轨道交通装备用通信塑料光缆研制与应用

（欢迎在评论区进行技术交流）

作    者：蒋志远1   吴   桐2   张世欢2

单    位：1中天科技装备电缆有限公司  2中车唐山轨道交通车辆有限公司

摘    要：本文简要地介绍了目前轨道交通装备用通信塑料光缆产品的结构特点、生产工艺控制、可靠度测试、光学性能特点以及应用前景。

关键词：轨道交通装备用通信塑料光缆；结构；生产工艺；可靠度；光学性能；应用

一、引言

近年来，随着轨道交通技术的发展，轨道交通装备用通信光缆也有了较快的发展，但是与国际先进水平相比，我国轨道交通装备用通信光缆制造技术有待提高：

（1）自主创新能力不强，对核心技术掌握程度不够，在产品设计、可靠性预测和试验验证等产品技术开发平台建设上，自主创新的方法和手段有待加强；

（2）为用户提供全系统解决方案的能力不足；

（3）缺乏对轨道交通装备用通信电缆可靠性、安全性设计及试验验证技术的深入研究，试验验证能力和设备不足；

（4）标准体系尚不完善，特别是对产品可靠性、安全性等验证技术和验收准则方面没有统一、适用的标准。

为了满足轨道机车局域网的要求，短距离高速传输系统需求日趋旺盛。众所周知，现在短距离高速通信局域网用的光传输介质多为石英玻璃多模光纤。由于玻璃光纤价格高昂、芯径小接续困难，所以各国光纤研究人员都在积极开发价格便宜、芯径大，便于接续的塑料光纤来作为新一代短距离高速通信用的传输介质。

二、特点

轨道交通装备用塑料光缆可用于IGBT与牵引变流器控制单元的传输连接。因塑料光缆具有抗电磁干扰、安装简便、柔性高的特点，被原型设计方选为替代屏蔽双绞线光缆的方案。有效避免了铜线对间的干扰，保证信号的完整性。

相对于普通的铜芯通信电缆传输，光纤传输具有以下的特点：

（1）传输安全，不会产生电磁辐射脉冲，信号保密性好；

（2）抑制噪声，不受电磁辐射、闪电和相邻电缆的影响；

（3）相比铜电缆体积小，重量轻；

（4）带宽高；

（5）适合于长距离传输；

（6）具有极高的升级能力和容错能力，进行维护作业时不用断电；

（7）安全性能高：不携带电流，不产生热和火花，不会爆炸或短路；

（8）耐各种化学腐蚀和冷热作用，寿命长。

三、产品试制

1、光纤的选择

轨道交通装备用塑料光缆光纤的芯、包层和保护层是由三种高分子聚合物组成的同心圆柱线性体。塑料光纤芯的折射率分布呈均匀分布（阶跃折射率光纤S I PO F）或渐变分布（梯度折射率光纤G IPO F）。芯直径a 通常为490～1000Lm。大多数塑料光纤中的光传输是在由低折射率包层所围成的纤芯中传导。塑料光纤结构参数见表1。

表1  塑料光纤结构参数

2、护套的选择

传统的塑料光缆其阻燃性能较低，且容易受环境温度的影响发生护套回缩情况，影响其传输性能；而普通耐火塑料光缆虽具备一定的阻燃性能，但其存在温度范围较窄，且粘连性能差、传输损耗高，带宽相对较小的缺陷，限制了其在某些领域的应用。

采用阻燃材料和特殊工艺，它具有涂抹均匀，收缩率低、加工温度低、阻燃性、凝固快同时还可以很好的保护光纤不受损坏，光纤表面光滑细腻，二次护套加工，在特定温度下溶解和护套轻微粘结。

3、产品结构设计

根据产品结构设计和主要参数计算方法，结构参数理论设计见表2，结构图见图1。

表2  结构参数设计

图1  单芯塑料光纤光缆结构示意图

4、工艺过程控制

通过选择合适的无卤阻燃聚乙烯护套材料，精确的收放线张力控制，巧妙的工装模具设计，以及光纤与护套涂胶工艺，确保了光缆各项性能可靠性和稳定性。

（1）无卤阻燃聚乙烯护套

以满足卤素含量、禁限用物质和单根垂直燃烧性能要求；

（2）收放线

采用主动收放线，放线张力±0.5N，收线张力±0.2N；

（3）工装模模具

采用挤管式模具，模芯尺寸应考虑塑料光纤耐温情况；护套各区温度满足护套塑化以及性能要求；采用挤管式模具，模芯尺寸应考虑塑料光纤耐温情况；由于塑料光纤对眼膜的温度异常敏感，每区加热机身温度都要求设置要合理，经过摸索和试验找出每区的最佳温度，加料段温度控制在110～125℃，熔融段温度控制在130～140℃，均化段温度控制在160～170℃，法兰、机头、模口温度控制在155～160℃，精确的温度空防止塑料光纤经过眼膜高温变形，温度过低加工挤出困难。

图2  护套模具

图3  护套主机界面

（4）在线涂胶系统

塑料光纤与护套线膨胀系数差异较大，护套冷却回缩，可能引起塑料光纤微弯，造成衰减增大。采用护套在线涂胶，增强光纤与护套粘结性，又易于剥离。为使光纤表面均匀涂抹胶水，定制化的模具结构，使得光纤涂胶壁厚能够保持在0.05mm左右，保证护套后护套与光纤抽拔力平衡的情况下，光缆不会受到光纤的窜动影响,实现剥离力适中：长度20mm，在5N≦F≦20N。

图4  在线涂胶工装

四、产品测试

产品经第三方测试，各项指标均满足，见表3、4、5、6。

表3  光缆环境性能试验结果

表4  光缆安全性能试验结果

表5  光缆机械性能测试结果

表6  光缆传输性能试验结果

五、结束语

随着高速列车技术的飞速发展，发展列车自动控制系统与网络信息技术、提高旅客乘坐的软环境成为了各个国家机车车辆发展的一个重要技术方向。特别是面对现有短距离高速宽带网的发展旺势, 塑料光缆将以其价格低廉、接续方便等优点成为新一代短距离高速通信的光传输介质。同时我国从事光通信研究人员应对塑料光纤及传输系统的研究动态给以高度重视，其材料选择、制造技术、性能测量和可靠度测试以及实际应用逐渐完善。塑料光缆在轨道交通装备中的应用将得到进一步发展。

END