DE1908153A1

DE1908153A1 - Faser-optisches Lichtleitersystem

Info

Publication number: DE1908153A1
Application number: DE19691908153
Authority: DE
Inventors: Leete Bernard Denison
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1969-09-11
Also published as: DE1908153C2; SE363012B; CA944028A; GB1246412A; US3541341A; FR2002332A1

Description

Die Erfindung ganz allgemein bezieht sich auf eine Signalüber- ■ tragungsanordnung unter Verwendung faser-optis'cher Lichtleiter. Insbesondere betrifft die Erfindung ein faser-optisches Lichtleitersystem zur übertragung von Steuerimpulsen, das bei der Steuerung bzw. Regelung von Hochspannungssystemen verwendbar ist.

Eine einfache Form eines Signalübertragungssystemsist bereits ein elektrischer Leiter, der zwischen einen Eingang und einen Ausgang geschaltet ist. Ein derartiges System ist jedoch nicht für alle Anwendungen zufriedenstellend. Häufig ist es wünschenswert, daß zwischen einem Eingang und einem Ausgang eines Signalübertragungssystems eine gewisse. Trennung besteht, so daß Veränderungen

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am Ausgang nicht-zum Eingang reflektiert werden (Rückkopplung), oder es soll zwischen dem Ausgang und dem Eingang eine elektrische Isolierung geschaffen werden, um extrem hohen Spannungsdifferenzen standzuhalten. Für diesen Zwe.ck werden oft Transformatoren, verwendet, aber die bei einem Transformator bestehende magnetische Kopplung ist nicht für alle Anwendungsfälle befriedigend. Beispielsweise neigt die mit einem Transformator verbundene Streuinduktivität dazu, dessen Einschwingzeiten zu erhöhen, und eine gewisse Rückkopplung von dem Ausgang zu dem Eingang eines Transformators ist meistens unvermeidbar. Weiterhin können die Kosten für Hochspannungstransformatoren übermäßig hoch sein.

Ein Weg zur Überwindung dieser Nachteile einer elektrischen oder magnetischen Kopplung in einem Signalilbertragungssystem besteht in der Verwendung einer optischen Verbindung in diesem System. Die durch eine optische Verbindung in einem Signalübertragungssystem gewährte Isolierung zwischen dem Eingang und dem Ausgang ist vollständig, weil der Eingang und der Ausgang elektrisch getrennt sind. Weiterhin beinhaltet eine optische Verbindung keine der Streuinduktivität eines Transformators analogen natürlichen Begrenzungen der Einschwinggeschwindigkeit. Deshalb ist eine Kopplung zwischen Eingängen und Ausgängen auch bei sehr verschiedenen elektrischen Potentialen und . über einen Frequenzbereich möglich, wenn eine optische Verbindung verwendet wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein'Regeloder Steuersignalübeirtragungssystem unter Verwendung einer zweckmäßigen optischen Verbindung zu schaffen, um für eine reduMante fäser-optische Lichtleiterverbindung zu sorgen, in der zwei Quellen jeden oder mehrere optische Empfänger bestrahlen. Die Erfindung beinhaltet weiterhin eine faser-öptische Lichtleiterverbindung in einem Signalübertragungssystemj in dem Kontrollmittel vorgesehen sind, um zahlreiche optische Quellen bezüglich ihres Ausfalles zu überwachen.

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Die Erfindung wird nun anhand der folgenden,Beschreibung und der Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert*

Figur 1 ist eine graphische Darstellung eines -Signalübertragungs-'

Systems und zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung. ·

Figur 2 ist eine ähnliche Darstellung einer anderen Ausführungsform des Systems.

Figur 3 zeigt eine weitere Lichtleiteranordnung, die Mittel zur Überwachung des Betriebes des optischen Weges umfaßt.

Figur 4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung·redundanter Lichtstrahler und eines Lichtempfärigers, der in einer praktischen Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendbar ist.

Figur 5 ist eine De.tailzeichnung eines Endes des optischen Signalübertragungssystems.

Wie in Figur 1 dargestellt ist, werden diskrete elektrische Eingangssignale über eine Klemme 1 zu einer Lichtquelle geleitet, · die zwei gleiche Wandler 2 und 3 enthält, die Elektrizität in Licht umwandeln» Die redundanten Wandler 2 und 3 emittieren nach Empfang eines Eingangssignales gleichzeitig Strahlungsenergie (Licht), und diese Strahlung oder das Licht fällt auf Kopfstücke 4 und 5 aus zahlreichen optischen Fasern. Bündel paralleler optischer Fasern bilden langgestreckte Lichtleiter (Schläuche) 6,7 und 8, die das Licht von der gemeinsamen Quelle zu getrennten lichtelektrischen Wandlern (Empfängern) 9s 10 und 11 übertragen, die wiederum die Lichtimpulse in elektrische Signale umwandeln, die dann als Ausgangssignale an entfernt gelegenen Polen 12, 13 und 14 zur Verfügung stehen. Obwohl dieses SyBtem eine allgemeine Verwendbarkeit besitzt, ist es besonders gut für die überträgung simultaner Lichtsignale von dem gemeinsamen Ausgangspunkt

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1, 2, 3 zu verschiedenen Stufen einer elektrischen Festkörperröhre geeignet. ■".-."-

Die in Figur 1 gezeigten Lichtquellen 2 und 3 können.beliebige Geräte sein, die Strahlung emittieren., wenn sie elektrisch erregt werden. Obwohl auch andere Formen von Strahlungsenergie, wie z.· B. Mikrowellen in die Betrachtungen einbezogen sind, so wird gegenwärtig die Verwendung von Licht bevorzugt, das entweder in den sichtbaren oder den unsichtbaren Teilen des Spektrums liegen kann. Für diesen Zweck sind, lichtemittierende Dioden, die aus Galliumarsenid oder Gallium-Arsenid-Phosphid hergestellt sind, als brauchbar befunden worden. Wenn Galliumarsenid-Dioden benutzt werden, ist das durch die Lichtquelle emittierte Licht eine unsichtbare Strahlung in einem schmalen Band in der Nähe des infraroten Bereiches. Im allgemeinen wird eine Lichtquelle, die eine Strahlung emittiert, welche durch das bestimmte, verwendete übertra-: gungsmedium für die Strahlungsenergie gut transportiert wird, und ein entsprechender lichtelektrischer Wandler (wie z. B-, ein Fototransistor) gewählt, der gegenüber der gleichen Strahlung empfindlich ist. Vorzugsweise enthalten die Strahlungsenergiewege zwischen den entsprechenden Strahlern .und den Empfängern Leiter für elektromagnetische Wellen wie z. B. die in Figur1 gezeigten Lichtschläuche 6, 7 und 8.

Jeder der dargestellten Lichtschläuche enthält einen Satz von wenigstens zwei parallelen optischen Fasern 28. Der Begriff "optisch", wie er hier verwendet wird, soll nicht nur sichtbares Lichir einschließen. Optische Fasern sowohl, für sichtbares als auch unsichtbares Licht sind in der Technik allgemein be- · kannt, und sie können ,aus Glas oder einem geeigneten Kunststoff hergestellt sein. Jede Faser ist mit einem transparenten Material überzogen, dessen Brechungsindex kleiner ist als derjenige des Kernmaterials der Faser, so daß sich das Licht durch die inneren Reflexionen von dem Überzug in einem Zickzackweg durch den transparenten Kern einer jeden Faser hindurchbewegt. Eine Reihe dieser optischen Fasern wird beliebig in einer gemeinsamen Hülle oder Ununantelung gebündelt^ Qimg(U« jeweiligen Licht schläuche 6, 7 und

8 zu bilden. Die durch jeden Lichtleiter übertragene Lichtmenge ist eine Punktion der Anzahl und der Kernflächen der gebildeten Fasern, der Intensität der Lichtquelle und der Verlustziffern des Lichtleiters. ■

Im Interesse der Betriebssicherheit ist ein Überschuß (Redundanz) erwünscht. Dieser wird gemäß Figur 1 dadurch erhalten, daß das Eingangsende der Lichtleiter in einzelne optische Fasern.28 aufgeteilt wird und diese optischen Fasern gekreuzt und zu neuen Gruppierungen wieder vereinigt werden, um Kopfstücke 4 und 5 zu bilden, die jeweils durch eine getrennte Quelle bestrahlt werden. Durch die Kapsel 15 in Figur 1 soll darauf hingewiesen sein, daß der Lichtstrahler 2 mit den Eingangsenden etwa der Hälfte der optischen Fasern 28 von jedem der Lichtschläuche 6, 7 und 8 verbunden ist, während der Lichtstrahler 3 mit den Eingangsenden der übrigen optischen Fasern, zusammengeschlossen ist. In diesem Falle kann eine Quelle für die halbe Bestrahlung an jedem lichtelektrischen Wandler sorgen und die andere Quelle versorgt die andere Hälfte. Selbstverständlich können mehr als zwei Quellen und Kopfstücke verwendet werden und desgleichen mehr oder weniger als drei Lichtschläuche. Dies hängt von der Anzahl der gewünschten .getrennten Ausgangssignale ab. Im allgemeinen sind die optischen Fasern der Lichtleiter in der Weise getrennt und wiedervereinigt, daß jedes der Kopfstücke eine etwa gleiche Anzahl der optischen Fasern von allen und jedem Lichtleiter enthält. Wenn die Bestrahlungsfläche der Quelle nicht ganz einheitlich ist, ist es. wünschenswert, daß die Fasergruppen in beliebiger Weise zusammengebündelt werden, um eine ausgeglichenere Verteilung des Lichtes zu erhalten. Wenn bei einer derartigen redundanten Anordnung eine Quelle ausfällt, empfängt jeder Empfänger weiterhin Licht, selbst wenn nur etwa die Hälfte der vorher bestehenden optischen Brennstärke vorhanden ist. Der Empfangsteil des Systems ist so ausgelegt, daß weniger als die Hälfte der normalen, optischen Brennstärke für den Betrieb ausreichend ist.

Die Kreuzung und Wiedervereinigung der optischen Fasern wird in einer Kapsel 15 vorgenommen, die innen mit einem geeigneten Ma-

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terial vergossen ist, um die Fasern in ihrer Lage zu halten und sie gegen Beschädigung zu schützen. Bei Glasfasern können geeignete Epoxykunstharze verwendet werden, aber bei plastischen Lichtleitern, die bereits an Ort und Stelle mit einer äußeren Umman- telung hergestellt werden, ist es vorzuziehen, ein Vergußmaterial mit einem geringeren Brechungsindex als dem des.Faserkernes zu verwenden. Lichtdurchlässiges Silikongummi weist diesen niedrigen Brechungsindex auf, so daß es im allgemeinen für diesen ■ Zweck geeignet ist, aber es können auch andere Materialien- geeignet sein. Es besteht die Möglichkeit, daß beim Entfernen der I. äußeren Ummantelung von den Lichtleitern vor der Trennung der einzelnen optischen Fasern der metallische Überzug auf einigen der Fasern beschädigt werden könnte, so daß dadurch Abschnitte ' für Lichtverluste oder Absorption entstehen. Die "Verwendung einer transparenten oder lichtdurchlässigen Silikongummizusammensetzung für die Auskleidung mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der des Kernmaterials der optischen Fasern, neigt dazu, irgendeine durch den Faserüberzug herbeigeführte Beschädigung zu reparieren, indem diese die Funktion Irgendeiner Umhüllung übernimmt, die abgestreift worden sein könnte.

Eine erweiterte Form optischer Redundanz ist in Figur 2 gezeigt, . wo elektrische Signale an zwei getrennten Ausgangsklemmen 12 und 13 in Abhängigkeit von Licht erzeugt werden, das nach Empfang eines elektrischen Eingangssignales an der gemeinsamen Eingangsklemme 1 durch einen der beiden Lichtstrahler 2 und 3 zugeführt wird. Es ist ersichtlich, daß jede Empfangsstelle in¹Figur 2 redundante lichtelektrische Wandler aufweist, die auf entspre- ■ chende Weise mit den Ausgangsenden der Lichtwege verbunden, sind, welche mit den zwei Strahlern gekoppelt sind. Somit kann das ■Ausgangssignal bei 12 entweder durch einen Wandler 9 in Abhängigkeit von Licht erzeugt werden, das von dem Strahler 2 über einen ersten Weg 6 a mit wenigstens einer optischen Faser zugeführt wird, oder durch einen gleichen Wandler 9' in Abhängig- ^" keit von Licht, das von dem dazugehörigen Strahler 3 über einen.'"-_: redundanten Weg 7 a mit wenigstens einer optischen Faser zuge-

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leitet wird. Auf ähnliche Weise kann das Ausgangssignal bei 13 entweder durch einen Wandler 10 nach Empfang von Licht von dem Strahler 2 über einen dritten Weg 6 b oder durch einen gleichen Wandler 10* erzeugt werden, der auf Licht anspricht, das über einen vierten Weg 7 b durch den Strahler 3 zugeführt wird. Das Faserbündel mit den ersten und dritten Wegen 6 a und 6 b kann sich, in der Nähe ihrer Eingänge oder der Quellenenden eine gemeinsame Ummantelung teilen und dadurch einen verzweigten Lichtschlauch bilden, der von dem Strahler 2 ausgeht. Die zweiten und vierten Wege 7 a und 7 b können auf ähnliche Weise einen von dem Strahler 3 ausgehenden verzweigten Lichtschlauch enthalten.

Bei einem redundanten fieberoptischen Lichtleitersystem kann ein Teil des Systems ohne Verlust der Vollständigkeit ausfallen.Wenn z. B. einer der Lichtleiter 2 oder 3 nicht mehr richtig arbeiten würde, so kann das System weiterhin Licht von der gemeinsamen Quelle an alle Empfangsstellen liefern. Falls ein derartiger Fehler nicht sofort festgestellt und korrigiert wird, so widerspricht dies dem Zweck eines redundanten Systems. Zur Überwachung von unnormalen Bedingungen dieser Art sind Überwachungsmittel erwünscht. Eine Anordnung zur Betriebsüberwachung der Lichtquelle ist in Figur 1 gezeigt. In dieser Anordnung befindet sich ein Fotosensor 16 in der Nähe des Lichtstrahlers 2, um auf diese Weise dessen Betrieb zu überwachen. Dieser Sensor ist in der Weise angeordnet, daß er Streulicht von dem zugehörigen Strahler aufnimmt, ohne den-Hauptstrahl des in den Lichtleiterkopf 4 eintrer tenden Lichtes zu stören, der in der Nähe angeordnet ist". Es könnte auch gegenüber einem jeden Lichtstrahler ein Prisma angeordnet werden, um das Streulicht auf den Fotosensor zu richten. Wenn der Fotosensor 16 durch Licht von dem Strahler 2 aktiviert wird, erzeugt der Sensor ein Ausgangssignal, das durch einen Verstärker 17 verstärkt wird, der wiederum eine Anzeigelampe 18 betätigt. Idealerweise ist die Empfindlichkeit des Verstärkers so eingestellt, daß die Anzeigelampe normalerwiese leuchtet und immer dann verlöscht, wenn die durch die Quelle 2 emittierte Licht-

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intensität auf einen Wert fällt, der kurz oberhalb des für einen richtigen Betrieb der Empfänger erforderlichen Wertes liegt/ wenn sie nur von diesem einen Strahler gespeist werden. Somit _v; kann der Monitor graduelle Störungen und ebenso gut-katastrophale. Ausfälle einer Lichtquelle feststellen. Bei Verlöschen eines Mo-^ ; nitorlichtes ist angezeigt, daß die entsprechende Lichtquelle nicht in der Lage sein könnte, den Betrieb des Systems im'Falle eines Fehlers des anderen Lichtstrahlers aufrechterhalten zukönnen und daß deshalb eine Korrektur erforderlich ist. Andererseits könnte die Monitorlampe 18 in der Weise· angeordnet sein, daß sie aufleuchtet, um einen Fehler anzuzeigen. In diesem Fall könnte jedoch ein Fehler der Anzeige selbst oder des zugehörigen Verstärkers oder des Detektors 16 zur Folge haben, daß ein Fehler der Lichtquelle 2 nicht angezeigt werden kann. Bei der erstge- ^; nannten Anordnung weist das Verlöschen der Monitorlampe auf die Notwendigkeit einer Korrektur hin. Es kann dann bestimmt werden, ob eine Reparatur der Lichtquelle oder des Monitorsystems erforderlich ist. -.--.'.- "■"'-■-

In der Praxis wird der Lichtstrahler 3 in der gleichen Weise überwacht werden wie Strahler 2. Um «jedoch eine andere Anordnung zur überwachung des Betriebes der Lichtquelle darzustellen, ist.V in Verbindung mit dem zweiten Strahler 3 in Figur 1 ein anderes System gezeigt. Dieses System setzt.die Verwendung sichtbaren _ Lichtes voraus. Es enthält einen Lichthilfsleiter 19 mit einem Eingang, der in der Nähe des Kopfstückes5 angeordnetist, und mit einem Ausgang, der in eine Linse 20 an einer entfernten Stelle mündet, wo der Lichtverlust infolge eines Ausfalles des Strahlers 3 auf passende Weise wahrgenommen werden kann. Wie in Figur 2 gezeigt ist, können beide vorgenannten Anordnungen zur Lichtüberwachung statt in der Nähe der entsprechenden Eingangäendeh. der Schläuche mit dem System auch in der Nähe der Ausgängsenderi der Lichtschläuche 6, 7 etc. verbunden werden, so daß:dadurch die Funktionsfähigkeit der primären Lichtwege und ebenso der Lichtstrahler 2 und 3 überwacht wird.

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In Figur 3 ist ein Paar Lichthilfsleiter 1$ a und 19 b mit optischen Fasern 22 und 23 ersichtlich, deren Eingänge in den Kopfstücken V bzw. 5¹ neben den Eingangsenden der verschiedenen optischen Fasern 28 angeordnet sind, die in jedem der Signalübertragungs-Lichtschläuche 6¹, 7¹ und 8' enthalten sind. Der Ausgang eines jeden Hilfsleiters 19 a und 19 b ist mit einem entfernt gelegenen Überwachungssensor verbunden, der entweder eine Kombination aus Sensor, Verstärker und Anzeige oder einfach eine Linse umfassen kann, wie es bereits 'vorstehend beschreiben worden ist." Wenn übliche, im Handel erhältliche Lichtleiter verwendet werden, enthält jeder Monitorzweig 19 a, 19 b die gleiche Anzahl Fasern, wie jeder der Hauptschläuche 6¹, 7' und 8'; idealerweise wird aber nur die Hälfte der Fasern verwendet und die andere Hälfte wird abgeschnitten oder am Quellenende in Dunkelheit abgeschlossen, um die Zahl der Lichtwege in jedem Hauptschlauch zu simulieren, der durch jeden Lichtstrahler beleuchtet ist. Auch die Länge des Monitorζweiges kann zur Simulation der Funktion eines HauptlichtSchlauches eingestellt werden, wenn er lediglich von einer Hälfte der Lichtquelle betrieben wird. Dadurch wird die Funktion des Monitors sinnvoller gemacht und die überwachung gewisser Arten einer Störung optischer übertragung und ebenso von Mangelnder optischen Quelle ermöglicht.

In einer.praktischen Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung besaßen die Steuerimpulse, die der Eingangsklemme 1 des gezeigten Übertragungssystems zugeführt wurden, die Form sich schnell wiederholender (60 Hertz) elektrischer Signale, die eine sehr kurze Dauer besaßen. Die Elektrizität in Licht umformenden Wandler waren so angeordnet, daß sie ausgeprägte Spitzen sichtbaren Lichtes in Abhängigkeit von diesen Impulsen erzeugten. Dennoch reichte die durchschnittliche Intensität der entstandenen Lichtimpulse, die durch die Strahler 2 und 3 eingespeist wurden, nicht aus, um durch das bei 19, 20 in Figur 1 gezeigte direkte Monitorsystem sicher erfaßt zu werden. Zur Lösung dieses Problems wird für eine Anordnung zur Erzeugung einer Grundbestrahlung relativ

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kleiner Leistung gesorgt, um die Lichtstrahler kontinuierlich zu erregen, so daß jeder Strahler normalerweise Licht zuführt, das obwohl es relativ schwach ist, zu Überwachungszwecken visuell wahrnehmbar ist. Auf den Empfang jedes Eingangssignales wird ein kurzer Li-chtimpuis von wesentlich größerer Intensität (z. B. 100-mal heller) ausgestrahlt, und die Lichtempfänger 9, 10 und 11, die normalerwiese ruhend sind', erzeugen in Abhängigkeit hiervon ihre entsprechenden Ausgangssignale. Eine Anorndung, die dieses'Merkmal der Erfindung berücksichtigt, ist in Figur 4 dargestellt.

In Figur 4 ist die lichtemittierende Anordnung am Quellenende des Signalübertragungssystems mit zwei lichtemittierenden Dioden.31 und 32 dargestellt, die den Lichtquellen 2 und 3 gemäß Figur 1 und 2 entsprechen. Beide werden kontinuierlich durch einen relativ geringen Grundstrom von irgendeiner geeigneten Gleichstromquelle, wie z. B-. der dargestellten Batterie 33» gespeist, die in Reihe mit einer Diode 34 und einem Ohmschen Widerstand 35 parallel zu jeder Diode liegt. Während diese allein durch den-Grundstrom gespeist werden, führt jede Diode 31 und 32 den zugehörigen Lichtwegen.und Monitoren des Systems (sieheFigur 1 und 2) schwaches Licht zu. Jede Diode kann aber ihre Lichtintensität stark erhöhen, wenn sie kurz durch einen Strom übersteuert wird, der aus der Entladung eines Kondensators 36 stammt, mit dem beide Dioden verbunden sind. Der Kondensator 36 wird durch eine geeignete Quelle .: für die Steuerleistung (nicht gezeigt) geladen, und seine Entladung über die Dioden 31 und 32 wird durch Einschalten eines dazwischen angeordneten Schalters 37 getriggert. Vorzugsweise enthält der Schalter 37 einen Thyristor oder einen steuerbaren Siliciumgleichrichter, der durch die Folge elektrischer Steuerimpulse periodisch geschlossen wird, die der Eingangsklemme I zugeführt werden. Aufgrund der kurzen Dauer des wiederkehrenden Entladungsstromes des Kondensators werden die Dioden 31 und 32 nicht überhitzt. Ein richtiger Betrieb dieser Anordnung zur Übersteuerung der lichtemittierenden Dioden kann durch eine Neonröhre 38 oder •ein ähnliches Element überwacht werden, das in Reihe mit einem Widerstand 39 parallel zu dem Kondensator .36 geschaltet wird. eben beschriebene Technik mit einem kleinen Grundstrom erhöht'S

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nicht nur die Sichtbarkeit des Lichtes, das durch die zwei Dioden 31 und 32 emittiert wird und dadurch die Überwachungsfunktion Unterstützt, sondern sie erlaubt auch einem Operateur, diese Elemente auf ihre Einsatzbereitschaft zu prüfen, bevor die Steuerimpulse der Klemme 1 tatsächlich zugeführt werden. Mit diesem letztgenannten Vorteil wird dieses Verfahren bei Systemen verwendbar', die Strahlungsenergie nicht als sichtbares Licht übertragen. In diesem Falle würde die Überwachungsfunktion von der ursprünglich beschriebenen Kombination aus einem Sensor, einem Verstärker und einer Anzeige übernommen werden=

Figur 4 zeigt weiterhin einen typischen lichtelektrischen Wandler, der in Verbindung mit der gemeinsamen, oben beschriebenen Lichtquelle 31, 32 verwendet werden kann. Das Licht von einem zugehörigen Lichtweg (nicht gezeigt) trifft auf ein lichtempfindliches Element 26, das nur als Beispiel als ein durch Licht erregter steuerbarer Siliciumgleichrichter dargestellt ist, für das aber auch ein Fototransistor oder ein ähnliches Element verwendet werden kann. Dieses Element ist in Reihe mit einem Puls transformator 4.1 parallel zu einem Kondensator .42 geschaltet, der durch eine geeignete Steuerleistungsquelle geladen wird. Wenn das Element 26 durch einen Lichtimpuls hoher Intensität erregt wird, beginnt es einen beträchtlichen Emitterstrom zu. führen, und daraufhin kann sich der Kondensator 42 über den Transformator 41 entladen, dessen Ausgangwicklung folglich erregt wird. Zwischen die Basis und den Emitter des Elementes 26 ist ein Widerstand 43 geschaltet und parallel hierzu liegt eine Drossel 44.Die Drossel schaltet der Basis-Emitter-übergangszone des Elementes 26 einen Zweig niedriger Impedanz für einen stetigen Strom parallel, der durch das Umgebungslicht erzeugt wird. Dadurch ist dieses Element normalerweise ruhend und arbeitet nur als Reaktion auf einen abrupten Anstieg der Intensität des empfangenen Lichtes. Es besteht aber auch die Möglichkeit, andere Mittel zu verwenden, wie z. B. eine kapazitive Kopplung zwischen dem durch Licht erregten Element 26 und einer Ausgangsstufe, um einen Betrieb des Empfängers als Reaktion auf schwaches Licht zu vermeiden, das normalerweise durch die Lichtquellen 31 und 32 emittiert wird. Es ist einleuchtend, daß in einer Empfangsstelle, wie der in Figur 2 bei 9 und

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gezeigten, dem durch Licht erregbaren Element 26 gemäß Figur M ;; ein gleiches Element elektrisch parallel geschaltet werden kann, dem Licht von einem getrennten Lichtleiter zugeführt wird.

Wie aus Figur 5 zu entnehmen ist, kann für einen leichten Ausbau eines Lichtleiters aus dem lichtelektrischen Wandler an einem seiner beiden Enden das. Kopfstück eines jeden Lichtschlauches innerhalb eines Verbindungssteckers 24 befestigt sein. Dieser Stecker ist. auf geeignete Weise an dem Ende des LichtSchlauches·angebracht, damit er dessen Kopfstück konzentrisch umgibt; die freiliegende Oberfläche des Kopfstückes muß optisch sauber und unbeschädigt sein. In eine passende Fassung 25 ist ein lichtelektrischer Wandler eingepaßt, so daß die Lichtleiterspitze und der Wandler iri einer richtigen physikalischen Lage zueinander liegen, wenn' der' Stecker und die Fassung zusammengefügt sind. Als Beispiel zeigt Figur 5 das Ausgangsende eines Lichtschlauches und deshalb ist der ausgesparte Wandler in der damit zusammenwirkenden Fassung 25 symbolisch als ein Element 26 dargestellt, das die Aufgabe hat, das Licht aus dem zugehörigen Lichtschlauch in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln. Hierfür können verschiedene Arten üblicher Stecker und Fassungen verwendet werden. Normale HF-Verbindungsstecker und Fassungen sind als brauchbar befunden worden, damit sichergestellt ist, daß die Verbindung leicht, fest und' luftdicht ist, um Fremdkörper und Feuchtigkeit aus der kurzen Länge des durch die Luft führenden Lichtweges fernzuhalten·.

In Figur 5 ist gezeigt, daß die äußere Ummantelung 2f ides Lichfschlauches auf einem Teil des Lichtleiters in der Nähe dessen Ende entfernt ist, so daß das Bündel der einzelnen optischen Fasern 28 einen innigen Kontakt mit dem Metall des Verb'indungssteckers 24 bekommt. In Hochspannungsanlagen besteht die Möglichkeil;,' daß sich die Gesamtpotentialdifferenz zwischen den Eingangs— und Ausgangsenden eines langen Lichtleiters an einem (oder beide'h) seiner Enden konzentriert und zu einem unerwünscht hohen^ Spannungsabfall über der dünnen Masse des Umhüllungsmaterials führt, wo es mit dem MetallBtecker in Berührung kommen würde. Diese Möglich-

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keit kann entstehen, da das Material der Ummantelung sehr wahrscheinlich einen wesentlich höheren spezifischen elektrischen , Widerstand besitzt als das Bündel der optischen Pasern 28. Die hohe elektrische Beanspruchung an diesem Punkt würde eine relativ schnelle Zerstörung des Lichtleiters und/oder einen Funkenüberschlag zur Folge haben. Die Entfernung des Ummantelungsmaterials von dem Lichtleiter vor dem Einsetzen in die Passung," wobei ein direkter. Kontakt zwischen, den optischen Pasern und dem Metall besteht j verhindert einen hohen Spannungsabfall über dem Ummantelungsmaterial, und daraus resultiert ein im wesentlichen gleichförmiger Spannungsgradient von einem Ende des Lichtleiters zu dem anderen. Praktisch das gleiche Ergebnis könnte erzielt' werden, Wenn das Ummantelungsmaterial, zumindest in der Nähe des Steckers 24, aus einem Material hergestellt sein würde, das den spezifischen Widerstand der Pasern besitzt. Eine bevorzugte Anordnung, besteht darin, den Mantel 27 zu entfernen und den Raum zwischen den optischen Pasern und dem Metallstecker mit einem leitenden Bindemittel 29 wie zum Beispiel einer leitenden Epoxyverbindung, zu tränken. Desgleichen.sollte das entgegengesetzte Ende des Lichtleiters auf ähnliche Weise behandelt werden, indem innerhalb der metallischen Umhüllung 15 eine leitende Epoxyverbindung verwendet wird.· Diese Methoden führen zu einem praktisch einheitlichen Spannurigsgradienten von dem einen zu dem anderen Ende des Lichtschlauches.

Obwohl die oben beschriebene Befestigungsanordnung für den Stekker und die Passung mit speziellem Bezug auf die Ausgangsenden der Lichtleiter beschrieben worden ist, so könnte die gleiche Befestigungsanordnung auch an den Eingangsenden der Lichtleiter benutzt werden. In diesem Sinne können die Lichtstrahler 2 und 3 entweder in den Stecker oder den Fassungen an den Kopfstücken der optischen Fasernbahnen angebracht werden, die in passenden Fassungen der Stecker befestigt sind, so daß die Elektrizität in Licht umformenden Wandler in der richtigen Lage zu den Kopfstükken gehalten sind, wenn die Fassungen und Stecker zusammengeführt sind.

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Claims

Ansprüche

il.) Signalübertragungssystem mit faser-optischer iiichtleitung, gekennzeichnet durch zahlreiche Elektrizität in Licht/umformende Wandler (2,3) für eine Li ent emission als Reaktion auf zugeführte elektrische Eingangsimpulse, zahlreiche Lichtleiter mit Eingangs- und Ausgangsenden, in denen jeweils eine Vielzahl paralleler optischer Pasern enthalten sind, einen getrennten. Licht in Elektrizität umformenden .Wandler. (9,10,11), der mit dem Ausgangsende jedes Lichtleiters verbunden und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignales auf den Empfang von Licht von den zugehörigen Leitern bestimmt i'st, und eine Vielzahl von Kopfstücken (4,5)» die in der Nähe der Elektrizität in Licht umformenden Wandler angeordnet sind, wobei jedes Kopfstück (4,5) an seinem Eingangsende eine etwa . gleiche Anzahl getrennter optischer .Fasern eines jeden Licht- leiters enthält.
2. Signalübertragungssystem-nach Anspruch 1,. d a d u r c :h gekennzeich η e t , daß eine Kapsel (15) vorgesehen ist, in der die optischen Fasern zur Bildung der Kopfstücke (4,5) am Eingangsende jedes Lichtleiters getrennt und wieder zusammengefaßt sind, und in der Kapsel Mittel zur.Halterung der optischen Fasern in ihrer Lage enthalten sind.
3· Signalübertragungssystem nach Anspruch 2, dad u r c h , gekennzeichnet, daß die Halterungsmittel ein transparentes Vergußmaterial mit einem Brechungsindex, aufweisen, der kleiner als der Brechungsindex der optischen Fasern ist, so daß es als Ersatz für irgendeinen beschädigten metallischen überzug auf den optischen.Fasern verwendbar ist.
4. Signalübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3 , dadurch g e k e η η ζ e i c h η e. t , daß Lichtüberwachungsmittel für jeden Elektrizität in Licht umformenden Wandler (2,3.) vorgesehen sind, die einen Photosensor

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(16)j der aufgrund seiner Anordnung durch das von dem Wandler ausgestrahlte Licht erregbar ist, einen Verstärker (17) zur Verstärkung des Signals von dem Photosensor (16) und eine mit jedem Verstärker (16) verbundene Anzeige (18) umfassen.
5. Signalübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Elektrizität in Licht umwandelnden Wandler (2,3) Lichtüberwachungsmittel vorgesehen sind, die wenigstens eine zusätzliche optische Paser (19) umfassen, die für eine Lichtübertragung von dem Wandler zu einem entfernten Überwachungssensor (20) angeordnet ist.
6. Signalübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine optisch-elektrische Grenzfläche durch einen Verbindungsstecker (24) gebildet ist, der an einem Ende des Lichtleiters und das Kopfstück dieses Endes umgebend angebracht ist, und ein Licht in Elektrizität umformender Wandler (26) in einem passenden Stecker (25) angeordnet ist, so daß sich der Licht in Elektrizität umformende Wandler (26) bezüglichdes . Lichtleiterkopfes in einer vorbestimmten Lage befinden, wenn der Stecker (24) und die Fassung (25) verbunden sind.' :

7· Signalübertragungssystem nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtleiter eine Vielzahl optischer Pasern (28) umfaßt, die von einem Isoliermantel (27) umgeben sind, der auf einem Ende des Lichtleiters entfernt ist, und zwischen den optischen Fasern (28) und· dem Verbindungsstecker (24) ein leitendes Bindemittel (29) angeordnet ist, so daß die Hauptpotentialdifferenz zwischen dem Stecker (24) und dem entgegengesetzten Ende des Lichtleiters nicht an dem einen Ende konzentriert ist.

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Signalübertragungssystem nach Anspruch 6, da d. u r c Ir i g e k e ri h ζ e ich η e -t-.·,- daß der Lichtleiter Zählrei-' ehe optische Fasern umfaßt, die von einem Isoliermantel-umgeben sind, der wenigstens auf dem einen Ende des Lichtleiters ein Material aufweist, dessen spezifischer Widerstand gleich oder geringer als der spezifische Oberflächenwiderstand der optischen Fasern ist, so daß ein praktisch einheitlicher^Span· nungsgradient zwischen dem Stecker und dem entgegengesetzten Ende des Lichtleiters sichergestellt ist.

Signalübertragungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8 , dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine mit den Elektrizität in Licht umformenden Wandlernverbundene Anordnung vorgesehen ist, durch die eine relativ; schwache Grundstrahlungsenergie erzeugbar ist, und eine Strahlungsenergie mit wesentlich größerer Intensität nach.Empfang der elektrischen Eingangsimpulse'zuführbar ist.

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