力，大于所述软UV固化树脂的杨氏模量。

第二点是关系表达式(公式(4))是参考材料强度测试的结果，根据材料结构，由三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3不大于第一套层5的杨氏模量E₁的需求而导出的；且关系表达式(公式(4))根据所述软UV固化树脂的杨氏模量E₁远小于所述硬UV固化树脂的杨氏模量E₂的假设，被简化为关系表达式(公式(8))。

如上所述，根据本发明的实施例，由于当硬化结束时第一套层5内不再发生由于三维张应力(σ_r，σ_θ，σ_z)引起的空隙V或裂缝，所以通过稳定第一套层5对玻璃纤维结构3的支持条件，有可能提高光纤1的质量，以将由于玻璃纤维结构的微小弯曲而引起的光纤1的传输损耗最小化。

而且，由于所述材料结构的关系表达式(公式(4))被简化为所述热胀系数的关系表达式(公式(8))，因此容易对所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂作出合适的选择，以不在第一套层5内引起空隙和裂缝。

进一步，在由多个以与上述光纤1相同的方式制成的光纤组成的光缆(未显示)中具有同样的优点。在这种情况下，这种光缆可以是单光纤、光纤带、光纤软线，以及与光缆的狭义定义相一致的光纤结构，其中许多光纤或纤芯线捆扎成束。

同时，在上述实施例中，套层5和7由硬UV固化树脂形成。然而，套层5和7可以由其它类型的固化树脂形成。

在下面的解释中，将解释更为特定的试验例子。

图3是显示所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂的热胀系数的关系的图。

图3是根据公式(8)所绘制的，条件是：玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是125μm；第二套层7的外半径是200μm；所述软固化树脂的泊松比v₁和所述硬固化树脂的泊松比v₂分别是0.46；且所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与硬化结束时的温度的偏差是ΔT。

即，图3中的斜线将由所述软UV固化树脂的热胀系数α₁和所述硬UV固化树脂的热胀系数α₂定义的空间划分为左上区和右下区。在左上区中，三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3不大于第一套层5的杨氏模量E₁，从而在第一套层5中不再发生空隙V或裂缝。另一方面，在右下区中，三维张应力的平均张应力(σ_r+σ_θ+σ_z)/3大于第一套层5的杨氏模量E₁，使得在第一套层5中发生空隙V或裂缝。

试验操作条件如下：玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是125μm；第二套层7的外半径是200μm；所述软固化树脂的泊松比v₁和所述硬固化树脂的泊松比v₂分别是0.46；且所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与硬化结束时的温度的偏差是ΔT；由热胀系数α₁和α₂的不同组合的所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂的不同对准备的5种类型的光纤(A～E)。在该条件下，观察5种光纤(A～E)，以确定是否形成了空隙或裂缝(损坏)。图10显示了观察结果。

从图10中可以看出，在光纤为A、B和C的情况下，两种硬UV固化树脂的热胀系数(所述软UV固化树脂的热胀系数α₁和所述硬UV固化树脂的热胀系数α₂)位于由斜线所定义的左上区中，从而可以确定在第一套层5中不再发生空隙V或裂缝。另一方面，在光纤为D和E的情况下，两种UV固化树脂的热胀系数位于由斜线所定义的左上区中，从而可以确定在第一套层5中观察到空隙V或裂缝。

接下来，将解释根据本发明实施例的带状光缆。图7是显示根据本发明实施例的带状光缆(8-光纤带)的截面图。

如图7所示，根据本发明的带状光缆41由多个并列排列的独立光纤纤芯43做成，每一独立的光纤纤芯周围裹覆树脂带状材料(UV固化树脂)制成的第二套层，并以带状联合起来。独立光纤纤芯43的数目选择为任意大于1的数。

独立光纤纤芯43的类型也可任意选择，只要它的物理特性满足上面描述的需求即可。例如，每一独立光纤纤芯43可以由外径125μm的裸光纤47组成，UV固化树脂涂层49作为第一套层裹覆裸光纤47，第一套层的外径例如是250～400μm。

在这种情况中，将包含硬UV固化树脂的第二套层45的外半径R₂定义为裸光纤47的中心点与位于第二套层45的外表面上的点中距裸光纤47最近的点之间的距离。在这种情况中，上述讨论充分应用于带状光纤41。因此，上述选择所述软UV固化树脂和所述硬UV固化树脂的技术对于带状光纤同样有效。

在下面的叙述中将解释若干示例实施例。在这种情况下，假设玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是125μm；第二套层7的外半径是200μm；所述硬固化树脂的泊松比v₂为0.45～0.49。并假设玻璃纤维结构的半径R₀、第一套层5的外半径R₁以及第二套层7的外半径R₂各自在±0.3μm误差范围内精确。

在这种情况下，图3所示的斜线的x轴截距(α₀)由泊松比v₁以及所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT来确定，即α₀＝(1-2v₁)/ΔT。因此，可以代替以泊松比v₁以及树脂温度偏差ΔT，来处理x轴截距(α₀)。在泊松比v₁为0.42～0.47，所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT不高于180℃的情况下，x轴截距(α₀)约为8.9～3.3。另一方面，如图3所示的斜线的斜率为R′/(1+v₂)，其中R′＝(3/2){1+(R₀/R₁)²}。即，斜线的斜率为(8/15)/(1+v₂)。

在这种情况下，热胀系数的选择如下。首先，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于α₀。即，选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT。因此，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于对应泊松比v₁为0.42～0.47的大约介于8.9～3.3中的一个值。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)，即15(α₁-α₀)/8(1+v₂)。

根据本发明，有可能扩大热胀系数的选择范围。这在设计过程中是一个实质性优点。即，通过选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT的软UV固化树脂，有可能保证光纤的可靠性，而与软UV固化树脂的热胀系数α₂无关。而且，由于确定了软UV固化树脂的热胀系数α₁及硬UV固化树脂的热胀系数α₂的安全范围，所以有可能作出对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择，而这无法在本发明提出之前作出。

因此，本发明的典型特征是从接近α₀，例如α₀～80％α₀，选择软UV固化树脂的热胀系数α₁。即，热胀系数α₁应满足(1-2v₁)/180＞α₁＞(1-2v₁)/225。

在常规情况下，接近α₀的软UV固化树脂热胀系数α₁不可靠。然而根据本发明，如上所述，保证了可靠性。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)且不高于它的120％，即，满足

R′(α₁-α₀)/(1+v₂)＜α₂＜(6/5){R′(α₁-α₀)/(1+v₂)}。

在这种情况中，应满足

15(α₁-α₀)/8(1+v₂)＜α₂＜9(α₁-α₀)/4(1+v₂)。

常规情况下也认为α₂的这个范围是不可靠的。然而根据本发明，如上所述保证了可靠性。

例如，在上述实施例的情况下，当所述软UV固化树脂的泊松比v₁在误差范围内为0.42时，α₀约为8.9×10^-4。在这种情况下，通过选择热胀系数α₁在8.9×10^-4～7.1×10^-4范围内的软UV固化树脂，有可能作出在本发明之前尚未实现的对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择。

接下来，将介绍本发明的另一实施例。在这种情况下，假设玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是95μm；第二套层7的外半径是120μm；所述硬固化树脂的泊松比v₂为0.45～0.49。并假设玻璃纤维结构的半径R₀、第一套层5的外半径R₁以及第二套层7的外半径R₂各自在±0.3μm误差范围内精确。

而且，在这种情况下，图3所示的斜线的x轴截距(α₀)由泊松比v₁以及所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT来确定，即α₀＝(1-2v₁)/ΔT。因此，可以代替以泊松比v₁以及树脂温度变化ΔT，来处理x轴截距(α₀)。在泊松比v₁为0.42～0.47，所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT不大于120℃的情况下，x轴截距(α₀)约为3.0～2.2。另一方面，如图3所示的斜线的斜率为R′/(1+v₂)，其中R′＝(3/2){1+(R₀/R₁)²}。即，斜线的斜率为0.8664/(1+v₂)。

在这种情况下，热胀系数的选择如下。首先，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于α₀。即，选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT。因此，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于对应泊松比v₁为3.0～2.2的大约介于8.9～3.3中的一个值。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)，即{0.8664/(1+v₂)}(α₁-α₀)。

根据本发明，有可能扩大热胀系数的选择范围。这在设计过程中是一个实质性优点。即，通过选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT的软UV固化树脂，有可能保证光纤的可靠性，而与软UV固化树脂的热胀系数α₂无关。而且，由于确定了软UV固化树脂的热胀系数α₁及硬UV固化树脂的热胀系数α₂的安全范围，所以有可能作出对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择，而这无法在本发明提出之前作出。

因此，本发明的典型特征是从接近α₀，例如α₀～80％α₀，选择软UV固化树脂的热胀系数α₁。即，热胀系数α₁应满足

(1-2v₁)/120＞α₁＞(1-2v₁)/150。

在常规情况下，接近α₀的软UV固化树脂热胀系数α₁不可靠。然而根据本发明，如上所述，保证了可靠性。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)且不高于它的120％，即，满足

R′(α₁-α₀)/(1+v₂)＜α₂＜(6/5){R′(α₁-α₀)/(1+v₂)}。

在这种情况中，应满足

{0.8664/(1+v₂)}(α₁-α₀)＜α₂＜{1.03968/(1+v₂)}(α₁-α₀)。

常轨情况下也认为α₂的这个范围是不可靠的。然而根据本发明，如上所述保证了可靠性。

例如，在上述实施例的情况下，当所述软UV固化树脂的泊松比v₁在误差范围内为0.42时，α₀约为(4/3)×10^-3。在这种情况下，通过选择热胀系数α₁在1.33×10^-3～1.07×10^-3范围内的软UV固化树脂，有可能作出在本发明之前尚未实现的对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择。

接下来，将解释本发明的再一个实施例。在这种情况下，假设玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是95μm；第二套层7的外半径是120μm；所述硬固化树脂的泊松比v₂为0.45～0.49。并假设玻璃纤维结构的半径R₀、第一套层5的外半径R₁以及第二套层7的外半径R2各自在±0.3μm误差范围内精确。

而且，在这种情况下，图3所示的斜线的x轴截距(α₀)由泊松比v₁以及所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT来确定，即α₀＝(1-2v₁)/ΔT。因此，可以代替以泊松比v₁以及树脂温度变化ΔT，来处理x轴截距(α₀)。在泊松比v₁为0.42～0.47，所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT不大于180℃的情况下，x轴截距(α₀)约为3.0～2.2。另一方面，如图3所示的斜线的斜率为R′/(1+v₂)，其中R′＝(3/2){1+(R₀/R₁)²}。即，斜线的斜率为0.8664/(1+v₂)。

在这种情况下，热胀系数的选择如下。首先，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于α₀。即，选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT。因此，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于对应泊松比v₁为0.42～0.47的大约介于8.9～3.3中的一个值。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)，即{0.8664/(1+v₂)}(α₁-α₀)。

根据本发明，有可能扩大热胀系数的选择范围。这在设计过程中是一个实质性优点。即，通过选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT的软UV固化树脂，有可能保证光纤的可靠性，而与软UV固化树脂的热胀系数α₂无关。而且，由于确定了软UV固化树脂的热胀系数α₁及硬UV固化树脂的热胀系数α₂的安全范围，所以有可能作出对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择，而这无法在本发明提出之前作出。

因此，本发明的典型特征是从接近α₀，例如α₀～80％α₀，选择软UV固化树脂的热胀系数α₁。即，热胀系数α₁应满足

(1-2v₁)/180＞α₁＞(1-2v₁)/225。

在常规情况下，接近α₀的软UV固化树脂热胀系数α₁不可靠。然而根据本发明，如上所述，保证了可靠性。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)且不高于它的120％，即，满足

R′(α₁-α₀)/(1+v₂)＜α₂＜(6/5){R′(α₁-α₀)/(1+v₂)}。

在这种情况中，应满足

{0.8664/(1+v₂)}(α₁-α₀)＜α₂＜{1.03968/(1+v₂)}(α₁-α₀)。

常规情况下也认为α₂的这个范围是不可靠的。然而根据本发明，如上所述保证了可靠性。

例如，在上述示例实施例的情况下，当所述软UV固化树脂的泊松比v₁在误差范围内为0.42时，α₀约为8.9×10^-4。在这种情况下，通过选择热胀系数α₁在8.9×10^-4～7.1×10^-4范围内的软UV固化树脂，有可能作出在本发明之前尚未实现的对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择。

接下来，将解释本发明的再一个实施例。在这种情况下，假设玻璃纤维结构3的半径R₀是62.5μm；第一套层5的外半径R₁是125μm；第二套层7的外半径是200μm；所述硬固化树脂的泊松比v₂为0.45～0.49。并假设玻璃纤维结构的半径R₀、第一套层5的外半径R₁以及第二套层7的外半径R₂各自在±0.3μm误差范围内精确。

而且，在这种情况下，图3所示的斜线的x轴截距(α₀)由泊松比v₁以及所述固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT来确定，即α₀＝(1-2v₁)/ΔT。因此，可以代替以泊松比v₁以及树脂温度变化ΔT，来处理x轴截距(α₀)。在泊松比v₁为0.42～0.47，所述UV固化树脂的树脂温度从硬UV固化树脂开始硬化时的温度与其硬化结束时的温度的偏差ΔT不大于120℃的情况下，x轴截距(α₀)约为3.0～2.2。另一方面，如图3所示的斜线的斜率为R′/(1+v₂)，其中R′＝(3/2){1+(R₀/R₁)²}。即，斜线的斜率为(8/15)/(1+v₂)。

在这种情况下，热胀系数的选择如下。首先，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于α₀。即，选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT。因此，选择软UV固化树脂，使得它的热胀系数α₁不高于对应泊松比v₁为3.0～2.2的大约介于8.9～3.3中的一个值。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)，即15(α₁-α₀)/8(1+v₂)。

根据本发明，有可能扩大热胀系数的选择范围。这在设计过程中是一个实质性优点。即，通过选择热胀系数α₁不高于(1-2v₁)/ΔT的软UV固化树脂，有可能保证光纤的可靠性，而与软UV固化树脂的热胀系数α₂无关。而且，由于确定了软UV固化树脂的热胀系数α₁及硬UV固化树脂的热胀系数α₂的安全范围，所以有可能作出对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择，而这无法在本发明提出之前作出。

因此，本发明的典型特征是从接近α₀，例如α₀～80％α₀，选择软UV固化树脂的热胀系数α₁。即，热胀系数α₁应满足

(1-2v₁)/120＞α₁＞(1-2v₁)/150。

在常规情况下，接近α₀的软UV固化树脂热胀系数α₁不可靠。然而根据本发明，如上所述，保证了可靠性。然而，在无法选择热胀系数α₁不高于α₀的软UV固化树脂的情况下，应选择硬UV固化树脂，使其热胀系数α₂不低于R′(α₁-α₀)/(1+v₂)且不高于它的120％，即，满足

R′(α₁-α₀)/(1+v₂)＜α₂＜(6/5){R′(α₁-α₀)/(1+v₂)}。

在这种情况中，应满足

15(α₁-α₀)/8(1+v₂)＜α₂＜9(α₁-α₀)/4(1+v₂)。

常规情况下也认为α₂的这个范围是不可靠的。然而根据本发明，如上所述保证了可靠性。

例如，在上述实施例的情况下，当所述软UV固化树脂的泊松比v₁在误差范围内为0.42时，α₀约为(4/3)×10^-3。在这种情况下，通过选择热胀系数α₁在1.33×10^-3～1.07×10^-3范围内的软UV固化树脂，有可能作出在本发明之前尚未实现的对软UV固化树脂和硬UV固化树脂的结合的选择。

前面对实施例的介绍是用于示例及说明的。不应理解为它们是详尽的或者将本发明限定于所描述的精确形式，而且显然根据上述教导可作出许多改动和变化。选择该实施例是为了更清楚地解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域其它人员根据预期的特定用途，最有效地使用在不同实施例中且具有多种改动的本发明。