DE102015101608A1

DE102015101608A1 - Signal transmission method and apparatus with an optical fiber

Info

Publication number: DE102015101608A1
Application number: DE102015101608.7A
Authority: DE
Inventors: Sascha Liehr
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-05
Also published as: DE102015101608B4

Abstract

Ein Verfahren zur Signalweiterleitung umfasst das Koppeln einer Streuzentren (15) aufweisenden optischen Faser (10) mit einem Detektor (20), wobei die optische Faser (10) in einem ersten Faserabschnitt (10a) eine erste Konzentration der Streuzentren (15) aufweist, und wobei die optische Faser (10) in einem zweiten Faserabschnitt (10b) eine zweite Konzentration der Streuzentren (15) aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren (15); das Auftreffen eines optischen Signals von außen auf den zweiten Faserabschnitt (10b); und das Weiterleiten eines an den Streuzentren (15) des zweiten Faserabschnitts (10b) gestreuten Anteils des optischen Signals durch die optische Faser (10) zu dem Detektor (20). Außerdem werden eine Vorrichtung mit der optischen Faser (10) und Verwendungen der optischen Faser (10) bereitgestellt.A method of signal routing comprises coupling an optical fiber (10) having scattering centers (15) to a detector (20), the optical fiber (10) having a first concentration of the scattering centers (15) in a first fiber section (10a), and wherein the optical fiber (10) in a second fiber section (10b) has a second concentration of the scattering centers (15) which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers (15); the impact of an optical signal from the outside on the second fiber section (10b); and passing a portion of the optical signal scattered at the scattering centers (15) of the second fiber portion (10b) through the optical fiber (10) to the detector (20). In addition, a device is provided with the optical fiber (10) and uses the optical fiber (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer optischen Faser, die insbesondere in der Sensorik, z.B. in einem System zur Detektion und/oder zur Überwachung von Lichtimpulsen, wie sie beispielsweise in der Isolierung einer Hochspannungseinrichtung auftreten können, und in Datenübertragungssystemen, z.B. einem Netzwerk, verwendet werden kann, sowie entsprechende Verfahren. The present invention relates to an optical fiber device which is particularly useful in sensor technology, e.g. in a system for detecting and / or monitoring light pulses, such as may occur in the isolation of a high voltage device, and in data transmission systems, e.g. a network, can be used, as well as appropriate procedures.

In elektrischen Anlagen zur Energieversorgung kommt es auf Grund von schädigenden Einflüssen auf die Hochspannungsgarnitur und Alterungserscheinungen der Isolierungen immer wieder zu Ausfällen. Hauptsächlich werden die Alterungserscheinungen durch elektrische Teilentladungen (TE) verursacht. Während der Teilentladungen entstehen sogenannte Teilentladungsbäumchen, die im Laufe der Zeit wachsen und schließlich zu einem elektrischen Durchschlag sowie einem Kurzschluss führen, falls die betroffenen Anlagen nicht rechtzeitig abgeschaltet werden. Teilentladungen in Isolierungen von Kabelgarnituren, wie Endverschlüsse und Kabelmuffen für Starkstromkabel bzw. Hochspannungskabel, können in fortgeschrittenem Stadium daher zur Totalzerstörung der Kabelgarnituren führen. Auf Grund der mit dem Durchschlag verbundenen hohen Energiefreisetzung können dabei weitere Teile der Anlagen beschädigt oder sogar Personen geschädigt werden. Die Schäden dieser zwar eher seltenen Ereignisse können daher beträchtlich sein. Daher besteht ein Bedarf, Alterungserscheinungen bzw. Teilentladungen in Isolierungen von Hochspannungsgarnituren möglichst im laufenden Betrieb zuverlässig zu detektieren. In electrical systems for power supply it comes due to harmful effects on the high voltage and aging of the insulation again and again to failures. Mainly the aging phenomena are caused by partial electrical discharges (TE). During the partial discharges so-called partial discharge trees arise, which grow over time and eventually lead to an electrical breakdown and a short circuit, if the affected systems are not shut down in time. Partial discharges in insulation of cable accessories, such as terminations and cable sockets for power cables or high-voltage cables, can lead to the total destruction of the cable fittings in an advanced state. Due to the high energy release associated with the breakdown can damage other parts of the equipment or even people are harmed. The damage of these rather rare events can therefore be considerable. Therefore, there is a need to reliably detect aging phenomena or partial discharges in insulations of high-voltage fittings during operation.

Da die elektrischen Teilentladungen von kurzen Lichtpulsen (Entladungsblitzen) begleitet werden, können sie prinzipiell über diese Lichtpulse nachgewiesen werden. Dabei ist die Verwendung metallischer oder anderer galvanisch leitender Detektormaterialien in der Isolierung von Hochspannungsgarnituren und Transformatoren unerwünscht. Weil die Hochspannungsanlagen auf einem hohen galvanischen Potential betrieben werden und die Isolierung dabei starken elektrischen Feldern ausgesetzt sind, kann durch das Einbringen von leitenden Detektormaterialien ein Schädigung der Isolierung sogar befördert werden. Dies macht die Verwendung faseroptischer Sensoren, beispielsweise einer optischen Faser, die mit einem entfernt angeordneten Fotodetektor verbunden ist, zur Detektion von Teilentladungen in Isolierungen interessant. Allerdings ist die seitliche Einkopplung optischer Signale in eine gängige optische Faser äußerst ineffizient, da nur Streulicht im Faserkern oder optischen Mantelmaterial so gestreut werden kann, dass es innerhalb des Akzeptanzwinkels der Faser fällt. Die Effizienz der seitlichen Einkopplung kann zwar durch Einbringen von auf die Lichtblitze abgestimmte fluoreszierende Stoffe in den Faserkern (Dotieren) erhöht werden. Fluoreszierende Fasern haben jedoch systembedingt eine sehr hohe optische Dämpfung (teilweise Reabsorption) sowie eine eher geringe spektrale Ausbeute des eingekoppelten Lichtes (Anregung erfolgt nur in begrenzten spektralen Bereich) im Vergleich zur Gesamtleistung des Lichtpulses. Dies führt zu einer geringen Weiterleitungseffizienz. Dadurch sind auch die detektierbaren Lichtleistungen sehr klein und die Messempfindlichkeit entsprechend gering. Since the electrical partial discharges are accompanied by short light pulses (discharge flashes), they can in principle be detected via these light pulses. The use of metallic or other galvanically conductive detector materials in the insulation of high-voltage fittings and transformers is undesirable. Because the high-voltage systems are operated at a high galvanic potential and the insulation is exposed to strong electric fields, the introduction of conductive detector materials can even result in damage to the insulation. This makes the use of fiber optic sensors, such as an optical fiber connected to a remote photodetector, interesting for detecting partial discharges in insulations. However, the lateral coupling of optical signals into a common optical fiber is extremely inefficient because only stray light in the fiber core or optical cladding material can be scattered to fall within the acceptance angle of the fiber. Although the efficiency of the lateral coupling can be increased by introducing fluorescent substances tuned to the light flashes into the fiber core (doping). However, due to the system, fluorescent fibers have a very high optical attenuation (partial reabsorption) and a rather low spectral yield of the coupled-in light (excitation takes place only in a limited spectral range) in comparison to the total power of the light pulse. This leads to a low forwarding efficiency. As a result, the detectable light outputs are very small and the sensitivity is correspondingly low.

Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Signalweiterleitung gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8, eine Verwendung einer optischen Faser gemäß Anspruch 14 und eine Verwendung einer optischen Faser gemäß Anspruch 15 vor. In view of the above, the present invention proposes a signal passing method according to claim 1, an apparatus according to claim 8, a use of an optical fiber according to claim 14 and a use of an optical fiber according to claim 15.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Signalweiterleitung das Koppeln einer Streuzentren aufweisenden optischen Faser mit einem Detektor, wobei die optische Faser in einem ersten Faserabschnitt eine erste Konzentration der Streuzentren aufweist, wobei die optische Faser in einem zweiten Faserabschnitt eine zweite Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren, und wobei das Koppeln derart erfolgt, dass der erste Faserabschnitt zwischen dem Detektor und dem zweiten Faserabschnitt angeordnet ist; das Auftreffen eines optischen Signals von außen auf den zweiten Faserabschnitt; und das Weiterleiten eines an den Streuzentren des zweiten Faserabschnitts gestreuten Anteils des optischen Signals durch die optische Faser zu dem Detektor. In one embodiment, a method of signal routing comprises coupling a scattering-centered optical fiber to a detector, the optical fiber having a first concentration of the scattering centers in a first fiber portion, the optical fiber having a second concentration of the scattering centers in a second fiber portion is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers, and wherein the coupling is performed such that the first fiber section is arranged between the detector and the second fiber section; the impact of an optical signal from the outside on the second fiber section; and passing a portion of the optical signal scattered at the scattering centers of the second fiber portion through the optical fiber to the detector.

Auf Grund des Aufbaus der verwendeten optischen Faser kann das auftreffende optische Signal, z.B. ein von einer Teilentladung in einer Isolierung verursachter Lichtblitz oder ein ein Datenpaket repräsentierender Lichtpuls, zum einen auf Grund der Streuung an den Streuzenten des zweiten Faserabschnitts effizient von außen in die optische Faser eingekoppelt werden (effizientes "Einfangen" der optischen Leistung) und zum anderen der in die optische Faser eingestreute Anteil verlustarm durch die optische Faser (den ersten Faserabschnitt) zum Detektor bzw. optischen Empfänger geführt werden. Bei gleicher Empfindlichkeit des Detektors können so optische Signale mit deutlich geringerer Leistung detektiert werden, als dies bei Verwendung eines entsprechenden Aufbaus mit einer fluoreszierenden optischen Faser möglich ist, da der jeweilig weitergeleitete Anteil der optischen Signale dort deutlich geringer ist. Außerdem kann z.B. für Kommunikationszwecke ein durch optische Faser laufendes optisches Signal im zweiten Faserabschnitt gezielt ausgekoppelt werden. Due to the structure of the optical fiber used, the incident optical signal, e.g. a light flash caused by a partial discharge in an insulation or a light pulse representing a data packet, on the one hand due to the scattering of the scatterers of the second fiber section are efficiently coupled from the outside into the optical fiber (efficient "capture" of the optical power) and the other scattered into the optical fiber share low loss through the optical fiber (the first fiber section) to the detector or optical receiver. With the same sensitivity of the detector so optical signals can be detected with significantly lower power than is possible with the use of a corresponding structure with a fluorescent optical fiber, since the respective forwarded portion of the optical signals is significantly lower there. In addition, e.g. for communication purposes, an optical signal passing through an optical fiber in the second fiber section can be selectively decoupled.

Der Begriff „optisches Signal“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine elektromagnetische Strahlung bzw. ein elektromagnetisches Signal beschreiben, das mindestens eine Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 1 mm, typischer in einem Bereich von 280 nm bis 50 µm, noch typischer in einem Bereich 315 nm bis 3 µm (nahes UV bis nahes Infrarot) aufweist, z.B. eine entsprechendes Wellenpaket oder einen entsprechenden Lichtimpuls (Lichtpuls). Der Begriff „Licht“, wie er vorliegend verwendet wird, soll sowohl elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich von etwa 380 nm bis 780 nm als auch elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in den angrenzenden Bereichen der Infrarotstrahlung (Wellenlängen zwischen 780 nm und 1 mm) und Ultraviolettstrahlung (Wellenlängen zwischen 10 nm und 380 nm) umfassen. The term "optical signal" as used herein is intended to describe an electromagnetic radiation or signal that is at least one wavelength in the range of 100 nm to 1 mm, more typically in a range of 280 nm to 50 μm, more typically in a range 315 nm to 3 microns (near UV to near infrared), for example, a corresponding wave packet or a corresponding light pulse (light pulse). The term "light" as used herein is intended to include both electromagnetic radiation having wavelengths in the visible range of about 380 nm to 780 nm and electromagnetic radiation having wavelengths in the adjacent ranges of infrared radiation (wavelengths between 780 nm and 1 mm) Ultraviolet radiation (wavelengths between 10 nm and 380 nm) include.

Der Begriff „Teilentladung“, wie er vorliegend verwendet wird, soll kurzzeitige, energiearme und lokal begrenzte Entladungen in der Isolierung, die nicht sofort zu einem elektrischen Durchschlag führen, aber das Material der Isolierung irreversibel schädigen, beschreiben. Der Begriff „Teilentladung“ soll insbesondere den Begriff der „inneren Teilentladung“, d.h. einer äußerlich nicht unbedingt sichtbaren Entladungserscheinungen in nicht gasförmigen Isoliermaterialien, insbesondere in festen Isoliermaterialien, umfassen. Ausgehend von Fehlstellen, wie Hohlräumen und Fremdeinschlüssen oder Grenzflächen zu anderen Materialien, insbesondere zu hochspannungsführenden Leitern, führen Teilentladungen zu im Laufe der Zeit wachsenden Teilentladungsbäumchen im Isoliermaterial, was schließlich zu einem Durchschlag führen kann. Teilentladungsbäumchen haben typischerweise eine Größe von mehr als etwa 1 µm (Mikrometer). The term "partial discharge" as used herein is intended to describe short term, low energy and localized discharges in the insulation that do not immediately lead to electrical breakdown but irreversibly damage the insulation material. The term "partial discharge" is intended to cover in particular the term "partial internal discharge", i. an externally not necessarily visible discharge phenomena in non-gaseous insulating materials, in particular in solid insulating materials include. Starting from imperfections, such as cavities and foreign inclusions or interfaces to other materials, in particular to high-voltage conductors, partial discharges lead to growing over time Teilentladungsbäumchen in the insulating material, which can eventually lead to breakdown. Partial discharge trees typically have a size greater than about 1 micron (microns).

Um den weitergeleiteten Anteil des aufgetroffenen optischen Signals (d.h. die Signalweiterleitungseffizienz) möglichst hoch zu gestalten, ist die zweite Konzentration der Streuzentren typischerweise um mindestens einen Faktor 100, noch typischer um mindestens einen Faktor 1000 höher als die erste Konzentration der Streuzentren. In order to maximize the rate of propagation of the impacted optical signal (i.e., signal propagation efficiency), the second concentration of scattering centers is typically at least a factor of 100, more typically at least a factor of 1000 higher than the first concentration of scattering centers.

Dabei kann die erste Konzentration der Streuzentren so gering wie technisch möglich sein. Beispielsweise kann der erste Faserabschnitt auch gar keine oder fast gar keine der im zweiten Abschnitt eingebrachten Streuzentren aufweisen, um Leistungsverluste beim Weiterleiten weitgehend zu reduzieren. The first concentration of the scattering centers can be as low as technically possible. For example, the first fiber section may also have no or almost none of the scattering centers introduced in the second section in order to substantially reduce power losses during forwarding.

Typischerweise werden die Streuzentren und die zweite Konzentration der Streuzentren im zweiten Faserabschnitt so ausgewählt, dass ein effektiver Streukoeffizient in dem zweiten Faserabschnitt für eine erwartete Wellenlänge des optischen Signals einen Wert von mindestens 10, noch typischer von mindestens 20 aufweist. Typically, the scattering centers and the second concentration of the scattering centers in the second fiber section are selected such that an effective scattering coefficient in the second fiber section for an expected wavelength of the optical signal has a value of at least 10, more typically at least 20.

Typischerweise sind die Streuzentren Mie-Streuer. Die Streuzentren können aber auch Rayleigh-Streuer, klassische Streuer (Fresnel-Reflektoren) bzw. durch Variation der Brechzahl hervorgerufen sein in der optischen Faser (Faser-Bragg-Gitter) bereitgestellt werden. Mie-Streuer erlauben eine besonders hohe Vorwärtsstreuintensität (hohe Direktivität, d.h. die Streuung erfolgt bevorzugt in Ausbreitungsrichtung in der optischen Faser, d.h. entlang der Achse der optischen Faser). Da Mie-Streuer eine deutlich geringere Wellenlängenspezifität als Fluorophore haben, ist die Signalweiterleitungseffizienz bei breitbandigeren optischen Signalen wie Entladungsblitzen im Vergleich zu Systemen mit fluoreszierenden optischen Fasern besonders erhöht. Außerdem lassen sich effiziente Mie-Streuer relativ einfach gezielt nur im zweiten Faserabschnitt erzeugen, z.B. durch Laserpulsbearbeitung als typischerweise zumindest 1 µm große Kavitäten (Gebiete reduzierter Brechzahl) im Faserkern. Weiterhin können die Streuzentren auch durch gezielte Verunreinigungen (z.B. während des Herstellungprozesses der Faser) eingebracht werden. Typically, the scattering centers are Mie spreaders. However, the scattering centers can also Rayleigh scatterers, classic scatterers (Fresnel reflectors) or caused by variation of the refractive index be provided in the optical fiber (fiber Bragg grating). Mie scatterers allow a particularly high forward scattering intensity (high directivity, i.e. the scattering preferably occurs in the propagation direction in the optical fiber, i.e. along the axis of the optical fiber). Since Mie scatterers have a significantly lower wavelength specificity than fluorophores, the signal propagation efficiency is particularly enhanced with broadband optical signals such as discharge flashes compared to systems with fluorescent optical fibers. In addition, efficient Mie scatterers can be relatively easily created only in the second fiber section, e.g. by laser pulse processing as typically at least 1 micron cavities (areas of reduced refractive index) in the fiber core. Furthermore, the scattering centers may also be introduced by targeted impurities (e.g., during the fiber manufacturing process).

Bei der optischen Faser kann es sich um eine Polymerfaser oder eine Glasfaser handeln. Außerdem kann die optische Faser eine Monomodefaser oder eine Multimodefaser sein. Aufgrund der höheren numerischen Apertur und der größeren Fläche für die Streuzentren lassen Multimodefasern eine höhere Einkoppeleffizienz als Monomodefasern erwarten. The optical fiber may be a polymer fiber or a glass fiber. In addition, the optical fiber may be a monomode fiber or a multimode fiber. Due to the higher numerical aperture and the larger area for the scattering centers, multimode fibers can expect a higher coupling efficiency than single-mode fibers.

Die optische Faser hat typischerweise einen Faserkern und einen den Faserkern umgebenden Mantel. Dabei ist die Konzentration der Streuzentren im Faserkern in dem zweiten Faserabschnitt um mindestens einen Faktor 10, bevorzugt um mindestens einen Faktor 100 oder sogar 1000 höher als die Konzentration der Streuzentren im Mantel und als die Konzentration der Streuzentren im Faserkern im angrenzenden ersten Faserabschnitt. Wenn nun von außen ein optisches Signal auf den Mantel im zweiten Faserabschnitt trifft, wird es mit hoher Wahrscheinlichkeit in den optisch dichteren Faserkern des zweiten Faserabschnitts geleitet, wo es an den Streuzentren gestreut und der gestreute Anteil entlang des Faserkerns (im Faserkern) weitergeleitet wird. Auf Grund ihrer hohen Signalweiterleitungseffizienz (geringen Dämpfung) ist die Faser besonders zum (Einsammeln und) Übertragen von in einer Isolierung erzeugten Lichtpulsen, insbesondere von Lichtpulsen, die von einer elektrischen Teilentladung in der Isolierung verursacht werden, und zum Übertragen optischer Signale von einer optischen Faser in eine andere in einem Kommunikationsnetzwerk geeignet. The optical fiber typically has a fiber core and a cladding surrounding the fiber core. The concentration of the scattering centers in the fiber core in the second fiber section is at least a factor 10, preferably at least a factor 100 or even 1000 higher than the concentration of the scattering centers in the cladding and the concentration of the scattering centers in the fiber core in the adjacent first fiber section. Now, when an optical signal strikes the cladding in the second fiber section from the outside, it is likely to be directed into the optically denser fiber core of the second fiber section, where it is scattered at the scattering centers and the scattered fraction is propagated along the fiber core (in the fiber core). Because of its high signal-carrying efficiency (low attenuation), the fiber is particularly useful for collecting and transmitting light pulses generated in an insulation, particularly light pulses caused by partial electrical discharge in the insulation, and transmitting optical signals from an optical fiber into another in a communication network.

Während der Detektor typischerweise mit eine Ende der optischen Faser kontaktiert wird, kann der zweite Abschnitt der optischen Faser von der Signalquelle (Lichtquelle) beabstandet sein, wobei der Abstand möglichst gering gehalten werden sollte. While the detector is typically contacted with one end of the optical fiber, the second portion of the optical fiber may be remote from the optical fiber Signal source (light source) be spaced, the distance should be kept as low as possible.

Bei dem Detektor kann es sich um einen Photodetektor oder ein Spektrometer handeln. In einem Kommunikationsnetzwerk kann der Detektor zudem von einem mit der optischen Faser verbundenen optoelektronischen Wandler, optoelektronischen Multiplexer, optischen Verstärker, Repeater, Hub oder ähnlichen Komponenten bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Kommunikationsnetzwerk mehrere optische Fasern aufweisen, die mit einem jeweiligen Detektor verbunden sind und deren zweite Faserabschnitte paarweise eng benachbart oder sogar aneinandergrenzend und/oder mit möglichst paarweise zueinander parallelen zweiten Faserabschnitten angeordnet sind. The detector may be a photodetector or a spectrometer. In a communications network, the detector may also be provided by an optical-to-optical converter, optoelectronic multiplexer, optical amplifier, repeater, hub, or similar components. For example, a communication network may comprise a plurality of optical fibers which are connected to a respective detector and whose second fiber sections are arranged in pairs closely adjacent or even adjoining and / or with second fiber sections which are possibly parallel to each other in pairs.

Typischerweise wird der zweite Faserabschnitt derart relativ zu einem als Licht-bzw. Signalquelle fungierenden Körper angeordnet, dass das optische Signal vom Körper in den zweiten Faserabschnitt einkoppeln kann. Bei dem Körper kann es sich insbesondere um eine weitere optische Faser oder um eine transparente oder zumindest transluzente Isolierung einer Hochspannungseinrichtung, z.B. einen Silikonkörper oder um einen fluiden Isolator, z.B. Öl, handeln. Typically, the second fiber section is so relative to a light or. Signal source body arranged that the optical signal from the body can couple into the second fiber section. The body may in particular be a further optical fiber or a transparent or at least translucent insulation of a high-voltage device, e.g. a silicone body or a fluid insulator, e.g. Oil, act.

Beispielsweise kann der zweite Faserabschnitt die Isolierung einer Hochspannungsgarnitur oder eines Hochspannungskabels umgeben oder darin eingebettet werden. Da der zweite Faserabschnitt aufgrund seines Aufbaus das elektrische Feld in der Isolierung allenfalls geringfügig ändert, kann der zweite Faserabschnitt auch relativ nah zu besonders teilentladungsgefährdeten Bereichen wie Feldsteuerteilen angeordnet werden. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Messempfindlichkeit für Teilentladungen erzielen. Zudem kann der Detektor auf Grund des möglichen großen Abstands zu Gebieten hoher elektrischer Feldstärke gut gegenüber elektromagnetischen Impulsen geschützt werden (hohe Unempfindlichkeit des Systems gegenüber elektromagnetische Störungen, engl. „electromagnetic interference“). For example, the second fiber section may surround or be embedded within the insulation of a high voltage cable or cable. Since the second fiber section changes the electric field in the insulation at most slightly due to its construction, the second fiber section can also be arranged relatively close to particularly partially discharge-endangered areas such as field control parts. As a result, a particularly high sensitivity for partial discharges can be achieved. In addition, due to the possible large distance to areas of high electric field strength, the detector can be well protected against electromagnetic pulses (high insensitivity of the system to electromagnetic interference).

Der Begriff "Hochspannung", wie er vorliegend verwendet wird, soll Spannungen oberhalb von etwa 1 kV umfassen, insbesondere soll der Begriff Hochspannung die in der Energieübertragung üblichen Nennspannungsbereiche der Mittelspannung von etwa 3 kV bis etwa 50 kV, der Hochspannung von etwa 50 kV bis etwa 110 kV als auch Höchstspannungen bis derzeit etwa 500 kV umfassen. Für den Fall, dass die Kabelbetriebsspannungen weiter erhöht werden, sollen auch diese Spannungsbereiche mit umfasst werden. Dabei kann es sich sowohl um Gleichspannungen als auch um Wechselspannungen handeln. Der Begriff "Hochspannungskabel", wie er vorliegend verwendet wird, soll ein Kabel beschreiben, das dazu geeignet ist, Starkstrom, d.h. elektrischen Strom von mehr als etwa einem Ampère bei Spannungen oberhalb von etwa 1 kV, zu führen. Im Folgenden werden die Begriffe Hochspannungskabel und Starkstromkabel synonym verwendet. Dementsprechend soll der Begriff der "Hochspannungsgarnitur" oder "Hochspannungskabelgarnitur" eine Vorrichtung beschreiben, die geeignet ist, Hochspannungsanlagen und/oder Hochspannungskabel miteinander zu verbinden. The term "high voltage", as used herein, is intended to include voltages above about 1 kV, in particular, the term high voltage is the usual average voltage ranges in the energy transfer medium voltage from about 3 kV to about 50 kV, the high voltage of about 50 kV to about 110 kV as well as maximum voltages up to now about 500 kV. In the event that the cable operating voltages are further increased, these voltage ranges should also be included. These can be DC voltages as well as AC voltages. As used herein, the term "high voltage cable" is intended to describe a cable that is capable of handling high current, i. electric current of more than about one ampere at voltages above about 1 kV. In the following, the terms high voltage cable and power cable are used synonymously. Accordingly, the term "high voltage cord" or "high voltage harness" is intended to describe a device capable of interconnecting high voltage and / or high voltage cables.

Für das Weiterleiten optischer Signale erfolgt das Anordnen der weiteren optischen Faser mit der optischen Faser typischerweise so, dass die weitere optische Faser mit ihrem zweiten Faserabschnitt mit dem zweiten Faserabschnitt der optischen Faser in optischen Kontakt gebracht wird, z.B. durch Aufeinanderpressen und/oder miteinander verkleben. Dabei weist die weitere optische Faser in einem ersten Faserabschnitt eine dritte Konzentration der Streuzentren und in einem vierten Faserabschnitt eine vierte Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die dritte Konzentration der Streuzentren. Insbesondere kann die dritte Konzentration bis auf einen Faktor 2 oder weniger der ersten Konzentration der Streuzentren entsprechen und/oder die zweite Konzentration bis auf einen Faktor 2 oder weniger der vierten Konzentration der Streuzentren entsprechen. Typischerweise unterscheiden sich sowohl die dritte Konzentration und die erste Konzentration als auch die zweite und vierte Konzentration um weniger als etwa 10%. Typischerweise entspricht der Aufbau der weiteren optischen Faser dem der optischen Faser, wobei die Lage der zweiten Faserabschnitte auf der jeweiligen optischen Faser entsprechend der Netzwerksanforderungen variieren kann. For the routing of optical signals, the further optical fiber is preferably arranged with the optical fiber so that the further optical fiber with its second fiber section is brought into optical contact with the second fiber section of the optical fiber, e.g. by pressing together and / or gluing together. In this case, the further optical fiber has a third concentration of the scattering centers in a first fiber section and a fourth concentration of the scattering centers in a fourth fiber section, which is at least an order of magnitude higher than the third concentration of the scattering centers. In particular, the third concentration may correspond to the first concentration of the scattering centers up to a factor of 2 or less and / or the second concentration may correspond to the fourth concentration of the scattering centers, up to a factor of 2 or less. Typically, both the third concentration and the first concentration as well as the second and fourth concentrations differ by less than about 10%. Typically, the structure of the further optical fiber is that of the optical fiber, and the location of the second fiber portions on the respective optical fiber may vary according to the network requirements.

Gemäß einer Weiterbildung weist die optische Faser zwei voneinander beabstandete zweite Faserabschnitte mit der zweiten Konzentration der Streuzentren auf. Wenn beide Enden dieser optischen Faser mit dem Detektor gekoppelt sind, kann über das Eintreffen der gestreuten Anteile des optischen Signals am Detektor ermittelt werden, auf welchen der zwei zweiten Faserabschnitte das optische Signal aufgetroffen ist. Die optische Faser kann auch mit zwei typischerweise endseitig angeordneten Detektoren für das optische Signal gekoppelt sein. In dieser Ausführung kann das Ermitteln desjenigen der zwei zweiten Faserabschnitte, auf den das optische Signal aufgetroffen ist, aus der zeitlichen Reihenfolge des Eintreffens des gestreuten Anteils des optischen Signals bei den zwei Detektoren erfolgen. Dieser Aufbau ermöglicht eine genauere Lokalisation eines Lichtblitzes und damit ein verbessertes Monitoring von Alterungsprozessen in einer Isolierung. Darüber hinaus kann die optische Faser mehr als zwei voneinander beabstandete zweite Faserabschnitte aufweisen. According to a development, the optical fiber has two spaced-apart second fiber sections with the second concentration of the scattering centers. If both ends of this optical fiber are coupled to the detector, it can be determined via the arrival of the scattered components of the optical signal at the detector on which of the two second fiber sections the optical signal has hit. The optical fiber may also be coupled to two optical signal detectors typically arranged at the end. In this embodiment, the determination of that of the two second fiber portions to which the optical signal has hit can be made from the time sequence of the arrival of the scattered portion of the optical signal at the two detectors. This structure allows a more accurate localization of a flash of light and thus an improved monitoring of aging processes in an insulation. In addition, the optical fiber can be more than two have spaced apart second fiber sections.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die zwei (oder mehr) zweiten Faserabschnitte eine unterschiedliche Ausdehnung in Faserrichtung aufweisen. Aus der am Detektor (oder den Detektoren) gemessenen Pulsdauer des gestreuten Anteils des optischen Signals (Streusignals) lässt sich dann ebenfalls bestimmen, in welchen der zweiten Faserabschnitte das Signal eingekoppelt wurde. It can also be provided that the two (or more) second fiber sections have a different extension in the fiber direction. From the measured at the detector (or the detectors) pulse duration of the scattered portion of the optical signal (scattered signal) can then also determine in which of the second fiber sections, the signal was coupled.

Wenn der Detektor ein Spektrometer ist, können zudem über eine spektrale Erfassung des optischen Signals weiter Rückschlüsse auf die Art und/oder den Ursprung des optischen Signals gezogen werden. In addition, if the detector is a spectrometer, conclusions about the type and / or the origin of the optical signal can be drawn via a spectral detection of the optical signal.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine optische Faser, die in einem ersten Faserabschnitt eine erste Konzentration von Streuzentren aufweist und die in einem zweiten Faserabschnitt eine zweite Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren zum Übertragen von in einer Isolierung erzeugten Lichtpulsen, insbesondere von Lichtpulsen, die von einer elektrischen Teilentladung in der Isolierung verursacht werden, verwendet. According to one embodiment, an optical fiber having a first concentration of scattering centers in a first fiber portion and having a second concentration of scattering centers in a second fiber portion which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of scattering centers for transmitting in one Isolation generated light pulses, in particular of light pulses caused by a partial electrical discharge in the insulation used.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine optische Faser, die in einem ersten Faserabschnitt eine erste Konzentration von Streuzentren aufweist und die in einem zweiten Faserabschnitt eine zweite Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren, zum Übertragen optischer Signale in einem Kommunikationsnetzwerk verwendet. According to a further embodiment, an optical fiber having a first concentration of scattering centers in a first fiber portion and having a second concentration of scattering centers in a second fiber portion which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers, for transmitting optical Signals used in a communication network.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine optische Faser mit einem Faserkern und einem den Faserkern umgebenden Mantel zum Weiterleiten von auf den Mantel in einem Faserabschnitt der optischen Faser von außen auftreffenden optischen Signalen im Faserkern, typischerweise zu einem Detektor oder einer weiteren optischen Faser, verwendet. Dabei weist der Faserkern in dem Faserabschnitt Streuzentren für die optischen Signale auf, wobei eine Konzentration der Streuzentren des Faserkerns in dem Faserabschnitt um mindestens einen Faktor 10, bevorzugt um mindestens einen Faktor 100, höher ist als eine Konzentration der Streuzentren im Mantel und als eine Konzentration der Streuzentren im Faserkern in einem angrenzenden Faserabschnitt der optischen Faser. According to one embodiment, an optical fiber having a fiber core and a cladding surrounding the fiber core for passing optical signals impinging on the cladding in a fiber portion of the optical fiber from the outside is used in the fiber core, typically a detector or another optical fiber. In this case, the fiber core in the fiber section scattering centers for the optical signals, wherein a concentration of the scattering centers of the fiber core in the fiber section by at least a factor 10, preferably by at least a factor 100, is higher than a concentration of the scattering centers in the shell and as a concentration the scattering centers in the fiber core in an adjacent fiber section of the optical fiber.

Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung, die zumindest einen Teil eines Datenübertragungssystem und/oder eines Monitoringsystems für Teilentladungen bilden, eine optische Faser, aufweisend Streuzentren, z.B. Mie-Streuer, wobei die optische Faser in einem ersten Faserabschnitt eine erste Konzentration der Streuzentren aufweist, und wobei die optische Faser in einem zweiten Faserabschnitt, der an den ersten Faserabschnitt angrenzen kann, eine zweite Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren, einen Körper, der derart mit dem zweiten Faserabschnitt gekoppelt ist, dass aus den Körper austretende optische Signale von außen auf den zweiten Faserabschnitt treffen können und an den Streuzentren im zweiten Faserabschnitt gestreuten werden können; und einen mit dem ersten Faserabschnitt gekoppelten Detektor zur Verstärkung bzw. zum Nachweis von an den Streuzentren im zweiten Faserabschnitt gestreuten Anteilen der optischen Signale (Streusignale). According to another embodiment, an apparatus forming at least part of a data transmission system and / or a partial discharge monitoring system comprises an optical fiber comprising scattering centers, e.g. A Mie scatterer, wherein the optical fiber has a first concentration of the scattering centers in a first fiber portion, and wherein the optical fiber has a second concentration of the scattering centers in at least one order of magnitude higher in a second fiber portion which may adjoin the first fiber portion as the first concentration of the scattering centers, a body coupled to the second fiber portion such that optical signals exiting the body can strike the second fiber portion from the outside and scattered at the scattering centers in the second fiber portion; and a detector coupled to the first fiber section for amplifying or detecting portions of the optical signals (leakage signals) scattered at the scattering centers in the second fiber section.

Bei dem Körper kann es sich um einen festen oder fluiden Körper handeln, der eine hinreichende Transparenz oder Transluzenz für die erwarteten optischen Signale aufweist, insbesondere um eine weitere optische Faser (analogen Aufbaus) oder eine Isolierung eine Hochspannungseinrichtung. The body may be a solid or fluid body having sufficient transparency or translucency for the expected optical signals, in particular around another optical fiber (analogous structure) or isolation of a high voltage device.

Typischerweise ist die optische Faser eine Multimode-Glasfaser oder eine Multimode-Polymerfaser. Typically, the optical fiber is a multimode or multimode polymer fiber.

Gemäß einer Weiterbildung weist die optische Faser einen Faserkern und einen den Faserkern umgebenden Mantel auf, wobei die zweite Konzentration der Streuzentren im Faserkern des zweiten Faserabschnitt um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration im Faserkern des ersten Faserabschnitts und/oder als eine Konzentration der Streuzentren für die optischen Signale im Mantel. According to a development, the optical fiber has a fiber core and a cladding surrounding the fiber core, wherein the second concentration of the scattering centers in the fiber core of the second fiber section is at least an order of magnitude higher than the first concentration in the fiber core of the first fiber section and / or as a concentration of Scattering centers for the optical signals in the jacket.

Gemäß einer Weiterbildung weist die optische Faser zwei (oder mehr) voneinander beabstandete zweite Faserabschnitte auf, und die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die mit dem Detektor gekoppelt ist und eingerichtet ist, zu ermitteln in welchem der zwei zweiten Faserabschnitte ein optisches Signal eingekoppelt wurde. Dazu können Signallaufzeiten und / oder Pulslängen und/oder Signalleistungen und / oder spektrale Eigenschaften der Streusignale ausgewertet werden. According to a development, the optical fiber has two (or more) spaced-apart second fiber sections, and the device has an evaluation unit, which is coupled to the detector and is arranged to determine in which of the two second fiber sections an optical signal was coupled. For this purpose, signal propagation times and / or pulse lengths and / or signal powers and / or spectral properties of the scatter signals can be evaluated.

Dabei kann Vorrichtung auch einen weiteren mit der optischen Faser und der Auswerteeinheit gekoppelten Detektor aufweisen. In this case, the device may also have a further coupled to the optical fiber and the evaluation unit detector.

Gemäß noch einer Weiterbildung bildet die Vorrichtung einen Teil eines Detektions- bzw. Überwachungssystem, wobei der Körper von der Isolierung einer Hochspannungsgarnitur oder einer Isolierung eines Hochspannungskabels gebildet wird. Dies ermöglicht während des Betriebs der Hochspannungseinrichtung das Auftreten von Lichtimpulsen in der Isolierung zu überwachen, und/oder anhand der Lichtimpulse einen Schädigungsgrad der Isolierung zu ermitteln. According to yet another embodiment, the device forms part of a detection or monitoring system, wherein the body of the isolation of a high voltage or a Isolation of a high voltage cable is formed. This allows monitoring during the operation of the high voltage device, the occurrence of light pulses in the insulation, and / or to determine a degree of damage of the insulation based on the light pulses.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt: Further advantageous embodiments, details, aspects and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings. It shows:

1A eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer optischen Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1A a schematic representation of an apparatus with an optical fiber according to an embodiment;

1B einen Querschnitt durch die in 1A gezeigte optische Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1B a cross section through the in 1A shown optical fiber according to an embodiment;

1C eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer optischen Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1C a schematic representation of an apparatus with an optical fiber according to an embodiment;

1D eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer optischen Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1D a schematic representation of an apparatus with an optical fiber according to an embodiment;

2A eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer optischen Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2A a schematic representation of an apparatus with an optical fiber according to an embodiment;

2B eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer optischen Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 2 B a schematic representation of an apparatus with an optical fiber according to an embodiment; and

2C Schritte eines Verfahrens zur Signalweiterleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2C Steps of a method for signal forwarding according to an embodiment.

1A zeigt eine Vorrichtung 100 zum Weiterleiten optischer Signale im optisch sichtbaren Wellenlängenbereich oder im Infrarotbereich. Eine optische Faser 10, z.B. eine Polymerfaser oder Glasfaser, typischerweise eine entsprechende Multimodefaser, ist an einem Ende mit einem Detektor 20 verbunden und weist einen zweiten Abschnitt 10b mit einer stark erhöhten Konzentration von Streuzentren 15 für die optischen Signale auf. 1A shows a device 100 for forwarding optical signals in the optically visible wavelength range or in the infrared range. An optical fiber 10 For example, a polymer fiber or glass fiber, typically a corresponding multimode fiber, is at one end with a detector 20 connected and has a second section 10b with a greatly increased concentration of scattering centers 15 for the optical signals.

Im gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die optische Faser 10 zwei erste Faserabschnitte 10a mit einer ersten Konzentration der Streuzentren 15 auf, und einen dazwischen angeordneten zweiten Faserabschnitt 10b mit einer zweite Konzentration der Streuzentren 15, die um mindestens eine Größenordnung, typischer um mindestens zwei Größenordnung, noch typischer um mindestens drei Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren 15. In the exemplary embodiment shown, the optical fiber 10 two first fiber sections 10a with a first concentration of the scattering centers 15 on, and a second fiber section arranged therebetween 10b with a second concentration of the scattering centers 15 which is at least one order of magnitude, more typically at least two orders of magnitude, more typically at least three orders of magnitude higher than the first concentration of scattering centers 15 ,

Bei den in 1A gezeigten Streuzentren 15 kann es sich um Kavitäten und/oder Bereiche niedrigerer optischer Brechzahl handeln, die durch Behandlung mit fokussierten Laserpulsen (z.B. Femtosekundenlaserpulsen) selektiv nur im zweiten Faserabschnitt 10b erzeugt werden können. Alternativ dazu können z.B. durch gezielte Verunreinigungen im zweiten Faserabschnitt 10b auch Bereiche höherer optischer Brechzahl erzeugt werden. Durch das gezielte Einbringen in den zweiten Faserabschnitt 10b sind die jeweiligen Miestreuer in den angrenzenden ersten Faserabschnitten 10a nicht vorhanden. Dies reduziert Leitungsverluste auf dem Weg zum Detektor 20. Die Streuzentren können aber auch Rayleigh-Streuer oder klassische Streuer (Fresnel-Reflektoren) sein. At the in 1A shown scattering centers 15 they may be cavities and / or regions of lower optical refractive index, which by treatment with focused laser pulses (eg femtosecond laser pulses) selectively only in the second fiber section 10b can be generated. Alternatively, for example, by targeted impurities in the second fiber section 10b also regions of higher optical refractive index are generated. By targeted introduction into the second fiber section 10b are the respective Miesreuer in the adjacent first fiber sections 10a unavailable. This reduces line losses on the way to the detector 20 , The scattering centers can also be Rayleigh spreaders or classic spreaders (Fresnel reflectors).

Wie der Querschnittsdarstellung durch die Faser 10 (senkrecht zur Faserachse) in 1B zu entnehmen ist, hat die optische Faser 10 typischerweise einen Faserkern 11 und einen den Faserkern 11 umgebenden Mantel 12. Im Mantel 12 ist die Konzentration der Streuzentren typischerweise um mindestens eine Größenordnung, typischer um mindestens zwei Größenordnung, noch typischer um mindestens drei Größenordnung niedriger ist als die (zweite) Konzentration der Streuzentren 15 im Faserkern 11 des zweiten Faserabschnitts 10b. Like the cross-sectional view through the fiber 10 (perpendicular to the fiber axis) in 1B can be seen, has the optical fiber 10 typically a fiber core 11 and one the fiber core 11 surrounding coat 12 , In the coat 12 the concentration of the scattering centers is typically at least an order of magnitude, more typically at least two orders of magnitude, more typically at least three orders of magnitude lower than the (second) concentration of the scattering centers 15 in the fiber core 11 of the second fiber section 10b ,

Wenn von außen in den Mantel 12 des zweiten Faserabschnitts 10b ein als Pfeil symbolisiertes optisches Signal, z.B. ein Lichtblitz, eintritt, wird es mit hoher Wahrscheinlichkeit zum optisch dichteren Faserkern 11 geleitet. Dort kann es an den Streuzentren 15 gestreut und schließlich im Faserkern 11 in Faser(ausbreitungs)richtung weitergeleitet werden, z.B. bis zum Detektor 20, der ein Photowandler, ein Photodetektor aber auch ein Spektrometer sein kann. If from the outside in the coat 12 of the second fiber section 10b an optical signal symbolized as an arrow, for example a flash of light, occurs, it is highly likely to optically dense fiber core 11 directed. There it can be at the scattering centers 15 scattered and finally in the fiber core 11 be forwarded in the fiber (propagation) direction, for example to the detector 20 which can be a photo transducer, a photodetector but also a spectrometer.

Die Vorrichtung 100 kann Teil eines Datennetzwerkes (Datenübertragungssystem) sein. In diesem Fall repräsentiert der Körper 50 eine weitere optische Faser von deren zweiten Faserabschnitt optische Datenpakte in den zweiten Faserabschnitt 10b einkoppeln können und umgekehrt. Zum Überkoppeln der optische Datenpakte können die zweiten Faserabschnitte der Fasern aneinandergrenzen oder voneinander beabstandet sein (kontaktlose Datenübertragung, "optischer Schleifring"). The device 100 can be part of a data network (data transmission system). In this case, the body represents 50 another optical fiber from the second fiber section optical data packets in the second fiber section 10b can couple and vice versa. For coupling the optical data packets, the second fiber sections of the fibers may adjoin one another or be spaced apart from one another (contactless data transmission, "optical slip ring").

Dieser Aufbau kann mit einer zusätzlichen Lichtquelle, z.B. einer mit der weiteren optischen Faser gekoppelten LED, auch als Dehnungssenor bzw. Rissdetektor verwendet werden, wobei als Maß für die Dehnung bzw. eine Rissweite eine gemessene Kopplungsgüte (am Detektor 20 gemessener Anteil eines aus der weitere optischen Faser eingekoppelten Signals) verwendet werden kann. This structure can also be used as an expansion sensor or crack detector with an additional light source, for example an LED coupled to the further optical fiber, with a measured coupling quality (at the detector as a measure of the elongation or a crack width) 20 measured proportion of a signal coupled in from the further optical fiber) can be used.

Die Vorrichtung 100 kann aber auch ein Teil eines Detektionssystem bzw. Überwachungssystems für Teilentladungen in Isolierungen sein. In diesem Fall repräsentiert der Körper 50 eine Isolierung einer Hochspannungseinrichtung. The device 100 but may also be part of a detection system or monitoring system for partial discharges in insulation. In this case, the body represents 50 an insulation of a high voltage device.

1C zeigt eine Vorrichtung 101 zum Weiterleiten optischer Signale. Der Vorrichtung 101 ähnelt der in 1B gezeigten Vorrichtung 100, jedoch ist die optische Faser 50 an ihren beiden Enden jeweils mit einem Detektor 20, 21 verbunden. Außerdem hat die optische Faser 10 der Vorrichtung 101 zwei durch erste Faserabschnitte 10a voneinander getrennte zweite Faserabschnitte 10b ₁, 10b ₂. Dieser Aufbau ermöglicht das Ermitteln in welchem der zwei zweiten Faserabschnitte 10b ₁, 10b ₂ zu einem jeweiligen Zeitpunkt ein optisches Signal eingekoppelt wurde. Dazu können Laufzeitdifferenzen der Signale zu den Detektoren 20, 21 an beiden Faserenden herangezogen werden. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel von 1C sind die zweiten Faserabschnitte 10b ₁, 10b ₂ in die Isolierung 50 eingebettet. 1C shows a device 101 for forwarding optical signals. The device 101 resembles the in 1B shown device 100 , however, is the optical fiber 50 at its two ends, each with a detector 20 . 21 connected. In addition, the optical fiber has 10 the device 101 two through first fiber sections 10a separate second fiber sections 10b ₁ , 10b ₂ . This construction allows determining in which of the two second fiber sections 10b ₁ , 10b ₂ at an instant, an optical signal was injected. This can be runtime differences of the signals to the detectors 20 . 21 be used on both fiber ends. In the exemplary embodiment of 1C are the second fiber sections 10b ₁ , 10b ₂ in the insulation 50 embedded.

Wie in 1D für die Vorrichtung 102 dargestellt wird, ist der Detektor 20 bzw. die Detektoren typischerweise mit einer Auswerteeinheit 70 verbunden, die die Anzahl, Intensität, ggf. zusätzlich das Spektrum und wenn möglich die Lokalisierung der Lichtblitze aufzeichnet und daraus einen Schädigungsgrad der Isolierung abschätzen kann. As in 1D for the device 102 is shown is the detector 20 or the detectors typically with an evaluation unit 70 connected, which records the number, intensity, if necessary in addition the spectrum and if possible the localization of the light flashes and can estimate therefrom a degree of damage of the isolation.

Im exemplarischen Ausführungsbeispiel von 1D ist der zweite Faserabschnitte 10b auf der Isolierung 50 angeordnet. In the exemplary embodiment of 1D is the second fiber sections 10b on the insulation 50 arranged.

Wie in den 2A und 2B für die dortigen Vorrichtungen 103 und 104 gezeigt wird, können für ein sogenanntes Multiplexing mehr als zwei zweite Faserabschnitte (Sensorstellen) 10b ₁ bis 10b ₄ pro optischer Faser 10 vorgesehen sein, die durch erste Abschnitte 10a ₁ bis 10a ₆ voneinander und den Faserenden beabstandet sind. As in the 2A and 2 B for the local devices 103 and 104 is shown, for a so-called multiplexing more than two second fiber sections (sensor sites) 10b ₁ to 10b ₄ per optical fiber 10 be provided by the first sections 10a ₁ to 10a ₆ are spaced from each other and the fiber ends.

Das Multiplexing der einzelnen Sensorstellen 10b ₁ bis 10b ₄ entlang der Faser kann über eine „Kodierung“ der Länge des zweiten Faserabschnittes 10b ₁ bis 10b ₄ erfolgen. Die Länge der Abschnitte 10b ₁ bis 10b ₄ bestimmt nämlich auch die Dauer des detektierten Pulses in Abhängigkeit von der Orientierung der Faser 10 zur Quelle der Signale („Lichtblitze“). The multiplexing of the individual sensor locations 10b ₁ to 10b ₄ along the fiber can via a "coding" of the length of the second fiber section 10b ₁ to 10b ₄ done. The length of the sections 10b ₁ to 10b _{4 also} determines the duration of the detected pulse as a function of the orientation of the fiber 10 to the source of the signals ("flashes of light").

Eine weitere Möglichkeit für das Multiplexing ist eine „Kodierung“ bei der z.B. zwei kurze Abschnitte 10b ₁ bis 10b ₄ direkt nebeneinander oder beispielsweise ein kurzer und ein längerer Abschnitt 10b ₁ bis 10b ₄ nebeneinander usw. angeordnet sind, um eine eindeutige Zuordnung zu gewährleisten. Zusätzlich können auch hier relative Laufzeiten bei Detektoren an beiden Faserenden ausgewertet werden. Another possibility for multiplexing is a "coding" in the example of two short sections 10b ₁ to 10b ₄ directly next to each other or for example a short and a longer section 10b ₁ to 10b ₄ side by side, etc. are arranged to ensure a clear assignment. In addition, relative transit times for detectors at both fiber ends can also be evaluated here.

Über die Dauer der detektierten Pulse, die auch vom Einstrahlwinkel zur Faserachse abhängig sein können und die gut messbar sind, wenn der Lichtblitz eine sehr viel kleinere örtliche Ausdehnung hat als der jeweilige Abschnitt 10b ₁ bis 10b ₄ in Faserrichtung, kann ebenfalls auf den Ort des detektierten Signals/Lichtblitzes geschlossen werden. Over the duration of the detected pulses, which may also be dependent on the angle of incidence to the fiber axis and which are well measurable when the flash of light has a much smaller local extent than the respective section 10b ₁ to 10b ₄ in the fiber direction, can also be closed to the location of the detected signal / flash of light.

Bei einer Verwendung zweier Detektoren an beiden Faserenden kann zudem, insbesondere wenn Mie-Streuer als Streuzentren (hohe Direktivität) verwendet werden, auch über das Verhältnis der detektierten optischen Leistungen auf den Ort des detektierten Signals/Lichtblitzes geschlossen werden. When two detectors are used at both fiber ends, in particular when Mie scatterers are used as scattering centers (high directivity), it is also possible to deduce the ratio of the detected optical powers to the location of the detected signal / flash of light.

2C illustriert Schritte eines Verfahrens 1000 zur Signalweiterleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2C illustrates steps of a procedure 1000 for signal forwarding according to an embodiment.

In einem Schritt 1100 wird ein Detektor mit einer optischen Faser gekoppelt. Die optische Faser weist Streuzentren aufweist, wobei die optische Faser in einem ersten Faserabschnitt eine erste Konzentration der Streuzentren aufweist, und wobei die optische Faser in einem zweiten Faserabschnitt eine zweite Konzentration der Streuzentren aufweist, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die erste Konzentration der Streuzentren. Das Koppeln erfolgt derart, dass der erste Faserabschnitt zwischen dem Detektor und dem zweiten Faserabschnitt angeordnet ist. In one step 1100 For example, a detector is coupled to an optical fiber. The optical fiber has scattering centers, the optical fiber having a first concentration of the scattering centers in a first fiber portion, and the optical fiber having a second concentration of the scattering centers at least one order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers in a second fiber portion scattering centers. The coupling takes place in such a way that the first fiber section is arranged between the detector and the second fiber section.

Typischerweise werden die Streuzentren und die zweite Konzentration der Streuzentren derart ausgewählt, dass ein effektiver Streukoeffizient für eine erwartete Wellenlänge des optischen Signals in dem zweiten Faserabschnitt einen Wert von mindestens 10 aufweist, und/oder wobei die zweite Konzentration um mindestens zwei Größenordnungen, bevorzugt um mindestens drei Größenordnungen, über der ersten Konzentration liegt. Typically, the scattering centers and the second concentration of the scattering centers are selected such that an effective scattering coefficient for an expected wavelength of the optical signal in the second fiber section has a value of at least 10 and / or wherein the second concentration is at least two orders of magnitude, preferably at least three orders of magnitude, above the first concentration.

Vor oder nach dem Schritt 1100 kann ein Körper relativ zu dem zweiten Faserabschnitt angeordnet werden so, dass das ein optische Signal vom Körper in den zweiten Faserabschnitt (und umgekehrt) einkoppeln kann. Before or after the step 1100 For example, a body may be arranged relative to the second fiber portion so that it can couple an optical signal from the body into the second fiber portion (and vice versa).

Dieser Schritt kann das Einbetten des zweiten Faserabschnitts in oder das Anordnen des zweiten Faserabschnitts auf eine Isolierung einer Hochspannungsgarnitur oder eines Hochspannungskabels, aber auch das Koppeln einer weiteren optischen Faser mit der optischen Faser umfassen. This step may include embedding the second fiber section in or arranging the second fiber section for isolation of a high voltage cable or cable, but also coupling another optical fiber to the optical fiber.

Vor oder nach dem Schritt 1100 kann eine weitere optische Faser mit der optischen Faser gekoppelt werden. Die weitere optische Faser hat in einem ersten Faserabschnitt eine dritte Konzentration der Streuzentren, wobei die weitere optische Faser in einem vierten Faserabschnitt eine vierte Konzentration der Streuzentren hat, die um mindestens eine Größenordnung höher ist als die dritte Konzentration der Streuzentren, und wobei der zweite Faserabschnitt der weiteren optischen Faser mit dem zweiten Faserabschnitt der optischen Faser optisch gekoppelt wird. Before or after the step 1100 For example, another optical fiber may be coupled to the optical fiber. The further optical fiber has a third concentration of the scattering centers in a first fiber section, the further optical fiber having in a fourth fiber section a fourth concentration of the scattering centers which is at least an order of magnitude higher than the third concentration of the scattering centers, and wherein the second fiber section the further optical fiber is optically coupled to the second fiber section of the optical fiber.

In einem Schritt 1200 trifft eines optischen Signals von außen auf den zweiten Faserabschnitt. In one step 1200 meets an optical signal from the outside onto the second fiber section.

In einem Schritt 1300 wird ein an den Streuzentren des zweiten Faserabschnitts gestreuter Anteils des optischen Signals durch die optische Faser zu dem Detektor weitergeleitet. In one step 1300 For example, a portion of the optical signal scattered at the scattering centers of the second fiber portion is passed through the optical fiber to the detector.

Dort kann der weitergeleitete Anteil des optischen Signals mit dem Detektor verstärkt und/oder nachgewiesen werden. There, the forwarded portion of the optical signal can be amplified and / or detected with the detector.

Wenn die optische Faser mehrere voneinander beabstandete zweite Faserabschnitte aufweist, kann das Verfahren 1000 auch einen Schritt des Ermittelns desjenigen der zweiten Faserabschnitte umfassen, in den das optische Signal gekoppelt ist. If the optical fiber has a plurality of spaced-apart second fiber sections, the method can 1000 also comprise a step of determining that of the second fiber sections in which the optical signal is coupled.

Außerdem kann ein Anzahl bzw. ein summierte Intensität des detektierten optischen Signals als Maß für eine Veränderung (Alterung) der Isolierung ausgewertet werden. In addition, a number or a summed intensity of the detected optical signal can be evaluated as a measure of a change (aging) of the insulation.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollen keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden. Insbesondere können einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele in andere Ausführungsformen übernommen werden oder verschiedene Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, solange sich die kombinierten Merkmale nicht technisch bedingt gegenseitig ausschließen. The present invention has been explained with reference to exemplary embodiments. These embodiments should by no means be understood as limiting the present invention. In particular, individual features of the various embodiments may be incorporated into other embodiments or different embodiments may be combined with each other as long as the combined features are not mutually exclusive for technical reasons.

Claims

A method of signal routing, comprising: - coupling a detector ( 20 ) with an optical fiber ( 10 ), the scattering centers ( 15 ), wherein the optical fiber ( 10 ) in a first fiber section ( 10a ) a first concentration of the scattering centers ( 15 ), and wherein the optical fiber ( 10 ) in a second fiber section ( 10b ) a second concentration of the scattering centers ( 15 ), which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers ( 15 ), wherein the coupling takes place in such a way that the first fiber section ( 10a ) between the detector ( 20 ) and the second fiber section ( 10b ) is arranged; - Impact of an optical signal from the outside on the second fiber section ( 10b ); and - forwarding one to the scattering centers ( 15 ) of the second fiber section ( 10b ) scattered portion of the optical signal through the optical fiber ( 10 ) to the detector ( 20 ).

Method according to claim 1, further comprising: arranging a body ( 50 ) relative to the second fiber section (FIG. 10b ) such that the optical signal from the body ( 50 ) in the second fiber section ( 10b ) can couple; Embedding the second fiber section ( 10b ) in an insulation of a high voltage cable or in an insulation of a high voltage cable; Arranging the second fiber section ( 10b ) on an insulation of a high voltage cable or on an insulation of a high voltage cable; Coupling a further optical fiber to the optical fiber ( 10 ), wherein the further optical fiber in a first fiber section has a third concentration of the scattering centers ( 15 ), wherein the further optical fiber in a fourth fiber section has a fourth concentration of the scattering centers ( 15 ), which is at least an order of magnitude higher than the third concentration of the scattering centers ( 15 ), and wherein the second fiber section of the further optical fiber with the second fiber section ( 10b ) of the optical fiber ( 10 ) is coupled; and / or - detecting a forwarded portion of the optical signal with the detector ( 20 ).

The method of claim 2, wherein disposing the body comprises embedding the second fiber section (10). 10b ) in the body ( 50 ), a sticking of the body ( 50 ) with the second fiber section ( 10b ) and / or the pressing together of second fiber section ( 10b ) and a surface of the body ( 50 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein the optical fiber ( 10 ) two spaced apart second fiber sections ( 10b _1-4 ) with the second concentration of scattering centers ( 15 ), further comprising determining that of the two second fiber sections ( 10b _1-4 ) to which the optical signal has hit.

Method according to claim 4, wherein the optical fiber ( 10 ) with two detectors ( 20 . 21 ) is coupled to the optical signal, and wherein the determination of that of the two second fiber sections ( 10b _1-4 ) encountered by the optical signal, determining a temporal order of the arrival of the scattered portion of the optical signal at the two detectors (FIG. 20 . 21 ) and / or determining a respective power or energy of the scattered portion of the optical signal with the two detectors ( 20 . 21 ).

Method according to claim 4 or 5, wherein the two second fiber sections ( 10b _1-4 ) have a different extent in the fiber direction, further comprising measuring a pulse duration of the scattered portion of the optical signal.

Method according to one of the preceding claims, wherein the scattering centers ( 15 ) and the second concentration of the scattering centers ( 15 ) are selected such that an effective scattering coefficient for an expected wavelength of the optical signal in the second fiber section (FIG. 10b ) a value of at least 10 and / or wherein the second concentration is at least two orders of magnitude, preferably at least three orders of magnitude, above the first concentration.

Contraption ( 100 - 104 ), comprising: - an optical fiber ( 10 ), comprising scattering centers ( 15 ), wherein the optical fiber ( 10 ) in a first fiber section ( 10a ) a first concentration of the scattering centers ( 15 ), and wherein the optical fiber ( 10 ) in a second fiber section ( 10b ) a second concentration of the scattering centers ( 15 ), which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers ( 15 ); - a body ( 50 ), which in such a way with the second fiber section ( 10b coupled) that out of the body ( 50 ) exiting optical signals from outside the optical fiber ( 10 ) to the second fiber section ( 10b ) and at the scattering centers ( 15 ) in the second fiber section ( 10b ) can be scattered; and - one with the first fiber section ( 10a ) coupled detector ( 20 ) for the at the scattering centers ( 15 ) in the second fiber section ( 10b ) scattered optical signals.

Contraption ( 100 - 104 ) according to claim 8, wherein the optical fiber ( 10 ) is a multimode glass fiber or a multimode polymer fiber, and / or wherein the device forms at least part of a data transmission system in which the body ( 50 ) is formed by a further optical fiber, wherein the further optical fiber in a first fiber section, a third concentration of the scattering centers ( 15 ), wherein the further optical fiber in a fourth fiber section has a fourth concentration of the scattering centers ( 15 ), which is at least an order of magnitude higher than the third concentration of the scattering centers ( 15 ), and wherein the second fiber section of the further optical fiber with the second fiber section ( 10b ) of the optical fiber ( 10 ) is coupled.

Contraption ( 100 - 104 ) according to claim 8 or 9, wherein the optical fiber ( 10 ) a fiber core ( 11 ) and one the fiber core ( 11 ) surrounding coat ( 12 ), and wherein the second concentration in the fiber core ( 11 ) of the second fiber section ( 10b ) is at least one order of magnitude higher than the first concentration in the fiber core ( 11 ) of the first fiber section ( 10a ) and / or as a concentration of the scattering centers ( 15 ) for the optical signals in the jacket ( 12 ).

Contraption ( 100 - 104 ) according to one of claims 8 to 10, wherein the scattering centers ( 15 ) Mie scatterers for the optical signals are.

Contraption ( 100 - 104 ) according to one of claims 8 to 11, wherein the optical fiber ( 10 ) two spaced apart second fiber sections ( 10b _1-4 ), further comprising one with the optical fiber ( 10 ) coupled further detector ( 21 ) and an evaluation unit ( 70 ) connected to the detector ( 20 ) and the further detector ( 21 ) and is arranged to determine in which of the two second fiber sections ( 10b _1-4 ) an optical signal was injected.

Detection system comprising a device ( 100 - 104 ) according to any one of claims 8-11, wherein the body ( 50 ) is formed by the insulation of a high-voltage fitting or an insulation of a high-voltage cable, further comprising one with the detector ( 20 ) associated evaluation unit ( 70 ), which is adapted to monitor the occurrence of light pulses in the insulation, and / or to determine a degree of damage of the insulation on the basis of the light pulses.

Use of an optical fiber ( 10 ) for transmitting light pulses generated in an insulation, in particular light pulses that are caused by a partial electrical discharge in the insulation, or for transmitting optical signals in a communication network, wherein the optical fiber ( 10 ) in a first fiber section ( 10a ) a first concentration of scattering centers ( 15 ) for the optical signals, and wherein the optical fiber ( 10 ) in a second fiber section ( 10b ) a second concentration of the scattering centers ( 15 ), which is at least an order of magnitude higher than the first concentration of the scattering centers ( 15 ).

Use of an optical fiber ( 10 ) with a fiber core ( 11 ) and one the fiber core ( 11 ) surrounding coat ( 12 ) for forwarding optical signals in the fiber core ( 11 ), wherein the optical signals from the outside on the jacket ( 12 ) in a fiber section ( 10b ) of the optical fiber ( 10 ), in which the fiber core ( 11 ) Scattering centers ( 15 ) for the optical signals having a concentration which is at least a factor of 10, preferably at least a factor of 100, higher than a concentration of the scattering centers (US Pat. 15 ) in the coat ( 12 ) and as a concentration of the scattering centers ( 15 ) in the fiber core ( 11 ) in an adjacent fiber section ( 10a ) of the optical fiber ( 10 ).