FR2520114A1 - Optical fibre fracture location for perimeter surveillance - measures interruption time difference for simultaneously transmitted optical signals - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE LOCALISATION D'UNE CASSURE D'UNE FIBRE OPTIOUE
ET UTILISATION D'UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif de localisation d'une cassure d'une fibre optique, utilisé notamment à la surveillance d'un périmètre entoure par la fibre et dans lequel est susceptible de pénétrer un intrus provoquant la cassure de ladite fibre.DEVICE FOR LOCATING A BREAKDOWN OF AN OPTIOUS FIBER
AND USE OF SUCH A DEVICE
The present invention relates to a device for locating a break in an optical fiber, used in particular for monitoring a perimeter surrounded by the fiber and into which an intruder is capable of penetrating, causing said fiber to break.
Pour détecter une intrusion dans une enceinte ou domaine autour duquel est disposée une fibre optique, on connaît déjà une technique permettant de déterminer l'endroit où se produit une cassure ou fracture de la fibre, et partant l'endroit où s'est effectuée l'intrusion. Cette technique, dite par rétrodiffusion, consiste à injecter dans la fibre une impulsion lumineuse émise par une source de longueur d'onde déterminée et placée en regard de l'une des extrémités de la fibre. L'énergie lumineuse est rétrodiffusée en partie pendant sa propagation en fonction des défauts de la fibre, tels qu'en particulier une cassure de celle-ci. L'énergie ctrodiffusée est détectée et convertie en un signal par un photoddétec*etir disposé à ladite extrémité de fibre.Le signal détecté est ensuite traité et analysé en traçant la courbe de l'atténuation en fonction de la longueur de la fibre. Cette courbe présente une discontinulté représentative de la cassure produite à une certaine longueur de la fibre, permettant ainsi de localiser la cassure de ladite fibre. To detect an intrusion into an enclosure or area around which an optical fiber is disposed, a technique is already known which makes it possible to determine the place where a break or fracture of the fiber occurs, and therefore the place where the l 'intrusion. This technique, known as backscattering, consists in injecting into the fiber a light pulse emitted by a source of determined wavelength and placed opposite one of the ends of the fiber. The light energy is partially backscattered during its propagation as a function of the defects of the fiber, such as in particular a break in the latter. The scattered energy is detected and converted into a signal by a photodetect * etir located at said fiber end. The detected signal is then processed and analyzed by plotting the attenuation curve as a function of the length of the fiber. This curve has a discontinuity representative of the breakage produced at a certain length of the fiber, thus making it possible to locate the breakage of said fiber.
Toutefois, une telle technique présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, cette technique est relativement difficile à mettre en oeuvre et est longue à exécuter, ce qui ne permet pas de détecter rapidement la présence d'intrus dans un périmètre délimité par la fibre optique. En outre, I'appareillage destiné à effectuer la rétrodiffusion est coûteux. D'autre part, la rétrodiffusion ne donne de bons résultats que sur de faibles longueurs de fibre optique, de l'ordre de 5 km, ce qui a pour effet de restreindre le périmètre à surveiller. However, such a technique has a number of drawbacks. Indeed, this technique is relatively difficult to implement and is long to execute, which does not allow rapid detection of the presence of intruders in a perimeter delimited by the optical fiber. In addition, the apparatus for performing backscattering is expensive. On the other hand, backscattering only gives good results over short lengths of optical fiber, of the order of 5 km, which has the effect of restricting the perimeter to be monitored.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de localisation d'une cassure d'une fibre optique, qui est entièrement satisfaisant, est d'une structure simple et peu coûteuse, et permet de localiser aisément et immédiatement la cassure avec une bonne précision. De plus, ce dispositif est très performant pour surveiller de grands périmètres délimités par les fibres optiques, la longueur de ces dernières pouvant varier entre 10 et 50 km. The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a device for locating a break in an optical fiber, which is entirely satisfactory, has a simple and inexpensive structure, and makes it possible to locate the break with good precision. In addition, this device is very efficient for monitoring large perimeters delimited by optical fibers, the length of the latter possibly varying between 10 and 50 km.
A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif de localisation d'une cassure d'une fibre optique, caractérisé en ce qu'il comporte:
- deux sources lumineuses couplées aux deux extrémités de la fibre optique, respectivement;
- des moyens de modulation de chaque source lumineuse par un signal identique de fréquence donnée, les deux signaux de modulation étant émis dans la fibre solos forme de rayonnements lumineux par les deux sources, respectivement;;
- deux photodétecteurs couplés aux deux extrémités de la fibre optique, respectivement, détectant c chacun l'un des signaux de modulation, les deux signaux détectés étant interrompus du fait de la cassure à des instants respectifs correspondant aux temps de propagation des rayonnements lumineux transmis respectivement entre l'endroit de la cassure et l'une des extrémités de la fibre et entre ledit endroit de la cassure et l'autre extrémité de fibre ; et
- des moyens de mesure de la différence entre les instants respectifs d'interruption des deux signaux de modulation détectés, permettant ainsi de déterminer la distance entre l'une des extrémités de fibre et l'endroit de la cassure.To this end, the invention relates to a device for locating a break in an optical fiber, characterized in that it comprises:
- two light sources coupled to the two ends of the optical fiber, respectively;
means for modulating each light source by an identical signal of given frequency, the two modulation signals being emitted in the solos fiber in the form of light radiation by the two sources, respectively;
- two photodetectors coupled to the two ends of the optical fiber, respectively, each detecting one of the modulation signals, the two detected signals being interrupted due to the break at respective times corresponding to the propagation times of the light rays transmitted respectively between the location of the break and one end of the fiber and between said location of the break and the other end of fiber; and
means for measuring the difference between the respective instants of interruption of the two detected modulation signals, thus making it possible to determine the distance between one of the fiber ends and the location of the break.
On comprend qu'ainsi la mesure de la différence entre les temps de transit des deux signaux lumineux se propageant l'un entre l'endroit où survient la cassure et l'une des extrémités de la fibre, et l'autre entre ledit endroit de cassure et l'autre extrémité de fibre, permettra de localiser avec précision la cassure en vue d'une intervention rapide sur le lieu de la cassure. It is understood that thus the measurement of the difference between the transit times of the two light signals propagating one between the place where the break occurs and one of the ends of the fiber, and the other between said place of break and the other end of the fiber will allow the break to be pinpointed with a view to rapid intervention at the site of the break.
L'invention vise également une utilisation du dispositif de localisation selon l'invention pour la surveillance d'un domaine entouré par une fibre optique et dans lequel est susceptible de pénétrer un intrus provoquant la cassure de la fibre. The invention also relates to the use of the location device according to the invention for monitoring an area surrounded by an optical fiber and into which an intruder is likely to penetrate, causing the fiber to break.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère à l'unique dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et qui est un schéma sous forme de blocs du dispositif de localisation selon l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will appear better in the detailed description which follows and which refers to the single appended drawing, given solely by way of example and which is a block diagram of the locating device according to the invention. 'invention.
Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant au dessin annexé, on a représenté en 1 une fibre optique monomode ou multimode, de longueur donnée L, destinée à être tendue autour d'une enceinte ou domaine dans lequel est susceptible de pénétrer un intrus provoquant la cassure de la fibre. According to an exemplary embodiment, and with reference to the appended drawing, there is shown in 1 a single-mode or multimode optical fiber, of given length L, intended to be stretched around an enclosure or area in which an intruder is likely to penetrate. causing the fiber to break.
Les extrémités A et B de la fibre, ainsi que le dispositif de localisation d'une cassure, conforme à l'invention, que l'on va décrire ci-après, sont réunis dans un centre dit de surveillance du domaine. The ends A and B of the fiber, as well as the device for locating a break, according to the invention, which will be described below, are brought together in a so-called field surveillance center.
Comme il apparaît sur la figure, l'extrémité A de la fibre se termine par exemple par un coupleur à 3 dB en Y, représenté par les deux parties de fibre d'émission la et de réception lb. De même,
I'extrémité B de la fibre se termine par un coupleur en Y représenté par les deux parties de fibre d'émission Ic et de réception Id.As it can be seen in the figure, the end A of the fiber ends, for example, by a 3 dB Y coupler, represented by the two parts of emission fiber la and reception lb. Likewise,
The end B of the fiber ends in a Y coupler represented by the two parts of transmission fiber Ic and reception Id.
Le dispositif de localisation d'une cassure de la fibre optique 1 comporte deux sources lumineuses 10 et 11, constituées chacune par exemple par une diode électroluminescente ou une diode laser, et respectivement couplées aux extrémités des deux parties de fibre d'émission la et lc. The device for locating a break in the optical fiber 1 comprises two light sources 10 and 11, each constituted for example by a light-emitting diode or a laser diode, and respectively coupled to the ends of the two parts of emission fiber la and lc .
Les deux sources lumineuses 10 et 11 sont chacune modulées par un signal identique constitué par exemple par un train d'impulsions générées à une vitesse donnée par un même générateur 13. The two light sources 10 and 11 are each modulated by an identical signal constituted for example by a train of pulses generated at a speed given by the same generator 13.
Bien entendu, les deux sources lumineuses pourraient être modulées par deux générateurs distincts d'impulsions, respectivement, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the two light sources could be modulated by two separate pulse generators, respectively, without departing from the scope of the invention.
Ainsi, les deux sources lumineuses 10 et Il émettent, de préférence sirnultanément, les deux trains identiques d'impulsions sous forme de rayonnements lumineux aux deux extrémités A et B de la fibre et à une même longueur d'onde donnée, par exemple égale à 1,3Fm-
Les deux parties de fibre de réception lb et ld sont respectivement couplées à deux photodétecteurs 15 et 16 constitués chacun par exemple par une photodiode à avalanche ou une diode semiconductrice du type PIN.Thus, the two light sources 10 and 11 emit, preferably simultaneously, the two identical trains of pulses in the form of light radiation at the two ends A and B of the fiber and at the same given wavelength, for example equal to 1.3Fm-
The two receiving fiber parts 1b and 1d are respectively coupled to two photodetectors 15 and 16 each constituted for example by an avalanche photodiode or a PIN type semiconductor diode.
Après propagation des deux rayonnements lumineux dans des directions opposées de la fibre, et en absence de cassure de cette dernière, les deux photodétecteurs 15 et 16 détectent continuellement les deux trains d'impulsions identiques. After propagation of the two light radiations in opposite directions of the fiber, and in the absence of breakage of the latter, the two photodetectors 15 and 16 continuously detect the two trains of identical pulses.
Lors d'une cassure C de la fibre optique 1, survenant à une distance L' par exemple de l'extrémité A de la fibre, et à un instant To, l'un des trains d'impulsions, généré par exemple par le photodétecteur 15, s'arrête ou s'interrompt à un instant T1 tel que:
ou n est l'indice de réfraction du matériau constituant la fibre
c est la vitesse de la lumière nL1 le terme représentant le temps de propagation ou de transit de l'un des rayonnements lumineux dans la portion de fibre CA.During a break C of the optical fiber 1, occurring at a distance L 'for example from the end A of the fiber, and at an instant To, one of the pulse trains, generated for example by the photodetector 15, stops or stops at an instant T1 such that:
where n is the refractive index of the material constituting the fiber
c is the speed of light nL1 the term representing the propagation or transit time of one of the light radiations in the portion of CA fiber.
De même, le train d'impulsions généré par le photodétecteur 16 s'arrête à un instant T2 tel que:
où les notations sont les mêmes que celles définies précedemment, n(L-L') le terme C représentant le temps de propagation de l'autre rayonnement lumineux dans la portion de fibre CB.Similarly, the pulse train generated by the photodetector 16 stops at an instant T2 such that:
where the notations are the same as those defined above, n (L-L ') the term C representing the time of propagation of the other light radiation in the portion of CB fiber.
Les deux photodétecteurs 15 et 16 sont relies à un compteur d'impulsions 18, de structure classique à base par exemple de portes logiques, et commandé par deux circuits logiques 20 et 21 connectés respectivement en sortie des deux photodétecteurs 15 et 16. Les deux circuits de commande 20 et 21 sont conçus de manière à présenter en sortie un niveau "1" en présence d'un signal détecté, et un niveau "0" en l'absence de signal. The two photodetectors 15 and 16 are connected to a pulse counter 18, of conventional structure based for example on logic gates, and controlled by two logic circuits 20 and 21 connected respectively at the output of the two photodetectors 15 and 16. The two circuits 20 and 21 are designed to present at output a level "1" in the presence of a detected signal, and a level "0" in the absence of signal.
De plus, le compteur 18 est conçu de telle manière qu'il se déclenche uniquement lorsque les deux niveaux "0" et "1" lui sont présentés, et qu'il s'arrête lorsque les deux niveaux "0" lui sont présentés. In addition, the counter 18 is designed in such a way that it is triggered only when the two levels "0" and "1" are presented to it, and that it stops when the two levels "0" are presented to it.
Ainsi, en l'absence de cassure de la fibre optique 1, les deux trains d'impulsions sont continuellement détectés, de sorte que les deux circuits de commande 20 et 21 présentent respectivement en sortie deux niveaux "1", ce qui a pour effet de ne pas déclencher le compteur 18. Thus, in the absence of breakage of the optical fiber 1, the two pulse trains are continuously detected, so that the two control circuits 20 and 21 have two output levels "1" respectively, which has the effect not to trigger counter 18.
Lors de la cassure C: de la fibre optique 1, à l'instant d'interruption T1 de l'un des trains d'impulsions détectés, l'un des circuits de commande, par exemple 20, passe en sortie au niveau "0", tandis qu'au même instant l'autre circuit de commande 21 reste en sortie au niveau "1" dans le cas où les instants respectifs d'interruption TI et T2 des deux trains d'impulsions sont différents l1un de l'autre. During the break C: of the optical fiber 1, at the instant of interruption T1 of one of the trains of pulses detected, one of the control circuits, for example 20, passes at the output at level "0 ", while at the same instant the other control circuit 21 remains at output at level" 1 "in the case where the respective instants of interruption TI and T2 of the two pulse trains are different from each other.
Dans ces conditions, le compteur 18 se déclenche en presence des deux niveaux "0" et "1". Under these conditions, the counter 18 is triggered in the presence of the two levels "0" and "1".
De plus, à l'instant d'interruption T2 de l'autre train d';mpul- sions, le circuit de commande 20 reste en sortie au niveau "û", tandis que le circuit de commande 21 passe en sortie du niveau 'i1" au niveau "0". In addition, at the instant of interruption T2 of the other train of pulses, the control circuit 20 remains at the output at level "û", while the control circuit 21 passes at the output of the level " i1 "at level" 0 ".
Dans ces conditions, le compteur 18 s'arrête en présence des deux niveaux "0". Under these conditions, the counter 18 stops in the presence of the two levels "0".
Ainsi, le compteur 18, se déclenchant dès qu'un train d'impulsions disparaît et s'arrêtant dès que l'autre train d'impulsions disparaît à son tour, fournit le nombre d'impulsions présentes entre les instants d'interruption T1 et T2. Des lors, connaissant le débit des impulsions, on détermine ou mesure la différence entre les instants d'interruption T2 et T1, soit:
Cette dernière équation permet donc de déterminer la distance L' entre l'extrémité A de la fibre et la cassure C, soit:
Avantageusement, la sortie du compteur 18 est reliée à des moyens 24 permettant d'afficher directement le point de fracture C de la fibre optique. Advantageously, the output of the counter 18 is connected to means 24 making it possible to directly display the point of fracture C of the optical fiber.
On notera que l'afficheur 24 pourrait être remplacé par un écran de visualisation de l'endroit de la cassure C de la fibre. It will be noted that the display 24 could be replaced by a display screen for the location of the break C of the fiber.
A titre illustratif, avec une fibre de verre d'indice de réfraction n = 1,5, de longueur L = 10 km, avec un débit d'impulsions égal à 10 hlbt/s, soit une longueur impulsion égale à 100 ns, et avec 100 impulsions comptées, c1est-à-dire T2 - T1 = Ions, on obtient 18 = 4 km, signifiant ainsi que le point de fracture C a eu lieu à 4 km de extrémité A de la fibre optique. By way of illustration, with a glass fiber of refractive index n = 1.5, of length L = 10 km, with a pulse rate equal to 10 hlbt / s, i.e. a pulse length equal to 100 ns, and with 100 pulses counted, that is to say T2 - T1 = Ions, we obtain 18 = 4 km, thus signifying that the point of fracture C occurred at 4 km from end A of the optical fiber.
Pour le même exemple, en supposant une erreur de comptage d'une impulsion, soit 100 ns, on obtient une précision du point de cassure C égale à 20 mètres. For the same example, assuming a counting error of a pulse, ie 100 ns, we obtain a precision of the breakpoint C equal to 20 meters.
On notera que la description ci-dessus a été faite en référence à un dispositif permettant de localiser une cassure de fibre provoquée par un intrus. Bien sûr, le dispositif de localisation dune cassure s'applique également à un système classique de transmission par fibres optiques, sans sortir du cadre de l'invention. Note that the above description was made with reference to a device for locating a fiber breakage caused by an intruder. Of course, the device for locating a break also applies to a conventional system of transmission by optical fibers, without departing from the scope of the invention.
Bien entendu, I'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown and includes all the technical equivalents of the means described as well as their combinations if these are carried out according to the spirit of the invention and implemented in the context of the following claims.
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