DE60118824T2

DE60118824T2 - Optisches Eindringungsdektionsystem mittels Modenkoppelung

Info

Publication number: DE60118824T2
Application number: DE60118824T
Authority: DE
Inventors: Wan-ku Kweonseon-gu Suwon-city Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: EP1132879A3; DE60118824D1; JP2001289960A; US20010024162A1; KR20010084777A; CN1311497A; EP1132879A2; EP1132879B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Eindringungsdetektionssystem mit Modenkopplung, und insbesondere ein optisches Eindringungsdetektionssystem mit Modenkopplung in einer optischen Multimodefaser.
Optische Systeme zum Erfassen des Eindringens, die das Eindringen unter Verwendung optischer Fasern erfassen sollen, sind in Sicherheitsbereichen oder Sperrgebieten von Militäreinrichtungen, Flughäfen, Kraftwerken und dergleichen installiert, um die Einrichtungen vor Eindringlingen zu schützen. Diese Systeme können die Anzahl der Sicherheitswachleute reduzieren und Mittel für stabile Kommunikation durch eine eingebaute optische Faser bereitstellen.
Die folgenden drei repräsentativen Techniken werden derzeit in Produkten verwendet: ein Verfahren zum Messen einer Veränderung einer dynamischen Komponente eines optischen Signals unter Verwendung optischer Speckles, ein Verfahren zum Messen einer statischen Veränderung im optischen Verlust und ein Verfahren zum Messen einer Veränderung unter Verwendung optischer Zeitbereichsreflektometrie (OTDR, optical time domain reflectometry). Alle drei Techniken weisen jedoch eine hohe Fehlalarmrate auf.
Zunächst bestimmt ein System zum Erfassen eines Eindringens unter Verwendung optischer Speckles Eindringen oder kein Eindringen durch Blockieren eines Teils des in einer kontinuierlichen Wellenform über eine optische Multimodefaser übertragenen Lichts und misst optische Speckles oder Lichtenergie, die aus der Interferenz des verbleibenden unblockierten Lichts erhalten wird. Dieses System ist jedoch auf Umgebungsveränderungen empfindlich, da es nur eine dynamische Veränderungskomponente misst, die durch Eindringlinge erzeugt wird.
Eine alternative optische Eindringerfassungstechnik ist ein Verfahren zum Erfassen von Lichtverlust, der auftritt, wenn eine optische Faser gebogen oder unterbrochen wird. Dieses Verfahren ist jedoch schwerfällig bei dynamischen Veränderungen wie Stoßwellen und anderen physikalischen Störungen einer optischen Faser.
Eine andere alternative optische Eindringerfassungstechnik ist ein Verfahren unter Verwendung von Rückstreuung eines optischen Impulses. Bei diesem Verfahren wird Eindringen oder kein Eindringen dadurch bestimmt, dass Licht erfasst wird, das von einem Lichtübertragungsmedium zurückgestreut wird, während Licht in Impulsform übertragen wird. Dieses Verfahren weist das Merkmal auf, dass selbst die Position auf einer optischen Faser, wo Störung auftritt, erfasst werden kann. Dieses Verfahren beinhaltet jedoch komplizierte Signalverarbeitung und weist eine höhere Fehlalarmrate auf als andere Techniken.
Deshalb ist ein einfaches optisches Eindringerfassungssystem erforderlich, das in der Lage ist, die dynamischen und statischen Veränderungen von Lichtenergie leicht zu messen.
Gemäß der Erfindung wird ein optisches Eindringerfassungssystem zur Verfügung gestellt umfassend: eine Lichtquelle; einen optischen Splitter zur Teilen von Licht, das von der Lichtquelle emittiert und über eine optische Faser übertragen wird; eine Mehrzahl von Detektoren zum Erfassen von Lichtenergiewerten, die vom optischen Splitter geteilt ist; und eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen von Eindringen oder kein Eindringen durch Ausführen eines bestimmten Vorgangs an der Ausgabe jedes der Detektoren.
Die Erfindung stellt ein optisches Eindringerfassungssystem zur Verfügung zum Bestimmen, ob ein Eindringen oder kein Eindringen vorliegt durch Teilen von Licht, das von einer Lichtquelle emittiert wird und Erfassen und Vergleichen der Energie des geteilten Lichts.
Ein Beispiel der Erfindung wird nun ausführlich mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines optischen Eindringerfassungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2A und 2B Schaubilder sind, die Energiespektren bezüglich der Frequenz im Normalzustand und im Eindringzustand zeigen;
3A und 3B Schaubilder sind, die eine Wechselstromkomponente (AC) zeigen, die aufgrund des Unterschieds zwischen den Ausgabesignalen des ersten und zweiten Detektors von 1 bezüglich der Zeit in einem Normalzustand und im Eindringzustand schwankt; und
4A und 4B Schaubilder sind, die eine Gleichstromkomponente (DC) zeigen, die in Abhängigkeit von der Summe der Ausgabesignale des ersten und zweiten Detektors von 1 bezüglich der Zeit in einem Normalzustand und im Eindringzustand schwankt.
1 ist ein Blockdiagramm eines optischen Eindringerfassungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn ein von einer Laserdiode ausgegebenes optisches Signal, die eine kontinuierliche Welle ausgibt, mit einer optischen Multimodefaser gekoppelt wird, wandert sie wegen der Charakteristiken der optischen Faser in einer Multimodeform. Wenn ein Eindringling die optische Multimodefaser, durch die das optische Signal wandert, physikalisch stört, erfolgt Lichtenergieübergang zwischen den Moden des Lichts, das in der optischen Faser wandert. Wenn die Moden des Lichts in einen optischen Splitter wandern, der aus optischen Multimodefasern ausgebildet ist, unterscheidet sich die Energie jedes der geteilten Lichtstrahlen, die vom optischen Splitter ausgegeben werden von jedem der anderen, weil jeder Kopplungskoeffizient der Moden im optischen Splitter differiert. Daher kann das optische Eindringerfassungssystem die physikalische Störung durch Messen von Veränderungen in der Energie des geteilten Lichts am Ausgangsport erfassen.
Mit Bezug zu 1, beinhaltet das optische Eindringerfassungssystem eine Lichtquelle 100, eine optische Multimodefaser 101 zum Übertragen von Licht, das von der Lichtquelle 100 emittiert ist, einen optischen Splitter 102 zum Teilen von Licht, das von der optischen Multimodefaser 101 übertragen ist, erste und zweite Detektoren 103 und 104 zum Erfassen von Energiewerten des Lichts, das vom optischen Splitter 102 geteilt ist und eine Bestimmungseinrichtung 105 zum Bestimmen, ob ein Eindringen oder kein Eindringen vorliegt, unter Verwendung der erfassten Lichtenergie. Bevorzugt ist die Lichtquelle 100 eine Laserdiode zum kontinuierlichen Ausgeben von Laserlicht.
Wenn beim Betrieb des optischen Eindringerfassungssystems von der Lichtquelle 100 kontinuierlich ausgegebenes Laserlicht mit der optischen Multimodefaser 101 gekoppelt wird, breitet es sich aufgrund der optischen Multimodefaser 101 in Multimodeform aus. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Eindringling physikalisch die optische Multimodefaser 101 stört, durch die Licht wandert, wird jeder Lichtmodus in einem anderen Modus überführt (das heißt, es erfolgt Modenkopplung), die Lichtenergieteilung jedes Modus verändert sich. Hier bezeichnet Lichtmodenkopplung Energiekopplung zwischen Moden. Das Lichtenergiesplitting jedes Modus unterscheidet sich für jeden Modus, da die Moden im optischen Splitter 102 unterschiedliche Kopplungskoeffizienten aufweisen. Daher verändert sich die Energie von Licht, das vom optischen Splitter 102 geteilt und ausgegeben wird. Der erste und zweite Detektor 103 und 104 messen die Energie von Lichtstrahlen, die vom optischen Splitter 102 ausgegeben werden. Die Bestimmungseinrichtung 105 kann durch Subtraktion und Addition der Lichtenergiewerte statische und dynamische Veränderungen der Lichtenergie durch Vergleichen der Lichtenergiewerte bestimmen, die vom ersten und zweiten Detektor 103 und 104 erfasst und ausgegeben sind. Ebenso ist der optische Splitter 102 unter Berücksichtigung der Umgebung ausgelegt, so dass er selektiv die Empfindlichkeit auf die Umgebung regelt.
Die 2A und 2B sind Schaubilder, die Energiespektren bezüglich der Frequenz im Normalzustand und im Eindringzustand zeigen. Wie in 2B gezeigt ist, verändert sich ein Energiespektrum um eine niedrige Frequenz, im Falle, dass ein Eindringen erfolgt.
Die 3A und 3B sind Schaubilder, die eine Wechselstromkomponente (AC) zeigen, die aufgrund des Unterschieds zwischen den Ausgabesignalen des ersten und zweiten Detektors von 1 bezüglich der Zeit in einem Normalzustand und im Eindringzustand schwankt. Wie in 3B gezeigt ist, tritt in einem Eindringfalle eine Veränderung auf, im Gegensatz zu einem Normalzustand.
Die 4A und 4B sind Schaubilder, die eine Gleichstromkomponente (DC) zeigen, die in Abhängigkeit von der Summe der Ausgabesignale des ersten und zweiten Detektors von 1 bezüglich der Zeit in einem Normalzustand und im Eindringzustand schwankt. Wie in 4B gezeigt ist, ist die DC-Komponente in einem Eindringfalle kleiner als in einem Normalzustand.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Licht mit Modenkopplung bei seiner Wanderung durch eine optische Multimodefaser geteilt und die geteilten Lichtenergiewerte werden gemessen und miteinander verglichen, so dass eine dynamische Veränderung eines optischen Signals und eine statische Veränderung im Lichtverlust aufgrund der physikalischen Störung durch einen Eindringling gleichzeitig gemessen werden können. Ebenso kann ein optischer Splitter unter Berücksichtigung der äußeren Umgebung ausgelegt werden.

Claims

Optisches Eindringerfassungssystem umfassend: eine Lichtquelle (100); einen optischen Splitter (102) zum Teilen von Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird und über eine optische Multimodefaser (101) übertragen wird; eine Mehrzahl von Detektoren (103; 104), zum Erfassen von Lichtenergiewerten, die vom optischen Splitter geteilt sind; und eine Bestimmungseinrichtung (105) zum Bestimmen, ob ein Eindringen oder kein Eindringen vorliegt, durch Ausführen eines bestimmten Vorgangs an der Ausgabe jedes der Detektoren.
Optisches Eindringerfassungssystem nach Anspruch 1, worin die Lichtquelle (100) eine Laserdiode ist, die kontinuierlich Laserlicht ausgibt.
Optisches Eindringerfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, worin der optische Splitter (102) die zwischen Moden geteilte Energie aufgrund der Modenkopplung, die in der optischen Multimodefaser (101) auftritt, wenn die optische Multimodefaser gestört wird, verändert.
Optisches Eindringerfassungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Bestimmungseinrichtung (105) ein Eindringen oder kein Eindringen durch Extrahieren einer Wechselstromkomponente (AC) bestimmt, die aufgrund eines Unterschieds zwischen den Ausgabesignalen der Mehrzahl von Detektoren schwankt.
Optisches Eindringerfassungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Bestimmungseinrichtung (105) ein Eindringen oder kein Eindringen durch Extrahieren einer AC-Komponente bestimmt, die aufgrund eines Unterschieds zwischen den Ausgabesignalen der Mehrzahl von Detektoren schwankt, und einer Gleichstromkomponente (DC), die aufgrund der Summe der Ausgabesignale schwankt.