DE2456293B2

DE2456293B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerortbestimmung in Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserkabeln

Info

Publication number: DE2456293B2
Application number: DE19742456293
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. Krahn; Wolfgang Dipl.-Phys. Weidhaas
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1974-11-28
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2456293A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerortbestimmung in Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserkabeln, wobei ein von einer Lichtquelle, z. B. einem Laser erzeugter Lichtimpuls derart geteilt wird, daß er teilweise in die zu messende Faser eingekoppelt und der in die Faser eingekoppelte Lichtanteil an der Fehlerstel-Ie teilweise reflektiert und ebenfalls auf einen Lichtempfänger geleitet und die Laufzeitdifferenz zur Bestimmung des Fehlerorts verwendet wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits in de* DE-PS 25 33 217 vorgeschlagen worden. Gemäß diesem vorgeschlagenen älteren Verfahren wird mittels eines ersten Detektors der unverzögerte Impuls direkt gemessen und mittels eines zweiten Detektors der verzögerte, in der Lichtleitfaser reflektierte Impuls erfaßt Mit Hilfe einer Frequenzmessung, wozu die Impulsfolge der

is ausgesandten Impulse so eingestellt wird, daß der aus der Lichtleitfaser an der Fehlerstelle reflektierte Impuls mit demjenigen Senderimpuls zeitlich aufeinanderfällt. der dem ihm verursachenden Senderimpuls folgt, wird die Laufzeitdifferenz ermittelt Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die beiden Meßimpulse mittels getrennter Detektoren gemessen werden und darüber hinaus über den Umweg einer Impulsverschiebung durch Frequenzänderung die Laufzeitdifferenz und damit der Fehlerort bestimmt werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 23 18 424 ein Fehlerortbestimmungsverfah/en an elektrischen Kabeln mit Hilfe elektrischer Impulse bekannt, bei dem der Fehlerimpuls mit Hilfe eines Oszillographen erfaßt und der Fehlerort dadurch bestimmt wird, daß ein Markenimpuls auf dem Oszillographen sichtbar gemacht und so lange verschoben wird, bis er mit dem Fehlerimpuls zusammenfällt Der Zählerstand eines Digitalgebers, der den Markenimpuls erzeugt, ist dann ein Maß für die Laufzeitdifferenz. In diesem Verfahren handelt es sich um ein elektrisches Verfahren, wobei wiederum wie bei dem vorstehenden älteren Patent über den Umweg einer Impulsverschiebung durch Frequenzänderung die Laufzeitdifferenz und damit der Fehlerort bestimmt wird.
Ausgehend von dem Verfahren gemäß der DE-PS 2533 217 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren derart zu verbessern, daß die I .aufzeitdiffercnz des optischen Start- und Fehlerimpulses unmittelbar erfaßt wird, wobei eine Impulsverschiebung durch Frequenzänderung nicht erforderlich ist Erfindungsgemäö wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Teilimpulse auf denselben Lichtempfänger geleitet werden, an dem unmittelbar die Laufzeitdifferenz gemessen wird.
Somit werden erfindungsgemäß der Start- und

w Fehlerimpuls auf denselben Empfänger geleitet, dort in elektrische Impulse umgewandelt und zur Auswertung ausgegeben. Demnach wird erfindungsgemäß die Laufzeitdifferenz zwischen diesen beiden Impulsen unmittelbar gemessen, so daß nicht der Umweg über die tmpulseinstellung am impulsgenerator erforderlich ist.

Damit ist der erfindungsgemäße Weg meßtechnisch

weitaus einfacher als derjenige, wie er aus der DE-PS 25 33 217 zu entnehmen ist

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens M) ist es vorteilhaft, wenn das Licht des Lasers senkrecht

zur Einfallsebene einer das Laserlicht in die beiden Teilstrahlen teilenden Vorrichtung polarisiert ist. Durch eine derartige Polarisation des Lichtes wird die Reflexion des Teilstrahls an der teilenden Vorrichtung *■> erhöht, so daß mehr Lichtenergie in die zu messende Faser geleitet wird, und somit auch das wieder aus der zu messenden Faser austretende Lichtsignal stärker ist und somit dessen Messung erleichtert wird.

Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung zur Fehlerortbestimmung vorwendet, die aus einem als Lichtquelle dienenden Lader, einem vor diesem angeordneten Lichttrennelement zur Aufteilung des Lichtsignals in zwei Teilsignale, einer Fokussiereinrichtung zwischen dem Trennelement und der Lichtleitfaser, einer Lichtempfangsanordnung, mit der das von einer Fehlerstelle in die lichtleitfaser und das am Trennelement reflektierte Teilsignal empfangen wird sowie einer Anordnung zur Ermittlung der Laufzeitdifferenz besteht und bei der erfindungsgemäß die Lichtempfangsanordnung aus einer einzigen Fotodiode besteht und das Trennelement als ein in einem Winkel von 45° zur Lichtausbreitungsrichtung angeordneter, teildurchlässiger Spiegel, z. B. eine planparallele Glasplatte, ausgebildet ist und auf der dem Laser gegenüberliegenden Seite des'Strahlenteilers in der zuletzt genannten Lichtstrahlrichtung ein planer Spiegel sowie zwischen der Fokussiereinrichtung und der zu prüfenden lichtleitfaser eine einwandfreie Lichtleitfaser mit endseitigem Stecker zuro. Anschluß der zu prüfenden Lichtleitfaser angeordnet ist. Wie sich aus dem Aufbau dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt, fällt demnach auf die Empfangsvorrichtung einmal das licht, das am Spiegel reflektiert wird und der Lichtstrahl, der über den Stecker in die Lichtlettfaser eingekoppelt und an der schadhaften Stelle reflektiert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Spiegel einen kleinen Reflexionsfaktor besitzt Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der am Spiegel reflektierte Lichtanteil geschwächt wird, so daß der Unterschied in der lichtintensität, das heißt in der Amplitude der LJchtimpulse der beiden Teilstrahlen, nicht zu groß ist, wodurch eine Messung in der Empfangsvorrichtung der beiden Lichtimpulse erleichtert wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft wenn am Anfang der einwandfreien Lichtleitfaser ein Modenabstreifer angeordnet ist so daß in die Faser nur solche Wellentypen eingekoppelt werden, bei denen die Führung durch den Faserkern erfolgt, und somit die Einkopplung von Störmoden verhindert wird.

Damit bei der Messung der Laufzeitverschiebung der beiden Teilstrahlen nur die Lage eier zu messenden Lichtleitfaser bis zum Fehlerort berücksichtigt werden muß, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der Strahlenweg zwischen der Glasplatte und dem Spiegel und zwischen der Glasplatte -ad der endsein'g den Stecker aufweisenden Lichtleitfaser gleich groß ist so

Anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung naher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den schen/atischen Aufbau eines Ausfuhrungsbeispiels einer erflndungsgemaßen Vorrichtung und

Fig.2 den Amplitudenverlauf der beiden in der Empfangsvorrichtung gemessenen TeÜstrahlen.

Die in der Zeichnung dargestellte Meßvorrichtung weist einen Laser 1, z.B. einen Neodym-Laser mit möglichst Starken und kürzen Impulsen, auf. Das von μ diesem ausgestrahlte Licht wird zunächst in einer Fokussiereinrichtung 2 gebündelt und fällt auf einen teildurchlässigen Spiegel, z. B. eine planparallele Glasplatte 3, die um 45° gegen den einfallenden Lichtstrahl geneigt ist. An dieser Glasplatte 3 wird der einfallende Lichtstrahl geteilt in zv ?i Teilstrahlen, und zwar in einen der senkrecht zur Einfallsrichtung reflektiert wird und ebenfalls in einer Fokussiereinrichtung 4 gebündelt und von dort in eine Lichtleitfaser 5 mit endseitigem Stecker 6 geleitet wird. Am Beginn der Lichtleitfaser 5 ist ein Modenabstreifer 7 vorgesehen, der die Ausbreitung von Störmoden verhindert An den Stecker 6 ist das zu messende fehlerhafte optische Nachrichtenkabel oder die einzelne Lichtleitfaser 8 angeschlossen. Der andere Teilstrahl tritt unter Brechung aus der planparallelen Glasplatte 3 aus und fällt auf einen dem Laser 1 gegenüberliegende Spiegel 9, der einen kleinen Reflexionsfaktor aufweisen soll. Am Spiegel 9 wird dieser Teilstrahl reflektiert und fällt wiederum auf die planparallele Glasplatte 3, an der er senkrecht zur Einfallsebene reflektiert wird und auf eine Empfangsvorrichtung 10 fällt Diese besteht im dargestellten Beispiel aus einer Fokussiereinrichtung 11, einer Fotodiode 12 mit angeschlossenem Verstärker 13 und nachgeschaltetem Oszillographen 14; der in die fehlerhafte Lichtleitfaser β gelenkte Teilstrahl wild an der Fehlerstelle zum Teil reflektiert und fällt nach Durchlaufen des Steckers 6, der Faser 5, der Glasplatte 3 ebenfalls auf die Empfangsvorrichtung 10. Aufgrund der in der Empfangsvorrichtung registrierten Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Teilstrahlen kann leicht die Entfernung der Fehlerstelle in der Faser 8 berechnet werden. Wie sich aus dem nachstehenden Berechnungsbeispiel ergibt:

Wird von einem Brechungsindex von /7=1,5 für die Glasplatte ausgegangen, so ergibt sich für die reflektierte Intensität Ir als Prozent der einfallenden Intensität mit Hilfe der Fresnelschen Formeln:

a) Schwingungsebene des Lichtes senkrecht zur Einfallsebene:

sin (*+ß)

b) Schwingungsebene des Lichtes parallel zur Einfallsebene:

tan (<x

wobei

a — Einfallswinkel in die Glasplatte = 45° und
β = Winkel ui.ter dem das Licht in der Platte gebrochen wird

= aresin (^U 28,13°
V " /

bedeuten.

Damit ergibt sich:
Ir₃=0,09 und
/*p=0,01.

Im günstigsten Fall (Schwingungsebene des vom Laser 1 erzeugten L.ehtes renkrecht zur Einfallsebene der Glasplatte 3) wird also ca. 9% der Energie in die Faserrichtung reflektiert; die Verluste betragen 91%.

Im genannten System treten etwa folgende Verluste auf:

Ort der Vcrluslc

CiriiUe der Verluste <%) (dh)

Glasplatte	91	10.5
Linsen geschätzt für 3 Linsen durchgänge bei optischer Vergütung	8	0.4
[■inkoppclvcrluste in die Faser	70	5.2
Stecker l· Faser Für eine halbe Verstärker- fcldlängc		40
Reflexion an defekter	98	17

16 db

57 db

Unter den obigen Voraussetzungen ergeben sich folgende Lichtleistungen, wenn davon ausgegangen wird, daß 1 W in die Faser 8 eingekoppeli werden kann. ohne daß sie zerstört wird:

Die vorstehende Abschätzung zeigt, daß eine Fehlerortung auf diese Weise also möglich ist, da ein Lichtsignal von 2 μ W noch sicher nachgewiesen werden kann.

Bestimmt man den Laufzeitunterschied der beiden Teilstrahlen, dann läßt sich die Fehlerentfernung S₁ bestimmen:

/c. li-c

•V =

Ausgangsleistung des Laser 1
Eingekoppelte Leistung
in die Lichtleitfaser 8
An der Empfangsvorrichtung
noch ankommende Leistung

39 W I VV 2μ\ν ■ c

In

Dabei bedeuten

/ = Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Teilstrahlen,

C = Lichtgeschwindigkeit,

'"' η — Brechungsindex im Faserkern (effektiver Brechungsindex),

Δι — Impulsaufweitung des zweiten Teilstrahls aufgrund der Dispersion.

in Wie sich aus Fig. 2 ergibt, läßt sich z.B. auf dem

Oszillographen die Laufzeitdifferenz ablesen und

ebenfalls Δ t abschätzen.
Unter der Annahme, daß der Lichtimpuls (Länge z. B.

I ns) genügend steil ist und die Aufweitung des in die ;-. Faser eingekoppelten Teilstrahls ca. ± I ns beträgt, dann läßt sich der Fehlerort auf

^{= f IOcm}

tu genau abschätzen.

llicr/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fehlerortbestimmung in Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserkabeln, wobei ein von einer Lichtquelle, z.B. einem Laser, erzeugter Lichtimpuls derart geteilt wird, daß er teilweise in die zu messende Faser eingekoppelt und der in die Faser eingekoppelte Lichtanteil an der Fehlersteile teilweise reflektiert und ebenfalls auf einen Lichtempfänger geleitet und die Laufzeitdifferenz zur Bestimmung des Fehlerorts verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilimpulse auf denselben Lichtempfänger geleitet werden, an dem unmittelbar die Laufzeitdifferenz gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht des Lasers senkrecht zur Einfallsebene einer das Laserlicht in die beiden Teilstrahlen teilenden Vorrichtung polarisiert ist

3. Vorrichtung zur Fehlerortbestimmung in Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserkabeln, bestehend aus einem als Lichtquelle dienenden Laser, einem vor diesem angeordneten Lichttrennelement zur Aufteilung des Lichtsignals in zwei Teilsignale, einer Fokussiereinrichtung zwischen dem Trennelement und der Lichtleitfaser, einer Lichtempfangsanordnung, mit der das von einer Fehlerstelle in die Lichtleitfaser und das am Trennelement reflektierte Teilsignal empfangen wird sowie einer Anordnung /ur Ermittlung der Laufzeitdifferenz zur Durchführung des Verfahrens, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangsanordnung aus einer einzigen Fotodiode (*"!) besteht, daß das Trennelement als ein in einem Winkel von 45° zur Lichtausbreitungsrichtung angeordneter, teildurchlässiger Spiegel (3), z. B. eine planparallele Glasplatte, ausgebildet ist und auf der dem Laser (1) gegenüberliegenden Seite des Strahlenteilers in der zuletzt genannten Lichtstrahlrichtung ein planer Spiegel (9) sowie zwischen der Fokussiereinrichtung

(4) und der zu prüfenden Lichtleitfaser (8) ein« einwandfreie Lichtleitfaser (5) mit endseitigem Stecker (6) zum Anschluß der zu prüfenden Lichtleitfaser (8) angeordnet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (9) einen kleinen Reflexionsfaktor besitzt

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang der einwandfreien Lichtleitfaser (5) ein Modenabstreifer (7) angeordnet ist

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenweg zwischen der Glasplatte (3) und dem Spiegel (9) und zwischen der Glasplatte (3) und der endseitig den Stecker (6) aufweisenden Lichtleitfaser

(5) gleich groß ist