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TCL数据电缆生产的过程控制和特点
浏览: 发布日期:2018-03-17 16:41:54

  TCL的数据电缆在生产过程采用的是两步法。下面就其中的一些过程控制和各项性能参数与这些控制的关系做一些简述:

  一、TCL数据电缆生产过程中的在线检测及质量控制

  要保证数据电缆的高质量性能,在生产过程中,前三道工序串联线、绞对、成缆是最重要,在这三道工序中串联线生产又是重中这重。

  A.铜导体直径变化的监控

  铜导体直径的变化对绝缘线芯的影响甚为重要。一根0.510/0.910mm绝缘芯线的水电容约为216pF/m,如铜丝直径变化0.001mm,而绝缘外径不变,电容约变化0.72 pF/m。铜丝直径变化+0.002mm,电容变化将达3pF/m。所以要严格控制铜丝直径的偏差。

  B.绝缘外径的反馈控制

  为了保证绝缘外径的恒定,必需用X一Y双轴激光测径仪或用激光测径仪旋转扫描圆周各点直径,经过数据处理后反馈控制挤出外径。在上述结构规格时,当铜丝直径不变,而绝缘外径变化0.002mm时,电容变化约为0.8 pF/m,故外径的公差在+0.005mm,电容变化可达4pF/m。通过测径反馈,对于像罗森泰等高精度串联线在挤出机和线速同步系统较好时,一般均可控制在+0.003mm以内,即电容变化不会超过2 pF/m。

  C.同心度的监控

  挤出线的同心度很大程度上取决于机头的圆周均流程度和模具同心度。国外先进的精密模具,同心度偏差均大大低于0.001mm,故挤出线芯的同心度能保证在95%以上。由于模具的磨损或生产过程中的意外情况(如进线偏,或有小杂质夹入等),挤出线芯的同心度会受到影响。为此,在先进的串联线上均装偏心显示仪,利用电感应探头在线芯表面高速旋转,扫描圆周四周的绝缘厚度变化,就能在显示屏上显示出偏心程度。这种在线检测仪的重复性可达+0.002mm。当偏心值超过设定极限,就会自动报警,使操作人员及时更换模具或排除故障。

  D.电容控制

  在实心绝缘线芯的生产中,由于绝缘材料的介电常数变化极微,故控制铜丝直径及绝缘外径就可以达到控制电容的目的。在泡沫绝缘中,控制直径和电容必需联合进行,以求发泡绝缘的电容及外径均能符合设计要求。近年来,由于物理发泡技术不断提高,发泡稳定度、电容和外径就比较容易。从最新的研究成果看来,只控制外径并不能完全反映挤出线芯的全面质量情况,由于工艺的波动和材料的缺陷等,往往在生产局部表面不平的情况。这在外径测量控制中,特别是单轴或双轴(X一Y)测径时,这些偶然现象不一定会测到。而且控制时是按照处理后的平均测定值来反馈控制。但在电容监控中,不论是铜线直径的变化、绝缘外径的变化、表面缺陷甚至偏心,均最终会反映到电容上。所以监控电容是关键中的关键。为了保证高性能数据电缆的质量,TCL的串联线上采用了在线频谱分析仪,通过快速测定电容来探知和记录整根线芯结构的微小变化,并自动计算出对结构回波损耗的影响。这种测定数据通过FFT(快速傅立叶变换)的频谱分析,最终反映在微机显示屏上并储存下来。这对早期发现线芯缺陷来保证最终电缆的传输十分有用,而且这一记录可以打印出来,供进一步工艺分析及改进之用。

  E.综合控制

  铜线直径检测、绝缘外径X一Y测控及电容监视是制造数据缆最基本必备的在线控制仪器,加上先进的控制处理器,就可以全线进行严格的控制。如条件许可,可加上偏心显示及FFT频谱分析等仪器,这对提高产品等级会有很大帮助。

  F.绞对及成缆过程的控制

  在绞对及成缆过程(包括群绞机)中,单线或对线线张力的均匀是最重要的,除了必需有较灵敏的张力闭环控制外,采用张力监控,随时显示张力的变化,对保证工艺稳定甚有帮助。为此,采用人机对话显示控制屏,会有助于操作人员及时准确的了解运转中的过程工艺参数和排除故障。TCL公司采用的法高登公司和日本琴林公司的绞对成缆设备已全部配有此种人机对话界面,且绞对绞距间的公差可以控制在+0.1mm,成缆的绞距公差可以控制在+5mm。

  二、以上是对各项关键参数的控制分析,下面就以上各项过程控制与数据电缆的电气性能特性间的关系做一解析。

  A.衰减(Attenuation)表示字符a 单位为分贝dB

  衰减是信号沿着一定长度的线缆传输所产生的损耗,如下图:

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  此值与线缆的长度有着直接的关系,并随频率的上升而增加,主要表示为初始传送端信号强度与接收端信号强度的比值。故此值是越小越好。标准对衰减性能做出了严格规定,即有:

  对五类和超五类:α≤1.967√f+0.023f+0.050/√f(dB)    对六类:α≤1.808√f+0.017f+0.020/√f(dB)

  导体和绝缘的材料性能,以及几何尺寸是影响UTP类电缆衰减的主要因素,对其他派生数据电缆如FTP,金属的临近效应也是一个重要的影响因素。护套几乎没有什么影响作用。最理想的绝缘材料是发泡全氟乙丙烯(FEP),但由于生产的不易所以现在没有被大量应用。标准中规定的只是高频下许多简化后得到的公式,无法通过公式来看出他的影响因素,其实际按生产工艺的计算公式是如下:

  α=(6.0*10-3*√fε*(k/d+d/2a2))/㏑((2a-d)/d)+9.1*10-5f√ε*tgε

  式中:ε——绝缘等效介电常数据 d——导体外径mm     f——工作频率Hz k——衰减的绞合系数,取1     a——导体间中心距mm tgε——绝缘材料等效介质损失角正切

  由以上可以明显的看出哪些参数对衰减的影响。一般来说现在各家公司在生产出较稳定的数据电缆的情况下,单线所用的原材料都差不多,那么主要差别就是在d(导体外径上),包括它的大小和在同一外径的正负公差。从上面的生产过程控制中可以看出来,TCL的外径公差可以控制在+0.001mm,对于不同线对间,由于不同的绞距,所以不同线对间的衰减是不一样,但可以通过这种高精度的外径控制来使不同线对间的衰减相差控制到最小。这就是为什么有些厂家的数据电缆有一个线对的衰减很大,有一对的衰减很小,而TCL的数据电缆的衰减四对都差不多,相差不大的原因所在。另在公式中不能直接性的看出温度对衰减的影响,现在一般标准中和经验值认为温度每升高1度衰减增加0.4%。

  B.特性阻抗(Characteristic Impedance)表示字符Z 单位Ω

  特性阻抗是数据电缆中最重要指标之一,他的计算公式可列为:

  Z=120(㏑((2a-d)/d))/√ε

  由上式可以看出导体和绝缘的材料及几何尺寸都会影响到特性阻抗值。结合衰减的公式,可以看出,为了数据电缆的特性阻抗值和衰减值都达到要求,必需寻找一个几何尺寸a、d的平衡点,除了控制其几何尺寸a、d外,便是控制绝缘的ε、tgε。此值现在标准中规定100+15Ω或150+15ΩC.同衰减中所述现在所用的材料基本相似,主要是铜的外径公差和绝缘的外径公差,而在过程控制中可以看到TCL两者的公差分别可控制到+0.001mm和+0.003mm以内,这是其他厂家很难做到的。所以TCL数据电缆的阻抗可控制在100+8以内。阻抗的波动越少,对传输过程中阻抗不匹配就越好控制。故此值的波动是越小越好,理想状态是没有波动全是100Ω或150+Ω。

  C.近端串扰(Near End Cross talk)表示字符NEXT 单位dB

  NEXT是传送线对与接收线对之间产生干扰的信号,它对信号的接收产生不良影响,故此值越大越好。如下图:

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  定义公式如下:  

  NEXT=10㏒(P1N/P2N)=20㏑(V1N/V2N)P1N主串对输入功率   P2N为电缆近端被串对输出功率    V1N主串对输入电压   V2N为电缆近端被串对输出电压

  这个参数主要通过控制绞对节距及节距比来消除影响,另外线对之间的距离远近也会影响此参数。TCL数据电缆的绞对节距及节距比完全可以满足标准的要求,而且可以轻易的达到超高余量,另在六类线中采用了独特的骨架设计就是利用了此原理。标准中对此参数值的规定如下:

  五 类:NEXT≥62.3-15㏒f     超五类:NEXT≥65.3-15㏒f     六 类:NEXT≥74.3-15㏒f

  对于此,还有一个同NEXT相关的近端串音功率和(Power Sum Near End Cross talk),简写为PSNEXT,他是指分别把任何一对线作为主串线对,其他所有线对对他都有一个NEXT,再把这些NEXT值相加,即为此主串线对的PSNEXT值。对他的影响因素和NEXT相同。标准中的规定计算值:

  五类和超五类:PSNEXT≥62.3-15㏒f     六类:PSNEXT≥72.3-15㏒f   

  D.结构回波损耗(Structural Return Loss)表示字符SRL单位dB

  结构回波损耗是线缆阻抗一致性的量度,阻抗的变化会引起返回反射,当一部分信号的能量被反射回传输端时就会产生一种干扰信号。标准中规定的计算公式如下:

  五 类:1——20MHz为23dB、20——100MHz为≥23-10㏒(f/20)    超五类:1——20MHz为28dB、20——100MHz为≥28-10㏒(f/20)    六 类:1——20MHz为30dB、20——250MHz为≥30-10㏒(f/20)

  造成SRL脉动的原因多发生在绝缘挤出阶段,可以是个别的局部的视在电缆缺陷,也可以是许多呈周期性分布的甚至无法用普通检测仪器分辨的细微缺陷,后者所产生的反射波会在某些频率上相互迭加,当反射波振幅极大时,电缆的传输性能开始在这些频率点上甚至整个频宽范围内急剧恶化。事实上有三种不同类型的以上缺陷:   

  ①突发性的或局部的电缆结构偏差,如电缆表面的突起、划痕或气孔均会产生大量反射波,并波及许多频率点,造成这一原因的有:模具磨损、绝缘偏心、外来机械损伤及表面污染等。

  ②在整个制造段长度上随机分布的幅度微小的电缆结构偏差,所产生的反射波不会相互迭加,不会超出标准许可的范围,造成这一类结构偏差的原因为绝缘挤出过程中外径和同心度围绕标称值的不规则波动。

  ③贯穿整个制造段长度的周期性分布的小幅度电缆结构偏差,所产生的反射波会在某些相位相互迭加,使电缆的传输性能恶化。造成这一类结构偏差的原因有:挤出机螺杆转速的循环脉动、牵引速度的周期变化、挤出机各区温度的规则性波动、导体放线张力不稳定等。以上三点影响结构回波损耗最大的是第③点,也是最难消除的。而TCL数据电缆采用了高精度的串联线,保证了高同心度和最小的直径公差,对于以上几点可以轻易的得到解决。

  E.回波损耗(Return Loss)它的字符RL,单位dB

  它是由于阻抗不匹配而使部分传输信号的能量被反射回去,它对使用全双工方式传输的应用非常重要。如下图:

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  它合并了两种反射的影响,包括对标称阻抗(如:100Ω)的偏差以及结构影响。标准中的规定值:

  1≤f≤10 10≤f≤20 20≤f≤100     五 类: RL≥17+3㏒f  20   RL≥20-7㏒(f/20)    超五类: RL≥20+5㏒f  25   RL≥25-7㏒(f/20)    六 类: RL≥20+5㏒f  25   RL≥25-7㏒(f/20)(至250M)

  此参数值也越大越好,主要的影响同于SRL。

  F.等电平远端串音(Equal Level Far End Cross talk)表示字符ELFEXT单位dB   ELFEXT是从远程式发射端对相邻线对产生的不良干扰信号,在近端进行测量。如下图:

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  对他的影响因素除了NEXT相同的因素外还有线的传输距离和成缆的绞距。现在标准中的规定值为:   

  五 类:ELFEXT≥61-20㏒f     超五类:ELFEXT≥64-20㏒f     六 类:ELFEXT≥68-20㏒f

  相应ELFEXT也有一个PSELFEXT(Power Sum Equal Level Far End Cross talk),PSELFEXT是指一对接收线对受其它所有线对同时对它的远端串扰总和。它的影响因素同ELFEXT。标准中的规定值:   

  五类超五类:PSELFEXT≥61-20㏒f     六类:PSELFEXT≥65-20㏒f

  以上只是对常用的和实际中较重要的电气参数进行了解析,其实还有其它如信噪比(ACR)、纵向转化损耗(LCL)、纵向传输损耗(LCTL)、传播速度(相速度)、相时延等也和高精度设备及控制工艺有很大的关系。