DE19832562A1

DE19832562A1 - Reception apparatus for optical data transmission path

Info

Publication number: DE19832562A1
Application number: DE19832562A
Authority: DE
Inventors: Clemens Hoga; Juergen Seiter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2000-01-27

Abstract

The apparatus includes a light receiver (5) arranged in the housing of the reception apparatus. The receiver converts the received light in an electrical signal (9) with respect to the light intensity. The light is attenuated by connections between the light transmitter (3) and the transmission medium (4), by connections between the transmission medium and the light receiver and by the transmission medium. The electrical signal is guided directly or after conditioning by a signal conditioner (7) to a measurement contact (8) which can be accessed from the outside. A measurement apparatus (20) can be connected to the data transmission path at the measurement contact and a quality report can be made about the optical data transmission path.

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinrichtung für eine optische Datenübertragungsstrecke mit einem Lichtsender, einem Übertragungsmedium und einem Lichtempfänger zur Umwand lung des Lichts in ein der Lichtintensität entsprechendes elektrisches Signal, der in einem Gehäuse der Empfangs einrichtung angeordnet ist. Dabei erfährt das Licht z. B. aufgrund der Verbindungsstellen zwischen Lichtsender und Übertragungsmedium, zwischen Übertragungsmedium und Licht empfänger sowie aufgrund des Übertragungsmediums selbst eine Dämpfung.The invention relates to a receiving device for a optical data transmission path with a light transmitter, a transmission medium and a light receiver for conversion the light into a light intensity electrical signal received in a housing device is arranged. The light experiences z. B. due to the connection points between light transmitter and Transmission medium, between transmission medium and light receiver and due to the transmission medium itself Damping.

In einer derartigen optischen Datenübertragungsstrecke können die Daten unmoduliert übertragen werden, d. h., zur Übertra gung einer log. "0" wird Licht eingeschaltet und durch das Medium übertragen, während bei einer log. "1" kein Licht ge sendet wird. Durch die Dämpfung wird die Signalstärke des Lichts mit zunehmender Leitungslänge immer geringer. In der Empfangseinrichtung können die Daten jedoch nur fehlerfrei empfangen werden, wenn die Lichtintensität bei eingeschalte tem Licht am Empfangsort einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet. Durch die Leistung des Lichtsenders und die minimale Lichtintensität, mit der eine log. "0" durch die Empfangseinrichtung noch sicher erkannt wird, ergibt sich das sogenannte Dämpfungsbudget.In such an optical data transmission link the data is transmitted unmodulated, d. that is, for transfer a log. "0" light is switched on and by the Medium transferred while at a log. "1" no light is sent. The signal strength of the Light decreases with increasing cable length. In the However, the receiving device can only process the data without errors be received when the light intensity is on light at the receiving location does not meet a certain limit falls below. By the power of the light transmitter and the minimal light intensity with which a log. "0" through the Receiving device is still reliably recognized, that results so-called damping budget.

Bei Glaslichtwellenleitern kann durch aufwendige Meßgeräte mit Hilfe einer Reflexionsmessung eine bestehende Licht wellenleiterstrecke sehr genau durchgemessen werden. Dabei aufgenommene Meßprotokolle können bei Übergabe einer Anlage mit einer optischen Datenübertragungsstrecke zur Dokumenta tion der Qualität der optischen Verkabelung einem Kunden überreicht werden. Die Durchführung dieser Messungen und die Meßgeräte selbst sind jedoch sehr aufwendig. Nachteilig ist auch, daß die Reflexionsmessung eine Lichtwellenleiterlänge von mindestens 50 m erfordert. Bei Kunststofflichtwellen leitern ist sie nicht einsetzbar. Hier werden genormte Licht sender und optische Pegelmeßgeräte an das Übertragungsmedium angeschlossen.With glass fiber optic cables, complex measuring devices can be used with the help of a reflection measurement an existing light waveguide path can be measured very precisely. Here Recorded measurement protocols can be transferred to a system with an optical data transmission path to the document the quality of the optical cabling for a customer be presented. The implementation of these measurements and the However, measuring devices themselves are very complex. The disadvantage is also that the reflection measurement is an optical fiber length of at least 50 m required. With plastic light waves it cannot be used on ladders. Here are standardized light transmitters and optical level meters to the transmission medium connected.

Die Messung mit externen Meßgeräten hat jedoch einige Nach teile. Die erforderlichen Meßgeräte sind vergleichsweise teuer und ungeschultes Personal kann sie nicht ohne weiteres bedienen. Bei späteren Messungen nach der Inbetriebnahme einer Datenübertragungsstrecke muß zunächst wieder das Meß gerät beschafft werden. Die Messung kann nur vorgenommen werden, wenn die Datenübertragungsstrecke außer Betrieb ist, da der Lichtsender und der Lichtempfänger vor der Messung am Übertragungsmedium abgenommen werden müssen. Aus diesem Grund erfaßt die Messung auch nicht die Übergangsdämpfungen zwi schen Lichtsender und Übertragungsmedium sowie zwischen Über tragungsmedium und Lichtempfänger. Ein Nachmessen der Dämp fungswerte eines Übertragungsmediums ist jedoch von Zeit zu Zeit erforderlich, da sich seine Eigenschaften mit der Zeit verändern können. Ursache hierfür können beispielsweise eine Änderung der Kabelverlegung mit mehr Biegungen, eine unsach gemäße Behandlung mit Nichteinhalten der zulässigen Biege radien, ein Nagetierbefall bei nichtarmierten Erdkabeln, eine Kabelalterung, der Einfluß von Kernstrahlung, hohe Tempera turschwankungen, eine Verlegung von Kabeln in Wasser mit da für ungeeignetem Kabelaufbau oder die Bildung von Feuchtig keit oder Schmutz an den Steckern bei nicht ausreichenden Schutzmaßnahmen sein. In allen Fällen muß aber sichergestellt werden, daß den Lichtempfänger genügend optische Leistung erreicht.However, the measurement with external measuring devices has some after parts. The required measuring devices are comparative they cannot be expensive and untrained personnel without further ado serve. For later measurements after commissioning a data transmission link must first again the measurement be procured. The measurement can only be made if the data transmission link is out of order, since the light transmitter and the light receiver before the measurement on Transmission medium must be removed. For this reason the measurement also does not record the transition attenuations between light transmitter and transmission medium as well as between over medium and light receiver. Measuring the damping values of a transmission medium are from time to time Time required as its properties change over time can change. This can be caused, for example, by a Change in cable routing with more bends, one improper appropriate treatment with non-compliance with the permissible bending radii, a rodent attack on non-armored underground cables, one Cable aging, the influence of nuclear radiation, high tempera fluctuations in the door, laying cables in water with them for unsuitable cable construction or the formation of moisture or dirt on the plugs if they are insufficient Be protective measures. In all cases, however, must be ensured be that the light receiver has enough optical power reached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Empfangs einrichtung für eine optische Datenübertragungsstrecke zu schaffen, die in einfacher Weise eine Überprüfung der Quali tät der optischen Übertragungsstrecke während des Betriebs, also online, ermöglicht.The invention has for its object a reception device for an optical data transmission path create a simple way of reviewing the qualifications the optical transmission path during operation, that is, online.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Empfangseinrichtung der eingangs genannten Art die in Anspruch I angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.To solve this task, the new receiving device of the type mentioned in claim I. Characteristics on. In the subclaims are advantageous Developments of the invention described.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß jederzeit, also nicht nur bei der Inbetriebnahme einer optischen Übertragungsstrecke oder im Fehlerfall, ohne eine Unterbrechung des Betriebs eine Prüfung der Qualität der optischen Übertragungsstrecke durch geführt werden kann. Durch mehrfache Messungen der Dämpfung kann auch eine Trendaussage über die Qualität der Datenüber tragungsstrecke gewonnen werden. Vorteilhaft bei der erfin dungsgemäßen Empfangseinrichtung ist zudem, daß die Koppel stellen zwischen Lichtsender und Übertragungsmedium sowie zwischen Übertragungsmedium und Lichtempfänger in die Be urteilung der optischen Datenübertragungsstrecke mit ein bezogen werden können. Dabei sind die Maßnahmen, die an einer Empfangseinrichtung zur Überprüfung der optischen Datenüber tragungsstrecke vorgenommen werden müssen, mit geringem Auf wand von einem Techniker ohne besondere Schulung durchführ bar. Das führt zu einer hohen Akzeptanz beim Anwender. In einfacher Weise läßt sich die Spannung am Meßkontakt bereits durch Anschließen eines Digitalvoltmeters oder Oszilloskops anzeigen, so daß sie durch das Bedienpersonal ausgewertet werden kann. Dem Anwender können Tabellen oder Grafiken zur Verfügung gestellt werden, in denen abhängig von der Dimen sion und der Art des Übertragungsmediums ein Grenzwert ab gelesen werden kann, ab welchem die Lichtintensität eine untere Grenze erreicht hat. Der Techniker kann daher ohne besondere Schwierigkeiten die aktuelle Qualität der optischen Datenübertragungsstrecke beurteilen.The invention has the advantage that at any time, not only when commissioning an optical transmission link or in the event of a fault, without an interruption in operation Check the quality of the optical transmission link can be performed. Through multiple measurements of the damping can also give a trend statement about the quality of the data transmission line can be obtained. Advantageous with the inventor Invention receiving device is also that the coupling place between light transmitter and transmission medium as well between transmission medium and light receiver in the Be Assessment of the optical data transmission route can be obtained. The measures taken on a Receiving device for checking the optical data transmission line must be made, with little on by a technician without special training bar. This leads to a high level of user acceptance. In the voltage at the measuring contact can already be done in a simple manner by connecting a digital voltmeter or oscilloscope display so that they are evaluated by the operating personnel can be. The user can use tables or graphics Be made available depending on the dimen sion and the type of transmission medium can be read from which the light intensity is a has reached the lower limit. The technician can therefore without particular difficulties the current quality of the optical Assess the data transmission route.

Wenn das elektrische Signal des Lichtempfängers nach einer Einrichtung zur Signalaufbereitung mit einem Spitzenwert detektor und einem nachgeschalteten Sample-and-Hold-Glied auf den Meßkontakt geführt ist, liegt ein konstantes Signal am Meßkontakt an, das beispielsweise als Spannungswert mit einem Digitalvoltmeter leicht meßbar ist.If the electrical signal of the light receiver after a Device for signal processing with a peak value detector and a downstream sample-and-hold link the measuring contact is routed, there is a constant signal Measuring contact on, for example as a voltage value with a Digital voltmeter is easy to measure.

Damit auch Änderungen des Signals am Meßkontakt erfaßbar sind, kann in vorteilhafter Weise ein rücksetzbares Sample-and-Hold-Glied verwendet werden.So that changes in the signal at the measuring contact can be detected are a resettable in an advantageous manner Sample-and-hold link can be used.

Damit Einbrüche in der Amplitude der Lichtintensität, die zu einer Fehlinterpretation des Signals führen können und daher besonders kritisch sind, detektiert werden, wird mit Vorteil ein Spitzenwertdetektor eingesetzt, der durch einen Fenster diskriminator nur während eines Zeitfensters aktiviert wird, innerhalb dessen ein Lichtsignal hoher Intensität, d. h. ein Lichtsignal mit eingeschaltetem Lichtsender entsprechend der Übertragung beispielsweise einer log. "0", übertragen wird. Der Spitzenwertdetektor wird dann so eingestellt, daß er ein Signal entsprechend der niedrigsten Intensität innerhalb des Meßfensters detektiert und ausgibt.Thus, drops in the amplitude of the light intensity leading to can lead to a misinterpretation of the signal and therefore are particularly critical, are detected, is an advantage a peak detector is inserted through a window discriminator is only activated during a time window, within which a high intensity light signal, i. H. on Light signal with the light transmitter switched on according to Transmission of a log, for example. "0" is transmitted. The peak detector is then set to on Signal corresponding to the lowest intensity within the Measuring window detects and outputs.

Sehr kurzzeitige Störungen, welche die Datenübertragung nicht beeinflussen und daher auch das Meßergebnis nicht verfälschen sollen, werden vorteilhaft herausgefiltert, indem das elek trische Signal in der Einrichtung zur Signalaufbereitung zu nächst auf ein Tiefpaßfilter zur Beseitigung der Störspitzen geführt ist.Very short-term disturbances, which the data transmission does not influence and therefore not falsify the measurement result are advantageously filtered out by the elec trical signal in the device for signal processing next to a low-pass filter to eliminate the spikes is led.

Da einzelne Fehler durch das jeweilige Datenprotokoll in der Empfangseinrichtung ausgleichbar sind, kann in vorteilhafter Weise in der Einrichtung zur Signalaufbereitung dem Meß kontakt ein Filter vorgeschaltet werden, das derartige Fehler unterdrückt. Dadurch wird erreicht, daß kurzzeitige Fehler, die bei der Datenübertragung nicht stören, auch nicht zu einer Schlecht-Aussage bei der Beurteilung der optischen Datenübertragungsstrecke führen. Since individual errors caused by the respective data protocol in the Receiving device can be compensated, can be advantageous Way in the device for signal processing the measurement Contact a filter upstream that such errors suppressed. This ensures that short-term errors, that do not interfere with data transmission, also not to a bad statement when assessing the optical Lead data transmission route.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Using the drawings, in which an embodiment of the Invention is shown, the following are the invention as well as configurations and advantages explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine optische Datenübertragungsstrecke, Fig. 1 shows an optical data transmission path,

Fig. 2 ein erstes und Fig. 2 shows a first and

Fig. 3 ein zweites Beispiel einer Einrichtung zur Auf bereitung eines elektrischen Signals. Fig. 3 shows a second example of a device for preparing an electrical signal.

In Fig. 1 sind eine Datenverarbeitungseinrichtung 1, die z. B. ein an einem Prozeß in elektromagnetisch verseuchter Umgebung angeordneter Meßumformer sein kann, und eine Daten-Verar beitungseinrichtung 2, die hier als Empfangseinrichtung betrieben wird und z. B. ein Industrie-PC zur Verarbeitung der Daten des Meßumformers sein kann, durch eine optische Datenübertragungsstrecke miteinander verbunden. Die optische Datenübertragungsstrecke besteht im wesentlichen aus einem Lichtsender 3, einem Übertragungsmedium 4, z. B. ein Glas- oder Kunststofflichtwellenleiter, und einem Lichtempfänger 5, der das empfangene Licht in ein der Lichtintensität entspre chendes Spannungssignal umwandelt. Zur Datenübertragung wird ein optisches Signal ohne Trägerfrequenz verwendet, bei wel chem eine log. "0" durch Einschalten des Lichts und eine log. "1" durch Ausschalten des Lichts dargestellt wird. Ent sprechend der jeweiligen Lichtintensität bildet der Licht empfänger 5 ein elektrisches Signal, das auf eine Daten verarbeitungslogik 6 und direkt oder nach einer Einrichtung 7 zur Signalaufbereitung, die in der Fig. 1 mit durchbrochenen Linien dargestellt ist, auf einen Meßkontakt 8 geführt ist. An den Meßkontakt 8 ist ein externes Meßgerät 20 zur Messung und Auswertung des elektrischen Signals angeschlossen. Die Einrichtung 7 zur Signalaufbereitung kann wahlweise auch in dem externen Meßgerät 20 angeordnet werden. In diesem Fall kann sie im Gehäuse der Datenverarbeitungseinrichtung 2 ent fallen. In Fig. 1 are a data processing device 1 , the z. B. may be arranged on a process in an electromagnetically contaminated transmitter, and a data processing device 2 , which is operated here as a receiving device and z. B. can be an industrial PC for processing the data of the transmitter, connected by an optical data transmission path. The optical data transmission path consists essentially of a light transmitter 3 , a transmission medium 4 , for. B. a glass or plastic light waveguide, and a light receiver 5 , which converts the received light into a voltage signal corresponding to the light intensity. An optical signal without a carrier frequency is used for data transmission, with which a log. "0" by turning on the light and a log. "1" is represented by switching off the light. Accordingly, the respective light intensity of the light receiver 5 forms an electrical signal, which is on a data processing logic 6 and directly or after a device 7 for signal processing, which is shown in FIG. 1 with broken lines, on a measuring contact 8 . An external measuring device 20 for measuring and evaluating the electrical signal is connected to the measuring contact 8 . The device 7 for signal processing can optionally also be arranged in the external measuring device 20 . In this case, it can fall into the housing of the data processing device 2 .

Insbesondere wenn als Meßgerät 20 ein Oszilloskop zur Dar stellung und Auswertung des elektrischen Signals verwendet wird, ist eine Einrichtung zur Signalaufbereitung nicht zwingend erforderlich. Anhand des Verlaufs des elektrischen Signals, der auf dem Oszilloskop in bekannter Weise dar gestellt wird, kann ohne weiteres eine Bewertung der opti schen Datenübertragungsstrecke vorgenommen und eine Quali tätsaussage getroffen werden.In particular, if an oscilloscope is used for setting and evaluating the electrical signal as a measuring device 20 , a device for signal processing is not absolutely necessary. Based on the course of the electrical signal, which is presented on the oscilloscope in a known manner, an assessment of the optical data transmission path can be made without further notice and a quality statement can be made.

Wird ein einfaches Digitalvoltmeter als Meßgerät 20 an den Meßkontakt angeschlossen, ohne eine Einrichtung 7 zur Signal aufbereitung im Gehäuse der Datenverarbeitungseinrichtung 2 vorzusehen, so kann durch das Digitalvoltmeter der Gleich anteil des elektrischen Signals erfaßt werden. Der Gleich anteil gibt die mittlere Intensität des empfangenen Lichts wieder. Eine Qualitätsaussage über die optische Datenübertra gungsstrecke anhand des Gleichanteils zu treffen ist jedoch problematisch, da je nach übertragenen Daten unterschiedliche Einschaltzeiten des Lichts vorliegen. Für die Qualität der optischen Datenübertragungsstrecke ist vorwiegend die Licht intensität bei eingeschaltetem Licht maßgebend.If a simple digital voltmeter as a measuring device 20 is connected to the measuring contact without providing a device 7 for signal processing in the housing of the data processing device 2 , the direct part of the electrical signal can be detected by the digital voltmeter. The equal proportion reflects the average intensity of the light received. However, it is problematic to make a quality statement about the optical data transmission path on the basis of the direct component, since different switch-on times of the light are available depending on the transmitted data. For the quality of the optical data transmission path, the light intensity when the light is switched on is predominant.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Einrichtungen zur Signalaufbereitung können jeweils als Einrichtung 7 in Fig. 1 eingesetzt werden. Die Meßkontakte 15 bzw. 18 ent sprechen dann dem Meßkontakt 8 in Fig. 1. In einem Aus führungsbeispiel einer Einrichtung zur Signalaufbereitung gemäß Fig. 2 werden aus einem elektrischen Spannungssignal 9 zunächst durch ein Tiefpaßfilter 10 Störspitzen heraus gefiltert. Das so gefilterte Signal wird auf einen Spitzen wertdetektor 11 geleitet, der den innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne auftretenden Maximalwert des gefilterten Signals erfaßt und der danach durch ein Steuersignal 12 zurückgesetzt wird. Ein nachgeschaltetes Sample-and-Hold-Glied 13, das mit einem Steuersignal 14 rücksetzbar ist, hält den Maximalwert für eine gewisse Zeit, beispielsweise einige Sekunden, kon stant, damit ein Anwender an einem an einen Meßkontakt 15 angeschlossenen Digitalvoltmeter einen Gleichspannungswert ablesen kann. Der Spitzenwertdetektor 11 und das Sample-and-Hold-Glied 13 werden danach mit den Steuersignalen 12 und 14 zurückgesetzt und es kann eine neue Messung vorgenommen werden.The devices for signal processing shown in FIGS. 2 and 3 can each be used as device 7 in FIG. 1. The measuring contacts 15 and 18 correspond to the measuring contact 8 in FIG. 1. In an exemplary embodiment from a device for signal processing according to FIG. 2, 10 spikes are first filtered out of an electrical voltage signal 9 by a low-pass filter. The signal filtered in this way is passed to a peak value detector 11 , which detects the maximum value of the filtered signal occurring within a predeterminable period of time and which is then reset by a control signal 12 . A downstream sample-and-hold element 13 , which can be reset with a control signal 14 , holds the maximum value for a certain time, for example a few seconds, so that a user can read a DC voltage value at a digital voltmeter connected to a measuring contact 15 . The peak value detector 11 and the sample-and-hold element 13 are then reset with the control signals 12 and 14 and a new measurement can be carried out.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist einem Spitzenwert detektor 16 ein Fensterdiskriminator 17 vorgeschaltet, der den Spitzenwertdetektor 16 nur in der Zeit aktiviert, in welcher ein Sender das Licht einschaltet und beispielsweise eine log. "0" übertragen wird. Durch den Spitzenwertdetektor 16 wird nun das Minimum der Lichtintensität bei eingeschalte tem Licht erfaßt. Damit kann eine Qualitätsaussage über die optische Datenübertragungsstrecke in Abhängigkeit davon ge troffen werden, ob die Lichtintensität am Lichtempfänger bei eingeschaltetem Licht einen vorgebbaren unteren Schwellwert unterschreitet und eine log. "0" nicht mehr sicher detektiert werden kann. Ein dem Wert des Minimums entsprechendes elek trisches Signal ist wiederum an einem Meßkontakt 18 während des Betriebs der optischen Datenübertragungsstrecke ohne weiteres abgreifbar. Selbstverständlich kann der Spitzen wertdetektor 16 analog zu dem in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel mit einem Tiefpaß und einem Sample-and-Hold-Glied kombiniert werden.In the embodiment according to FIG. 3, a peak value detector 16 is preceded by a window discriminator 17 , which only activates the peak value detector 16 during the time in which a transmitter switches the light on and, for example, a log. "0" is transmitted. The peak value detector 16 now detects the minimum of the light intensity when the light is switched on. This enables a quality statement about the optical data transmission path to be made depending on whether the light intensity at the light receiver falls below a predeterminable lower threshold value and a log when the light is switched on. "0" can no longer be reliably detected. A corresponding to the value of the minimum electrical signal is in turn easily tapped at a measuring contact 18 during the operation of the optical data transmission path. Of course, the peak value detector 16 can be combined analogously to the exemplary embodiment shown in FIG. 2 with a low-pass filter and a sample-and-hold element.

Claims

1. receiving device for an optical data transmission route with a light transmitter ( 3 ), a transmission medium ( 4 ) and a light receiver ( 5 ) which is arranged in a housing of the receiving device ( 2 ) and for converting the received light into a light intensity corresponding to electrical Signal ( 9 ) is provided, the light e.g. B. due to the connection points between the light transmitter ( 3 ) and the transmission medium ( 4 ), between the transmission medium ( 4 ) and the light receiver ( 5 ) and due to the transmission medium ( 4 ) itself experiences an attenuation and the electrical signal directly or after processing by a device ( 7 ) for signal processing on a measuring contact ( 8 ) which is easily accessible from the outside, so that a measuring device ( 20 ) can be connected to the measuring contact ( 8 ) during operation of the data transmission link, with the aid of which a quality statement about the optical data transmission link can be hit.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device ( 7 ) for signal processing has a peak value detector ( 11 ) with a downstream sample-and-hold element ( 13 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that the sample-and-hold element ( 13 ) can be reset.

4. Device according to claim 2, characterized in that the peak detector ( 16 ) is activated by a window discriminator ( 17 ) only during a time window within which a light signal of high intensity is transmitted, and that the peak detector ( 16 ) is small Most value of the signal detected within the measurement window.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal ( 9 ) in the device ( 7 ) for signal processing is first performed on a low-pass filter ( 10 ) for eliminating interference peaks.