DD208726A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung optischer eigenschaften von lichtleitfasern - Google Patents

Abstract

Verfahren und Anordnung zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Lichtleitfasern, insbesondere zur Ortung von Faserinhomogenitaeten mit dem Ziel, diese Ortung mit dem geringsten Bedarf an Bandbreite, oberer Frequenzgrenze und Leistung mit hoher Genauigkeit im Nahbereich und auch bei grossen Erfernungen durchzufuehren. Dafuer wird das empfangene und gegebenenfalls umgewandelte Lichtsignale mit sich oder dem Sendesignal korreliert.

Description

Verfahren und Anordnung zur Ermittlung optischer Eigenschaften

von Lichtleitfasern

Anwendungsgebiet der Erfindung ,J

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Lichtleitfasern, insbesondere zur Ortung von Inhomogenitäten und zur Bestimmung des ortsabhängigen Dämpfungsfaktors, das bei der Fertigung, Installation und Reparatur von Lichtleiteranlagen angewandt werden kann. Die Wellenlänge des Lichtes ist hierbei nicht auf den sichtbaren Bereich beschränkt,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten technischen Lösungen für diese Aufgaben verwenden einen kurzen Lichtimpuls, der durch vorhandene Inhomogenitäten f\ reflektiert bzw· gestreut wird* Nachträglich ist dabei die notwendige und/oder zulässige hohe Pulsleistung, die große notwendige Bandbreite für eine ausreichende Orts- bzw» Zeitauflösung, das geringe Signal-Rausch-Verhältnis beim Empfang und wegen der möglichen Übersteuerung des Empfängers die Unmöglichkeit der Fehlerortung auf den ersten Metern des Kabels« Die genannten Fachteile werden auch bei der Pulskompressionstachnik nur wenig gemildert.

Bekannt ist auch ein Verfahren mit einer Gleitfrequenz zur Lassrsenderanateuerung für die Reflexionsanzeige. Bei dem genannten Verfahren wird die Auswertung der rückgestreuten Strahlung, die Möglichkeit der Verwendung anderer Lichtsender und die Notwendigkeit, das Signal fortlaufend zu wiederholen (da ja der

Frequenzdurcjiiauf nicht beliebig lange fortgesetzt werden kann) nicht berücksichtigt. Dabei erreicnt dieses Verfahren iceine Bandbreitenersparnis bei Sender und Ee ρϊanger, wenn die gleicne urtungsgenauigkeit wie beim Impulsortungsverfanren erreicat werden soll; da der Freauenzdurchlaur genügend lange dauern muß, um das Einschwingen der Bandfilter zu ermo'giicnen* Außeraeis ist bei dem bekannter) Verfahren der Gewinn an Signal-Rausch-Vernalt» nis nicht so groß wie angegeben, aa die Sendeleistung unter sonst gleichen Bedingungen nicnt so groß wie beim Impulsverfani-en gewäalt werden kann» Daruoer hinaus muß die Frequenzanaerungsgeschv/indigkeit wahrend der Sendezeit sehr Konstant sein, da anderenfalls auch die Frequenz- and Phasenschwankung die Ortungsgenauigiceit sinkt-, worauf schon Dei einem verfahren., das zur Ortung in Hohlleitern dient (das AüniichKeit mit dem genannten Lientleiterverfahren hat) hingewiesen wurde«

Ziel der Erfinaung

Die iurfindung hax aas Ziel, ein Verfahren zu scharfen, mit dem optische-"üiigenschaftes von LicntieiTfasera ermittelt werden ίεοη- ΏβΏ<, Insbesondere· sind Innoffiogeai'caten zu orten und der ortaaonajjgige Daißprungsraictör zu bestissäe-n, am dabei genannte-Hachtei-Ie des Standes der Technik zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemaß wird ein Verfahren zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Lichtleitfasern, insbesondere zur Ortung von Paserinhofflogenitäten mit einem Lichtsignal, das durch eine Vorrichtung in eine Lichtleitfaser eingespeist wird, vorgeschlagen, daß das ortsabhängig zum Fasereingang rückgestreute und/oder reflektierte Lichtsignal direkt oder nach optoelektronischer Wandlung mit sich oder isit einem elektrischen und/oder optischsn Bezugssignal des Senders korreliert.

Das empfangene Signal kann auch nach seiner Aufbereitung, insbesondere nach seiner Umwandlung in ein elektrische β Signal und anschließender Diskretisierung, in einem Rechner verarbeitet wer-

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Weiterhin kann in dem Verfahren bei einem Sendesignal, das für eine gute Hebenzipfe!unterdrückung eine nichtlineare 3?M besitzt, der Korrelator dieses Signal autokorrelieren* In einer Anordnung nach dieaera Verfahren ist es auch möglich, daß der Korrelator eine Avalanche - Fotodiode enthält, deren Vorspannung vom Sender moduliert wird* In einer weiteren möglichen Anordnung wird vorgeschlagen, daß der Korrelator ein Autokorrelator ist, insbesondere eine Metalldampfzelle mit anschließendem Li chtempf anger«

Das genannte Ziel wird durch die Erfindung folgendermaßen erreicht;

Ein Sender moduliert eine Lichtquelle, ao daß eine Lichtquelle entsteht, die in Amplitude und/oder Phase so moduliert ist, daß die Autokorrelationsfunktion des Erapfangssignals und/oder die Kreuzicorrelationsfunktion von Sende- und Empfangssignal eine möglichst schmale Spitze mit einer guten ITebenzipfeldämpfung besitzt« Über eine optische Vorrichtung, die vor- unü rücklaufendes Licht trennt (bekannt sind z. B. optische Richtkoppler), tritt das Licht in die zu untersuchende Lichtleitfaser ein«. Das in der Faser surückgestreute und/oder reflc^ktrierte Licht fällt auf den Lichtempfänger, der Bestandteil eines Correlators (özw. einer Korrelatorbank) ist. Das Ausgangssignal (bzw. die Ausgangssignale) ist von seiner Größe und seiner seitlichen Lage ein AbDiId der optischen Eigenschaften der untersuchten Lichtleitfaser und kann geeignet weiterverarbeitet oder angezeigt werden. Sin erster Verarbeitungsscrirxxt zur Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion, kann darin bestehen, daß rückgestreutes und ursprüngliches Licht gleichzeitig auf den Lichtempfänger fallen und an dessen quadratischer Kennlinie gemischt werden« Eine weitere Möglichkeit der Kreuzkorrelation besteht darin, daß der Kreuzkorreiator mit einer Avalanchefotodiode beginnt, deren Vorspannung mit dem Sendeeignai moduliert wird und der Fotodiodenstrom in die weiteren Stufen des Korrelators fließt«

- 4 Ausführungsbeispiel

Die Anateuerachaltung für den Lichtsender gibt ein nahezu harmonisches Signal ab, dessen !Frequenz zwischen einer unteren und oberen Grenze mit einer bestimuruen Wiederhoiungsdauer geändert wird, wobei die Änderungsgeachwindigkeit hochgenau und hoch konstant ist, und der Zeitablauf so gewählt ist, daß ein Mischsignal aus Sende™ und Empfangssignal auch über mehrere Wiederholungsdauern keine Phasensprünge aufweist« Zweckmäßig wird nach dem Erreichen der höchsten (oder niedrigsten) !Frequenz die Modulation für eine bestimmte Zeit unterbrochen, die gleich oder größer als die Laufzeit des Lichtes in der Paser ist. Das empfangene Licht geht in den Kreuzkorrelator, der sein Bezugssignal (Überlagerungssignal) von der Ansteuerungsschaltung erhält» Dabei ist der Korrelator ein Mischer mit anschließender Filterbank« Bei der 3Siachung des empfangenen Signals, mit dem sich in gleicher Weise frequenzlinear ändernden Überlagerungssignal , entsteht ein Signalgemisch, welches durch das ortsabhängig zurückkehrende Licht verursacht wird» Der Signalanteil jedes Ortes ist dabei ein harmonisches Signal mit einer konstanten Frequenz j dessen Amplitude zumindest mit.der ModulationsunterbrechuDgsdäuer getastet ist« Die Frequenzkonstanz jedes Anteiles ist dabei sehr hoch, wenn moderne phasenkohärente Syntheseverfahren mit einer hochkonstanten Referenzfrequenz benutzt werden» Das ermöglicht es, die optischen Eigenschaften jedes Ortes des Lichtleiters durch ein schma!bändiges Filter sehr genau zu bestimmen» Für die gleichzeitige Auswertung des von verschiedenen Orten zurückkehrenden Lichtes bietet sich dabei die Fouriertransformation an. Störend sind die durch die Tastung entstehenden Hebenwellen, die das Meßergebnis beeinflussen* Durch ein geeignetes Zeitprogramm des Verstärkungsfaktors kann der störende Hebenwellenanteil durch eine weiche Tastung reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung dea Tasteinflasses besteht darir,. die Wiederholongsdauern nach einem bestimmten Gesetz (pseudozufällig oder zufällig) zu ändern, so daß nach genügend langer Meßzeit der Einfluß der Tastung vernachlässigbar ist. Uoch einfacher ist es, das Mischsignal abzutasten und zu digitalisieren« Die rechentechnische Verarbei-

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tung (z«> B. die diskrete Fouriertransformation - speziell die FS¹T) erlaubt es, in den Sendepausen (bzw. und/oder Empfangspausen) nicht abzutasten, so daß der Einfluß der Sendertastung auf das Meßergebnis ausreichend klein ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, einen kurzen Lichtimpuls hoher Leistung zu erzeugen, der durch ein Filter mit starker Dispersion (z. B* eine Metalldampfzelie) verbreitert wird. Dieser verbreiterte Impuls wird auf die Faser gegeben. Beim Empfang des zurückkehrenden Lichtes wird die Autokorrelationsfunktion gebildet (s. B. wieder durch eine geeignete Metalldampfzelle), wodurch ein schmaler Impuls entsteht, dessen zeitliche Lage durch den Ort der Lichtuinkehr bestimmt ist-

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Lichtleitfasern, insbesondere zur Ortung von Faserinhomogenitäten mit einem Lichtsignal, das durch eine Vorrichtung in eine Lichtleitfaser eingespeist- wird, gekennzeichnet dadurch, daß das ortsabhängig zum Fasereingang rückgestreute und/oder reflektierte Lichtsignal direkt oder nach optoelektronischer Wandlung mit sich oder mit einem elektrischen und/oder optischen Bezugssignal des Senders korreliert wird«

   2» Verfahren nach Punkt ι I₃ gekennzeichnet-dadurch, daß das

   empfangene Signal nach seiner Aufbereitung, insbesondere nach seiner Umwandlung in ein elektrisches Signal und anschließender Diskretisierung in einem Rechner verarbeitet wird«

   3e Verfahren nach Punkt 1 mit einem Sendesignal_s dag für eine gute Hebenzipfelunterdrückung eine nichtlineare PM besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß der Korrelator dieses Signal autokorreliert»

   4· Anordnung für das Verfahren nach Punkt * 1, gekennzeichnet dadurch^ daJ3 der Korrelator eine Avalanche - [Fotodiode enthält, deren Vorspannung vom Sender moduliert wird*

   5» Anordnung für das Verfahren nach Punkt" 1> gekennzeichnet dadurch, daß der Korrelator ein Autokorrelator ist, insbesondere eine Metalldampfzelle mit anschließendem Lichtempfänger*