DE3138735C2 - Einrichtung zum Messen der Länge von Lichtwellenleitern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, die zur Einkopplung der Lichtwellen eines Impulslasers (1) in ein Ende (4a) des Lichtwellenleiters (4) eine Streuscheibe (3) aufweist, welche einen Teil des Lichtes gleichzeitig auf einen Empfänger (7) streut, auf den das andere Ende (4b) des Lichtwellenleiters gerichtet ist, so daß der Empfänger (7) das Streulicht als Startimpuls und den durch den Lichtwellenleiter verzögerten Lichtimpuls detektiert. Die Zeitdifferenz ( Δt) zwischen den beiden Impulsen ist ein Maß für die Länge des Lichtwellenleiters. Durch die Verwendung einer Streuscheibe als Einkoppel element statt eines Strahlteilers werden aufwendige Justiervorgänge vermieden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zur Längenmessung von Lichtwellenleitern geeignet.

Description

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sten, ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zwi- angeschlossenen Zeitmeßeinrichtung 8. Die Streuschei-

schen der Streuscheibe und dem Empfänger eine weite- be 3, die zweckmäßigerweise in einer eigenen Streuein-

re Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die den Startim- richtung, d. h. in einem eigenen Gehäuse vorgesehen

puls auf die Amplitude des entsprechenden verzögerten und hier schräg zur Ausbreitungsrichtung der Lichtwel-

Impulses abgleicht 5 len des Impulslasers angeordnet ist, besteht z. B. aus

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es vorteil- Magnesiumoxyd oder Bariumsulfat und hat die Eigenhaft, wenn die Laufzeitmessung von Inipulsanfang (An- schaft, die auf sie einfallenden Lichtwellen des Impulslastiegsflanke des Impulses) bis zum Anfang des entspre- sers — wie durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet chenden verzögerten Impulses erfolgt Dadurch wird — nach dem Ulbricht-Kugel-Prinzip diffus zu streuen, eine ungünstige Beeinflussung der Meßgenauigkeit io Im Streubereich der Streuscheibe ist das eine Ende Aa durch unterschiedliche Breiten der verzögerten Licht- des Lichtwellenleiters 4 angeordnet, welches mit einem impulse vermieden. Bei einer Messung am Impulsan- durch ein rechteckiges Kästchen angedeuteten Stecker fang, die zweckmäßigerweise immer an der gleichen versehen und damit an einer nicht näher dargestellten Stelle der Impulsanstiegsflanke erfolgt, wird immer nur Halterung befestigt ist Außerdem ist im Streubereich die Laufzeit desjenigen verzögerten Lichtimpulses ge- 15 der Streuscheibe auch der Empfänger 7 angeordnet Die messen, der den kürzesten Weg im Lichtwellenleiter Streuscheibe 3 dient somit als Einkoppelelement zur nimmt Einkopplung der Lichtwellen des Impulslasers 1 in das

Ferner ist es bei einer erfindungsgemäßen Einrich- eine im Streubereich angeordnete Ende 4a des Lichttung von Vorteil, wem das auf den Empfänger gerichte- Wellenleiters 4 und streut die Lichtwellen des Impulslate Ende des Lichtwellenleiters mit einer Koppeleinrich- 20 sers gleichzeitig auf den Empfänger 7. Das andere Ende tung verbunden ist, die mit einer Sammeloptik ausgebil- 46 des Lichtwellenleiters 4 ist auf den Empfänger 7 gedet ist Dadurch wird eine evsntuelle Abschattung des richtet und ebenfalls mit einem durch ein rechteckiges aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichtes durch Kästchen angedeuteten Stecker versehen und damit an die zwischen der Streuscheibe und dem Empfänger vor- einer nicht näher dargestellten Halterung befestigt Dagesehene Dämpfungseinrichtung vermieden. Bei einer 25 bei ist das Ende 4b mit der eine Sammeloptik aufweisenerfindungsgemäßen Einrichtung muß darauf geachtet den Koppeleinrichtung 5 verbunden, -welche das aus werden, daß sich die zusätzlich auftretenden Wegdiffe- dem Lichtwellenleiterende 4b austretende Licht auf den renzen zwischen der Streuscheibe und dem einen Ende Empfänger 7 richtet Für die beiden Dämpfungseinrichdes Lichtwellenleiters sowie dem Empfänger und dem Hingen 2 und 6 sind optische Dämpfungsfilter aus kalianderen Ende des Lichtwellenleiters gegen den Abstand 30 brierten Färb- und/oder Filtergläsern vorgesehen,
zwischen der Streuscheibe und dem Empfänger aufhe- Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung tritt der ben. Es ist daher bei einer erfindungsgemäßen Einrich- vom Impulslaser 1 ausgesandte Lichtimpuls zunächst tung zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die Summe durch die Dämpfungseinrichtung 2, welche die Laseraus den Abständen der Streuscheibe zu dem einen strahlung abschwächt, um eine eventuelle Übersteue-Lichtwellenleiterende und des Empfängers zu dem an- 35 rung des Empfängers 7 zu vermeiden. Sodann wird der deren Lichtwellenleiterende gleich dem Abstand der abgeschwächte Lichtimpuls auf die Streuscheibe 3 ge-Streuscheibe zum Empfänger ist lenkt und an dieser diffus gestreut. Ein Teil des gestreu-

Es ist zwar grundsätzlich auch möglich, den Abstand ten Lichtes wird in das eine im Streubereich angeordnezwischen dem Empfänger und dem anderen Ende des te Ende 4a des Lichtwellenleiters 4 eingekoppelt, ein Lichtwellenleiters klein zu machen und das auf den 40 Teil des auf der Streuscheibe 3 gestreuten Lichtes bzw. Empfänger gerichtete Lichtwellenleiterende möglichst des Streulichtes von einer anderen Komponente der nahe dem Empfänger anzuordnen; jedoch wird in be- Streueinrichtung wird als Startimpuls auf den Empfänvorzugter Weise bei der erfindungsgemäßen Einrich- ger gerichtet, so daß nun ein Lichtimpuls den Lichtweitung ein Abstand zwischen dem Empfänger und dem auf lenleiter 4 durchläuft und gegenüber dem auf den Empihn gerichteten Ende des Lichtwellenleiters gewählt, da 45 fänger 7 gestreuten Licht durch die Laufzeit im Lichtdann auch der Abstand zwischen der Streuscheibe und wellenleiter zeitlich verzögert wird, während das von des im Streubereich angeordneten Endes des Lichtwel- der Streuscheibe 3 auf den Empfänger 7 gestreute Licht lenleiters in günstiger Weise klein gehalten werden die Dämpfungseinrichtung 6 durchtritt und dabei in der kann. Amplitude auf die Amplitude des durch den Lichtwel-

Bei einer entsprechenden Meß-Auswertung, in der 50 lenleiter laufenden Lichtimpulses abgeglichen wird. Der

die oben angegebenen Wegdifferenzen-Parameter als an dem mit der Koppeleinrichtung 5 verbundenen ande-

Variable eingeführt sind, kam auch auf die oben be- ren Ende 4b des Lichtwellenleiters 4 austretende Licht-

schriebene Aufhebung der Wegdifferenzen verzichtet impuls trifft nach einer entsprechenden Laufzeit auf den

werden. Empfänger 7, so daß dieser den Startimpuls und den

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 55 durch den Lichtwellenleiter verzögerten Lichtimpuls

Einrichtung ist im folgenden anhand der Zeichnung nä- detektiert. Mit Hilfe der Zeitmeßeinrichtung 8 wird nun

her beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur die Ein- die Zeitdifferenz Δχ zwischen dem Startimpuls und dem

richtung in schematischer Darstellung. durch die Laufzeit im Lichtwellenleiter verzögerten

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Messen der Lichtimpuls gemessen. Diese Zeit ist ein Maß für die Länge eines Lichtwellenleiters 4 besteht aus einer Licht- 60 Länge des Lichtwellenleiters. Zur genauen Messung ist quelle in Form eines Impulslasers 1, einer dem Impulsla- es dabei erforderlich, die Amplituden der beiden Impulser vorgesetzten Streuscheibe 3, einer ersten zwischen se durch die Dämpfungseinrichtung 6 gleich groß zu dem Impulslaser und der Streuscheibe angeordneten machen und durch eine entsprechende Wahl der opti-Dämpfungseinrichtung 2, einem lichtempfindlichen scher¹ Dämpfungsfilter 2 zu vermeiden, daß sich die Empfänger 7 und einer zwischen dem Empfänger und 65 Empfangsdiode des Empfängers 7 in der Sättigung beder Streuscheibe im Strahlungsweg angeordneten zwei- findet. Außerdem muß bei dem dargestellten Ausfühten Dämpfungseinrichtung 6 sowie einer Koppelein- rungsbeispiel darauf geachtet werden, daß sich die zurichtung 5 und einer an den Ausgang des Empfängers sätzlich auftretenden Wegdifferenzen aufheben. Es ist

daher vorgesehen, daß die Summe aus den Abständen y\ und yj der Streuscheibe 3 zu dem einen Lichtwellenleiterende 4a und des Empfängers 7 zu dem anderen Lichtwellenleiterende Ab gleich dem Abstand χ der Streuscheibe 3 zum Empfänger 7 ist. Ferner ist es im Hinblick auf die Genauigkeit der Messung von Vorteil, wenn die Laufzeitmessung von Impulsanfang (Anstiegsflanke des Impulses) bis zum Anfang des entsprechenden verzögerten Impulses erfolgt. Dies ist in der Figur bei den vor der Zeitmeßeinrichtung 8 eingezeichneten beiden Impulsen auch durch die senkrechten, den Wert Ax. begrenzenden Striche angedeutet. Die Genauigkeit einer Meßeinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Aufbau beträgt etwa ±50 cm bei einer Lichtwellenleiterlänge von etwa 500 m.

Bei einer erfindungsgernäßen Meßeinrichtung kann der Lichtwellenleiter 4 — wie gezeichnet — auch gekrümmt, z. B. aufgespult verlaufen. Bei einer Krümmung des Lichtwellenleiters werden die Randstrahlen des einfallenden Strahlenbündels ausgekoppelt, so daß bei Vermessung einer Stufenprofilfaser eine bestimmte Selektion erfolgt, d. h. die Lichtwellen mit längerer Laufzeit und damit größerer Impulsbreite werden ausgekoppelt Eine derartige Auskopplung ist jedoch nicht erforderlich, wenn — wie oben angegeben — immer an der 2s Anstiegsflanke von Impulsanfang bis Impulsanfang gemessen wird. Dann bleiben unterschiedliche Impulsbreiten der verzögerten Lichtimpulse wie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ohnehin ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

1 2 sers in den Lichtwellenleiter einkoppelnden Element Patentansprüche: und einem lichtempfindlichen Empfänger. Eine derartige Einrichtung ist z, B. aus der DE-AS

1. Einrichtung zum Messen der Länge von licht- 24 51 654 bekannt. Hierbei wird die Länge eines Lichtwellenleitern, mit einem Impulslaser, einer vor dem 5 Wellenleiters mittels eines sogenannten optischen Im-Jmpulslaser angeordneten Dämpfungseinrichtung, puls-Reflektometers nach dem Prinzip der Rückstrahl einem die Lichtwellen des Impulslasers in den licht- messung bestimmt Bei diesem Meßverfahren wird die wellenleiter einkoppelnden Element und einem Strahlung eines Impulslasers über einen Strahlteiler in lichtempfindlichen Empfänger, dadurch ge- ein Ende des Lichtwellenleiters eingekoppelt Der Lichtkennzeichnet, daß das Einkoppelelement aus 10 impuls durchläuft den LichtweHenleiter, wird an dem einer die Lichtwellen des Impulslasers (1) diffus anderen Ende des Lichtwellenleiters reflektiert und streuenden Streuscheibe (3) besteht, daß das eine läuft im LichtweHenleiter zurück. Das rückgestreute aus Ende (4a) des Lichtwellenleiters (4) und de.- Empfän- dem LichtweHenleiter an der Eintrittsseite wieder ausger (7) im Streubereich der Streuscheibe (3) ange- tretende Licht wird über den Strahlteiler auf einen lichtordnet sind, daß das andere Ende (46) des lichtwel- 15 empfindlichen Empfänger geleitet Über die Laufzeit lenieiters (4) auf den Empfänger (7) gerichtet ist und des im LichtweHenleiter reflektierten oder rückgestreudaß im Strahlungsweg zwischen der Streuscheibe (3) ten Impulses wird die Länge des Lichtwellenleiters be- und dem Empfänger (7) eine wehere Dämpfungsein- stimmt Bei derartigen Einrichtungen mit einem Strahlrichtung (6) vorgesehen ist, welche die Impulsampli- teiler als Einkoppeielement ist es erforderlich, den tude der von der Streuscheibe (3) auf den Empfänger 20 LichtweHenleiter sowie den Impulslaser und den Emp-(7) gerichteten Lichtwellen auf die Impulsamplitude fänger in drei Koordinaten justierbar zu haltern. Außerder durch den Lichtwellenleiter (4) laufenden Licht- dem sind mehrere Fokussieroptiken vorgesehea Derarwellen abgleicht tige Einrichtungen erfordern daher einen gewissen Auf-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wand, insbesondere an Justiervorgängen.

zeichnet, daß die Streuscheibe (3) in einer Streuein- 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

richtung angeordnet ist Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, bei geringem

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, Aufwand in einem kompakten Aufbau über die Impulsdadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungseinrich- laufzeit die Länge eines Lichtwellenleiters zu bestimtungen (2,6) optische Dämpfungsfilter aus kalibrier- men.

ten Färb- und/oder Filtergläsern vorgesehen sind. 30 Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der ein-

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gedadurch gekennzeichnet, daß die Streuscheibe (3) löst daß das Einkoppelelement aus einer die Lichtwelschräg zur Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen len des Impulslasers diffus streuenden Streuscheibe bedes Impulslasers (1) angeordnet ist steht, daß das eine Ende des Lichtwellenleiters und der

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden 35 Empfänger im Streubereich der Streuscheibe angeord-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf net sind, daß das andere Ende des Lichtwellenieiters auf den Empfänger (7) gerichtete Ende (4b) des Licht- den Empfänger gerichtet ist und daß im Strahlungsweg Wellenleiters (4) mit einer Koppeleinrichtung (5) ver- zwischen der Streuscheibe und dem Empfänger eine bunden ist die mit einer Sammeloptik ausgebildet weitere Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, welche ist. 40 die Impulsamplitude der von der Streuscheibe auf den

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Empfänger gerichteten Lichtwellen auf die Impulsam-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er- plitude der durch den LichtweHenleiter laufenden Lichtmittlung der Zeitdifferenz (A) zwischen einem von wellen abgleicht

der Streuscheibe (3) auf den Empfänger (7) gestreu- Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht das

ten Lichtimpuls und dem entsprechenden, durch die 45 Einkoppelelement aus einer Streuscheibe. Diese streut

Laufzeit im LichtweHenleiter (4) verzögerten Licht- die Lichtwellen des Impulslasers diffus und richtet einen

impuls eine an den Empfänger (7) angeschlossene Teil auf das im Streubereich angeordnete eine Ende des

Zeitmeßeinrichtung (8) vorgesehen ist. Lichtwellenleiters sowie einen Teil auf den Empfänger.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Damit erhält der Empfänger einen Startimpuls. Durch Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf- 50 die Verwendung einer Streuscheibe als Einkoppelelezeitmessung von Impulsanfang (Anstiegsflanke des ment für den LichtweHenleiter und den Empfänger wird Impulses) bis zum Anfang des entsprechenden ver- eine sonst bei Verwendung eines Strahlteilers als Einzögerten Impulses erfolgt, koppelelement erforderliche dreidimensionale Justie-

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden rung des Lichtwellenleiters sowie des Empfängers und Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sum- 55 des Impulsiasers vermieden. Die erfindungsgemäße Einme aus den Abständen (y\ + y₂) der Streuscheibe (3) richtung hat daher den Vorteil, daß die Längenmessung zu dem einen Lichtwellenleiterende (4a) und des eines Lichtwellenleiters ohne vorherige Justiervorgän-Empfängers (7) zu dem anderen Lichtwellenleiteren- ge durchgeführt werden kann. Außerdem läßt sich die de (46) gleich dem Abstand (x) der Streuscheibe (3) erfindungsgemäße Einrichtung mit einem kleinen, handzum Empfänger (7) ist. 60 liehen Aufbau realisieren.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist das ande-

re Ende des Lichtwellenleiters auf den Empfänger gerichtet, so daß der Empfänger nicht wie beim Rückstreumeßverfahren im LichtweHenleiter reflektierte und

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen 65 zurücklaufende, sondern am anderen Ende des Lichtder Länge von Lichtwellenleitern, mit einem Impulsla- Wellenleiters austretende, durch die Laufzeit im Lichtser, einer vor dem Impulslaser angeordneten Dämp- wellenleiter verzögerte Lichtimpulse empfängt. Um fungseinrichtung, einem die Lichtwellen des Impulsla- hierbei eine möglichst genaue Messung zu gewährlei-