包括金属颗粒的导电阻水材料和光缆以及构建包括导电阻水材料的光缆的方法

摘要

本发明提供导电阻水材料和光纤电缆以及构建包括导电阻水材料的光纤电缆的方法。电缆包括至少一个光纤（112）和安置在光纤周围的强度构件（116）。导体（120）安置在强度构件（116）周围。导电阻水材料（302）包括载体材料和导电金属颗粒，并且，设置于由强度构件（116）限定的强度构件空隙（202）中。

说明书

在通信网络中光纤可以用作光信号的传输路径。这样的光纤往往必须在海下或海底环境下跨许多英里延伸。为了保护光纤并提供用于将电功率提供给诸如放大器、分路单元等的装置的导电路径，可以将光纤包括在光缆中。海下或海底光缆可以取决于系统环境条件而包括例如强度构件的层、管道、一个或更多个导电体、绝缘件、屏蔽件以及护套。

与在海下环境中提供光缆相关联的一个风险是，电缆将被不慎地切割或切断。在光缆被切割时，水可能被迫使进入电缆中，例如光纤或强度构件之间，从而损伤电缆和与电缆耦合的装置。为了提供水进入电缆中的障碍，已经使用了各种阻水材料。已知的阻水材料包括设计成在存在水的情况下膨胀的材料层和可以在光纤或强度构件之间提供的阻水凝胶或液体。

现在，将参考附图，通过示例而描述本发明的实施例，其中，相同的附图标记表示相同的部分，其中：

图1是与本公开一致的海下光缆的剖视透视图；

图2是不具有与本公开一致的阻水材料的图1中所示出的海下光缆的芯电缆部分的剖视透视图；

图3是图1中所示出的海下光缆的芯电缆部分的剖视透视图；

图4A用图解法图示包括与本公开一致的阻水材料的海下光缆的一部分；

图4B图示电缆被切割的图4A中所示出的海下电缆的部分；

图5是图示与本公开一致的方法的一个示例的流程图。

本发明涉及海下光缆，并且更具体地，涉及包括金属颗粒的导电阻水材料和光缆以及构建包括导电阻水材料的光缆的方法。与本公开一致，可向光缆配置提供包括金属颗粒的导电阻水材料。导电阻水材料可以设置于由安置在光纤周围的强度构件限定的强度构件空隙中。管状导体安置在强度构件之上，并且，与强度构件电接触。导体建立导电路径，可以将诸如光放大器、中继器、分路单元等的元件耦合至该导电路径，用于接收电功率。导电阻水材料中的金属颗粒降低由导体形成的导电路径的直流（DC）电阻。

金属颗粒还提供阻水。当其中混合有金属颗粒的载体材料在存在水的情况下溶解或以其它方式恶化时，由水压迫使金属颗粒沿着电缆的长度移动进电缆中。因而，水压使电缆中的金属颗粒压紧，通过沿着足以防止水进一步侵入电缆中的长度，用金属颗粒填充强度构件空隙，来最终建立电缆中的金属塞。因此，有利地，在还降低电缆中的导电路径的电阻以允许将电功率有效地输送至海下装置的同时，与本公开一致的包括金属颗粒的导电阻水材料提供可靠的阻水。

如本文中所使用的，术语“耦合”或“连接”及其变型通常是指任何类型的电气连接和/或机械连接，并且不必须要求直接物理连接。而且，在本文中，可以将一个元件描述为“安置在另一元件周围”。要理解，元件可以安置在元件周围，但不必须与其直接接触，并且在其间可能存在介入元件。

图1是具有与本公开一致的导电阻水材料的光缆100的一个实施例的透视剖视图。通常，光缆100包括芯电缆部分110和铠装部分130。为了便于图示和解释，提供图1中所图示的具体的电缆结构。要理解，与本公开一致的导电阻水材料可以设置于包括一个或更多个强度构件及导体组的光缆结构的任何强度构件空隙或所有的强度构件空隙中。例如，与本公开一致的导电阻水材料可以设置于包括已知的单芯电缆配置或已知的多芯电缆配置的已知的光缆配置中，用于提供阻水并降低电缆中的导电路径的电阻。

在所图示的示范性的实施例中，光缆100的芯电缆部分包括：一个或更多个光纤112；缓冲管114，安置在光纤112周围；强度构件116的一个或更多个层115、117，安置在缓冲管114周围；导体120，安置在强度构件116周围，并且，与强度构件116物理接触且电接触；以及电绝缘体122，安置在导体120之上。电缆100的铠装部分130可以包括安置在绝缘层122周围的铠装金属线强度构件132的一个或更多个层和安置在强度构件132周围的一个或更多个粘结剂层134、136。

通常，如本领域技术人员所已知的，光纤112可以包括能够运载光信号的任何类型的光纤。为缓冲管114定制尺寸（dimension）并布置缓冲管114，以保护光纤114免受外力。缓冲管114可以由诸如聚碳酸酯或聚酰胺的聚合物或诸如不锈钢、铜或铝的金属制成。诸如诸如触变剂、可阻水凝胶的已知的阻水材料可以安置于包围光纤112的缓冲管114中。

强度构件116可以是例如高强度钢丝的高强度金属线，并且，可以呈螺旋形地安置在一个或更多个层中的缓冲管114周围。在所图示的实施例中，例如，强度构件116的第一层115安置在缓冲管114周围，并且与缓冲管114接触，并且，强度构件116的第二层117同中心地安置在强度构件116的第一层115周围。层115、117中的一个或更多个可以包括不同的直径的强度构件116。如将更详细地描述的，与本公开一致的导电阻水材料安置于强度构件116上且安置在强度构件116之间。

导体120可以是由诸如铜的导电材料制成的导电护套或管。导体120安置在强度构件116周围，并且，与强度构件116电接触。例如，导体120可以由拉长式铜带形成，拉长式铜带纵向地焊接而构成管，并且，锻造到强度构件116上。导体120建立导电路径，该导电路径可以与诸如光放大器、中继器、分路单元等的海下装置耦合，用于给装置提供电功率。电绝缘体122可以是将导体120封装并且使导体120与铠装部分130电绝缘的聚合物护套或管。铠装部分130的铠装金属线强度构件132和粘结剂层134、136可以安置在电绝缘体122周围，以保护电缆100免受损伤。

图2是图1中所示出的电缆100的芯电缆部分110的剖视透视图，但省略导电阻水部，并且将导体120的一部分沿着其长度切除。如所示出的，在强度构件116安置于缓冲管114周围时，强度构件116的形状和取向限定强度构件空隙202。在所图示的实施例中，强度构件空隙202形成于第一层115的强度构件116与缓冲管114之间、第一层115的强度构件116与第二层117的强度构件116之间以及第二层117的强度构件116与导体120之间。

图3是具有与本公开一致的导电阻水材料302的图2中所示出的芯电缆部分110的剖视透视图。如所示出的，导电阻水材料302设置于强度构件空隙202（图2）中。有利地，导电阻水材料302包括降低由导体120建立的导电路径的电阻的金属颗粒。在所图示的实施例中，导电阻水材料302设置于所有的强度构件空隙202（图2）中并沿着电缆100（图1）的整个长度设置。然而，要理解，通过仅在空隙202的一部分中提供导电阻水材料302或仅沿着电缆100的长度的一部分提供导电阻水材料302，从而可以实现与和本公开一致的导电阻水材料302的使用相关联的优点。

通常，与本公开一致的导电阻水材料302包括混合的导电金属颗粒和载体材料。为了实现光缆中的导电路径的DC电阻的有效降低，导电金属颗粒应当包括高度地导电的金属颗粒。如本文中所使用的，术语“高度地导电”是指将铜用作基础参考（导电率100）而具有大于60的相对导电率的金属。由于铜是目前最经济的高度地导电的金属，因而对于导电金属颗粒，铜可以是优选的材料。导电金属颗粒可以是单金属的颗粒或不同金属的颗粒的混合物；然而，导电金属颗粒的至少一部分组成颗粒应当高度地导电。下文中的表格1图示在与本公开一致的导电阻水材料302中有用的高度地导电的金属的一些示例的相对导电率：

表格1

金属相对导电率（%）银105铜100金70铝61

导电金属颗粒可以按具有取决于强度构件空隙202和/或电缆的尺寸和配置的晶粒尺寸的金属粉末的形式提供。金属颗粒的至少一部分应当密接（fit）于强度构件空隙202内，并且，金属颗粒可以按单个晶粒尺寸或晶粒尺寸的混合而提供，使得较小的颗粒拟合于较大的颗粒之间的空隙内。在一个实施例中，例如，导电金属颗粒可以按不规则的且/或球形的形状的+100目（mesh）、+200目和/或+325目的晶粒的铜粉末的形式提供。

载体材料可以是液体或凝胶，在载体材料中使金属颗粒分散于载体材料中，以形成与本公开一致的导电阻水材料302。载体材料可以是例如已知的触变可阻水凝胶或作为液体而施加且固化成固态或半固态的氨基甲酸乙酯材料。例如，在美国专利No.6496629中描述触变阻水凝胶材料，在此通过引用而将该专利的教导合并于本文中。

在一些实施例中，可以通过预先使导电金属颗粒与载体材料混合而准备导电阻水材料302，并且，导电阻水材料302可以施加于强度构件116或其周围，以便它流入强度构件空隙202中。例如，当装配电缆100时，可以使强度构件116经过导电阻水材料302的镀液（bath），由此，载体材料将金属颗粒运载至强度构件空隙202中。备选地，导电阻水材料302可以施加于强度构件116的层115、117中的一个或更多个的顶部或底部上，以便它流入强度构件空隙202中。因而，应当选择载体材料和金属颗粒的尺寸及量的组合，以便导电阻水材料302具有足以在装配的期间流入强度构件空隙202中的粘度。用于特定的电缆的载体材料和金属颗粒的尺寸及量的具体的组合将取决于例如电缆的尺寸和配置、施加期间的环境温度以及施加过程而变化。

在其他实施例中，或者，可以将载体材料施加于强度构件116或其周围，并且可以将导电金属颗粒按粉末的形式施加于载体材料的顶部。例如，可以使强度构件116经过载体材料的镀液，或可以将载体施加于强度构件116的层115、117中的一个或更多个的顶部或底部。然后，可以将导电金属颗粒施加于载体材料的顶部上。然后，可以使导电金属颗粒与载体材料混合，并且，通过载体材料而将导电金属颗粒运载至强度构件空隙202中。

除了降低由导体120提供的导电路径的DC电阻之外，与本公开一致的导电阻水材料302还提供电缆100被切割或切断的事件中的有效阻水。例如，图4A和图4B用图解法图示包括与本公开一致的导电阻水材料302的光纤电缆100的一部分。在图4A中，电缆100未破损，并且，导电阻水材料302沿着电缆100的所图示的部分的长度设置。如图4B中所示出的，在电缆的导体120被切割或切断时，例如，在位置C处，海下环境中的水压迫使水进入强度构件空隙202（图2）中，这迫使导电阻水材料302如箭头Al和A2所图示地在沿着电缆100的长度的方向上移动。另外，水可能导致导电阻水材料302的载体材料溶解且/或被迫离开电缆。

然而，有利地，因为由水迫使导电阻水材料302的金属颗粒沿着电缆100的长度移动，强度构件空隙202内的金属颗粒的密度增大，直到所有的强度构件空隙202填充至足以防止水进一步侵入电缆100中的量为止。因而，金属颗粒在与位置C处的电缆破损部分相距相关联的距离dl、d2的位置形成电缆100中的金属塞402。金属塞402确保电缆100不被越过塞402的位置而侵入的水损坏。然后，通过在远于塞402的位置处切割电缆100，并且，在其间拼接新的电缆段，从而可以修补电缆100。

图5是图示与本公开一致的方法500的流程图。操作502包括将多个强度构件定位在至少一个光纤周围。强度构件限定强度构件空隙。将包括载体材料和高度地导电的金属颗粒的导电阻水材料施加504于强度构件（即强度构件的表面上和/或其周围）。将导体定位506在多个强度构件中的一个或更多个周围并与其电接触。

虽然图5图示根据实施例的各种操作，但要理解，并非图5中所描绘的所有的操作对其他实施例都是必须的。事实上，在本文中，充分地预期到，在本公开的其他实施例中，图5中所描绘的操作和/或本文中所描述的其他操作可以按未在任何附图中具体地示出，但仍然与本公开充分一致的方式组合。因而，未在一个附图中精确地示出的针对特征和/或操作的权利要求被视为在本公开的范围和内容内。

根据本公开的一个方面，因而提供有包括以下部件的光纤电缆：至少一个光纤；多个强度构件，安置在至少一个光纤周围，并且，限定强度构件空隙；导体，安置在多个强度构件中的一个或更多个周围并与其电接触；以及导电阻水材料，安置于强度构件空隙中。导电阻水材料包括载体材料和高度地导电的金属颗粒。

根据本公开的另一方面，提供有构建包括导电路径和阻水能力的海下光缆的方法，该方法包括：将多个强度构件定位在至少一个光纤周围，强度构件限定强度构件空隙；将导电阻水材料施加于强度构件，阻水材料包括载体材料和高度地导电的金属颗粒；以及将导体定位在多个强度构件中的一个或更多个周围并与其电接触。