DE3245083A1

DE3245083A1 - System zum messen der transmissionseigenschaften von lichtleitern

Info

Publication number: DE3245083A1
Application number: DE19823245083
Authority: DE
Inventors: Erik 2635 Ishoj Bodtker; Frank U. 3650 Olstykke Leonhard; Bjarne H. 2830 Virum Tromborg
Original assignee: RE INSTR AS
Current assignee: RE INSTR AS
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1983-06-16
Also published as: FR2517826A1; GB2115253A; JPS58165031A; DK538681A

Description

γ π

Die Erfindung betrifft optische Fasern oder Lichtwellenleiter und bezieht sich insbesondere auf ein System zum Messen wesentlicher optischer Transmissionseigenschaften von faseroptischen Lichtwellenleitern mittels einer einzigen Vorrichtung.

Eine derartige Vorrichtung wird in der Literatur häufig als optisches Gleichstromimpuls-Reflektometer (engl.: "Optical Time Domain Reflectometer", abgekürzt OTDR) bezeichnet. Das OTDR- oder "Rückstreu"-Verfahren, das man als eine Art optisches "Radar"-Verfahren bezeichnen könnte, ist ein vorteilhaftes, zerstörungsfreies Verfahren zum raschen Lokalisieren von Rissen oder Bxüchen und anderen Defekten in einer optischen Faser oder einem Lichtwellenleiter; zur Vereinfachung wird nachstehend meistlediglich der Begriff "Lichtwellenleiter" verwendet, obwohl hierunter auch allgemein optische Fasern verstanden werden sollen.

Das vorstehend erwähnte Verfahren dient ferner zum Ermitteln der Transmissionseigenschaften eines Lichtwellenleiters, wie dessen Dämpfung_/ sowie zum Messen der Länge des Lichtwellenleiters . Bei diesen bekannten Systemen oder Reflektometern werden üblicherweise Laser eingesetzt, um in das eine Ende des zu untersuchenden Lichtwellenleiters intermittierend intensive Lichtimpulse einzukoppeln. Danach mißt ein Photodetektor (normalerweise eine sogenannte Avalanche-Photodiode) das reflektierte Licht. Das verstärkte Signal wird dann durch einen Filter geführt und auf der Kathodenstrahlröhre eines Oscilloskops dargestellt, wo das Signal mit der Zeit exponentiell abnimmt. Wenn der untersuchte Lichtwellenleiter fehlerfrei ist, so ist das empfangene rückgestreute Signal im wesentlichen eine kontinuierliche Kurve ohne plötzliche Änderungen in det" Amplitude.

⁵A ORIGINAL

Auf dem Oscilloskopschirm sieht man das sogenannte Rayleigh-rückgestreute Licht, das sich aufgrund der Dichtevariationen des Materials oder der Zusammensetzung des Lichtwellenleiters ergibt. Dies ist bei verlustarmen Licht-Wellenleitern die Hauptursuache für die Transmissionsverluste. Ferner können Reflektionen an Grenzflächenauftritten beispielsweise an den Faserenden oder an Bruchflächen, an schlechten Spleißstellen oder Rissen in dem Lichtwellenleitermaterial. Ein perfekter Bruch kann so 4 % der einfallenden Energie reflektierenden. Die im folgenden erwähnten numerischen Beispiele beziehen sich auf den speziellen Fall, bei dem Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm in einem standardmäßigen Multimode-Lichtwellenleiter verwendet wird. Zum Vergleich ist festzuhalten, daß ein 5 m langes Licht-

^ wellenleiterstück aufgrund von Rayleigh-Rückstreuung lediglich das 10 -fache der einfallenden Energie reflektiert, d.h., der Rückstreuwert liegt typischerweise 36 dB unterhalb des Wertes einer 4prozentigen Reflektion.

Der Abstand χ zum Reflektionspunkt im Lichtwellenleiter (nachstehend auch als LWL bezeichnet) kann aus der abgelaufenen Zeit t zwischen der Abgabe des Lichtimpulses und der Rückkehr der Reflektion aufgrund der Beziehung χ = 0,5 v.t ermittelt werden, wobei ν - Lichtgeschwindigkeit: Die Lichtgeschwindigkeit in einem LWL beträgt etwa 200 ΐη/μ3. Einer Zeitverzögerung von 1 με entspricht daher 1 m LWL-Länge. Die Beziehung zwischen der räumlichen Auflösung Ax und der Impulsbreite γdes übertragenen Lichtempulses übergibt sich dadurch aus ^x = 0,5 ν .f ,d.h. einer Impulsdauer oder

Impulsbreite von 10 ns entspricht einer räumlichen Auflösung 1 m. Um diese Auflösung während der Messung zu reduzieren, sollten die Bandbreite des Detektors und des Oscilloskops gleich dem Reziprokwert der Impulsbreite sein. Bei diesem Wort erhält man das günstigste Signal/Rauschverhältnis.

BAD

Γ H

Ein derartiges System vermag das Rayleigh-gestreute Licht aus einer optischen Tiefe zu ermitteln, die einer Einweg-Dämpfung von 12 bis 15 dB entspricht. Eine höhere Empfindlichkeit erhält man bei Verwendung einer ausgefeilteren Signalverarbeitung, beispielsweise durch Auf Laston und Integration des reflektierten Signals vor der Darstellung. Ein derartiges System, mit dem man rückgestreutes Licht aus einer optischen Tiefe von 20 dB messen kann, ist in der GB-OS 79 21610 beschrieben. Bei diesem Prinzip wird die LWL-Länge in mehrere kurze Abschnitte - sogenannte Bereichszellen - unterteilt, deren Längen durch die erforderliche räumliche Auflösung festgelegt werden. Die Messung erfolgt für eine Bereichszelle zu einem Zeitpunkt und die Integrationszeit wird ermittelt durch das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis oder kurz SNR. Die Messung für eine Bereichszelle wird abgeschlossen, bevor die Messung in der folgenden Bereichszelle begonnen wird. Dadurch erhöht man die Empfindlichkeit allerdings durch zusätzliche Meßzeit. Um ferner das SNR für jede Probe niedrig zu halten, ist es unerläßlich, in einem derartigen System hochstabile und sehr lineare Integratoren zu verwenden. Ferner sollten die Laserimpulse aufgrund der verlängerten Meßperiodon konstant gehalten werden, und detektorseitig dürfen keine Drifts auftreten.

Ein noch weiter entwickeltes System ist in der Zeitschrift "Electronics Letters," Bd. 17 Nr. 20 vom 1. Oktober 1981, S. 751 - 752 beschrieben, bei dem ein Vielkanal-Photon-Zählverfahren angewendet wird, um Rayleigh-rückgestreute Signale in sehr kurzen Monomodefasern zu beobachten. Die Signalverarbeitung des Systems weist einen digitalen Korrelator auf, dem ein linearer Vielkanal-Digitalintegrator nachgeschaltet ist. Eine Vielkanal-Mittelung nutzt den verfügbaren Informationsgehalt der Signale am besten aus, die zwischen aufeinander folcjenclen Operationen des Lasers zurückkehren, und ir,L daher außerordentlich zeiteffizient. Vi α !kanal-Mittel un<j ist .ferner einfach und pro Is-

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32Λ5083

werb zu implementieren zusammen mit dem Photon-Zählvorgang, da das Signal bereits in digitaler Form vorliegt und ledigleich ein Bit pro Speichferstelle erforderlich ist, um seinen Wert zu indentifizieren. Dieses System unterliegt jedoch ebenfalls einigen Beschränkungen hinsichtlich seines dynamischen Bereichs und seiner Meßgoschwindigkeit. Die Lichtintensität wird auf niedrigen Werten gehalten, um eine Bereichsüberschreitung zu vermeiden, was zu einem beschränkten dynamischen Bereich für eine einzige Messung führt, d.h. die Länge der abgetasteten Blöcke wird beschränkt.

Ferner werden die Längen der abgetasteten Blöcke auch durch die Speicherkapazität und die gewünschte räumliche Auflösung festgelegt. Das Ergebnis jedes Betriebszyklus kann auf Aufzeichnungspapier dargestellt werden, falls jedoch das Ansprechverhalten von der gesamten LWL-Länge gezeigt werden soll, so nüssen alle Kennlinien von den einzelnen Faserblöcken von Hand miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren verlängert ebenfalls den Zeitraum; der erforderlich ist, um einen überblick über die gesamte Länge des Lichtwellenleiters zu erhalten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zum Messen der optischen Transmissionseigenschaften von optischen Fasern oder Lichtwellenleitern zu schaffen, das die Schwierigkeiten der bisher eingesetzten Systeme vermeidet. Ferner soll ein System zum Beobachten der Rayleighrückgestreucen Signalen in sehr langen Multimode-LWL angegeben werden, das auf einem Vielkanal-Photon-Zähl-Verfahren

beruht, wobei der LWL in Blöcken oder Abschnitten bestimmen

ter Länge abgetastet und die Messdaten von jeder Abtastung miteinander verbunden werden, so daß man eine Kurve für das Ansprechverhalten über di,e gesamte Länge des LWL erhält. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zum Messen der optischen Transmissionseigenschaften von optischen Fasern oder Lichtwellenleitern mit dem Vielkanal-Photonzählverfahren in Kombination mit einem Abtasten des

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BAD ORfGfNAL

^Γ' -9 - "■

LWL in Blöcken entsprechend Zeitfenstern anzugeben, wobei jeder Betriebszyklus durch Optimieren der Ausgangsleistung der Lichtquelle geöffnet wird, um die Meßzeit zu minimalisieren.

Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die Signale in geeigneter Weise in der Steuereinheit zu verarbeiten, und zwar unter Borücksichti-

IQ gung, daß Meßdatensätze, die zu gegenseitig überlappenden Abtastblöcken oder Zeitfenstern gehören, im Überlappungsbereich eine lineare Beziehung zeigen; ferner wird eine geringfügige digitale Bereichsüberschreitung am Anfang eines Meßzyklusses zugelassen, wobei diese Bereichsüberschreitung an den Stufen der Datenverarbeitung in der Steuereinheit korrigiert wird. Die zwei die lineare Beziehung definierenden Parameter worden mit IFiTFo r\i nos linearen Uufjrcssl.onriviM fahren:; In einer <ιι ilhiii't Ischen K inherit, be rechnet, die in der Steuereinheit vorgesehen ist. Dieses Verfahren gestattet ferner eine Optimierung der Ausgangsleistung der Lichtquelle für jeden Meßzyklus in einem Zeitfenster, da Differenzen in den Signalniveaus der reflektierten Signale unter Verwendung der vorstehenden zwei Parameter korrigiert werden.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht daher eine automatische Verbindung der Meßdaton von verschiedenen Zeitfenstern-, um einen korrekten Übergang von einem Zeitfenster zum folgen den sicherzustellen und damit eine reduzierte Meßdauer zu er möglichen. Erfindungsgemäß "erhält man forner eine Optimierungsmöglichkeit für die Lichtqucllenausgangsleistung, wodurch ebenfalls die Meßdauer reduziert und der dynamische Be reich des Systems stark erhöht werden.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schema tische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systens,

Fig. 2 mehrere verschiedene Signalformen von verschiedenen Stellen im System,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Vielkanal-Analysators und Teilen einer Steuereinheit und

Fig. 4 eine graphische Darstellung aneinander anschließender Signalverläufe von verschiedenen Zeitfenstern zur Darstellung des gesamten Signalverlaufes für eine Strecke des LWL zwischen zwei Relais-Stationen.

Das in Figur 1 dargestellte System weist einen Laser 10 auf, der bei fester Wiederholfrequenz einen intensiven Lichtimpuls in eine optische Faser oder einen Lichtwellenleiter (LWL) 11 abgeben kann. Dai.; eingekoppelte sowie das reflektierte Licht werden durch einen sogenannten Strahlspalter 12 übertragen, der als Richtungskoppler arbeitet, so daß lediglich rückgestreutes Licht von dem LWL 11 zu einem Photonendetektor 13 geleitet wird. Der Laser 10 sowie der Photondetektor 13 werden von einer Steuereinheit mit einem

Zeitgeber 15 gesteuert. Die Steuerung der Einheiten aus denen das System aufgebaut ist,-kann am besten mit Hilfe des Zeitablciufs der Signale erläutert werden, die an verschiedenen Stellen im System auftreten. Dies ist in Figur 2 dargestellt, wobei verschiedene Signalformen durch die Buch-

stäben a bis e identifiziert werden; diese Buchstaben sind ferner in Figur 1 dort eingezeichnet, wo die betreffenden Signale auftreten. Als Photondetektor wird vorzugsweise ein Photovervielfacher verwendet. Ein bestimmter Teil· der Photonen, (die sogenannte Quantenausbeute), der-auf die

Kathode einfällt, bewirkt einen Spannungsimpuls an der Anode des Photovervielfachers. Das Signal wird dann vom

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BAD ORiGINAL

Detektor 13 einem Diskriminator 16 zugeführt, der einen Standardimpuls abgibt, wenn er einen Impuls feststellt, dessen Amplitude zwischen vorgegebenen Werten liegt. Durch diese Maßnahme wird fast das gesamte thermische Rauschen eliminiert. Die Signalverarbeitung nach dem Diskriminator ist rein digital. %

Wie vorstehend ausgeführt wird, wird als Photonendetektor vorzugsweise ein Photovervielfacher verwendet. Anstelle des Photonenzählers kann jedoch auch ein mit analogen Signalen arbeitender Lichtdetektor verwendet werden, dem ein Analog/ Digital-Konverter nachgeschaltet ist. Dies ist in Figur 1 durch gestrichelte Linien angedeutet. Der Photonendetektor 13 und der Diskriminator 16 können durch einen analog arbeitenden Lichtdetektor 13' mit nachgeschalteten Analog/ Digital-Konverter 16' ersetzt werden. Die Signalverarbeitung nach diesen Schal Lunrjsol emont.cn Lsi im wesentlichen gleich, wobei eine einzige praktische Differenz dairin besteht, daß die Auflösung im Analogfall in der Größenord-

nung von mehr als einem Bit, beispielsweise 8 Bits, im Gegensatz zum Digitalfall ist, wo die Auflösung am Eingang der Vorrichtung ein Bit beträgt (Photon/kein Photon).

Das Signal wird dann vom Diskrimisator 16 einem Vielkanal-

analysator 17 zugeführt, der ebenfalls durch den Zeitschaltkreis 15 gesteuert wird. Die Steuereinheit 14 sowie der Vielkanalanalysator 17 sind ferner über einen Datenbus 18 miteinander verbunden, was näher in Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wird. Schließlich ist eine graphi-

sehe Anzeigevorrichtung 19 mit der Steuereinheit 14 zusammen mit einer Tastatur 20 verbunden, die von der Bedienungsperson dazu benutzt wird, um die Messung in üblicher Weise einzustellen.

Ein AiiHtiu: t-5i i cjnaT c:n-lf!proc:hen<l dor Wellenform α in Figur wird dem Photondetektor 13 durch den Zeitschul Lkreiij 15 zugeführt, um sicherzustellen, daß der Detektor dann ab-

geschalte»!- .lsi, worin der lia.ser 10 durch ein Trigger signal vom Zeitschaltkreis 15 gezündet wird (vgl. die Wellenform b in Figur 2). Dadurch wird verhindert, daß der Detektor aufgrund von Reflektieren vom vorderen Ende des LWL überlastet wird, und zusätzlich erhält man einen verlängerten dynamischen Bereich. Der Detektor 13 erzeugt keine Impulse bevor das Austastsignal aufhört (vgl. den Signalverlauf c im Figur 2) und der Diskriminator 16 erzeugt gleichzeitig einen Standardimpuls (vgl. den Signalverlauf e in Figur 2).

Dor Viclkanalanalyr.ator 17 enthält mehrere numerierte Speicherzellen, die auch als Kanäle bezeichnet werden-: Beim Eintreffen eines Torsignals vom Zeitschaltkreis 15 (vgl. den Signalverlauf d in Figur 2),wird ein Taktsignalgenerator gestartet, der in einem Taktsignal-Synchronisierschaltkreis 21 vorhanden ist (vgl. Figur 3). Die Ankunftszeit t für jeden Standardimpuls, der nach dem Beginn empfangen wird, wird registriert, und der Inhalt des Kanals mit der Nummer t/z wird um eine Zähleinheit erhöht (Γ =Laserimpulsdaucr) . D.iher on I r.pr I c-hL jedem Kanal eine Beretchszelle im LWL. Aus dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel (vgl. den Signalverlauf e in Figur 2) ergibt sich, daß der Inhalt des Kanals Nr. 2, 7 und 12 um eine Zähleinheit erhöht wird. Daher ergibt sich eine Verteilung der Photonenzählung bezüglich der Zeit. Nach Ablauf einer bestimmten Integrationszeit, während der der Laser 10 mit seiner höchstmöglichen Wiederholfrequenz getriggert wird, geben die Zähl in I κι i L ο in den verschiedenen Keinünen die Lichtmenge wider, die von der entsprechenden Bereichszelle reflektiert worden ist. Der Zeitpunkt, bei dem das Torsignal d dem Vielkamilanalysator 17 zugeführt werden soll, wird durch den Zeitschaltkreis 15 festgelegt, wodurch man die Möglichkeit erhält,die Position des LWL auszuwählen, an der der Meßvorgang beginnen soll.

Die Gesamtabschwächung zwischen Relaisstationen in unterirdischen Kabeln von LWL beträgt typischerweise von 35 bis

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BAD OR/G/NAL

^Γ - 13 - ^Π

45 dB. Das erfindungygemäße Gysi.em sowie alle anderen bekannten Systeme haben keinen dyniimischcn Bereich, der es gestattet, die gesamte Kabellänge mit einer einzigen Messung abzutasten. Die Länge des Kabels oder der Faser wird daher in Blöcken oder Abschnitten abgetastet, deren Teillängen durch die tatsächliche Dämpfung des fraglichen Faserabschnitts bestimmt werden, wobei die Abschwächung gleichzeitig einen noch bearbeitbaren dynamischen Bereich von beispielsweise 5 dB entspricht. Dies bedeutet, daß die Länge des Kabels oder der Faser in mehrere Zeitfenster unterteilt wird. Dies involviert zwei Verfahren, nämlich eine Optimierung der Lichtleistung von der Lichtquelle oder dem Laser entsprechend der tatsächlichen Meßtiefe sowie eine Verbindung der Zeitfenster einschließlich der Korrektur für die Unterschiede in der übertragenen Lichtleistung sowie für einen Lichtstöruntergrund .

Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird jedem nachgewiesenem Photonimpuls ein eigener Kanal zugewiesen. Bei höheren Lichtintensitaten besteht jedoch eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür, daß mehr als 1 Photon in den gleichen Kanal während eines einzelnen Laserschusses (Abgabe eines Laserimpulses) fallt. Es ist dann notwendig, die registrierten Zählwerte zu korrigieren, da der Zählwert im Vielkanalanalysator lediglich um eine Einheit pro Kanal und Laserschuß erhöht werden soll, selbst wenn mehr als 1 Photon eintrifft oder nachgewiesen wird. Datier ist die Gesamtzahl der gemessenen Zählimpulse N- in einem Kanal geringer als die

tatsächliche Anzahl N an nachgewiesenen Photonen. 30

Eine theoretische Analyse mit Wahrscheinlichkeitsüberlegungen zeigt, daß die Anzahl der von einem Kanal pro Laserschuß erhaltenen Impulse einer Poisson-Verteilung folgen, d.h.

N = -K {n (1 - )

wobei K = Anzahl der Schüsse.

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BAQ

Dar; Signal/Raunch-Verhü.l tnis nimmt auf O ab, wenn sich die Lichtintensität dem Wert O nähert. Andererseits ist es nicht zweckmäßig, die Intensität unbegrenzt zu erhöhen. Das Verhältnis N_/K geht gegen den Wert 1 (die Wahrscheinlichkeit, daß ein oder mehrere Photonen pro Kanal pro Schuß eintreffen, geht gegen den Wert 1) mit zunehmender Lichtintensität, was zu einer großen Unsicherheit beim Bestimmen des Wertes N aus der vorstehenden Gleichung führt. Damit ist die optimale Lichtintensität als die Intensität definiert, durch die ein vorgegebenes oder gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis mit möglichst wenigen Schüssen erhalten werden kann. Durch Berechnen der Varianz von N kann man zeigen, daß K für ein gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis folgendernuißen gegeben ist m _Λ

e - 1

K = const.—

wobei m = mittlere Anzahl der Photonen pro Schuß und wobei das Signal/Rausch-Verhältnis in der Konstanten ^ enthalten ist.

Diese Funktion von m hat ein flaches Minimum bei etwa m = 1,6, d.h. die optimale Lichtintensität entspricht dem Einfall von etwa 1,6 Photonen (Mittelwert) pro Kanal und pro Schuß; es wird jedoch höchstens ein Photon gezählt. Ähnliche Bedingungen gelten dann, wenn ein analog arbeitender Photodetektor mit nachgeschaltetem Analog/Digital-Konverter verwendet werden. Die Konversion hat dann eine begrenzte Bitauflösung.
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Das vorstehend erwähnte Verbinden der Zeitfenster beruht darauf, daß in einem Bereich, wo sich zwei Zeitfenster überlappen, eine lineare Beziehung zwischen den zwei Datensätzen besteht. Daher kann die Gesamtabschwächung des LWL da-

durch erhalten werden, daß man die Messungen von einer Folge von sich gegenseitig überlappenden Zeitfenstern miteinander verbindet.

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BAD ORIGiHAL

γ π

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Vor dem Messen in einem Zeitfenster wird die empfangene Lichtintensität dadurch optimiert, daß man die Ausgangsleistung des Transmitters oder des Lasers einstellt. Die zwei die vorstehend erwähnte lineare Beziehung definierenden Parameter werden durch lineare Regression ermittelt und dazu verwendet, um auf verschiedene Transmitter-Ausgangsleistungen und auf den Untergrundwert zu korrigieren. Dadurch erreicht man einen genauen Übergang zwischen den -Datensätzen von zwei siöh überlappenden Zeitfenstern. Das Verbindungsverfahren erfolgt in dem Teil des Systems, der in Form eines Blockd^iagramms in Figur 3 dargestellt ist.

Das Signal e vom Diskriminator 16 wird dem Vielkanalanalysator 17 zugeführt, ^wo es von einer Eingangsschaltung 22 empfangen, in einem Integrator 23 integriert und schließlich in einem Speicher 24 gespeichert wird, der hierfür besonders angepaßt ist. Während der Messung in einem Zeitfenster ergibt sich ein gleichzeitiger übertrag von Teilergebnissen zu einem Speicher 25, der einem Zentralprozessor 26 zugeordnet ist. Die zwei zuletzt genannten Schaltungsteile (Speicher 25 und Zentralprozessor 26) sind Bestandteile der Steuereinheit 14. Der Zentralprozessor (CPU) 26 steht mit einer Arithmetikeinheit 27 in Verbindung, in der verschiedene arithmetische Operationen ausgeführt werden, einschließlich dem vorstehend erwähnten linearen Regressionsverfahren und dan Korrekturen für digitale Überlastung„ Gleichzeitig kann eine neue Meßfolge in einem anschließenden oder überlappenden Zeitfenster ausgelöst werden, da der Speicher 26 des Vielkanalanalysators zwei Pufferspeicher 24' und 24" aufweist, die jeweils die Daten für ein gesamtes Zeitfenster speichern können. Nach Abschluß zweier Meßfolgen für zwei sich gegenseitig überlappende Zeitfenster werden die Datensätze über den Datem bus 18 übertragen und in dem CPU-Speicher 25 gespeichert und anschließend werden di.o Dntonr.ätze in dor Arithmetikelnheit 27 enl ;;pi<η·ΙηίιιΙ tUtiii Λΐ<|< >ι I I hum:; I in CPU ί!|> <· I Hum 2'>

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. - BAD ORIGINAL .

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miteinander verbunden. Danach werden die angepaßten Datensätze, zum CPU-Speicher 25 zurück übertragen, der die Datensätze von allen verwendeten Zeitfenstern speichern kann.

Die in dem CPU-Speicher 25 gespeicherten Meßdaten können gleichzeitig zum Darstellen auf der graphischen Anzeigeeinheit 19 übertragen werden, die der Steuereinheit 14 zugeordnet ist. Eine zeichnerische Darstellung des Endergebnisses kann etwa gemäß Figur 4 aussehen. Diese Figur 4 zeigt das Ergebnis einer realen Messung an einem Lichtwellenleiterstück von 5,8 km Länge. Die Kurve gibt die Messungen für acht Zeitfenster wieder. Die akkumulierte Dämpfung beträgt 42 dB.

Die Meßdauer wird erheblich dadurch reduziert, daß man das Signal in parallelen Kanälen auftastet, und die Driftprobleme der Lichtleistung werden ebenfalls vermieden; dies wird erfindungsgemäß weiter unterstützt, da am Anfang eine digitale Bereichsüberschreitung zugelassen und am Ende

korrigiert wird. Zum weiteren Verkürzen der Meßdauer erweitert das Verbindungsverfahren 'deri dynamischen Bereich des Systems erheblich und ermöglicht gleichzeitig eine Korrektur des Untergrundrauschens. Die digitale Signalverarbeitung stellt ferner sicher, daß ein oberer Grenzwert

für die Integrationszeit nicht vorliegt.

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Claims

VOSSlUS ■ VOSSIUS -TAUCHNE¹R · HEUNEMANN RAUH

PATENTANWÄLTE

SIEBERTSTRASSE 4 - 8QOO MÜNCHEN 86 - PHONE: (089)47 40 75 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN - TELEX 5-23 483 VOPAT D

6, Dezember 1982 5 u.Z_t: S 190 (He/kä)
Case: 5975

R.E. Instruments A/S
10 Kopenhagen, Dänemark

" System zum Messen der Transmissionseigenschaften von

Lichtleitern "
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Patentansprüche

20 1. , System zum Messen der Transmissionseigenschaften von Lichtleitern, Lichtwellenleitern oder optischen Fasern (11) und zum Lokalisieren von Brüchen, Diskontinuitäten oder anderer Fehlstellen innerhalb des Lichtleiters unter Ausnutzung'des Rayleigh-Rückstreusignals,

25 gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung (10) zum Mjqnbnn kurzer einstellbarer Lichtimpulse in das eine Ende eines Lichtleiters (11),

b) einen Lichtdetektor (12) zum Aufnehmen des rückge-30 streuten Lichts aus dem Lichtleiter (11) und Zuführen des Rückstreulichts zu einem Detektor (13),

c) eine Steuereinheit (14) mit einem Zeitgeber (15) zum Steuern der Lichtquelle (10) und des Detektors (13) und durch

35 d) einen Vielkanalanalysator (17),der mit dom Detektor (13) und der Steuerei nhoi t. (1Ί) r.owio de»tu Zo 1 tyeber (15) verbunden LhI: und mehrere Spe i cherxellen oder

L ■ , - ■ ■ ^J

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Kanäle aufweist, denen jeweils ein Zeitintervall entspricht, dessen Länge durch die gewünschte Auflösung gegeben ist, um in den parallelen Kanälen die digitalisierten Signale vom Detektor (13) zu integrieren und wobei die parallelen Kanäle einem Zeitfenster entsprechen.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) eine Einstellvorrichtung zum Abstimmen der Ausgangsleistung der Lichtquelle (10), so daß das empfangene, rückgestreute oder reflektierte Licht in einem bestimmten Zeitfenster optimale Intensität hat, und durch

b) eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren der impuls zierten digitalen Bereichsüberschreitung, die durch die Optimierung hervorgerufen wird.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturschaltkreis zum Durchführen der Korrektu-

²^ ren einen Mikroprozessor (26) mit zugehörigem Speicher (25) und Arithmetikeinheit (27) aufweist.
4. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einheit zum Verknüpfen von Datensätzen von Messungen aus zueinander überlappenden Zeitfenstern, um durch lineare Regression einen korfekten Übergang der Messdaten von einem Ze it Cc: η st cn: zum folgenden Zeitfenster zu erreichen und um unter Berücksichtigung der Untergrundwerte und für verschiedene Ausgangsleistungen der Lichtquellen Korrekturen vorzunehmen.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchführen der linearen Regression und der Korrekturen ein Mikroprozessor (26) mit zugehöi-igem Speicher

(25) und Arithmetikeinheit (27) vorgesehen ist.

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6. System nach einem der Ansprüche T bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vielkanalanalysator (17) folgende Bestandteile aufweist:

a) eine Eingangsschaltung (22), zum Empfangen von Standardimpulsen von dem Detektor (13),

b) einen Integrator (23) zum Integrieren der von der Eingangsschaltung (22) empfangenen Signale,

c) einen Speicher (24) zum Speichern der integrierten Impulse, und

d) eine Takt/Synchronisationseinheit (21) zum Steuern der Eingangsschaltung (22), des Integrators (23) und des Speichers (24), so daß ein empfangener Impuls einer geeigneten Speicherzelle oder einem geeigneten Speicherkamil zugeordnet wird.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (24) Pufferspeicher zum temporären Speichern von Meßdaten oder Datensätzen von mindestens zwei überlappenden Zeitfenstern aufweist.
8. Verfahren zum Messen der Transmissionseigenschaften eines Lichtwellenleiters oder einer optischen Faser sowie zum Lokalisieren von Brüchen, Diskontinuitäten

²^ oder anderen Fehlstellen innerhalb des Lichtwellenleiters unter Ausnutzung der Rayleigh-rückgesteuerten Signale bei den Messungen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Abgeben mehrerer kurzer Lichtimpulse in das eine Ende der Faser,

b) Nachweisen der reflektierten oder rückgestreuten Photonen,

c) Auswählen eines Zeitfensters durch Verschieben des

Photonennachweisschritts um einen vorgegebenen

Zeitraum gegenüber der Abqabe der l'hot onen,

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d) Mc;sr;on dor abcji; 1 nufonen Zeit: zwischen der Abgabe eines Impulses und der Rückkehr des reflektierten Signals und
e) Zuordnen des nachgewiesenen Photons zu einer geeigneten Speicherposition oder einer geeigneten Kanalnummer in einem Speicher entsprechend der Zeitmessung und Erhöhen des Inhalts dieser Speicherposition um eine Zähleinheit.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung der Lichtquelle so eingestellt wird, daß in dem ausgewählten Zeitfenster etwa 1,6 Photonen pro Kanal und Lxchtquellenxmpuls empfangen werden und man so eine optimale Lichtintensität enthält, und daß anschließend die durch diesen Optimierungsprozess erhaltene digitale Bereichsüberschreitung korrigiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Messdaten oder Datensätze von zwei überläppenden Zeitfenstern in einem Pufferspeicher gespeichert und diese Datensätze einer linearen Regression unterworfen werden, 'um einen genauen übergang der Messdaten von einem Zeitfenster zum folgenden Zeitfenster zu erreichen, und daß auf den Untergrund und die verschiedenen Ausgangsleistungen der Lichtquelle korrigiert wird..

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