DE3920169A1 - Einrichtung und verfahren zur untersuchung des daempfungsverlaufs eines lichtwellenleiters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Untersuchen des Dämpfungsverlaufs eines Lichtwellenleiters mit einem optischen Sender mit einem Signaleingang, der mit Testimpulsen eines Im­ pulsgenerators beaufschlagbar ist, mit einem optischen Verzwei­ ger, über den ein Ende des zu untersuchenden Lichtwellenleiters an den optischen Sender angeschlossen ist, mit einem optischen Empfänger, der über den optischen Verzweiger an das eine Ende des Lichtwellenleiters angeschlossen ist und mit einer dem op­ tischen Empfänger ausgangsseitig nachgeordneten Filtereinheit, an deren Ausgang ein analoges Ausgangssignal abgreifbar ist.

Bei einer derartigen bekannten (GB-20 92 743 A) Einrichtung wird ein optischer Sender durch Testimpulse eines Impulsgenera­ tors zur Aussendung von Lichtimpulsen angeregt. Die Lichtimpulse werden über einen optischen Verzweiger in einen zu unter­ suchenden Lichtwellenleiter eingekoppelt. Aufgrund der Dämpfung (Rayleigh-Rückstreuung) im Lichtwellenleiter und an Störstellen des Lichtwellenleiters (Fresnel-Reflexionen) reflektierte Lichtsignale gelangen über den optischen Verzweiger auf einen von einer Fotodiode gebildeten optischen Empfänger. Ein dem optischen Empfänger nachgeordneter Signalverarbeitungszweig enthält neben Verstärkerelementen ein Integrierglied, das als eine als Tiefpaßfilter ausgestaltete Filtereinheit wirkt. Am Ausgang des Tiefpaßfilters der bekannten Einrichtung ist ein analoges Ausgangssignal abgreifbar, das den Dämpfungsverlauf des zu untersuchenden Lichtwellenleiters abbildet. Dieses Ausgangssignal ist signaltheoretisch durch eine Summation zeitbegrenzter e-Funktionen infolge der Rayleigh-Rückstreuung beschreibbar, an deren Stoßstellen sich Dirac-Impulse infolge von Fresnel-Reflexionen befinden können. Die Abbildung des Dämpfungsverlaufs läßt sich signaltheoretisch unter Berücksich­ tigung der spektralen Rauschleistungsdichte des optischen Em­ pfängers als Faltungsprodukt der Impulsantwort eines Tiefpaß­ filters mit einer aus der spektralen Rauschleistungsdichte des optischen Empfängers und dem Faltungsprodukt des Testimpulses mit dem Dämpfungsprofil des zu untersuchenden Lichtwellen­ leiters gebildeten Summe (vgl. G1-1) deuten.

g_LPF(t) = | p(t) _* d_el(t) + n_RX(t) | _* h_LPF(t) (G1-1)

mit:
g_LPF(t): Ausgangssignal des Tiefpaßfilters,
p(t): Testimpuls,
d_el(t): Dämpfungsprofil des zu untersuchenden Lichtwellenleiters,
n_RX(t): spektrale Rauschleistungsdichte des optischen Empfängers,
h_LPF(t): Impulsantwort des Tiefpaßfilters.

Damit ist ersichtlich, daß Abbildungsfehler auftreten, deren zeitliche Dauer durch die Dauer des Faltungsproduktes des Testimpulses mit der Impulsantwort des des Tiefpaßfilters bestimmt ist. Unter der Impulsantwort eines Systems wird die Systemreaktion (d. h. das Ausgangssignal) eines Systems bei eingangsseitiger Beaufschlagung mit einem Dirac-Impuls verstan­ den (vgl. zum Beispiel Otto Mildenberger "Grundlagen der Systemtheorie für Nachrichtentechniker", Hanser Verlag, 1981, S. 48-50). An das Tiefpaßfilter werden daher die folgenden widersprüchlichen Forderungen gestellt: Das Tiefpaßfilter soll, um einen mög­ lichst hohen Signalrauschabstand zu erzielen, einerseits eine niedrige Grenzfrequenz aufweisen.

Um durch die Filterung einen möglichst geringen Meßfehler zu verursachen, ist andererseits eine hohe Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters gewünscht. Besonders groß ist der durch die Tiefpaßfilterung entstehende Meßfehler dort, wo das Rückstreu­ signal - an Sprungstellen, an denen sich der Dämpfungsverlauf des zu untersuchenden Lichtwellenleiters sprunghaft ändert, oder an Fresnel-Reflexionen verursachenden Störstellen - große Wertänderungen erfährt. Damit kann das in der bekannten Ein­ richtung verwendete Tiefpaßfilter nur einen Kompromiß der obengenannten Forderungen darstellen.

Es ist zwar aus einem Aufsatz von F. Sischka ("Gut codiert ist schnell gemessen" in "Elektronik", 3/05. 02. 1988, Seiten 76 ff.) bekannt, eine Rauschunterdrückung durch Mittelung über eine große Anzahl von Meßwerten vorzunehmen, dies führt jedoch zu sehr langen Meßzeiten. Bei einer digitalen Mittelung sind außerdem infolge der Amplitudendiskretisierung und der begrenzten Dynamik bei der A/D-Wandlung nicht beliebig große Signalrauschabstandsgewinne zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Untersuchung des Dämpfungsverlaufs von Lichtwellenleitern der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Ausgangssignal einen möglichst günstigen Signalrauschabstand bei geringem Meßfehler aufweist und mit der auch im Bereich großer Wertänderungen des Rückstreusignals Aussagen über den Dämpfungsverlauf des zu untersuchenden Lichtwellenleiters gemacht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fil­ tereinheit ein signalangepaßtes Filter ist. Unter einem signal­ angepaßten Filter ist ein Filter zu verstehen, dessen Impuls­ antwort ein zeitinverses Abbild des zu filternden Signals ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß der durch das signalangepaßte Filter bestimmte Abbildungsfehler auf eine bestimmte Zeitspanne exakt begrenzt ist. Da die zeit­ liche Dauer des Abbildungsfehlers durch die Dauer des Faltungs­ produktes aus dem Testimpuls und der Impulsantwort des signal­ angepaßten Filters bestimmt ist, ist aufgrund der Zeitbegren­ zung der Impulsantwort eines signalangepaßten Filters auf die doppelte Impulsdauer des Testimpulses nämlich auch der Abbil­ dungsfehler in seiner zeitlichen Dauer auf die doppelte Im­ pulsdauer begrenzt. Der Abbildungsfehler der erfindungsgemäßen Einrichtung hängt in seiner zeitlichen Ausdehnung also nicht vom Verlauf des Signals infolge einer Stör- oder Sprungstelle des zu untersuchenden Lichtwellenleiters ab. Die erfindungs­ gemäße Einrichtung zeichnet sich in vorteilhafter Weise auch durch einen außerordentlich günstigen Signalrauschabstand des Ausgangssignals aus. Dies führt zu einer erheblichen Vermin­ derung der erforderlichen Meßzeiten.

Eine vorteilhafte Fortbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß das signalangepaßte Filter ein Convolver ist, der einen ersten mit dem optischen Empfänger verbundenen Ein­ gang und einen weiteren mit den zeitinversen Testimpulsen des Impulsgenerators beaufschlagbaren Eingang aufweist. Dazu kann beispielsweise ein sogenannter Oberflächenwellen-Convolver ver­ wendet werden, der zwei Signaleingänge aufweist, die jeweils von einem Eingang eines Interdigital-Wandlers gebildet sind. Jeder Interdigital-Wandler wandelt die anliegenden Eingangs­ signale in Oberflächenwellen um, die sich längs einer durch eine Integrationselektrode vorgegebenen Spur aufeinanderzube­ wegen. Ein an der Integrationselektrode abgreifbares Ausgangs­ signal entspricht dem Faltungsprodukt der Eingangssignale und ist damit ein Maß für die Korrelation der Eingangssignale. Ein derartiger Convolver zeichnet sich durch einen einfachen und robusten Aufbau aus. Die Impulsantwort des als signalangepaßtes Filter verwendeten Convolvers ist durch das an seinem weiteren Signaleingang anliegende Eingangssignal bestimmt. Damit ver­ leiht der Convolver der erfindungsgemäßen Einrichtung den Vorteil, außerordentlich schnell - praktisch in Echtzeit - an die veränderbaren Testimpulse des Impulsgenerators anpaßbar zu sein. Als Oberflächenwellen-Convolver kommt beispielsweise ein in einem Aufsatz von Dr. techn. H.-P. Graßl in "Elektronik", 6/22. 03. 1985, Seiten 61 ff., beschriebenes Oberflächenwellen- Bauelement in Betracht.

Es ist zwar eine Einrichtung zur Untersuchung von Lichtwel­ lenleitern bekannt (F. Sischka, Elektronik 3/05. 02. 1988, Seiten 76 ff.), bei der zur Auswertung der aus dem zu untersuchenden Lichtwellenleiter zurückgestreuten Signale ein Korrelator ver­ wendet wird; bei dieser bekannten Einrichtung werden aus kom­ plementären Codes (Golay-Codes) gebildete Impulszüge in den zu untersuchenden Lichtwellenleiter eingekoppelt und die aus dem zu untersuchenden Lichtwellenleiter zurückgestreuten Signale verstärkt und einem A/D-Wandler zugeführt. Erst nach dieser A/D-Wandlung erfolgt eine Korrelation mit den ursprünglichen Codes. Im Bereich von Fresnel-Reflexionen hervorrufenden Stör­ stellen ist die bei der bekannten Einrichtung verwendete Korre­ lationstechnik nicht anwendbar, weil das in diesem Fall auftre­ tende relativ hohe Rückstreusignal zu einem Überlauf des A/D- Wandlers führt. In diesem Fall erfolgt eine Umschaltung in einen besonderen Betriebsmodus, in dem die Codelänge auf Eins reduziert wird und die bekannte Einrichtung damit in dem ein­ gangs erläuterten konventionellen Betrieb mit Einzelimpulsen arbeitet. Da die A/D-Wandlung bei der bekannten Einrichtung vor der Korrelation erfolgt, haben die Amplitudendiskretisierung und die begrenzte Dynamik des A/D-Wandlers eine erhebliche Ver­ schlechterung des Signalrauschabstandes in diesem besonderen Betriebsmodus zur Folge. Die Untersuchung des zu untersuchenden Lichtwellenleiters ist im Bereich von Fresnel-Reflexionen her­ vorrufenden Störstellen daher mit einem Fehler behaftet, der in diesem Bereich zeitlich nicht begrenzt ist, sondern von dem zeitlichen Verlauf des von der Fresnel-Reflexion verursachten Rückstreusignals abhängig ist.

Im normalen Betriebsmodus der bekannten Einrichtung ist eine relativ hohe konstante Leistung des optischen Senders erforder­ lich, so daß eine Erwärmung des optischen Senders unvermeidlich ist. Schon eine geringfügige Erwärmung des optischen Senders führt bei der Korrelation der rückgestreuten Signale zu erheb­ lichen Verfälschungen des Meßergebnisses durch ausgeprägte Neben­ maxima. Um dies zu vermeiden, ist eine aufwendige Regelung der ausgesandten Lichtenergiemenge erforderlich. Das bei der Verwendung der Impulszüge (Golay-Codes) entstehende relativ breite Gesamtsignal bedeutet außerdem, daß von der Kennlinie des optischen Empfängers ein relativ weiter Bereich als Ar­ beitsbereich herangezogen werden muß. Das erfordert, daß der optische Empfänger in einem relativ weiten Bereich linear sein und eine große Dynamik aufweisen muß. Außerdem führen Über­ steuerungen des optischen Empfängers zu einer Verbreiterung des Abbildungsfehlers.

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Abbil­ dungsfehler auf die zweifache Impulsdauer des Testimpulses be­ schränkt. Weil der optische Empfänger der erfindungsgemäßen Ein­ richtung nur in einem schmalen Bereich seiner Kennlinie betrie­ ben wird, ist kein optischer Empfänger mit einer hochlinearen Kennlinie in einem weiten Bereich erforderlich; damit ist in vor­ teilhafter Weise als optischer Empfänger beispielsweise eine preisgünstige und leistungsstarke AP-Diode (Avalanche-Diode) ver­ wendbar, die über keine hochlineare Kennlinie verfügt. Die erfin­ dungsgemäße Einrichtung weist darüber hinaus hinsichtlich des schaltungstechnischen Aufwandes den Vorteil auf, daß sie die Un­ tersuchung des gesamten zu untersuchenden Lichtwellenleiters in einem einzigen Betriebsmodus und damit mit einer einzigen Schal­ tungsanordnung erlaubt. Da die Impulsantwort des signalangepaßten Filters durch das an dem weiteren Eingang des Convolvers an­ liegende Signal bestimmt ist, bleiben Temperaturschwankungen des signalangepaßten Filters ohne Einfluß auf dessen Impulsantwort und das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Ein Verfahren zur Untersuchung eines Lichtwellenleiters mit der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß durch Logarithmie­ rung und zeitliche Ableitung des Ausgangssignals des signal­ angepaßten Filters eine Hilfsgröße gebildet wird, daß geprüft wird, ob ein Zeitintervall existiert, in dem die Hilfsgröße nicht konstant ist und daß beim Auffinden eines solchen, gerade der doppelten Impulsdauer der Testimpulse entsprechenden Zeitintervalls aus Kenntnis des Dämpfungsverlaufs des zu unter­ suchenden Lichtwellenleiters im Anschluß an das Zeitintervall der Dämpfungsverlauf in dem dem Zeitintervall entsprechenden Ab­ schnitt des zu untersuchenden Lichtwellenleiters durch Extra­ polation bestimmt wird. Weil der infolge einer Störstelle oder Sprungstelle des zu untersuchenden Lichtwellenleiters auftre­ tende Abbildungsfehler der erfindungsgemäßen Einrichtung exakt auf die doppelte Impulsdauer der Testimpulse begrenzt ist, kann aus dem Verlauf der zeitlichen Ableitung des logarithmierten Aus­ gangssignals auf das Vorliegen einer Sprungstelle oder einer Fres­ nel-Reflexionen verursachenden Störstelle geschlossen werden, wenn dieser Verlauf in einem der doppelten Impulsdauer des Test­ impulses entsprechenden Zeitintervall nicht konstant ist. Da der ermittelte Dämpfungsverlauf des Lichtwellenleiters nach der Zeitspanne mit keinem Abbildungsfehler des signalangepaßten Fil­ ters mehr behaftet ist, kann aus diesem Verlauf durch Extrapo­ lation weitgehend fehlerfrei auf den Verlauf innerhalb des dem Zeitintervall entsprechenden Abschnitts geschlossen werden.

Eine vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht darin, daß beim Auffinden eines die doppelte Im­ pulsdauer der Testimpulse übersteigenden Zeitintervalls die Impulsdauer der Testimpulse vermindert wird. Überschreitet das Zeitintervall den doppelten Wert der Imulsdauer der Testim­ pulse, so ist dies ein zuverlässiges Indiz für das Vorhanden­ sein mindestens einer weiteren Störstelle, wobei die mindestens zwei Störstellen mit der durch die Impulsdauer der Testimpulse vorgegebenen örtlichen Auflösung nicht auflösbar sind. Diese Erkenntnis kann in vorteilhafter Weise dazu benutzt werden, die Impulsdauer der Testimpulse so weit zu vermindern, daß eine Ortsauflösung erreicht wird, mit der die Störstellen unter­ scheidbar sind.

Im Hinblick auf den zur Signalverarbeitung zu treibenden schaltungstechnischen Aufwand ist es besonders günstig, wenn die Extrapolation mit dem logarithmierten Ausgangssignal des signalangepaßten Filters durchgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise derart automatisiert werden, daß ausgehend von einer vorgegebenen Impulsdauer der Testimpulse zunächst soweit eine Verminde­ rung der Impulsdauer erfolgt, bis sämtliche Zeitintervalle, während der die Hilfsgröße nicht konstant ist, in ihrer Inter­ valldauer gerade der dann eingestellten doppelten Impulsdauer der Testimpulse entsprechen und dann die Extrapolation an den Sprung- und/oder Störstellen erfolgt.

Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 das Ausgangssignal und die zeitliche Ableitung des logarithmierten Ausgangssignals der erfindungsgemäßen Ein­ richtung bei einem gegebenen Dämpfungsprofil eines zu unter­ suchenden Lichtwellenleiters.

Nach Fig. 1 enthält eine Einrichtung 1 zur Untersuchung des Dämpfungsverlaufs eines Lichtwellenleiters 10 mit einem Dämpfungsprofil d_el(t) und einer Fresnel-Reflexionen ver­ ursachenden Störstelle 12 einen optischen Sender 15, dessen Eingang 16 mit rechteckförmigen Testimpulsen p(t) mit einer Impulsdauer T_p eines Impulsgenerators 17 beaufschlagbar ist. Von dem optischen Sender 15 ausgesendete Lichtimpulse, die in ihrem zeitlichen Verlauf den Testimpulsen p(t) entsprechen, werden über einen optischen Verzweiger 18 in ein Ende 20 des zu untersuchenden Lichtwellenleiters 10 eingekoppelt. Gemäß dem Dämpfungsprofil d_el(t) (Rayleigh-Rückstreuung) und infolge der Störstelle 12 (Fresnel-Reflexion) rückgestreutes Licht gelangt über den optischen Verzweiger 18 auf einen Eingang eines optischen Empfängers 22. Das Ausgangssignal des optischen Empfängers 22 ist auf einen Eingang 25 eines Oberflächenwellen- Convolvers 26 geführt. Ein weiterer Eingang 27 des Oberflä­ chenwellen-Convolvers 26 ist mit einem weiteren Ausgang 28 des Impulsgenerators 17 verbunden, an dem zeitinverse Testimpulse p(-t) anliegen. Ausgangsseitig ist an dem Oberflächenwellen- Convolver 26 ein Ausgangssignal g_MF(t) abgreifbar.

Der Oberflächenwellen-Convolver 26 stellt ein signalangepaßtes Filter dar, dessen Impulsantwort durch das an seinem Eingang 27 angelegte Eingangssignal bestimmt ist, das durch zeitliche In­ vertierung der Testimpulse p(t) des Impulsgenerators 17 gebil­ det ist, mit denen der Triggereingang 16 des optischen Senders 15 beaufschlagt wird. Sofern es sich bei den verwendeten Test­ impulsen um symmetrische Impulsformen handelt, entsprechen die zeitinversen Testimpulse p(-t) den Testimpulsen p(t). Beim Auf­ treten eines Testimpulses p(t) sendet der optische Sender 15 einen entsprechenden Lichtimpuls aus, der über den optischen Verzweiger 18 in den zu untersuchenden Lichtwellenleiter 10 eingekoppelt wird. Trifft dieser Lichtimpuls auf die Störstelle 12, wird ein Signal zurückgestreut (Fresnel-Reflexion), dessen Pegel mehrere Größenordnungen über dem Pegel des infolge der Dämpfung gemäß dem Dämpfungsprofil d_el(t) (Rayleigh-Rückstreu­ ung) rückgestreuten Nutzsignals liegt. Die Dynamik des gesamten rückgestreuten Signals ist somit außerordentlich groß, wogegen der Pegel des rückgestreuten Nutzsignals (Rayleigh-Rückstreu­ ung) unter dem Rauschpegel des optischen Empfängers 22 liegt. Mit Hilfe des als signalangepaßtes Filter eingesetzten Ober­ flächenwellen-Convolvers 26 läßt sich einerseits ein hoher Signalrauschabstand realisieren und andererseits ist der Ab­ bildungsfehler, der bei Signalen infolge Sprung- oder Stör­ stellen (Fresnel-Reflexionen) auftritt, auf die doppelte Länge der Impulsdauer T_p der Testimpulse p(t) exakt begrenzt. Es läßt sich zeigen, daß der auftretende Abbildungsfehler des Dämpfungs­ profils des zu untersuchenden Lichtwellenleiters nach einer Zeitspanne von der doppelten Impulsdauer T_p eines Testimpulses p(t) vom Zeitpunkt des Auftretens der Fresnel-Reflexion an lediglich ein konstanter Verstärkungsfehler ist, der dem Quadrat der Impulsdauer T_p annähernd proportional ist. Bei Ver­ wendung des Oberflächenwellen-Convolvers 26 als signalange­ paßtes Filter ist eine sogenannte Timing-Bedingung zu berück­ sichtigen. In der Timing-Bedingung spiegelt sich der physika­ lische Prozeß der Faltung in dem Oberflächenwellen-Convolver 26 wieder; die an seinen Eingängen 25 und 27 anliegenden elektri­ schen Signale werden durch Interdigital-Wandler in Oberflächen­ wellen gewandelt, die sich auf einer durch eine Integrations­ elektrode vorgegebenen Spur aufeinanderzubewegen. Die physi­ kalische Länge der Integrationselektrode bestimmt die Integra­ tionsdauer T_i des Faltungsvorganges. Um ein dem Faltungsprodukt der Eingangssignale proportionales Ausgangssignal g_MF(t) zu erhalten, müssen sich die zu verarbeitenden Eingangssignale vollständig gewandelt als Oberflächenwellen unter der Integra­ tionselektrode befinden. Daraus ergibt sich eine zeitliche Begrenzung der Dauer T_BE des zu verarbeitenden, am Signal­ eingang 25 des Oberflächenwellen-Convolvers anliegenden Ausgangssignals des optischen Empfängers 22 nach der Formel:

T_BE kleiner = 2 · (T_i-2·T_p) (G1-2)

mit:
T_BE: Dauer des Rückstreusignals,
T_i: Integrationsdauer des Oberflächenwellen-Convolvers 26,
T_p: Impulsdauer des Testimpulses p(t).

Periodisiert man das am Signaleingang 27 anliegende Eingangs­ signal - nämlich die zeitinversen Testimpulse p(-t) - des Ober­ flächenwellen-Convolvers 26 mit einer Periode von T_i, so ist die Verarbeitung beliebig langer Rückstreusignale möglich. Das auf diese Weise erhaltene Ausgangssignal g_MF(t) des Oberflächen­ wellen-Convolvers 26 weist dann redundante Anteile aus sequen­ tiellen Blöcken auf, wobei die Länge der Blöcke durch den Term (T_i-2·T_p) gegeben ist. Durch eine entsprechende Abtastung können die redundanten sequentiellen Blöcke ausgeblendet werden, so daß nur das Nutzsignal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.

Fig. 2 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Untersuchung des Dämpfungsverlaufs eines Lichtwellenleiters 10 mit einer Einrichtung 1, wie sie in der Fig. 1 beschrieben ist. Wie be­ reits beschrieben, wird in den zu untersuchenden Lichtwellen­ leiter 10 ein Lichtimpuls eingekoppelt und das seinem Däm­ pfungsprofil d_el(t) entsprechende Ausgangssignal g_MF(t) am Ausgang der Einrichtung 1 abgegriffen. In einer Signalverarbei­ tungsstufe 32 wird anschließend - gegebenenfalls nach Mittelung über mehrere Messungen - durch Logarithmierung des Betrages des Ausgangssignals g_MF(t) und anschließende Ableitung nach der Zeit eine Hilfsgröße D_MF(t) gebildet. Die Hilfsgröße D_MF(t) wird anschließend in einer Diskriminierungsstufe 33 daraufhin untersucht, ob sie während eines (oder mehrerer) Zeitintervalls T_F, das größer oder gleich der doppelten Impulsdauer T_p des Testimpulses p(t) ist, nicht konstant ist. Ist die Hilfsgröße D_MF(t) konstant, wird dies durch eine Anzeigeeinrichtung 40 angezeigt. Dies ist in der Fig. 2 durch ein Untersuchungsergeb­ nis N der Diskriminierungsstufe 33 angedeutet, das gemäß Pfeil 35 der Anzeigeeinrichtung 40 zugeführt wird. Beträgt das Zeit­ intervall T_F exakt die doppelte Impulsdauer T_p, wird durch Ex­ trapolation in einer Extrapolationsvorrichtung 38 der Dämpfungs­ verlauf bis zu der Sprungstelle bzw. der die Fresnel-Reflexion verursachenden Störstelle ermittelt und das Ergebnis der Anzeigeeinrichtung 40 zugeführt.

Zur Erläuterung des Extrapolationsverfahrens ist im oberen Diagramm der Fig. 3 ein (idealer) Verlauf des Dämpfungsprofils d_el(t) des zu untersuchenden Lichtwellenleiters (vgl. Fig. 1) dargestellt. Man erkennt zu einem Zeitpunkt t_s eine ausgeprägte Spitze infolge einer Fresnel-Reflexion an einer Störstelle. Da die Laufzeiten der rückgestreuten Signale und die ihre Rück­ streuung verursachenden Bereiche des zu untersuchenden Licht­ wellenleiters in direktem Zusammenhang stehen, erfolgen im Zusammenhang mit der Erläuterung der Fig. 3 Angaben bestimm­ ter Orte des zu untersuchenden Lichtwellenleiters durch Angabe der entsprechenden Entstehungszeitpunkte der rückgestreuten Signale. Der zeitliche Verlauf des Dämpfungsprofils d_el(t) stellt in Bereichen zwischen einem Zeitpunkt t₀ und einem Zeitpunkt t_s sowie nach einem Zeitpunkt t_s bis zu einem Zeitpunkt t_e eine e-Funktion dar.

Das untere Diagramm der Fig. 3 zeigt das reale Ausgangssignal g_MF(t) der Einrichtung 1 nach Fig. 1. Außerdem ist der Betrag der durch zeitliche Ableitung des Logarithmus des Betrages des Ausgangssignals g_MF(t) gebildeten Hilfsgröße D_MF(t) (vgl. Fig. 2) strichpunktiert in seinem qualitativen Verlauf eingetragen. Man erkennt einen Sprung des Ausgangssignals g_MF(t) im Bereich zwischen dem Zeitpunkt t₀ und einem Zeitpunkt t₁, der durch das Einkoppeln des Lichtimpulses in den zu untersuchenden Lichtwel­ lenleiter bedingt ist. Das Ausgangssignal g_MF(t) fällt von einem Maximalwert g_MFmax zum Zeitpunkt t₁ kontinuierlich bis zum Zeitpunkt t_s ab. Im Intervall t₁ bis t_s ist die Hilfsgröße D_fMF(t) konstant. Zum Zeitpunkt t_s tritt (z. B. an einer Stör­ stelle 12 [siehe Fig. 1]) eine Fresnel-Reflexion auf, die zu einer Unstetigkeit des Ausgangssignals g_MF(t) führt. Nach einem Zeit­ intervall T_F = 2 T_p setzt das Ausgangssignal g_MF(t) zu einem Zeitpunkt t₂ seinen kontinuierlichen Verlauf fort. Im Zeitinter­ vall T_F = t₂-t_s = 2 T_p ist die Hilfsgröße D_MF(t) nicht konstant. Das Zeitintervall T_F ist exakt auf die doppelte Impulsdauer T_p begrenzt. Damit ist erkennbar, daß im Bereich des Zeitpunkts t_s der Einfluß nur einer (Fresnel-Reflexionen verursachenden) Störstelle zum Tragen kommt. Daher kann durch rückwärtige Extrapolation des Verlaufs des Ausgangssignals g_MF(t) nach dem Zeitpunkt t₂ auf den Dämpfungsverlauf im Be­ reich der Störstelle geschlossen werden; diese Extrapolation ist in Fig. 3 durch Punkte P angedeutet. Der Endbereich des zu untersuchenden Lichtwellenleiters stellt zum Zeitpunkt t_e eine weitere Störstelle dar, die für die Untersuchung des Lichtwellen­ leiters aber außer Betracht bleiben kann. In gleicher Weise kann ein Dämpfungssprung im Dämpfungsprofil des zu untersuchen­ den Lichtwellenleiters bestimmt werden, indem der durch Extra­ polation gebildete Wert des Ausgangssignals g_MF(t) unmittelbar nach der Sprungstelle von dem Wert des Ausgangssignals g_MF(t_sp) an der Sprungstelle substrahiert wird.

Würde das Zeitintervall T_F nach Fig. 3 die Dauer von 2·T_p über­ steigen, wird eine weitere Untersuchung des Lichtwellenleiters zumindest in dem entsprechenden Abschnitt mit einer verkürzten Impulsdauer T_p vorgenommen, um im Bereich des Zeitpunkts t_s eine erhöhte Auflösung zu ermöglichen; dies ist in der Fig. 2 durch einen Pfeil 42 angedeutet, der eine Einflußnahme auf die Impulsdauer T_p symbolisiert, sofern die Bedingung T_F größer 2 T_p erfüllt ist. Wird als signalangepaßtes Filter ein Oberflächen­ wellen-Convolver in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verwen­ det, erfolgt bei Veränderung der Impulsdauer T_p in vorteil­ hafter Weise automatisch eine Anpassung der Impulsantwort des signalangepaßten Filters.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Untersuchen des Dämpfungsverlaufs eines Lichtwellenleiters (10)

• - mit einem optischen Sender (15) mit einem Signaleingang (16), der mit Testimpulsen (p(t)) eines Impulsgenerators (17) beaufschlagbar ist,
• - mit einem optischen Verzweiger (18), über den ein Ende (20) des zu untersuchenden Lichtwellenleiters (10) an den optischen Sender (15) angeschlossen ist,
• - mit einem optischen Empfänger (22), der über den optischen Verzweiger (18) an das eine Ende (20) des Lichtwellenleiters (10) angeschlossen ist und
• - mit einer dem optischen Empfänger (22) ausgangsseitig nachgeordneten Filtereinheit, an deren Ausgang (30) ein analoges Ausgangssignal (g_MF(t)) abgreifbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit ein signalangepaßtes Filter (26) ist (Fig. 1).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das signalangepaßte Filter (26) ein Convolver ist, der einen ersten mit dem optischen Empfänger (22) verbundenen Eingang (25) und einen weiteren mit zeitinvertierten Testimpulsen (p(-t)) des Impulsgenerators beaufschlagbaren Eingang (27) aufweist (Fig. 1).

3. Verfahren zum Untersuchen eines Lichtwellenleiters mit einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß durch Logarithmierung und zeitliche Ableitung des Ausgangssignals (g_MF(t)) des signalangepaßten Filters (26) eine Hilfsgröße (D_MF(t)) gebildet wird,
• - daß geprüft wird, ob ein Zeitintervall (T_F) existiert, in dem die Hilfsgröße (D_MF(t)) nicht konstant ist, und
• - daß beim Auffinden eines solchen, gerade der doppelten Im­ pulsdauer (T_p) der Testimpulse entsprechenden Zeitintervalls (T_F) aus Kenntnis des Dämpfungsverlaufs des zu untersuchenden Lichtwellenleiters (10) im Anschluß an das Zeitintervall (T_F) der Dämpfungsverlauf in dem dem Zeitintervall (T_F) entspre­ chenden Abschnitt des zu untersuchenden Lichtwellenleiters (10) durch Extrapolation bestimmt wird (Fig. 2, Fig. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auffinden eines die doppelte Impulsdauer (T_p) der Test­ impulse übersteigenden Zeitintervalls (T_F) die Impulsdauer (T_p) der Testimpulse vermindert wird (Fig. 2).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrapolation mit dem logarithmierten Ausgangssignal des signalangepaßten Filters durchgeführt wird.