DE2837981C2 - Optisches Zeitbereichs-Reflektometer zur Bestimmung der Dämpfung von Lichtleitfasern - Google Patents

Description

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Hilfe zweier Rampengeneratoren gewonnen, wobei die Länge dem gewählten Zeitfenster, also minimal der Rampe des einen, deren Länge dem gewählten Zeitfen- Länge des Rückstreusignals, entspricht, durch jeden ster entspricht, durch jeden Triggerimpuls und die des Triggerimpuls und die andere Rampe, deren Länge der anderen, die der Länge der eingestellten Meßzeit ent- eingesteüten Meßzeit entspricht, durch einen Taster spricht, durch einen Taster gestartet wird. Für jeden 5 ausgelöst wird. Für jeden Schnittpunkt der Rampen, sie-Schnittpunkt der Rampen wird mittels eines Kompara- he F i g. 3, liefert ein Komparator 16 einen Sample-Betors ein Sample-Befehl erzeugt, der sich langsam gegen- fehl, der sich, wie in F i g. 3 gezeigt, langsam gegenüber Ober dem Triggerimpuls verschiebt und dessen Aus- dem Triggerimpuls verschiebt Die Torzeit der Schalgangssignal einen in der Breite einstellbaren Rechtack- tung wird durch die Länge des vom Sample-Befehl ausimpuls auslast Das Ausgangssignal wird mittels eines to gelösten, im Pulsgenerator 13 erzeugten Impulses be-ÄC-Glieds gemittelt, um damit eine Verbesserung des stimmt

Signal-Rausch-Verhältnisses zu erreichen. Als Licht- In Fig.4 ist der Schaltplan des Pulsgenerators 1 und

quelle wird vorzugsweise ein Lasermodul verwendet der Signalaufbereitungselektronik näher erläutert Das

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Triggerimpulse als Nadelpulsgenerator geschaltete Monoflop IC U trig-

für Lasermodul und Rampengeneratoren durch einen 15 gert mit seinen negativen Flanken das Monoflop /CIk

Pulsgenerator erzeugt werden, der eine zeitliche Ver- an dessen Ausgang ein Rechteckimpuls (Pretrigger) zur Schiebung der Impulse zueinander ermöglicht Verfügung steht dessen Wiederholrate durch Cl₁Kl, Erfindungsgemäß wird demnach ein Reflektometer /72 und dessen Pulsbreite durch C2, R 3, R 4 bestimmt

geschaffen, das aufgrund der Verwendung eines Sam- wird. Die Treiber IC 2, und IC 2b sorgen für einen niedri-

ple-and-Hold-Schaltungsbausteins sehr einfach und 20 gen Ausgangswiderstand und die nötige Entkopplung

preiswert herstellbar ist und das sich zur Verarbeitung von Pretrigger- und internem Ausgang. Das mit negati-

von sehr schwachen Signalen mit variabler Auflösung ven Flanken getriggerte Monoflop IC 3 erzeugt den ei-

(Torbreite) eignet Erfindungsgemäß sind die Torzeiten gentlichen Triggerimpuls, dessen Breite über Ci, R 7,

variabel, was durch einfaches Umschalten möglich ist, R 8 eingestellt werden kann. Zur Anpassung an die

wobei die Torzeitensteuerung mittels einer Impulsbrei- 25 50 Ω-Technik dient das Open-Collector-Gatter /C2cZU-

tenänderung eines Steuerimpulses für die Sample-and- sammen mit der nachfolgenden Transistorstufe.

Hold-Schaltung erfolgt Ein weiterer Vorteil der Erfin- Der Pulsgenerator liefert Rechteckimpulse mit einer

dung liegt darin, daß durch den internen Pulsgenerator Wiederholrate von 2 kHz—10 kHz, einer Breite von

eine leichte Gewinnung von weiteren Steuerimpulsen, 100 ns bis 500 ns und einer Amplitude von 0 V bis 6 V an

z.B. für eine Regelung, ermöglicht ist, so daß das Refhk- 30 50 £1 Die Verzögerung (Delay) zwischen den Vorder-

tometer für höhere Genauigkeiten ausgebaut werden flanken der Trigger- und Pretriggerimpulse ist von

kann. 0,5 us bis 2 us einstellbar, wobei der Schwankungsbe-

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher reich kleiner ist als 1 ns, somit ist eine zeitliche Verschie-

erläutert Es zeigt bung zwischen dem Triggerimpuls für den Lasermodul

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen 35 und dem für die Signalaufbereitungselektronik möglich. Reflektometers, Zur Erzeugung der ADR-Rampen-Spannung wird

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäß ver- der Kondensator CU über eine regelbare Konstantwendeten Signalaufbereitungselektronik, stromquelle aus TX, T3 und R17 aufgeladen. /C5 stellt

F i g. 3 eine Darstellung der Verschiebung des Sam- einen hochohmigen Abfrageverstärker dar, dessen Aus-

ple-Befehls, 40 gangsspannung in IC β mit einer Festspannung von 5 V

F i g. 4a und b einen Schaltplan der erfindungsgemä- verglichen wird. Erreicht die Rampenspannung diesen ßen Signalaufbereitungselektronik und des Pulsgenera- Wert springt der Ausgang des !Comparators auf Hightors. Potential und steuert über das aus vier NAND-Gittem

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild des erfindungsge- aufgebaute Flip-Flop (/C7) den Feldeffekt-Transistor mäßen Gerätes dargestellt Dabei werden von einem 45 Γ4 durch; CIl wird entladen. Zur Ansteuerung von Γ4 durch einen Pulsgenerator 1 getriggerten Lasermodul 3 mit Spannungen von — 10 V bzw. — 2 V (die letzte Span-Lichtimpulse erzeugt von kurzer Dauer und hoher In- nung wurde zur Vermeidung von starken Unterschwintensität Diese werden in eine Lichtleitfaser € eingekop- gungen nicht höher gewählt) ist das Netzwerk aus /C4, pelt, und das von dieser rückgestreute Licht wird über D1, R13 und R14 erforderlich. D 2, R15 und R16 haeinen Strahlenteiler 7 einer Fotodiode 8, vorzugsweise 50 ben Schutzfunktion. Ein Sperren von T4 und damit der einer Avalanche-Fotodiode, zugeführt Als Strahlentei- Start einer neuen Rampe wird durch einen positiven ler wird eine Lichtleiterverzweigung verwendet Der Triggerimpuls am Rücksetzeingang des Flip-Flop /C7 nachgeschaltete Verstärker 9 besitzt eine große Band- ausgelöst Der Scan-Rampengenerator besteht aus eibreite bei geringem Eigenrauschen. Zur Aufbereitung ner regelbaren Konstantstromquelle (TS, T6, R 24), wird das verstärkte Signal einer Sample-and-Hold- 55 dem Kondensator C18 und dem Abfrageverstärker Schaltung 10 mit nachgeschaltetem Mittler 11 züge- /CIl. Bei Erreichen einer Rampenspannung von 5 V führt Die Funktionsweise, insbesondere die einer schaltet der Komparator IC 12 über ein ODSR-Gatter Steuereinheit 2, soll anhand der F i g. 2 und 3 näher er- (IC9), ein Flip-Flop (ICS,, ICSb) und einen Treiber läutert werden. Das durch einen Triggerimpuls perio- (IC 10») ein Reed-Relais B, dessen Kontakt b die Kondisch ausgelöste Rückstreusignal wird mit der Sample- 60 stantstromquelle vom Kondensator C18 trennt Dieser and-Hold-Schaltung 10 abgetastet Bei langsamer Scan- Vorgang kann bei beliebiger Rampenspannung auch Geschwindigkeit ermöglicht mehrmaliges Erfassen je- durch einen Stop-Taster ausgelöst werden. Falls die des Kurvenpunktes eine Signalmittelung im nachfolgen- Rampenspannung kleiner als 5 V ist erlaubt der Standen ÄC-Glied 11, das dem Mittler 11 der Schaltung in Taster das Schließen des Kontaktes b und damit ein F i g. 1 entspricht Dadurch wird eine Verbesserung des 65 (weiteres) Ansteigen der Kondensatorspannung. Die Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht Die Steuereinheit Entladung des Kondensators C18 erfolgt mit dem Ta-2 für die Sample-and-Hold-Schaltung besteht aus zwei ster Reset. Ä22 und C17 dienen zur Unterdrückung Rampengeneratoren 14 und 15, wobei die Rampe, deren hochfrequenter Störimpulse am Ausgang des Kompara-

tors IC 12. Das Reed-Relais A bewirkt eine Einschalt- %

verzögerung für die Versorgungsspannung der ADR- |;

Konstantstromquelle. Die Anzeige des Scan-Vorganges ψ

erfolgt mit Hilfe einer LED. |

Der Komparator IC 13 liefert für jeden Schnittpunkt s jjjji

der beiden Rampen einen Spannungssprung, der den eigentlichen Sample-Befehl darstellt Dieser triggert sowohl eine Schaltung mit Nonoflopeigenschaften in Schottky-Technik IC 15 (Torzeit 10 ns) wie auch ein herkömmliches Monoflop /C16 (Torzeiten 500, 100, ι ο 500 ns). Je nach gewählter Torzeit wird entweder der Ausgang des einen oder des anderen Monoflops durch einen Multiplexer /C17 über einen 50 Ω-Leitungstreiber IC 18 auf den Steuereingang des Sample-and-Hold-Bausteines /C14 geschaltet Die Pufferung des Gate- is Ausgangs erfolgt über einen Leitungstreiber IC 19.

Das Ausgangssignal des Sample-and-Hold-Bausteins /C14 wird nach Mittelung in Λ 32, C 26 über den Abfrageverstärker IC 20 dem Ausgang entweder direkt oder über einen Logarithmierer IC 21 zugeführt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 mit dem die zerstörungsfreie Messung der Dämpfungs-Patentansprüche: verteilung und auch die Bestimmung der Faserlänge, die Ortung von Brüchen und die Untersuchung von Faser-

1. Optisches Refiektometer zur Bestimmung der verbindungen möglich ist

Dämpfung von Lichtleitfasern aus einem Rückstreu- 5 Dieses Verfahren nutzt die Tatsache, daß die Ändasignal, umfassend einen Laser, einen Strahlteiler, ei- rung je Längeneinheit der an Mikrostrukturen, Diskonnen Fotodetektor, einen Verstärker, eine Abtast- tinuitäten und Verunreinigungen zum Faseranfang zu- und Halteschaltung in einer Signalaufbereitungs- rückgestreuten Lichtleistung als ein MaB für die lokale schaltung, einen Pulsgenerator zum periodischen Dämpfung der Faser angesehen werden kann. Zur Triggern von Laser und Abtast- und Halteschaltung, 10 Durchführung dieses Verfahrens sind bereits verschie-Steuereinheiten für Laser und Abtast- und Halte- dene Meßanordnungen und -geräte erprobt Bei einem schaltung, in denen das Trigger-Signal verzögert derartigen Zeitbereichs-Reflektometer löst der Triggerwird, und ein Anzeigegerät, dadurch gekenn- impuls eines Pulsgenerators mit einer Wiederholrate zeichnet, daß bei Anwendung als Zeitbereichs- von 1 kHz bis 1OkHz Infrarotlichtblitze von 5 ns bis Refiektometer die Steuereinheit für die Abtast- und 15 100 m Dauer aus. Diese werden in eine Faser eingekop-Halteschaltung zwei Rampengeneratoren (?4, 15) pelt und das rückgcstreate Licht wird über einen Strahumfaßt, wobei die Rampe des einen, deren Länge der lenteiler einer Avalanche-Fotodiode zugeführt Nach Pulsdauer des Pulsgenerators entspricht durch je- breitbandiger Verstärkung wird durch einen Boxcar-Inden Triggerimpuls und die des anderen, deren Länge tegrator das Signal-Rausch-Verhältnis des RQckstreusider eingestellten Meßzeit entspricht durch einen 20 gnals verbessert Bei zwischengeschaltetem Logarith-Taster gestartet wird, und wobei für jeden Schnitt- mierer kann auf einem XY-Schreiber, dessen Ordinate punkt der Rampen mittels eines !Comparators (16) in dB und dessen Abszisse in km geeicht wurde, eine ein Abtast-Befehl erteilt wird, der sich langsam ge- Kurve aufgezeichnet werden, deren Steigung direkt die genüber dem Triggerimpuls verschiebt und dessen vierfache Faserdämpfung in dB/km angibt Die Signal-Ausgangssignal einen in der Breite veränderlichen 25 aufbereitung mittels des Boxcar-Integrators ist wegen Rechteckimpuls auslöst des schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses des Rück-

2. Refiektometer nach Anspruch 1, dadurch ge- Streusignals erforderlich. Für ein kompaktes und mögkennzeichnet, daß das Ausgangssignal mittels eines liehst preiswertes Meßgerät ist aber die Verwendung ÄC-Glieds(ll)gemitteltwird. eines Boxcar-Integrators wegen dessen hoher Herstel-

3. Refiektometer nach Anspruch 2 mit einem Lo- 30 lungskosten ungeeignet Zudem weisen die auf dem garithmierer, dadurch gekennzeichnet daß das ge- Markt befindlichen Boxcar-Integratoren eine relativ homittelte Ausgangssignal dem Logarithmierer (12) he Ausgangsdrift auf, was bei kleinsten Signalpegeln zugeführt wird. von 10 mV zu einer unzulässigen Verfälschung der

4. Refiektometer nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- Meßergebnisse führen würde. Anstelle eines Boxcar-Indurch gekennzeichnet daß der Strahlenteiler (7) aus 35 tegrators ist auch bereits ein langsam abgelenktes Sameiner Lichtleiterverzweigung besteht pling-Oszilloskop verwendet worden. Einem derartigen

Oszilloskop haftet aber der Nachteil an, daß die zur

Verfügung stehenden Sampling-Köpfe nur relativ kleine Torzeiten ermöglichen und ein Wechsel der Torzeit 40 mit einem Kopftausch verbunden ist

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Reflekto- Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe meter zur Bestimmung der Dämpfung von Lichtleitfa- zugrunde, ausgehend von den bekannten Reflektomesern aus einem Rückstreusignal, umfassend einen Laser, tern der eingangs beschriebenen Art, ein Gerät zu einen Strahlteiler, einen Fotodetektor, einen Verstärker, schaffen, mit welchem Dämpfungswerte einer Lichtleiteine Abtast- und Halteschaltung in einer Signalaufberei- 45 faser in Abhängigkeit des Längenorts gemessen werden tungsschaltung, einen Pulsgenerator zum periodischen können, das sich durch einen relativ einfachen und preis-Triggem von Laser und Abtast- und Halteschaltung, werten Aufbau auszeichnet und dabei aber sehr hohe Steuereinheiten für Laser und Abtast- und Halteschal- Meßgenauigkeiten zuläßt so daß insbesondere eine örttung, in denen das Trigger-Signal verzögert wird, und liehe Auflösung von 1 m bei einem Meßfehler von maxiein Anzeigegerät so mal 0,2 dB/km und eine minimale Meßzeit erreicht wer-

Die großen Fortschritte bei der Herstellung von den. Dabei sollte die benötigte Meßzeit sich in nötigen

dämpfungsarmen Glasfasern und die Einrichtung der Grenzen variieren lassen, um sowohl eine schnelle Feh-

ersten Versuchsstrecken zur Erprobung optischer lerortung im Felde als auch eine genaue Vermessung

Nachrichtenübertragungssysteme lassen einen starken von Fasern in Labor zu ermöglichen.

Bedarf an Meßgeräten, insbesondere zur Beurteilung 55 Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht daß bei

von Lichtleitfasern, aufkommen. Anwendung als Zeitbereichs-Reflektometer die Steuer-

Durch die DE-OS 26 20 357 ist eine Anordnung der einheit für die Abtast- und Halteschaltung zwei Rameingangs genannten Art bekannt bei welcher das in eine pengeneratoren umfaßt wobei die Rampe des einen, Lichtleitfaser gesendete Licht von einem am Ende der deren Länge der Pulsdauer des Pulsgenerators entLichtleitfaser angeordneten Spiegel zum Anfang der 60 spricht durch jeden Triggerimpuls und die des anderen, Faser reflektiert und dort gemessen wird. Auf diese deren Länge der eingestellten Meßzeit entspricht, durch Weise kann die mittlere Dämpfung der untersuchten einen Taster gestartet wird, und wobei für jeden Faser ermittelt werden. Dieses Verfahren ermöglicht Schnittpunkt der Rampen mittels eines Komparators jedoch keine Aufschlüsse über den Verlauf der Dämp- ein Abtast-Befehl erteilt wird, der sich langsam gegenfung über die Länge der Faser. 65 über dem Triggerimpuls verschiebt und dessen Aus-

Durch Applied Optics, Vol. 16, No. 9, Sept 77, Seiten gangssignal einen in der Breite veränderlichen Recht-

2375—2379 sind bereits ein optisches Zeitbereichs-Re- eckimpuls auslöst. Dabei wird vorteilhafterweise das

flektometer und ein Rückstreu-Meßverfahren bekannt, Steuersignal für die Sample-and-Hold-Schaltung mit