DE19722420C2 - OTDR-Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft OTDR-Meßvorrichtungen, die auf den Gebieten optischer Kommunikationen verwendet werden, um die Messung an Lichtleitern durchzuführen. 'OTDR' ist die Abkürzung für 'Optical Time Domain Reflectometer' (Rückstreumeßplatz).

Ein OTDR-Verfahren wird für gewöhnlich entwickelt, um die Positionen von Knickpunkten von Lichtleitern und/oder Verbindungsverluste von Lichtleitern zu erfassen. Dieses Verfahren legt an ein Ende eines Meß-Lichtleiters Lichtimpulse straker Intensität an. So tritt infolge einer Rayleigh-Streuung ein Rückwärts-Streulicht auf, während infolge von Verbindungen und/oder Knickpunkten des Meß-Lichtleiters ein Reflexionslicht auftritt. Das Rückwärts-Streulicht und/oder Reflexionslicht schreitet als zurückgeworfenes Licht rückwärts fort, um das Ende des Meß-Lichtleiters zu erreichen. Durch Messen einer Intensität und einer Ankunftszeit des zurückgeworfenen Lichts ist es möglich, die Positionen der Knickpunkte und die Verbindungsverluste in Bezug auf den Meß-Lichtleiter zu erfassen.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer OTDR- Meßvorrichtung zeigt, die die bekannte Verfahrensweise der Überlagerungs-Frequenz-Erfassung verwendet. Die OTDR-Meß- Vorrichtung aus Fig. 2 verwendet sowohl einen Meß-Lichtleiter (nicht gezeigt) als auch Lichtleiter 1 und 2. Hierin fallen Lichtimpulse auf den Meß-Lichtleiter ein, der wiederum ein Rückwärts-Streulicht bereitstellt. Für gewöhnlich wird eine Periode der Lichtimpulse, die auf den Meß-Lichtleiter einfallen, auf mehrere Millisekunden eingestellt. Jetzt fällt ein Abtast- Licht, das von einer CW-Lichtquelle (worin 'CW' eine Abkürzung für 'Continous Wave' - Dauerstrich - ist) ausgestrahlt wird, auf ein erstes Ende des Lichtleiters 1 ein, während das Rückwärts- Streulicht auf ein erstes Ende des Lichtleiters 2 einfällt. Eine Frequenz des Abtast-Lichts wird auf einen Wert in der Nähe einer Frequenz der zuvor erwähnten auf den Meß-Lichtleiter einfallenden Lichtimpulse eingestellt.

Ein Optokoppler 3, wie beispielsweise ein Verbinder von 3 dB, hat 2 ankommende Anschlüsse und 2 abgehende Anschlüsse. Hierin werden 2 Lichtstrahlen, die jeweils auf den 2 ankommenden Anschlüsse einfallen, einer Wellenmischung unterworfen; danach werden die vermischten Strahlen aufgezweigt, so daß 2 Zweigstrahlen, die beide dieselbe Intensität haben, erzeugt werden. So stellt der Optokoppler 3 die zwei Zweigstrahlen an den jeweiligen 2 abgehenden Anschlüssen bereit. Die zweiten Enden der Lichtleiter 1, 2 werden mit den ankommenden Anschlüssen des Optokopplers 3 optisch verbunden, während die abgehenden Anschlüsse des Optokopplers 3 jeweils mit ersten Enden der Lichtleiter 4, 5 verbunden sind. Licht- Empfangselemente 6a, 6b wie beispielsweise Photodioden werden optisch mit den Lichtleitern 4, 5 verbunden. So empfangen die Licht-Empfangselemente 6a, 6b Strahlen, die jeweils von den zweiten Enden der Lichtleiter 4, 5 ausgegeben werden. Hierin erfaßt jedes Licht-Empfangselement eine Intensität eines der dort ankommenden Strahlen, wobei elektrischer Strom erzeugt wird (hiernach als Erfassungsstrom bezeichnet). Übrigens sind die Licht-Empfangselemente 6a, 6b in Reihe geschaltet.

Der zuvor erwähnte Optokoppler 3 und die Licht- Erfassungselemente 6a, 6b sind so zusammen montiert, daß sie einen ausgleichenden Lichtempfänger bilden. Für gewöhnlich wird das zuvor erwähnte Abtast-Licht auf eine hohe Intensität eingestellt. Erhöht sich jedoch die Intensität, so wird ein AM- Geräuschanteil größer, was nicht vernachlässigbar ist. So beeinflußt ein Anstieg eines AM-Geräuschanteils eine Meßgenauigkeit nachteilig. Im ausgleichenden Lichtempfänger führt der Optokoppler 3 die Wellenmischung und Aufzweigung des Abtast-Lichtes und des Rückwärts-Streulichtes durch; danach empfangen die Licht-Empfangselemente 6a, 6b die Zweig-Strahlen, um den Erfassungsstrom zu erzeugen. Hierin werden der Erfassungsstrom des Licht-Empfangselements 6a und der Erfassungsstrom des Licht-Empfangselements 6b bei derselben Verstärkung und bei derselben Verzögerungszeit vermischt. Solchermaßen ist ist möglich, eine Auswirkung des AM-Geräusches zu tilgen. Mit anderen Worten ist es möglich, auf wirksame Weise lediglich einen Beitrags-Faktor des Rückwärts-Streulichts zu erfassen. Übrigens setzt sich eine optische Überlagerungs- Frequenz-Erfassungsschaltung aus den Lichtleitern 1, 2, dem Optokoppler 3, den Lichtleitern 4, 5 und den Licht- Empfangselementen 6a, 6b zusammen.

Als nächstes wandelt ein Strom-Spannungs-Wandler 7 den Erfassungsstrom der Licht-Empfangselemente 6a, 6b in elektrische Spannung um (hiernach als Erfassungsspannung bezeichnet). Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Wellenform, die die Erfassungsspannung darstellt, die vom Strom-Spannungs-Wandler 7 ausgegeben wird. Die Wellenform, die die Erfassungsspannung darstellt, verändert sich in symmetrischer Weise in Bezug auf einen bestimmten Spannungswert 'N', der auf dem Abtast-Licht basiert, wobei Hüllkurven (siehe gepunktete Linien), die die Wellenform einschließen, symmetrisch gezeichnet sind. Ein Differentialverstärker 8 verstärkt oder dämpft einen Unterschied zwischen Spannungen, die an zwei Eingaben davon angelegt werden, wodurch ein Differenzsignal erzeugt wird. Ein Beispiel für das Differenzsignal ist in Fig. 5 gezeigt. Aus Gründen der Annehmlichkeit zeigt Fig. 5 nur die Hüllkurven für eine Wellenform (nicht gezeigt), die das Differenzsignal darstellt. Fig. 5 zeigt, daß ein Minimalwert für die Spannung des Differenzsignals 0 V ist, während ein Maximalwert 2 V ist. Zusätzlich ist ein mittlerer Wert 1 V.

Eine erste Eingabe des Differentialverstärkers 8 empfängt die Erfassungsspannung, die vom Strom-Spannungs-Wandler 7 ausgegeben wird, während eine zweite Eingabe eine Referenzspannung empfängt, die durch einen Regelwiderstand 8a eingestellt wird. Ein Analog-in-Digital-Wandler (abgekürzt als 'A/D-Wandler') 9 führt die Standardisierung und Quantisierung in Bezug auf das vom Differentialverstärker 8 ausgegebene Differenzsignal durch. Auf diese Weise erzeugt der A/D-Wandler Digitalsignale von 8 Bits. Hierin hat der A/D-Wandler 9 eine Standardisierungsperiode, die annähernd auf 10 Nanosekunden eingestellt wird. So führt der A/D-Wandler 9 die Standardisierung an den Differenzsignalen durch, die diesem durch die obige Standardisierungsperiode eingegeben werden. Eine derartige Standardisierungsperiode entspricht einer Zeit, die ein Lichtimpuls benötigt, um sich annähernd um im 1 m Meß- Lichtleiter auszubreiten. Wie oben beschrieben, werden die Differenzsignale, wie in Fig. 5 gezeigt, in den A/D-Wandler 9 eingegeben. Wenn eine Spannung des Differenzsignals 0 V beträgt, erzeugt der A/D-Wandler 9 ein 8-Bit-Digitalsignal, dessen Binärcode '00000000' ist. Wenn eine Spannung des Differenzsignals 2 V beträgt, erzeugt der A/D-Wandler 9 ein 8- Bit-Digitalsignal, dessen Binärcode '11111111' ist.

Eine Rechteck-Schaltung 10, die digital aufgebaut ist, führt Rechteck-Berechnungen an den Digitalsignalen durch, die vom A/D-Wandler 9 ausgegeben werden. Auf diese Weise erzeugt die Rechteck-Schaltung 10 Rechtecksignale. Damit bleibt, wenn die in Fig. 5 gezeigten Differenzsignale einfach gemittelt werden, ihr Mittelwert konstant, mit anderen Worten ist ein Ergebnis der Mittelwertbildung 1 V. So werden durch die Mittelwertbildung keine Hüllkurven erhalten. Im Gegensatz dazu verwendet die OTDR- Meßvorrichtung der Fig. 2 Rechteck-Berechnungen. Das heißt, daß die Rechteck-Schaltung 10 Rechteck-Berechnungen an den Digitalsignalen durchführt, die die digitalen Äquivalente der Differenzsignale sind. Solchermaßen wird mit den 'digitalen' Differenzsignalen eine Gewichtung durchgeführt. Dank der Gewichtung ist es möglich, Hüllkurven so erhalten, selbst wenn die Mittelwertbildung durchgeführt wird.

Eine Additions-Schaltung 11 bewirkt mit der Zeit ein akkumuliertes Additionsverfahren in Bezug auf die Rechtecksignale, die von der Rechteckschaltung 10 ausgegeben werden. Solchermaßen erzeugt der Addierer 11 mittlere Rechtecksignale. Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Basiskonfiguration der Additions-Schaltung 11 zeigt. In Fig. 3 schaltet ein Latch 51 auf ein Rechtecksignal von 16 Bits, die darin eingegeben wird. Ein Addierer 52 führt die Addition in Bezug auf das Rechtecksignal durch, auf das Latch 51 schaltet und auf ein weiteres Signal durch, auf das durch ein Latch 54 geschaltet wird. Ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 53 speichert die durch den Addierer 52 durchgeführten Additionsergebnisse. Der RAM 53 weist eine Reihe von Speicherbereichen auf, von denen jeder eine spezifische Adresse aufweist und von denen jeder Daten von 16 Bits entspricht. Die Additions-Schaltung 11 aus Fig. 3 enthält des weiteren eine Additions-Steuer-LSI-Schaltung 55 (worin 'LSI' eine Abkürzung für 'Large Scale Integration' - hochintegrierte Schaltung - ist), die bereitgestellt wird, um den Latch 51, den Addierer 52, den RAM 53 und den Latch 54 zu steuern.

Als nächstes erfolgt eine Erklärung in Zusammenhang mit den Operationen der Additions-Schaltung aus Fig. 3. Zunächst wird ein Rechtecksignal in den Latch 51 eingegeben und der Latch 51 schaltet auf diese. Die Additions-Steuer-LSI-Schaltung 55 bestimmt eine Adresse, um vom RAM 53 ein Signal auszulesen. So wird das Signal vom Speicherbereich ausgelesen, der der Adresse entspricht, und daraufhin schaltet Latch 54 auf das Signal. Der Addierer 52 führt die Addition in Bezug auf das Rechtecksignal von Latch 51 und auf das Signal, auf das Latch 54 schaltet, durch. Dann wird ein Ergebnis der Addition im Speicherbereich des RAM 53 gespeichert, der der obigen Adresse entspricht.

Auf diese Art und Weise weist der zuvor erwähnte, in Fig. 2 gezeigte A/D-Wandler 9 eine äußerst kurze Standardisierungsperiode auf. So können die zuvor erwähnten Operationen und die Konfiguration der Additions-Schaltung 11 aus Fig. 3 eine derartige extrem kurze Standardisierungsperiode nicht einholen. Mit anderen Worten kann es der Additions- Schaltung 11 aus Fig. 3 an der Fähigkeit fehlen, ihr Additionsverfahren bei geeigneten Taktungen durchzuführen. Aus diesem Grund wird die Additionsschaltung neu ausgelegt, um mehrere Addierer bereitzustellen, damit die Funktion des Addierers 52 erfüllt wird. So werden die Addierer einzeln und sequentiell betätigt, um das Additionsverfahren durchzuführen; und folglich wird die für das Additionsverfahren erforderliche Zeitspanne verringert.

Angenommen, das Abtast-Licht, das sowohl eine konstante Frequenz als auch eine konstante Intensität aufweist, fällt auf das erste Ende des Lichtleiters 1 ein und wird in den Optokoppler 3 eingegeben. Wenn Lichtimpulse auf den Meß- Lichtleiter einfallen, wird entsprechend ein Rückwärts- Streulicht vom Meß-Lichtleiter erzeugt und fällt auf das erste Ende des Lichtleiters 2 ein. Im Optokoppler 3 werden das Abtast- Licht und das Rückwärts-Streulicht einer Wellenmischung und Aufzweigung unterzogen, um Zweigstrahlen zu erzeugen. Die Zweigstrahlen breiten sich jeweils durch die Lichtleiter 4 und 5 aus. So empfangen die Licht-empfangenden Elemente 6a und 6b die Zweigstrahlen. Hierin wird die Frequenz des Abtast-Lichtes, das auf den Lichtleiter 1 einfällt, auf einen Wert in der Nähe einer Frequenz des Rückwärts-Streulichtes eingestellt. D. h., wenn sie der Wellenvermischung im Optokoppler 3 unterzogen werden, treten als Antwort auf einen Unterschied zwischen den Frequenzen Schwebungssignale auf. Die Schwebungssignale werden durch die Licht-Empfangselemente 6a und 6b erfaßt, die wiederum den Erfassungsstrom erzeugen.

Der Erfassungsstrom der Licht-Empfangselemente 6a und 6b wird zum Strom-Spannungs-Wandler 7 gesendet, worin er, wie in Fig. 4 gezeigt, in die Erfassungsspannung umgewandelt wird. Die Erfassungsspannung wird als dessen erste Eingabe am Differentialverstärker 8 angelegt, während die Referenzspannung als zweite Eingabe angelegt wird. Ein Unterschied zwischen der Erfassungsspannung und Referenzspannung wird verstärkt oder gedämpft, um, wie in Fig. 5 gezeigt, ein Differenzsignal zu erzeugen. Der A/D-Wandler 9 wandelt das Differenzsignal in ein Digitalsignal von 8 Bit um. Die Rechteck-Schaltung 10 und die Additions-Schaltung 11 führen Rechteck-Berechnungen und Additionen an den Digitalsignalen durch, um ein mittleres Rechtecksignal zu erzeugen.

Die OTDR-Meßvorrichtung aus Fig. 2 ist mit Blick auf die Voraussetzung ausgelegt, daß der Regelwiderstand 8a für die zuvor erwähnte Referenzspannung, die in den Differentialverstärker 8 eingegeben wird, einen bestimmten Wert einstellt, und zwar bevor die Vorrichtung mit der Messung beginnt. Wenn bei der Referenzspannung ein Abfall auftritt, so daß ein Wert des Differenzsignals, das in den A/D-Wandler 9 eingegeben wird, ansteigt, so daß es mehr als 2 V beträgt, tritt bei der Umwandlung des A/D-Wandlers 9 ein Problem auf, da der A/D-Wandler 9 ursprünglich ausgelegt ist, um im Hinblick auf einen begrenzten Spannungsbereich, der zwischen 0 V und 2 V liegt, eine Analog-in-Digital-Umwandlung durchzuführen. Mit anderen Worten: wenn das Differenzsignal 2 V übersteigt, gibt der A/D- Wandler 9 konstant ein Digitalsignal aus, das einen Binärcode von '11111111' darstellt. Kurz gesagt, vollzieht sich bei der Umwandlung des A/D-Wandlers 9 eine Sättigung, wenn eine Veränderung in der Referenzspannung auftritt.

Aus US-A-4 898 463 ist eine OTDR-Meßvorrichtung zur automa­ tischen Bestimmung von Lichtleiterdefekten bekannt. Die OTDR- Meßvorrichtung gemäß US-A-4 898 463 umfaßt folgendes: einen Abschnitt zur Emission von Licht, um einem Ziellichtleiter einen optischen Impuls zuzuführen; einen Lichtempfangsabschnitt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Reflexionslicht vom Ziellichtleiter entspricht; und einen Prozessor zur digitalen Verarbeitung des elektrischen Signals des Lichtempfangsab­ schnitts, um daraus Wellenformdaten zu erzeugen. Weiterhin umfaßt die aus der US-A-4 898 463 bekannte OTDR-Meßvorrichtung einen Pegelberechnungsabschnitt zur Berechnung von Pegeldiffe­ renzen für ein vorgegebenes Einheitsintervall aus den Wellen­ formdaten der Prozessors. Ein Komparator vergleicht die Pegel­ differenzen mit einem ersten Schwellenwert und erzeugt Referenz­ positionsdaten, die eine Position angeben, an der die Pegeldif­ ferenzdaten den ersten Schwellenwert überschreiten. Weiterhin wird ein Detektor vorgesehen, um vom Komparator jene der Pegel­ differenzen abzurufen, die sich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches befinden, der vor und nach den Referenzpositionsdaten liegt, um dadurch erste und zweite Positonsdaten zu ermitteln, die vorausgehende und nachfolgende Startpunkte mit konstantem Wert bezeichnen, und um erste Pegeldaten zu ermitteln, die in den Wellenformdaten des Prozessors enthalten sind, die einem Punkt entsprechen, der durch die Addition des vorgegebenen Einheitsintervalls zu den ersten Positionsdaten erhalten wird, und um zweite Pegeldaten aus den Wellenformdaten zu ermitteln, die den zweiten Positionsdaten entsprechen. Ferner wird ein Beurteilungsabschnitt vorgesehen, um Differenzdaten zu erhalten, die eine Pegeldifferenz zwischen den ersten und zweiten Pegelda­ ten angeben, um einen defekten Punkt im Ziellichtleiter zu bestimmen. Diese Bestimmung erfolgt durch den Vergleich der Differenzdaten mit einem zweiten Schwellenwert.

US-A-4 708 471 beschreibt ebenfalls eine OTDR-Meßvorrich­ tung mit Heterodyn-Empfang zur Bestimmung der Dämpfung einer Lichtleitfaser durch Messung des rückgestreuten Anteils von in der Faser gesendeten Lichtimpulsen. Die aus der US-A-4 708 471 bekannte OTDR-Meßvorrichtung umfaßt einen mit Dauerlicht sen­ denden Sender, dessen Licht einerseits in einen den Lokaloszil­ lator bildenden Strahl aufgespalten wird und andererseits in einen Meßstrahl, der durch einen akustooptischen Modulator impulsweise und mit um eine akustische Frequenz verschobener optischer Frequenz in die zu prüfende Lichtleitfaser gesendet wird. Der Strahl des Lokaloszillators und der rückgestreute Teil des Meßstrahls werden gemeinsam einem optischen Empfänger zugeführt, der ein elektrisches Signal erzeugt. Das elektrische Signal umfaßt eine Komponente, aus der ein Signal mit entsprechender Frequenz ausgefiltert wird. Die zeitabhängige Amplitude des ausgefilterten Signals wird als Maß für die längenabhängige Dämpfung der Lichtleitfaser ausgewertet. Um die Schaltverluste auf dem Wege vom optischen Sender über die Testfaser zum optischen Empfänger zu verringern, ist der akusto­ optische Modulator zusätzlich als optisches Verzweigungselement ausgebildet.

Aus der EP-A-238 134 ist eine weitere OTDR-Meßvorrichtung mit Heterodyn-Empfang zur Bestimmung der Dämpfung einer Testlichtleitfaser durch Messung des rückgestreuten Anteils von in die Testlichtfaser gesendeten Lichtimpulsen bekannt. Dabei wird ein Sendestrahl durch eine erste Lichtquelle in die Testlichtleitfaser gesendet. Eine Dauerlichtquelle bildet einen Lokaloszillator, dessen Licht um eine Zwischenfrequenz unter­ schiedlicher Wellenlänge mit dem rückgestreuten Licht der Sende- Lichtquelle überlagert wird und einem Photo-Detektor zugeführt wird. Das zwischenfrequente elektrische Ausgangssignal des Detektors wird ausgefiltert und ausgewertet. Zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses ist vorgesehen, daß die Lichtquelle aus einem Sendelaser besteht, dessen Licht in aufeinanderfolgenden Zeitabständen derart beeinflußt ist, daß die Lichtfrequenz zwischen zwei Eckfrequenzen variiert. Desweiteren wird ebenfalls zur Verbesserung des Signal- Rauschverhältnisses die Dauerlichtquelle des Lokaloszillators als Laser ausgebildet, der Licht mit einer Frequenz sendet, die außerhalb des Bereichs zwischen den Eckfrequenzen liegt, und die sich von einem zwischen den Eckfrequenzen liegenden Frequenzwert um die Zwischenfrequenz unterscheidet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine OTDR-Meßvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Referenzspannung, die verwendet wird, um eine Messung an Lichtleitern durchzuführen, automatisch zu korrigieren.

Eine OTDR-Meßvorrichtung verwendet eine optische Überlagerungs-Frequenz-Erfassung, um die Messung an Lichtleitern durchzuführen. Optische Impulse fallen auf einem Meß-Lichtleiter ein, der wiederum ein Rückwärts-Streulicht ausgibt. Die Vorrichtung führt sowohl am Rückwärts-Streulicht als auch an einem Abtast-Licht, dessen Frequenz auf einen Wert in der Nähe einer Frequenz des Rückwärts-Streulichts eingestellt wird, die Überlagerungs-Frequenz-Erfassung durch. Wenn das Abtast-Licht und das Rückwärts-Streulicht einer Wellenmischung unterzogen werden, treten als Artwort auf einen Unterschied zwischen ihren Frequenzen entsprechend Schwebungssignale auf. So wird der Erfassungsstrom auf der Grundlage von Schwebungssignalen erzeugt und dann in die Erfassungsspannung umgewandelt. Die Vorrichtung stellt einen Differentialverstärker bereit, der eine Verstärkung in Bezug auf einen Unterschied zwischen der Erfassungsspannung und einer Referenzspannung durchführt, um ein Differenzsignal zu erzeugen. Ein A/D-Wandler wandelt das Differenzsignal in ein Digitalsignal um. Eine Rechteck-Addition wird mit dem Digitalsignal durchgeführt, um ein mittleres Rechtecksignal zu erzeugen, das eine Eigenschaft des Meß-Lichtleiters darstellt.

Hierin werden mit dem mittleren Rechtecksignal Berechnungen durchgeführt, um ein Referenzsignal zu erzeugen, das dann in die Referenzspannung umgewandelt wird.

Das Referenzsignal wird auf der Grundlage eines Referenzwertes erzeugt, der im voraus bestimmt wird, so daß das Differenzsignal einem Zwischenwert aus einem Spannungs- Umwandlungs-Bereichs des A/D-Wandlers bei einem Zustand entspricht, wo nur das Abtast-Licht auf die Vorrichtung einfällt. Zusätzlich wird das Referenzsignal automatisch verändert, um eine Verschiebung der Referenzspannung infolge von Störfaktoren wie beispielsweise Temperaturschwankungen auszugleichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden noch verständlicher, wenn die folgende Beschreibung in Ergänzung zu den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, worin:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das eine OTDR-Meßvorrichtung zeigt, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer OTDR- Meßvorrichtung zeigt, die die bekannte Verfahrensweise der Überlagerungs-Frequenz-Erfassung verwendet;

Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration einer in Fig. 2 gezeigten Additionsschaltung zeigt;

Fig. 4 ein Graph ist, der eine Wellenform zeigt, die eine in Fig. 2 verwendete Erfassungsspannung darstellt; und

Fig. 5 ein Graph ist, der die Hüllkurven einer Wellenform zeigt, die ein in Fig. 2 verwendetes Differenzsignal darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird nun eine Beschreibung in Bezug auf eine OTDR- Meßvorrichtung gegeben, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Erfindung im Zusammenhang mit Fig. 1 aufgebaut ist. In Fig. 1 werden Teile, die äquivalent zu denen der Fig. 2 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet; daher wird von ihrer Beschreibung abgesehen. Anders als die zuvor erwähnte OTDR-Meßvorrichtung der Fig. 2, die die herkömmliche Überlagerungs-Frequenz-Erfassung verwendet, ersetzt die OTDR- Meßvorrichtung der Fig. 1 den Regelwiderstand 8a durch eine Reihenschaltung, die aus einer Berechnungsschaltung 20 und einem Digital-in-Analog-Wandler 21 besteht (hiernach als 'D/A- Converter' - D/A-Wandler - bezeichnet). So wird das mittlere Rechtecksignal, das von der Additions-Schaltung 11 ausgegeben wird, der Reihenschaltung zugeführt, worin es in eine Referenzspannung umgewandelt wird, die als seine zweite Eingabe am Differentialverstärker 8 angelegt wird.

Die Berechnungsschaltung 20 ist ausgelegt, um ein Referenzsignal auf der Grundlage des mittleren Rechtecksignals zu erzeugen, das von der Additionsschaltung 11 ausgegeben wird, und zwar in einer Situation, in der das Rückwärts-Streulicht vom Meß-Lichtleiter nicht auf den Lichtleiter 2 sondern nur das Abtast-Licht auf den Lichtleiter 1 einfällt. Das Referenzsignal weist einen Zwischenwert in einem Spannungsbereich der durch den A/D-Wandler 9 hergestellten Umwandlung auf; mit anderen Worten weist das Referenzsignal einen Zwischenwert in einem Spannungsbereich auf, so daß der A/D-Wandler 9 in der Lage ist, die Umwandlung in Bezug auf das Differenzsignal durchzuführen, ohne daß Sättigung bewirkt wird. Wenn z. B. das mittlere Rechtecksignal einen Wert von '1,21' einnimmt, ist das dazu entsprechende Differenzsignal 1,1 V. Wenn der Spannungsbereich der Umwandlung des A/D-Wandlers 9 zwischen 0 V und 2 V liegt, fügt die Berechnungsschaltung 20 einen Wert von 0,1 V zum gegenwärtig erzeugten Referenzsignal hinzu. Der D/A-Wandler 21 wandelt das Referenzsignal, das von der Berechnungsschaltung 20 ausgegeben wird, in eine 'analoge' Referenzspannung um, die einen Offset- Wert hat.

Wie hierin zuvor beschrieben, führt der A/D-Wandler 9 mit Rücksicht auf den Spannungsbereich der Umwandlung, der zwischen 0 V und 2 V liegt, die Umwandlung des in Fig. 5 gezeigten Differenzsignals durch. Zusätzlich wandelt der A/D-Wandler 9 eine Eingabespannung von 0 V in ein 8-Bit Digitalsignal um, das einen Binärcode von '00000000' darstellt, während er eine Eingabespannung von 2 V in ein 8-Bit Digitalsignal umwandelt, das einen Binärcode von '11111111' darstellt. Des weiteren wird der Berechnungsschaltung 20 im voraus ein vorbestimmter Referenzwert gesetzt. So wird in der Situation, wo nur das Abtast-Licht allein in die OTDR-Meßvorrichtung aus Fig. 1 eingegeben wird, das in den A/D-Wandler 9 eingegebene Differenzsignal gesteuert, um einen Zwischenwert im Spannungsbereich der Umwandlung des A/D- Wandlers 9 anzunehmen.

Jetzt wird ein Anfangsstadium angenommen, in dem das Abtast-Licht, das eine konstante Frequenz und eine konstante Intensität aufweist, auf den Lichtleiter 1 einfällt und dann in den Optokoppler 3 eingegeben wird. Als nächstes fallen Lichtimpulse auf den Meß-Lichtleiter ein, so daß entsprechend ein Rückwärts-Streulicht erzeugt wird und auf den Lichtleiter 2 einfällt. So werden das Abtast-Licht und das Rückwärts- Streulicht einer Wellenmischung und Verzweigung im Optokoppler 3, der seinerseits Zweigstrahlen erzeugt, unterzogen. Die Zweigstrahlen breiten sich jeweils durch die Lichtleiter 4 und 5 aus, so daß sie von den Licht-Empfangselementen 6a und 6b empfangen werden. Hierin wird die Frequenz des Abtast-Lichts, das auf den Lichtleiter 1 einfällt, auf einen Wert in der Nähe einer Frequenz des Rückwärts-Streulichtes eingestellt, das vom Meß-Lichtleiter auf den Lichtleiter 2 einfällt. Wenn der Optokoppler 3 die Wellenmischung mit dem Abtast-Licht und dem Rückwärts-Streulicht durchführt, treten so als Reaktion auf einen Unterschied zwischen deren Frequenzen Schwebungssignale auf. Die Schwebungssignale werden durch die Licht-Empfangs- Elemente 6a und 6b erfaßt, die ihrerseits einen Erfassungsstrom erzeugen.

Der von den Licht-Empfangselementen 6a und 6b ausgegebene Erfassungsstrom wird durch den Strom-Spannungs-Wandler 7 in die in Fig. 4 gezeigte Erfassungsspannung umgewandelt. Der Differentialverstärker 8 empfängt die Erfassungsspannung als seine erste Eingabe, während er als seine zweite Eingabe eine Referenzspannung empfängt. Hierin wird die Referenzspannung durch den D/A-Wandler 21 erzeugt. So wird ein Unterschied zwischen der Erfassungsspannung und der Referenzspannung verstärkt oder gedämpft. Solchermaßen erzeugt der Differentialverstärker 8 ein Differenzsignal, das zum A/D- Wandler 9 gesendet wird. So wandelt der A/D-Wandler 9 die Differenzsignale in Digitalsignale um. Die Digitalsignale werden durch die Rechteck-Schaltung 10 und die Additions-Schaltung 11 einer Rechteck-Addition unterzogen. Solchermaßen wird es ermöglicht, ein mittleres Rechtecksignal von 16 Bit zu erzeugen.

Das mittlere Rechtecksignal wird in die Berechnungsschaltung 20 eingegeben. Die Berechnungsschaltung 20 berechnet einen mittleren Additionswert, und zwar unter Bezugnahme auf Werte, die in sie in einer Zeitspanne eingegeben werden, die einem bestimmten Abstand entspricht, der länger als die Länge des Meß-Lichtleiters ist. Die Berechnungsschaltung 20 vergleicht den mittleren Additionswert mit dem vorbestimmter Referenzwert davon. Wenn der mittlere Additionswert mit dem vorbestimmten Referenzwert identisch ist, gibt die Berechnungsschaltung 20 ein Referenzsignal aus, das einen vorbestimmten Referenzwert aufweist. Das Referenzsignal wird in den D/A-Wandler 21 eingegeben und in eine analoge Referenzspannung umgewandelt, die dann als dessen zweite Eingabe zum Differentialverstärker 8 gesendet wird.

Eine Situation wird jetzt angenommen, in der die vom D/A- Wandler 21 ausgegebene Referenzspannung ein wenig verschoben ist, so daß das mittlere Rechtecksignal einen 16-Bit Binärcode von '0100010000010000' darstellt. Ein solcher Binärcode ist ein quadrierter Wert. So wird die Quadratwurzel davon durch einen 8- Bit Binärcode von '10000100' dargestellt. Ein Wert, der dem 8- Bit Binärcode entspricht, ist zu einem Ausgabewert des A/D- Wandlers 9 äquivalent, der ein Differenzsignal von 1,035 V eingibt. Wie zuvor beschrieben, erzeugt die Berechnungsschaltung 20 einen mittleren Additionswert mit Rücksicht auf Werte, die während einer Zeitspanne in sie eingegeben werden, die einem bestimmten Abstand entsprechen, der länger als die Länge des Meß-Lichtleiters ist. Auf der Grundlage des mittleren Additionswertes verändert die Berechnungsschaltung 20 das Referenzsignal derart, daß eine Ausgabe des A/D-Wandlers 9 um 0,035 V verringert wird. Auf diese Weise wird der D/A-Wandler 21 durch einen 6-Bit-Wandler aufgebaut, worin 1 Schritt (d. h. eine Bit-Stellung) 0,05 V entspricht. In jenem Fall führt die Berechnungsschaltung 20 ein Verfahren durch, um eine Eingabe des D/A-Wandlers 21 um 7 Stufen zu senken. Dank eines derartigen Verfahrens ist es möglich, eine Verschiebung der dem Differentialverstärker 8 zugeführten Referenzspannung zu korrigieren.

Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung ist die OTDR- Meßvorrichtung in der Lage, Veränderungen ihrer Eigenschaften infolge von Störungsfaktoren wie beispielsweise Temperaturschwankungen zu unterdrücken. In einigen Fällen wird z. B. die in den A/D-Wandler 9 eingegebene Referenzspannung durch Temperaturschwankungen innerhalb der Vorrichtung beeinflußt, so daß Veränderungen von ±0,05 V in Bezug auf die Referenzspannung auftreten. In einem solchen Fall ist es möglich, wenn ein 6-Bit- D/A-Wandler, dessen Ausgabe in 1 Stufe 0,005 V entspricht, mit der Vorrichtung ausgestattet ist, eine Fehlergröße zu unterdrücken. Das bedeutet, daß die Vorrichtung hinsichtlich des mittleren Wertes der Referenzspannung hauptsächlich eine maximale Fehlergröße von 0,005 V bereitstellt.

Wenn die Erfassungsspannung im Bereich zwischen 0,0025 V und 1,9975 V variiert, so daß die Referenzspannung um +0,05 V variiert, variiert ein Unterschied zwischen den in den Differentialverstärker 8 eingegebenen Spannungen im Bereich zwischen 0,0525 V und 2,0475 V. Wie oben beschrieben, stellt der A/D-Wandler 9 eine konstante Ausgabe bereit, die in Bezug auf 'große' Eingabespannungen, die 2 V übersteigen, einer begrenzten Eingabespannung von 2 V entspricht. Aus diesem Grund ist die Vorrichtung in der Lage, in Bezug auf einen nur begrenzten Spannungsbereich zwischen 0,05 V und 1,95 V 'genaue' Meßwerte davon zu erhalten. Jetzt wird auf einen Spannungsbereich, in dem die Vorrichtung in der Lage ist, eine Analog-in-Digital- Umwandlung durchzuführen, als konvertierbarer Spannungsbereich Bezug genommen.

Als nächstes wird mit Rücksicht auf dynamische Bereiche, die an 2 konvertierbaren Spannungsbereichen berechnet werden - d. h. einem ersten konvertierbaren Spannungsbereich zwischen 0,0025 V und 1,9975 V und einem zweiten konvertierbaren Spannungsbereich zwischen 0,05 V und 1,95 V - ein Vergleich angestellt. Im zuvor erwähnten Beispiel der OTDR-Meßvorrichtung, und zwar im Idealzustand, wo für den mittleren Wert der Eingabespannung des A/D-Wandlers 9 keine Verschiebung auftritt und die Geräuschkomponente gleich Null ist, ist es möglich, den dynamischen Bereich von 44,9 dB in Übereinstimmung mit einem mathematischen Ausdruck wie folgt zu berechnen:

(FF(H) ^ 2) × 2¹⁵ + (0C(H) ^ 2) × 2¹⁵ - (86(H) ^ 2) × 2¹⁶

Im obigen Ausdruck stellen Zeichen, die dem (H) vorangestellt sind, einen hexadezimalen Code dar. Zusätzlich stellt ein Symbol "^" die Multiplikation dar, die durchgeführt wird, indem eine Zahl verwendet wird, die ihm auf dem hexadezimalen Code folgt.

In der OTDR-Meßvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den dynamischen Bereich von 45,1 dB in Übereinstimmung mit einer mathematischen Gleichung wie folgt zu berechnen:

(FF(H) ^ 2) × 2¹⁵ + (00(H) ^ 2) × 2¹⁵ - (80(H) ^ 2) × 2¹⁶

So gibt es einen Unterschied von 0,2 dB zwischen den dynamischen Bereichen, die für die oben beschriebenen OTDR- Meßvorrichtungen berechnet werden. Ein solcher Unterschied im dynamischen Bereich beeinflußt einen ziemlich hohen Spannungsbereich der in den A/D-Wandler 9 eingegebenen Erfassungsspannung. Mit anderen Worten beeinflußt der Unterschied im dynamischen Bereich die Messung an der nahen Endseite des Meß-Lichtleiters. Wenn ein Verlust des Meß- Lichtleiters 0,25 dB pro 1 Km beträgt, ist die OTDR- Meßvorrichtung in der Lage, eine hohe Genauigkeit bei der Messung des Meß-Lichtleiters in Bezug auf seine nahe Endseite, die eine Länge (d. h. 800 m) aufweist, die einem Verlust von 0,2 dB entspricht, bereitzustellen.

Da diese Erfindung auf viele Weisen ausgeführt werden kann, ohne sich vom Grundgedanken ihrer wesentlichen Merkmale zu lösen, ist die vorliegenden Ausführungsform aus diesem Grund veranschaulichend und nicht einschränkend, da der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die ihnen vorausgehende Beschreibung definiert wird. Alle Veränderungen, die in die Ziele und Grenzen der Ansprüche fallen, bzw. Äquivalente für solche Ziele und Grenzen, gelten daher als von den Ansprüchen umfaßt.

Claims (5)

1. Eine OTDR-Meßvorrichtung, die folgendes umfaßt:
ein Lichtwellen-Erfassungsmittel (1-5, 6a, 6b, 7) zum Durchführen einer optischen Überlagerungs-Frequenz-Erfassung in Bezug auf darauf einfallendes Licht, das von einem Meß- Lichtleiter geliefert wird, um ein Wellen-Erfassungssignal zu erzeugen;
einen A/D-Wandler (9) zum Umwandeln eines Eingabesignal davon in ein Digitalsignal;
ein erstes Berechnungsmittel (10, 11) zur Durchführung einer Rechteck-Addition des Digitalsignals, um ein mittleres Rechtecksignal zu erzeugen;
ein zweites Berechnungsmittel (20, 21) zum Berechnen eines Offset-Wertes für den A/D-Wandler auf der Grundlage des mittleren Rechtecksignals, das vom ersten Berechnungsmittel ausgegeben wird, und zwar in einem Zustand, in dem das Lichtwellen-Erfassungsmittel das Wellen-Erfassungssignal nicht ausgibt; und
einen Differentialverstärker (8) zum Durchführen einer Differentialverstärkung in Bezug auf einen Unterschied zwischen dem Wellen-Erfassungssignal und einer Ausgabe des zweiten Berechnungsmittels, so daß eine Ausgabe davon als Eingabesignal des A/D-Wandlers bereitgestellt wird.

2. Eine OTDR-Meßvorrichtung, die folgendes umfaßt:
ein Lichtwellen-Erfassungsmittel (1-5, 6a, 6b, 7) zum Durchführen einer optischen Überlagerungs-Frequenz-Erfassung in Bezug auf darauf einfallendes Licht, das von einem Meß- Lichtleiter geliefert wird, um ein Wellen-Erfassungssignal zu erzeugen;
einen A/D-Wandler (9) zum Umwandeln eines Eingabesignals davon in ein Digitalsignal;
ein erstes Berechnungsmittel (10, 11) zum Durchführen einer Rechteck-Addition am Digitalsignal, um ein mittleres Rechtecksignal zu erzeugen;
ein zweites Berechnungsmittel (20, 21) zum Berechnen eines Offset-Wertes für den A/D-Wandler auf der Grundlage des mittleren Rechtecksignals, das vom ersten Berechnungsmittel ausgegeben wird, und zwar in einem Zustand, wo das Lichtwellen- Erfassungsmittel das einfallende Licht aus dem Meß-Lichtleiter nicht empfängt, worin das zweite Berechnungsmittel den Offset- Wert auf der Grundlage des mittleren Rechtecksignals verändert; und
einen Differentialverstärker (8) zum Durchführen einer Differentialverstärkung in Bezug auf einen Unterschied zwischen dem Wellen-Erfassungssignal und einer Ausgabe des zweiter Berechnungsmittels, so daß eine Ausgabe davon als Eingabesignal des A/D-Wandlers bereitgestellt wird.

3. Eine OTDR-Meßvorrichtung, die folgendes umfaßt:
ein Überlagerungs-Frequenz-Erfassungsmittel (1-5, 6a, 6b, 7) zum Durchführen einer Überlagerungs-Frequenz-Erfassung an Abtast-Licht und Rückwärts-Streulicht, das auf Lichtimpulse reagiert, die auf einen Meß-Lichtleiter einfallen, wodurch eine Erfassungsspannung erzeugt wird, worin eine Frequenz des Abtast- Lichts auf einen Wert in der Nähe einer Frequenz des Rückwärts- Streulichtes eingestellt wird;
einen A/D-Wandler (9) zum Umwandeln einer Eingabe davon in ein Digitalsignal;
ein erstes Berechnungsmittel (10, 11) zum Durchführen einer Rechteck-Addition am Digitalsignal, um ein mittleres Rechtecksignal zu erzeugen;
ein zweites Berechnungsmittel (20) zum Durchführen vors Berechnungen an dem mittleren Rechtecksignal, um ein Referenzsignal auf der Grundlage eines Referenzwertes zu erzeugen;
einen D/A-Wandler (21) zum Umwandeln des Referenzsignals in eine Referenzspannung; und
einen Differentialverstärker (8) zum Durchführen der Verstärkung in Bezug auf einen Unterschied zwischen der Erfassungsspannung und der Referenzspannung, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das in den A/D-Wandler eingegeben wird,
worin der Referenzwert des zweiten Berechnungsmittels im voraus bestimmt wird, so daß das Differenzsignal einem Zwischenwert eines Spannungs-Umwandlungsbereichs des A/D- Wandlers entspricht, und zwar in einem Zustand, in dem nur das Abtast-Licht auf das Überlagerungs-Frequenz-Erfassungsmittel einfällt.

4. Eine OTDR-Meßvorrichtung wie in Anspruch 3 definiert, worin das zweite Berechnungsmittel das Referenzsignal automatisch verändert, um eine Verschiebung der Referenzspannung zu korrigieren.

5. Eine OTDR-Meßvorrichtung wie in Anspruch 3 definiert, worin das zweite Berechnungsmittel das Referenzsignal erzeugt, das dem Referenzwert entspricht, wenn das mittlere Rechtecksignal mit dem Referenzwert identisch ist.