DE1908153C2

DE1908153C2 - Elektro-optisches Signalübertragungssystem

Info

Publication number: DE1908153C2
Application number: DE1908153A
Authority: DE
Inventors: Bernard Denison Newton Square Pa. Leete
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1983-02-03
Also published as: SE363012B; US3541341A; DE1908153A1; FR2002332A1; GB1246412A; CA944028A

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektro-optischen Signalübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Signalübertragungssystem ist aus der Zeitsschrift Feinwerktechnik, 1967, Heft 3, Seiten 111-116, bekannt.

Eine einfache Form eines Signalübertragungssystems ist bereits ein elektrischer Leiter, der zwischen einen Eingang und einen Ausgang geschaltet isL Ein cerartiges System ist jedoch nicht für alle Anwendungen zufriedenstellend. Häufig soll zwischen einem Eingang und einem Ausgang eines Signalübertragungssystems eine gewisse Trennung bestehen, so daß Veränderungen am Ausgang nicht zum Eingang reflektiert werden (Rückführung), oder es soll zwischen dem Ausgang und dem Eingang eine elektrische Isolierung geschaffen werden, um extrem hohen Spannungsdifferenzen standzuhalten. Für diesen Zweck werden oft Transformatoren verwendet, aber die bei einem Transformator bestehende magnetische Kopplung ist nicht für alle AnwendungsfälL befriedigend. Beispielsweise neigt die mit einem Transformator verbundene Streuinduktivität dazu, dessen Einschwingzeiten zu erhöhen, und eine gewisse Rückführung vom Ausgang zum Eingang eines Transformators ist meistens unvermeidbar. Weiterhin können die Kosten für Hochspannungstransformatoren übermäßig hoch sein.

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

In der eingangs genannten Zeitschrift »Feinwerktechnik« sind mehrere Anwendungsmöglichkeiten der Faseroptik beschrieben. Beispielsweise können flexible Lichtleiter so hergestellt werden, daß sie sich an einem Punkt in zwei, drei oder mehr Arme aufteilen, wodurch das Licht einer Lichtquelle auf mehrere Objekte verteilt oder die Lichtströme mehrerer Lichtquellen addiert werden können. So kann man zur Beleuchtung eines Objektes, an den Armen eines zweiarmigen Lichtleiters jeweils eine Lampe, die für sich schon eine genügende Helligkeit aufweist, anbringen, wodurch auch bei dem Ausfall einer Lampe sichergestellt ist, daß der Versuch oder die Arbeit an dem Objekt ohne Unterbrechung zu Ende geführt werden kann. Die Sümmierung wird auch in der Übersee-Fünk^Telegraphie bei der Kontrolle des gesicherten Codes ausgenutzt. Hierdurch kann zwar festgestellt Werden, ob ein Zeichen richtig empfangen worden isl, aber bei einem Fehler in der ÜberträgUngs^ leitung besteht keine Möglichkeit, ein Zeichen richtig zu übertragen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Signalübertragungssystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß beim Ausfall eines Übertragungselementes trotzdem ein richtiges Zeichen übertragbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der crfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den redundanten Aufbau des Signalübertragungssystems die Betriebssicherheit wesentlich erhöht wird, da auch bei Ausfall eines Obertragungselementes Signale richtig übertragen werden können. Bei einem derartigen Fehlerzustand werden trotzdem von allen Lichtleiterbündeln Signale übertragen, da die den einzelnen Beleuchtungsköpfen zugeordreten Lichtleitfasern in den Lichtleiterbündeln »gemischt« sind.

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

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung eines Signalübertragungssystems und zeigt eine Ausführüngsform gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine ähnliche Darstellung einer anderen Ausführüngsform des Systems.

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

F i g. 4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung redundanter Lichtstrahler und eines Lichtempfängers, der in einer praktischen Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendbar ist.

Fig. 5 ist eine Detailzeichnung eines Endes des optischen Signalübertragungssystems.

Wie in F i g. 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 Beleuchtungsköpfe 4 und 5 aus zahlreichen optischen Fasern. Bündel paralleler optischer Fasern bilden langgestreckte Lichtleiter 6, 7 und 8 die das Licht von der gemeinsamen Quelle /u getrennten opto-elektrischen Wandlern (Empfängern) 9,10 und 11 übertragen, die die Lichtsignale wieder in elektrische Signale umwandeln, die dann al« Ausgangssignale an entfernt gelegenen Klemmen 12, 13 und 14 zur Verfügung stehen.

Die in F i g. 1 gezeigten L ichtquellen 2 und 3 können beliebige Geräte sein, die Strahlung emittieren, wenn sie elektrisch erregt wirden. 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 unsichtbare·! Teilen des Spektrums liegen kann. Für diesen Zweck sind lichtemittierende Dioden, die aus Galliumarsenid oder ω Gallium-Arsenid-Phosphid hergestellt sind, als brauch- .;. bar befunden worden. Wenn Galliumarscnid-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 bestimmtCj verwendete Übertfagungsmedium für die Strahlungsenergie gut transportiert wird, und ein entsprechender optoelektrischer Wandler (wie z. B. ein Fototransistor) gewählt, dtr 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 F i g. 1 gezeigten Lichtleiterbündel 6, 7 und 8.

Jedes der dargestellten Lichtleiterbündel enthält einen Satz von wenigstens zwei parallelen optischen Fasern 28. Der Begriff »optisch«, wie er hier verwendet wird, soll nicht nur sichtbares Licht einschließen. Optische Fasern sowohl für sichtbares als auch unsichtbares Licht sind in der Technik allgemein bekannt, 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 i.,:ier jeden Faser hindurchbewegt. Eine Reihe dieser optischen Fasern wird beliebig in einer gemeinsamen Hülle oder Ummantelung gebündelt, um die jeweiligen Lich'ieiterbündel 6, 7 und 8 zu bilden. Die durch jeden Lichtleiter übertra_oene Lichtmenge ist eine Funktion der Anzahl und der Kernflächen der Fasern, der Intensität der Lichtquelle und der Verlustziffern des Lichtleiters.

Im Interesse der Betriebssicherheit ist eine Redundanz erwünscht. Diese wird gemäß F i g. 1 dadurch erhalten, daß am Eingangsende der Lichtleiterbündel die einzelnen Lichtleitfasern 28 aufgeteilt, gekreuzt und zu neuen Gruppierungen in den Beleuchtungsköpfen 4, 5 vereinigt werden, die jeweils durch eine getrennte Quelle bestrahlt werden. D-jrch die Kapsel 15 in F i g. 1 soll darauf hingewiesen sein, daß der Lichtstrahler 2 mit den Eingangsenden etwa der Hälfte der Lichtleitfasern 28 von jedem Lichtleiterbündel 6, 7 und 8 verbunden ist. während der Lichtstrahler 3 den Eingangsenden der übrigen Lichtleitfasern zugeordnet ist. In diesem Falle kann eine Quelle für die Bestrahlung der Hälfte der opto-elektrischen Wandler sorgen, und die andere Quelle versorgt die andere Hälfte. Selbstverständlich können mehr als zwei Quellen und Beleuchti'ngsköpfe verwendet werden und desgleichen meh^r oder weniger als drei Lichtleiterbündel. 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 jeder Beleuchtungskopf eine etwa gleiche Anzahl der optischen Fasern /on allen und jedem Lichtleiter enthält. Wenn die Bestrahlungsfläche der Quelle nicb* ganz einheitlich ist. ist es wünschenswert, daß die F isei ^rjppen 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 Beleuchtungsstärke vorhanden ist. Der Empfangsteil des Systems ist so ausgelegt, uaß weniger als die Hälfte der normalen Beleuchtungsstärke für den Betrieb ausreichend ist.
* Die Kreuzung und Wiedervereinigung eier optischen Fasern Wird in der Kapsel 15 vorgenommen, die innen mit einem geeigneten Material vergossen ist, um die Fasern in ihrer Läge 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 Ummantelung hergestellt werden ist es vorzuziehen, ein Vergußmaterial mit einem geringeren Brechungsindex als dem des Faserkernes zu verwenden. Lichtdurchlässiges Silikongumffii 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 äußeren Ummantelung von den Lichtleitern vor der Trennung der einzelnen optischen Fasern der metallische Oberzug auf einigert 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 am Faserüberzug herbeigeführte Beschädi

cfcfi. ίκΐίβΓΓι diese d;c Funktion irgcnde:

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her Umhüllung übernimmt, die abgestreift worden sein

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f-.ine erweiterte Form optischer Redundanz ist in F ι g. 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 witd. Es ist ersichtlich, daß jede Empfangssteüe in F1 g. 2 redundante opto-elektrische Wandler aufweist, die auf entsprechende Weise mit den Ausgangsenden der Lichtwege verbunden sind, welche mit den zwei Strahlern gekoppelt sind. Somit kann das Ausgangssignai bei 12 entweder durch einen Wandler 9 von Licht erzeugt werden, das von dem Strahler 2 über einen ersten Weg 6a mit wenigstens einer optischen Faser zugeführt wird, oder durch einen gleichen Wandler 9' von Licht, das von dem dazugehörigen Strahler Ϊ über einen redundanten Weg 7a mit wenigstens einer optischen Faser zugeleitet 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 6b oder durch einen gleichen Wandler 10' erzeugt werden, der auf Licht anspricht, das über einen vierten Weg Tb durch den Strahler 3 zugeführt wird. Das Faserbündel mit den ersien und dritten Wegen 6a und 6b kann sich in der Nahe ihrer Eingänge oder der Quellenenden eine gemeinsame Ummantelung teilen und dadurch ein verzweigtes Lichtleiterbündel bilden, das von dem Strahler 2 ausgeht. Die zweiten und vierten Wege 7a und Tb können auf ähnliche Weise ein von dem Strahler ausgehendes verzweigtes Lichtleiterbündel enthalten. Bei einem redundanten fiberoptischen Lichtleitersystem kann ein Teil des Systems ohne Verlust der Funktionsfähigkeit 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 F i g. 1 gezeigt In dieser Anordnung befindet sich ein Fotosensor t6 in der Nähe des Lichtstrahlers 2, um auf diese Weise dessen Betrieb fö zu überwachen. Dieser Sensor ist in der Weise angeordnet daß er Streulicht von dem zugehörigen Strahler aufnimmt ohne den Hauptstrahl des in den

so Beleuchtungsköpf 4 eintretenden Lichtes zu stören, der in der Nähe angeordnet ist. Es könnte auch gegeriübef einem jeden Lichtstrahler ein Prisma angeordnet werden, uiii das Streulicht auf den Fötöserisor zu richten. Wenn der Fotosensor 16 durch Licht von dem Strahler 2 aktiviert wird, erzeugt der Sensor ein Ausgangssignai, das durch einen Verstärker 17 verstärkt wird, der wiederum mil einer Anzeigelampe 18 verbunden ist. Idealerweise ist die Empfindlichkeit des Verstärkers so eingestellt, daß die Anzeigelampe normalerweise leuchtet und immer dann verlöscht, wenn die durch die Quelle 2 emittierte Lichtintensität 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 kann der Monitor langsame Störungen und auch schwerwiegende Fehler einer Lichtquelle

Bei Verlöschen eines

ISt ί-ä.'

angezeigt, daß die entsprechende Lichtquelle nicht in der Lage sein könnte, den Betrieb des Systems im Falle eines Fehlers des anderen Lichtstrahlers aufrechtzuerhalten, so 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 Falle könnte jedoch ein Fehler der Anzeige selbst oder des zugehörigen Verstärkers 17 oder des Öetektors 16 zur Folge haben, daß ein Fehler der Lichtquelle 2 nicht angezeigt werden kann. Bei der erstgenannten 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 der Strahler 2. Um jedoch eine andere Anordnung zur Überwachung des Betriebes der Lichtquelle darzustellen, ist in Verbindung mit dem zweiten Strahler 3 in F i g. 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 Beleuchtungskopfes 5 angeordnet ist 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 Fig.2 gezeigt ist können beide vorgenannten Anordnungen zur Lichtüberwachung statt in der Nähe der entsprechenden Eingangsenden der Lichtleiterbündel mit dem System auch in der Nähe deren Ausgangsenden verbunden werden, so daß dadurch die Funktions.Jhigkeit der primären Lichtwege und gleichzeitig der Lichtstrahler 2 und 3 überwacht wird.
H In Fig.3 ist ein Paar Hilfslichtleiter 19a und 196 mit optischen Fasern 22 und 23 ersichtlich, deren Eingänge in den Beleuchtungsköpfen 4' bzw. 5' neben den Eingangsenden der verschiedenen optischen Fasern 28 angeordnet sind, die in jedem der Lichtleiterbündel 6', T und 8' enthalten sind. Der Ausgang eines jeden Hilfsleiters 19a und 196 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 beschrieben worden ist Wenn übliche, im Handel erhältliche Lichtleiter verwendet werden, enthält jeder Monitorzweig 19a, 196 die gleiche Anzahl Fasern wie jedes der Lichtleiterbündel 6', T 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 Zähl der Lichlwege in jedem Lichlleiierbündel zu simulieren, der dutch jeden Lichlslrahler beleuchtet ist. Auch die Länge des Monilorzv/eiges kann zur Simulation der Funktion eines Hauptlichtleiterbündels eingestellt werden, wenn er lediglich von einer Hälfte der Lichtquelle betrieben wird. Dadurch wird die Funktion des Monitors sinnvoller gemacht und die Überwachung gewisser Störungsarten optischer Übertragung und ebenso von Mangeln der optirihen Quelle ermöglicht.

Gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die Eingangssignale, die der Eingangsklemme 1 des gezeigten Übertragungssystems zugeführt wurden, die Form von Impulsen mit hoher Folgefrequenz (60 Hertz) und sehr kurzer Dauer. Die elektrooptischen Wandler sind so angeordnet, daß sie ausgeprägte Snit7en sichtbaren I irhtes in Abhängigkeit von diesen Impulsen erzeugen. Dennoch reicht die mittlere Intensität der entstehenden Lichtimpulse, die von den Strahlern 2 und 3 geliefert werden, nicht aus, um durch das bei 19, 20 in Fig. I gezeigte direkte Monitorsystem sicher erfaßt zu werden. Zur Lösung dieses Problems ist eine Anordnung zur Erzeugung einer relativ kleinen elektrischen Vorspannung der Lichtstrahler vorgesehen, die eine schwache Dauererregung der Lichtstrahler hervorruft, so daß jeder Strahler im Ruhezustand Licht liefert, das, obwohl es relativ schwach ist, zu Überwachungszwecken visuell wahrnehmt ir ist. Bei Empfang eines Eingangssignales wird dann ein kurzer Lichtimpuls von wesentlich größerer intensität (z.B. lOOmal heller) ausgestrahlt, und die Lichtempfänger 9,10 und 11. die normalerweise ruhend sind, erzeugen in Abhängigkeit hiervon ihre entsprechenden Ausgangssignale. Eine Anordnung mit einer derartigen Arbeitsweise ist in F i g. 4 dargestellt.
, In Fig.4 ist die lichtemittierende Anordnung am Quellenende des Signalübertragungssystems mit zwei iichtemittierenden Dioden 31 und 32 dargestellt, die den Lichtquellen 2 und 3 gemäß Fig. 1 und 2 entsprechen, -to 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 4-. Bei einer Speisung allein durch diese Vorspannung führt jede Diode 31 und 32 den zugehörigen Lichtwegen und Monitoren des Systems (siehe F i g. 1 und 2) schwaches Licht zu. Jede Diode erhöht aber ihre Lichtintensität stark, wenn ihr zusätzlich Stromimpulse zugeführt > <> • werden, die aus der Entladung eines Kondensators 36 entstehen, mit dem beide Dioden verbunden sind. Der Kondensator 36 wird durch eine geeignete Steuerquelle (nicht gezeigt) geladen, und seine Entladung über die Dioden 31 und 32 wird durch Einschalten eines dazwischen angeordneten Schalters 37 ausgelöst Vorzugsweise enthält der Schalter 37 einen Thyristor oder einen steuerbaren Siliziumgleichrichter, der durch die elektrischen Eingangsimpulse periodisch geschlossen wird, die der Eingangsklemme 1 zugeführt werden. Aufgrund der kurzen Dauer des wiederkehrenden Entladungssiromes des Kondensators werden die Dioden 3il und 32 nicht überhitzt Ein richtiger Betrieb dieser Anordnung kann durch eine Neonröhre 38 oder ein ähnliches Element unterstützt werden, das in Reihe mit einem Widerstand 39 parallel zu dem Kondensator geschaltet wird. Die eben beschriebene Technik mit einer kleinen Grund- oder Dauererregung erhöht nicht nur die Sichtbarkeit des LiehleSi das durch die zwei Dioden 31 Und 32 emittiert wird, wodurch die Überwachungsfuriktiöh unterstützt wird, sondern sie erlaubt auch einem Operateur,- diese Elemente auf ihre Einsalzbereitschaft zu prüfen, bevor die Eingärigsimpulse der Klemme 1 tatsächlich zugeführt werden. Dadurch wird dieses Verfahren bei Systemen verwendbar, die Strahlungsenergie nicht als sichtbares Licht übertragen. In diesem Falle würde die Überwachüngsfunktiori Von def ursprünglich beschriebenen Anordnung aus einem Sensor, einem Verstärker und einer Anzeige übernommen werden.

Fig. 4 zeig* weiterhin einen typischen opto-elektrischen 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 >n Reihe mit einem Pulstransformator 41 parallel zu eintm 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 üb<?r den Transformator 41 entladen, dessen Ausgangswicklung 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 bildet für die Basis-Emitter-Strecke des Elementes 26 einen Parallelzweig niedriger Impedanz für einen stetigen Strom, 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 F i g. 2 bei 9 und 9' gezeigten, dem durch Licht erregbaren Element 26 gemäß F i g. 4 ein gleiches Element elektrisch parallel geschaltet werden kann, dem Licht von einem getrennten Lichtleiter zugeführt wird.

Wie aus Fig.5 zu entnehmen ist, kann für einen Ieicnten Ausbau eine Lichtleiters aus dem opto-elektrischen Wandler an einem seiner beiden Enden der Beleuchtungskopf eines jeden Lichtleiterbündels in einem Verbindungsstecker 24 befestigt sein. Dieser Stecker ist auf geeignete Weise an dem Ende des Lichtleiterbündels angebracht damit er dessen Kopf konzentrisch umgibt; die freiliegende Oberfläche des Kopfes muß optisch sauber und unbeschädigt «ein. In eine passende Fassung 25 ist ein opto-elektrischer Wandler so eingepaßt daß die Lichtleiterspitze und der Wandler in einer richtigen physikalischen Lage zueinander liegen, wenn der Stecker und die Fassung zusammengefügt sind. Als Beispiel zeigt Fig.5 das Ausgangsende eines Lichtleiterbündels, 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 Lichtleiterbündel in ein elektrisches Aus-

gangssignal 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 kürzen Länge fhs durch die Luft führenden Lichtweges fernzuhalten.

InF i g. 5 ist gezeigt, daß die äußere Ummantelung 27 des Lichtschlauches 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 Verbindungssteckers 24 bekommt. In Hochspannungsanlagen besieht die Möglichkeit, daß sich die Gesamtpotentialdifferenz zwischen den Ein- ¹^ gangs- und Ausgangsenden eines langen Lichtleiters an einem (oder beiden) seiner Enden konzentriert und zu einem unerwünscht hohen Spannungsabfall über der dünnen Masse des Umhüllungsmaterials führt, wo es mit dem Metallstecker in Berührung kommen würde. Diese Möglichkeit kann entstehen, da das Material der Ummantelung sehr wahrscheinlich einen wesentlich höheren spezifischen elektrischen Widerstand besitzt ils das Bündel der optischen Fasern 28. Die hohe elektrische Beanspruchung an diesem Punkt würde eine relativ schnelle Zerstörung des Lichtleiters und/oder iirieri Funkenüberschlag zur Folge haben. Die Entfernung des Ummantelungsmaterials von dem Lichtleiter vor dem Einsetzen in die Fassung, wobei ein direkter Kontakt zwischen den optischen Fasern und dem Metall ώ besteht, verhindert einen hohen Spannungsabfall über dem Ummantelingsmaterial, 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 Ümmanlelungsmaterial, zumindest in der Nähe des Steckers 24, aus einem Material hergestellt sein würde, das den spezifischen Widerstand der Fasern besitzt. Eine bevorzugte Anordnung besteht darin, den Mantel 27 zu entfernen und den Raum zwischen den optischen Fasern 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 Spannungsgradienten von dem einen zu dem anderen Ende des Lichtschlauches.

Obwohl die oben beschriebene Befestigungsanordnung mit speziellem Bezug auf die Ausgangsenden der Lichtleiter beschrieben worden ist, könnte die gleiche Befestigungsanordnung auch an den Eingangsenden der Lichtleiter benutzt werden. In diesem Sinne können die Lichtstrahler 2 und 3 entweder in den Steckern oder den Fassungen an den Köpfen der optischen Faser angebracht werden, die in passenden Fassungen der Stecker befestigt sind, so daß die elektro-optischen Wandler in der richtigen Lage zu den Beleuchtungsköpfen gehalten sind, wenn die Fassungen und Stecker zusammengeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche

1. Elektro-optisches Signalübertragungssystem mit elektrooptischen Wandlern, deren Ausgänge dem einen Ende von Lichtleiterbündeln zugeordnet sind, die jeweils mehrere einzelne parallele Lichtleitfasern enthalten und deren anderes Ende mit opto-elektrischen Wandlern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Eingangssignal (bei 1) wenigstens zwei elektrooptischen Wandlern (2, 3) gleichzeitig zugeführt ist und jedes Lichtleiterbündel (6, 7, 8) wenigstens zwei Lichtleitfasern (28) aufweist, die an ihren den wenigstens zwei elektro-optischen Wandlern (2, 3) zugeordneten Enden in wenigstens zwei Beleuchtungsköpfen (4,5) zusammengefaßt sind, die jeweils eine Lichtleitfaser (28) von jedem Lichtleiterbündel (6,7,8) enthalten.

2. Signalübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsköpfe (4, 5) der Lichtleitfasern (28) in einer Kapsel (i5) durch Halterungsmittel in ihrer Lage gehalten sind.

3. Signalübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsmittel ein transparentes Vergußmaterial mit einem Brechungsindex aufweisen, der L'einer als der Brechungsindex der optischen Fasern (28) ist.

4. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem elektro-optischen Wandler (2, 3) ein Photosensor (16), dv.. durch das von dem Wandler ausgestrahlte Licht erregbar ir ein Verstärker (17) zur Verstärkung des Sigⁿals von dem Photosensor (16) und eine mit jedem Veistär¹-' :r (16) verbundene Anzeige (18) zugeordnet ist.

5. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1-3. dadurch gekennzeichnet, daß j^- dem elektro-optischen Wandler (2, 3) wenigstens eine zusätzliche Lichtleitfaser (19) zugeordnet ist, die für eine Lichtübertragung von dem Wandler zu einem entfernten Überwachungssensor (20) angeordnet ist.

6. Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1—5. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterbündel (6, 7,8) an dem dem Beleuchtungskopf (4, 5) entgegengesetzten Ende einen Verbindungsstecker (24) aufweisen, der in eine passende Muffe (25) paßt, in der der opio elektrische Wandler

(26) angeordnet ist.

7. Signalübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (28) jedes Lichtleiterbündels von einem Isoliermantel

(27) umgeben sind, der am Ende des I.iehtleiterbündels entfernt ist. und daß dort zwischen den Lichtleitfasern (28) und dem Verbindungsstecker (24) ein elektrisch leitendes Bindemittel (29) zum Potentialausgleich angeordnet ist.

8. Signalübertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel (27) wenigstens auf dem einen Ende des Lichtleiterbündels (6, 7, 8) ein Material aufweist, dessen spezifischer Widerstand gleich oder kleber als der spezifische Oberflächenwiderstand der optischen Fasern ist.

9. Signalübertragungssystem nach einem ödet¹ mehreren der Ansprüche 1—8, dadurch gekenn^ zeichnet, daß eine Schaltungsanordnung (F i g, 4) den elektro'optischeri Wandlern (2, 3) im Ruhezustand eine relativ schwache Vorspannung zuführt zur Erzeugung einer Dauererregung.