DE69101150T2

DE69101150T2 - Verfahren zum Lokalisieren eines Fehlers.

Info

Publication number: DE69101150T2
Application number: DE69101150T
Authority: DE
Inventors: Ian Johnson Hirst; Thomas Oswald
Original assignee: STC Submarine Systems Ltd
Current assignee: Alcatel Submarine Systems BV
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2011-03-15
Also published as: AU632916B2; GB9006447D0; EP0448293A1; DK0448293T3; US5184081A; DE69101150D1; AU7364291A; EP0448293B1; JPH04223627A; GB2242324B; GB2242324A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Lokalisierung von Fehlern in der Leistungsspeiseschaltung eines mit Verstärkern versehenen optischen Systems.
In einem mit Verstärker versehenen optischen Seekabelsystem können verschiedene Fehler auftreten, und wenn der Fehler repariert werden muß, so ist es wichtig, in der Lage zu sein, die Position des Fehlers genau zu lokalisieren, so daß das Reparaturschiff nahe an den Fehler gelangen kann, wenn es das Kabel wiederaufnimmt. Wenn andererseits festgestellt wird, daß der Fehler sich in einer gewissen Entfernung von dem Punkt befindet, an dem das Kabel aufgenommen wurde, so können viel Zeit und Anstrengungen vergeudet sein.
Fehler fallen grundsätzlich in zwei Kategorien. Ein optischer Fehler, während das System noch mit Leistung versorgt ist, und ein elektrischer Fehler in dem Leistungsspeisesystem. Sowohl optische als auch elektrische Fehler können gleichzeitig auftreten.
Eine bekannte Technik zur Lokalisierung optischer Fehler beruht auf einer Rückwärtsschleifen-Anordnung in den Verstärkern, wobei auf einen Befehl von einem Endgerät an einem Ende des Systems aufeinanderfolgend in jedem Verstärker der abgehende Signal- Lichtwellenleiterpfad in einer Schleife zurück mit dem ankommenden Lichtwellenleiterpfad verbunden wird. Wenn der fehlerhafte Verstärker oder Kabelabschnitt erreicht ist, so fällt entweder das rückgeschleifte Signal aus oder es ist gestört, so daß der Abschnitt oder Verstärker identifiziert werden kann.
Eine andere Technik beruht auf dem empfangenen Lichtpegel, der in einem Verstärker ankommt, und auf der Lokalisierung des Verstärkers, der kein oder eine verringerte Lichtmenge empfängt, um wiederum den Abschnitt oder Verstärker zu bestimmen, der fehlerhaft ist.
Eine weitere Technik, die in der GB-A-2 200 009 beschrieben ist, verwendet einen Ringtransformator zur Zuführung von Stromimpulsen an das Kabel. Die Impulse werden für dauernde elektrische Fehler reflektiert, wobei die reflektierten Signale über einen zweiten Ringtransformator erfaßt werden. Eine Analyse des Zeitunterschiedes zwischen den induzierten und reflektierten Impulsen ergibt ein Maß der Lage oder Position des Fehlers.
Weil der Verstärkerabstand mit verbesserten Lichtwellenleiter- Eigenschaften größer wird, derzeit um die 60 oder 70 km herum, so ist dieses System relativ grob, weil der Fehler irgendwo entlang einer Länge von 60 oder 70 km des Kabels liegen kann. Die exakte Position des Fehlers wird dadurch bestimmt, daß das Kabel an irgendeinem Punkt entlang des den Fehler enthaltenden Längenabschnittes gehoben wird, das Kabel geschnitten wird und beispielsweise eine Rückstreutechnik von dem geschnittenen Ende aus verwendet wird, um zu bestimmen, wo, von der Schnittstelle aus gesehen, der Fehler liegt. Wenn er sehr weit von der Schnittstelle entfernt wird, so wird die Schnittstelle durch Einfügen eines kurzen neuen Kabellängenabschnittes in das abgeschnittene Ende repariert, das wiederaufgenommene Kabel mit der reparierten Schnittstelle neu verlegt, worauf man sich zur genauen Position des Fehlers bewegt, wie er durch die Rückstreumessung bestimmt wurde, worauf eine Reparatur durch Wiederaufnehmen und Reparieren des Kabels durchgeführt wird.
Eine Veröffentlichung mit dem Titel 'An automatic optical fibre break location scheme for duplex and diplex transmission Systems' in British Telecom Technology Journal, Band 6, Nr. 1, Januar 1088, Seite 54, liefert eine Lösung für die Lokalisierung eines Lichtwellenleiterbruches. Diese Technik beruht auf der Beobachtung und dem Vergleich der Ankunftszeit des Signals, das durch einen Datenverlust oder Lichtverlust in dem gebrochenen Lichtwellenleiter dargestellt ist. Die Verfasser berichten, daß dieses Verfahren in Duplexsystemen, bei denen der Lichtwellenleiter mit unterschiedlichen Wellenlängen in entgegengesetzten Richtungen arbeitet, relativ genau ist, jedoch nicht so genau für ein Diplex-System ist, bei dem der Betrieb bei unterschiedlichen Wellenlängen in der gleichen Richtung erfolgt. Diese Technik ist jedoch für derzeitige Seekabelsysteme nicht geeignet, weil diese Simplex-Systeme sind.
Wenn ein elektrischer Fehler auftritt, der beispielsweise dadurch hervorgerufen wird, daß ein Fischereischiff oder ein Anker das Kabel beschädigt, ohne es zu unterbrechen, so kann, wenn der Fehler einen Kurzschluß hervorruft, die Lokalisierung des Fehlers dadurch erfolgen, daß die Tatsache ausgenutzt wird, daß an der Fehlerstelle der die Leistung führende elektrische Leiter gegenüber Erde (dem Meer) kurzgeschlossen wird. Das System wird von beiden Enden aus mit Leistung versorgt, und zwar positiv an einem Ende und negativ am anderen. Durch Einstellen der Endgerätespannungen derart, daß an dem Fehler kein Strom verlorengeht, d.h. wenn der Spannungsgradient an dem Fehler den Wert Null erreicht, kann die Position des Fehlers festgestellt werden, weil die Entfernung der Fehlerstelle von jedem der Endgeräte proportional zu der Spannung ist, die an diesem Endgerät erforderlich ist, um einen Strom von Null an der Fehlerstelle hervorzurufen. Anderer Verfahren, die eine Widerstands- und Spannungsmessung umfassen, sind ebenfalls möglich.
Keine der vorstehenden Techniken ist jedoch geeignet, wenn ein intermittierender elektrischer Fehler auftritt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technik zu entwickeln, um einen intermittierenden elektrischen Fehler in einer einfachen Weise zu lokalisieren.
Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines intermittierenden elektrischen Fehlers in dem Leistungsspeisekreis eines mit Verstärkern versehenen optischen Systems durch die Analyse von sich aus diesem Fehler ergebenden Signalen geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren die Feststellung der Ankunft eines ersten optischen Fehlersignals an einem ersten Endgerät des Systems, die Erfassung der Ankunft eines zweiten Signals an einem zweiten Endgerät des Systems, wobei das erste Signal an einem Verstärker benachbart zu dem Fehler als Ergebnis des elektrischen Fehlers entstanden ist und sich zu dem ersten Endgerät über einen ersten Pfad ausgebreitet hat, wobei das zweite Signal ein zweites optisches Fehlersignal ist, das an dem Verstärker benachbart zu dem Fehler entstanden ist und sich zu dem zweiten Endgerät des Systems über einen zweiten Pfad ausgebreitet hat, und daß die Lage der Fehlerstelle aus dem zeitlichen Abstand zwischen der Ankunft der ersten und zweiten Signale und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale bestimmt wird.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Lokalisierung eines intermittierenden elektrischen Fehlers in der Leistungsspeiseschaltung eines mit Verstärkern versehenen optischen Systems durch Analyse der sich aus diesem Fehler ergebenden Signale geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren die Erfassung der Ankunft eines ersten Signals, wobei das erste Signal ein optisches Fehlersignal ist, an einem ersten Endgerät des Systems und die Erfassung der Ankunft eines zweiten Signals an einem zweiten Endgerät des Systems umfaßt, wobei das erste Signal an einem Verstärker benachbart zu dem Fehler als Ergebnis des elektrischen Fehlers entstanden ist und sich zu dem ersten Endgerät über einen ersten Pfad ausgebreitet hat, wobei das zweite Signal ein elektrischer Stoßimpuls ist, der sich von dem Fehler zu dem zweiten Endgerät über einen Leistungsleiter des Systems ausgebreitet hat, und wobei die Lage des Fehlers aus dem zeitlichen Abstand zwischen der Ankunft des ersten und des zweiten Signals und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale bestimmt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Signal das optische Fehlersignal, das durch eine Verstärker-Fehlfunktion hervorgerufen ist und sich entlang eines optischen Weges in einer Richtung von dem ersten Verstärker fort zu einem ersten Endgerät des Systems ausbreitet, während das zweite Signal ebenfalls ein optisches Fehlersignal ist, das zum gleichen oder angenähert zum gleichen Zeitpunkt wie das erste Signal entsteht, sich jedoch von dem Verstärker fort entlang eines optischen Weges in der entgegengesetzten Richtung zum zweiten Endgerät des Systems ausbreitet.
Eine derartige Technik ist besonders nützlich zur Lokalisierung eines intermittierenden elektrischen Fehlers, der beispielsweise auftritt, wenn die Systemspannung bis zu einem bestimmten Pegel an einem Ende angehoben wird, der jedoch nicht unterhalb dieses Pegels ausgelöst wird, weil das System mit Leistung versorgt bleiben kann, bis der Fehler ausgelöst wird, so daß die Zeitmessung erfolgen kann, bevor das System nach dem Auftreten des Fehlers abgeschaltet wird. Örtlich angeordnete Stoßspannungs-Schutzeinrichtungen in jedem Verstärker schützen die einzelnen Verstärker, bewirken jedoch, daß jeder Verstärker Fehler vor dem Abschalten erzeugt, wenn der Spannungs-Stoßimpuls den Verstärker erreicht.
Die Geschwindigkeit der optischen Signalübertragung in einem derartigen System beträgt ungefähr 2/3 der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, und zwar aufgrund des Brechungsindex in dem Lichtwellenleiter, und die Übertragungsgeschwindigkeit durch den elektrischen Leiter des Spannungsstoßimpulses ist langsamer als die Geschwindigkeit der Lichtübertragung durch den Lichtwellenleiter.
Zum klaren Verständnis der Erfindung wird im folgenden auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 schematisch ein mit Verstärkern versehenes optisches Seekabelsystem zeigt, in dem ein Fehler vorliegt;
Fig. 2 schematisch ein Fehler-Lokalisierungssystem für das optische Seekabel-Nachrichtenübertragungssystem nach Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 3 bezüglich einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eine Darstellung der Änderung des Speisestroms als Funktion der abgelaufenen Zeit seit dem Auftreten eines intermittierenden Fehlers zeigt;
Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung, jedoch in größerem Maßstab und unter Einschluß einer Zeitkorrektur zeigt, bei der die gemessenen und berechneten Kurven aneinander angepaßt sind;
Fig. 5 eine Tabelle von Kabelparametern zur Verwendung bei dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ist;
Fig. 6 schematisch einige der bei der zweiten Ausführungsform verwendeten Geräte zeigt, und
Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, die die Verzögerung der Ankunft der Kurzschluß- Stoßwellenfront an dem nächsten Verstärker zeigt.
In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Fehlerlokalisierungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Verfahren ist so ausgebildet, daß die Position oder Lage eines Hochspannungsfehlers dadurch bestimmt wird, daß die Position der Fehlersstelle aus Messungen an dem System vorhergesagt wird.
Bei dem Verfahren wird angenommen, daß der Spannungs-Stoßimpuls an dem Leistungsleiter des Kabels aufgrund des Fehlers Leitungsfehler in beiden Richtungen an benachbarten Verstärkern hervorruft. In Fig. 1 ist schematisch ein optisches Seekabel- Übertragungssystem gezeigt, das sich von einem ersten Endgerät TERM 1 an Land unter dem Wasser zu einem zweiten Endgerät TERM 1 an einer anderen Stelle an Land über Verstärker REP 1 bis REP 5 erstreckt, wie dies gezeigt ist, und der unterbrochen dargestellte Abschnitt des Kabels stellt zusätzliche Verstärker zu den in Fig. 1 gezeigten dar. Es wird angenommen, daß ein Hochspannungs-Kurzschlußfehler mit intermittierender Art in dem Kabelabschnitt aufgetreten ist, der sich zwischen den Verstärkern REP 3 und REP 4 gemäß Fig. 1 erstreckt.
Als Ergebnis dieses Fehlers werden Leitungsfehler in beiden Richtungen an den benachbarten Verstärkern REP 3 und REP 4 hervorgerufen. Jedes der Endgeräte TERM 1 und TERM 2 empfängt diese Fehler nach einer Verzögerung, die proportional zur Entfernung der Fehlerstelle von dem Endgerät ist. Wenn die Zeit, zu der diese Fehler zum ersten Mal an den Endgeräten TERM 1 und TERM 2 beobachtet werden, gleich T1 und T2 ist und die Geschwindigkeit der Leitungsfehler V ist, während L die Entfernung zwischen den beiden Endgeräten ist, so ist der Abstand der Fehlerstelle von jedem Endgerät wie folgt:
worin:
- L1 die Entfernung der Fehlerstelle von TERM 1 ist
- L2 die Entfernung der Fehlerstelle von TERM 2 ist.
Wenn mehr als die zwei in Fig. 1 gezeigten Endgeräte vorgesehen sind, beispielsweise wenn andere Endgeräte mit dem System über eine Verzweigungseinheit verbunden sind, so kann die Messung an jedem Endgerät erfolgen, so daß eine gewisse Mittelwertbildung möglich ist. Die Geschwindigkeit v kann leicht durch ein Rückwärtsschleifenverfahren gemessen werden (ein Fehler wird an einem Endgerät injiziert, ein Zähler wird gestartet, und der Zähler wird gestoppt, wenn die Schleifenrückführung den Fehler zum Endgerät zurückführt).
Die Zeitdifferenzen können dadurch genau gemessen werden, daß Zähler verwendet werden, die durch einen von einem Endgerät aus übertragenen Fehler gestartet und durch die von der Fehlerstelle erzeugten Fehler gestoppt werden. Der Takt oder ein geteilter Takt wird als Quelle für die Zähler verwendet. Um einen Überlauf der Zähler zu verhindern, kann ein periodisches Rücksetzen der Zähler erforderlich sein.
Gemäß Fig. 1 befindet sich die Fehlerstelle nicht an einem Verstärker. Dennoch ergeben die Gleichungen 1 und 2 immer noch die richtige Antwort, wenn angenommen wird, daß die Geschwindigkeit des Stoßimpulses die gleiche wie die Fehlergeschwindigkeit ist. Obwohl der Stoßimpuls keine Fehler erzeugt, haben die Fehler, die in den benachbarten Verstärkern auf jeder Seite der Fehlerstelle erzeugt werden, die korrekten relativen Zeitlagen, so daß die Fehlerstelle als die Quelle für die Fehler erscheint. Wenn der Stoßimpuls und die Fehler unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, so kann eine Korrektur durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit des Stoßimpulses bekannt ist.
Fig. 2 zeigt den Aufbau an den Endgeräten TERM 1 und TERM 2. Ein Zähler 1 und 2 an jedem Endgerät wird zum Zählen der Rahmenkennungswort-(FAW-)Impulse verwendet. Weil die Endgeräte über die optische Übertragungsstrecke miteinander verbunden sind, ist die Rahmenkennungswort-(FAW-)Impulsrate an den Sende- (TX-) und Empfangs-(RX-)Gestellen an jedem Endgerät genau gleich und ergibt einen gemeinsamen Takt für Messungen.
Jedes Endgerät weist weiterhin ein Empfängergestell 3 und ein Sendergestell 4 auf, unter Einschluß einer Einheit 3A für die Fehlererkennung, einer Einheit 3B für die FAW-Impulserkennung, einer Einheit 4A zur Einführung von Fehlern und einer Einheit 4B für die FAW-Impulserkennung.
Die Zähler 1 und 2 werden durch die Einführung eines Einzelfehlers am Sendergestell 4 des Endgerätes 2 mit Hilfe eines Impulses von einem Impulsgenerator 5 gestartet. Der Zähler 2 an diesem Endgerät ist mit dem Impulsgenerator verbunden und startet unmittelbar. Wenn der Einzelfehler an dem anderen Endgerät TERM 1 nach einer Verzögerung von Nt Taktimpulsen ankommt, so startet dessen Zähler 1.
Wenn ein Hochspannungsfehler vorliegt, wie dies in Fig. 1 angezeigt ist, so werden Fehler an allen Lichtwellenleitern zur gleichen Zeit erzeugt (Annahme). Diese Fehler breiten sich zu den Endgeräten hin aus, wo sie die Zähler 1 und 2 stoppen. Weil die Ausbreitungszeit von der Fehlerstelle zu den Endgeräten von der Lage der Fehlerstelle abhängt, werden die Zähler zu unterschiedlichen Zeiten T1 bzw. T2 gestoppt. Durch Feststellen der Anzahl der Zählungen an den gestoppten Zählern kann die Lage der Fehlerstelle in der folgenden Weise bestimmt werden:
Die Differenzzeit für die Fehler bis zum Erreichen der Endgeräte ist:
T2-T1 = ([N2-Nt]-N1)/FREQ Sekunden.............3
für N2-Nt > N1, d.h. der Fehler ist näher am Endgerät TERM 1,
worin:
- N1 die Zählung am Endgerät TERM 1 ist,
- N2 die Zählung am Endgerät TERM 2 ist,
- Nt die Anzahl der Taktimpulse ist, die das Signal (Einzelfehler) für die Strecke vom Endgerät TERM 2 zum Endgerät TERM 1 benötigt (Endgerät TERM 2 liegt Nt Impulse vor dem Endgerät TERM 1)
- FREQ die Rahmenfrequenz (Hz) ist.
Durch Einsetzen von T2 - T1 in die Gleichungen 1 und 2 können L1 und L2 gefunden werden.
Es wird weiter unten gezeigt, daß die Differenz zwischen den Zählungen gleich der Anzahl der Taktperioden N ist, die ein Bit benötigt, um die Schleife vom Endgerät TERM 2 zum Fehler und zurück herumzulaufen.
Wenn beide Zähler auf Null gesetzt sind, so wird der Startimpuls vom Endgerät TERM 2 ausgesandt. Nach Nt Impulsen ist der Zählerstand vom Zähler 2 gleich Nt und der Zählerstand des Zählers 1 beträgt 0. Nach X weiteren Impulsen ist der Zählerstand des Zählers 2 gleich X+Nt und der Zählerstand des Zählers 1 ist X. Zu dieser Zeit erzeugt der Hochspannungsfehler Fehler an der Fehlerstelle. Wenn die Anzahl der zusätzlichen Taktimpulse, die an dem Zähler 2 und dem Zähler 1 gezählt werden, N2 und N1 in der Zeit sind, die die Fehler benötigen, von der Fehlerstelle zu den Endgeräten zu laufen, so sind die Zählerstände an den Zählern Nt+X+N2 am Endgerät TERM 2 und X+N1 am Endgerät TERM 1.
Die Zählerstandsdifferenz zwischen den Zählern ist N2+Nt-1. Weil jedoch N1+N2 = Nt ist, so muß die Zählerstandsdifferenz gleich N2+N1-N1 oder 2*N2 sein, was die Anzahl der Taktimpulse ist, die ein Fehler benötigt, um die Schleife vom Endgerät 2 zum Fehler und zurück zu durchlaufen.
Um das Meßsystem zu eichen, werden die folgenden Schritte durchgeführt:
Schritt 1 die Endgeräte werden gemäß Fig. 2 aufgebaut.
Schritt 2 Eine Rückführschleife wird am Endgerät 1 zwischen dem Empfängergestell 3 und dem Sendergestell 4 ausgebildet.
Schritt 3 Ein Fehler wird mit Hilfe des Impulsgenerators 5 am Endgerät TERM 2 eingeführt. Der Zähler 2 am Endgerät 2 startet. Wenn der Fehler die Schleife durchlaufen hat und wieder am Endgerät 2 ankommt, so stoppt der Zähler. Dann ist Nt = Zählerstand/2.
Die Geschwindigkeit V kann aus (Schleifenlänge)/(Zählerstand/FREQ) ermittelt werden. Tabelle 1 zeigt die gemessenen und berechneten Zählerstände, die am Endgerät TERM 2 für eine Schleife an jedem Verstärker R1 bis R5 gemessen werden.
MESSUNG. Die Endgeräte werden wie in Fig. 2 gezeigt aufgebaut. Die Zähler werden durch Einführen eines Einzelfehlers am Endgerät TERM 2 gestartet, und die Spannung am Endgerät TERM 1 wird rampenförmig vergrößert, bis der Hochspannungsfehler auftritt, der die Zähler stoppt. Die Zählerstände an beiden Endgeräten werden dann notiert, und es können sich Zählerstände ergeben, wie sie nachfolgend gezeigt sind: Zähler Zählerdifferenz Abschnitt
Ein Fehler kann dadurch simuliert werden, daß die Zähler wie in Fig. 2 gestartet und dann Verstärker in einen Rückwärtsschleifenbetrieb gebracht werden, um die Fehler zu erzeugen. Die hierbei erzielten Werte könnten wie folgt sein: Schleife Schleife
Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß die Fehlerstelle zwischen R2 und R3 liegt. Unter Verwendung der Zählung für die Fehlerstelle (12400) ist die Entfernung von TERM 2 durch die folgende Gleichung gegeben:
L1=(Zählung R2 - Fehlerstellenzählung)/(Zählung R2)*Systemlänge
Im Vorstehenden wird angenommen, daß sich der Spannungsstoßimpuls mit der gleichen Geschwindigkeit V wie die Fehlersignale ausbreitet. Aus Berechnungen, die anhand der Kabelparameter durchgeführt werden, ergibt sich, daß die Geschwindigkeit des Stoßimpulses V niedriger als die Übertragungsgeschwindigkeit der Fehlersignale ist. Die Kenntnis dieser Geschwindigkeiten ermöglicht die Durchführung einer Korrektur in der folgenden Weise:
Der Fehler soll in einer Entfernung von X km von R2 liegen. Dann ist die Ausbreitungs-Zählzeit von dem Fehler zum Endgerät TERM 2 gleich:
N(R2)+X*f/v
worin f die FAW-Impulsrate und v die Geschwindigkeit des Stoßimpulses ist.
In gleicher Weise ist die Zählzeit von der Fehlerstelle zum Endgerät TERM 1 gleich:
N(R3)+Entfernung(R2 bis R3)*f/v-X*f/v
Die Differenz zwischen den beiden Ausbreitungszählungen muß die Zählung sein, die für den Fehler abzüglich Nt gewonnen wird.
Die Tatsache, daß die Stoßimpuls-Geschwindigkeit niedriger als die Fehlergeschwindigkeit ist, bedeutet, daß wenn die Fehlerstelle in der Nähe eines Verstärkers liegt, das Verfahren immer den Verstärker als Fehlerstelle angibt (wenn der Fehler innerhalb von ungefähr 8 km von diesem Verstärker liegt). Dies ergibt sich daraus, daß der Stoßimpuls in beiden Richtungen von der Fehlerstelle zu den benachbarten Verstärkern läuft und der Fehlerstellen-Stoßimpuls von den Fehlern von dem nahegelegeneren Verstärker überholt wird, während sich dieser Stoßimpuls zum entfernt gelegenen Verstärker hin ausbreitet.
Zusammenfassend ist daher festzustellen, daß ein neuartiges Verfahren zur Lokalisierung nicht andauernder Kurzschlußfehler geschaffen wurde, die nicht durch eine Gleichspannungsprüfung lokalisiert werden können.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 - 6 der Zeichnungen wird eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung nachfolgend beschrieben.
Wenn ein Kurzschluß (Fehlerstelle) an einem Kabel auftritt, das mit einer hohen Spannung betrieben wird, so ergibt sich ein abrupter Stromstoßimpuls. Wenn dieser Stoßimpuls an dem nahegelegenen Verstärker ankommt, so ändert er die Betriebsbedingungen der Regeneratoren des Verstärkers, so daß diese Fehlersignale in dem digitalen Datenverkehrsstrom hervorrufen. Diese Fehlersignale breiten sich zu dem Endgerät mit der Lichtgeschwindigkeit in den Glas-Lichtwellenleitern aus (ungefähr 204,5 km '*' pro Millisekunde). Dieses Fehlersignal überholt somit die Übertragung des Stoßimpulses selbst bis zum Endgerät hin, dessen Geschwindigkeit eine komplizierte Funktion der Kabelparameter und der durchlaufenen Strecke ist. Daher ist die zeitliche Differenz t zwischen der Ankunft der Fehlersignale und der Ankunft des Leistungs-Stoßimpulses ein Maß der Entfernung der Fehlerstelle von dem Endgerät - wenn zumindestens ein zwischenliegender Verstärker vorhanden ist - und besteht aus:
(Übertragungszeit t1 des Stoßimpulses zum Endgerät) - (Übertragungszeit t2 der Fehlersignale bis zum Endgerät) - (Übertragungszeit t3 des Stoßimpulses zum nächstgelegenen Verstärker), d.h. t = t&sub1;-t&sub2;-t&sub3;.
Das Lokalisierungsverfahren ist wie folgt:
(i) setze eine Länge von dem Endgerät zur Fehlerstelle fest.
(ii) Aus dem Systemauslegungsschema nach Fig. 1 wird diese Länge auf die Länge von der Fehlerstelle zum nächsten Verstärker und die Länge von nächsten Verstärker zum Endgerät aufgeteilt. Dann kann t&sub2; berechnet werden (aus '*', siehe oben) und t&sub3; kann berechnet werden (aus Fig. 7 - abgeleitet aus den Kabeldaten nach Fig. 5).
(iii) Addiere t&sub2; und t&sub3; zum gemessenen Wert t, um einen Wert für t&sub1; zu erzielen.
(iv) Berechne t&sub1; aus den Kabelparametern und passe die Ankunftskurve des Stoßimpulses an die tatsächlich gemessene Ankunftskurve an. Der Hochstromteil der gemessenen Ankunftskurve ist eine Funktion des unbekannten (und nichtlinearen) Verhaltens der Leistungsspeiseeinheit (PFU) außerhalb ihres Arbeitsbereiches, so daß es lediglich wichtig ist, den Niederstrom-Teil der Kurve (beispielsweise 1/2 Ampere oder weniger) anzupassen, wo die Impedanz der Leistungseinheit einigermaßen konstant und linear ist. Fig. 4 zeigt ein Beispiel dieses Anpaßverfahrens.
(v) Eine Wiederholung des Vorganges (i) bis (iv) wird durchgeführt, bis die beste Anpassung festgestellt wurde.
Es sei bemerkt, daß eine erste Abschätzung der Fehlerstellenentfernung mit der Vernachlässigung des Wertes von t&sub3; gefunden werden kann, der eine kleine Korrektur darstellt, sofern eine annehmbare Anzahl von Verstärkern vorhanden ist, wobei festgestellt wird, daß die Länge bis zur Fehlerstelle dann:
t/(1/v - 1/v¹)
ist, worin v die Lichtgeschwindigkeit in dem Lichtwellenleiter ('*' s.o.) und v¹ die Geschwindigkeit der anfänglichen Wellenfront des Stoßimpulses ist (ungefähr 2 bis 2 1/2 mal kleiner als v).
Fig. 6 zeigt die Vorrichtung, die zur Messung der Zeit t verwendet wird. O ist ein Oszillograph mit einer 'durchlaufenden' Zeitbasis, d.h. einer Zeitbasis, die mit einer vorgegebenen Rate neu gestartet wird. Ein durch die Ankunft von Fehlern eingeleitetes Signal (von der gleichen Art von Vorrichtung wie in Fig. 1B) wird zum 'Halten' der Zeitbasis verwendet. Das den Strahl des Oszillographen ablenkende Signal wird von einem Strom-'Transformator' vom Gleichspannungstyp (beispielsweise ein Halleffekt-Bauteil) abgeleitet. Eine dauernde Aufzeichnung der Oszillographenanzeige wird dann hergestellt, und diese zeigt sowohl die Ankunftszeit der Fehler des optischen Kreises (Verlust der Rahmenkennung) als auch die Kurve des Stromstoßimpulses. Fig. 3 zeigt ein typisches Beispiel einer derartigen Aufzeichnung.
Die strichpunktierte Linie nach Fig. 4 stellt die Daten nach Fig. 3 für eine vorausgesetzte Länge bis zur Fehlerstelle dar: Die gestrichelte Linie nach Fig. 4 ergibt eine entsprechende Berechnung, die theoretisch aus den Kabelparametern der angenommenen Impedanz der Leistungsspeiseeinheit und der bestehenden Spannung auf dem Kabel vor dem Fehler abgeleitet wurde. Wenn die zwei Ankunfstkurven nicht gut übereinstimmen, so sind einige Wiederholungen erforderlich.
Fig. 7 ist eine Kurve, die die Verzögerung in Mikrosekunden der Stoßimpuls-Wellenfront von dem Fehler bis zum nächstgelegenen Verstärker zeigt, die aus den Kabeldaten nach Fig. 5 in einer Weise berechnet wurde, die für den Fachmann verständlich ist.

Claims

1. Verfahren zum Lokalisieren eines intermittierenden elektrischen Fehlers in dem Leistungsspeisekreis eines mit Verstärkern versehenen optischen Systems durch Analyse der Signale, die sich aus diesem Fehler ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Erfassung der Ankunft eines ersten optischen Fehlersignals an einem ersten Endgerät (TERM 1) des Systems und der Erfassung der Ankunft eines zweiten Signals an einem zweiten Endgerät (TERM 2) des Systems umfaßt, wobei das erste Signal an einem Verstärker (REP3) benachbart zur Fehlerstelle als Ergebnis des elektrischen Fehlers entstanden ist und sich zum ersten Endgerät (TERM 1) über einen ersten Weg ausgebreitet hat, wobei das zweite Signal ein zweites optisches Fehlersignal ist, das an dem Verstärker (REP3) benachbart zu der Fehlerstelle entstanden ist und sich zu dem zweiten Endgerät (TERM 2) des Systems über einen zweiten Weg ausgebreitet hat, und daß die Position der Fehlerstelle aus dem zeitlichen Abstand zwischen der Ankunft der ersten und zweiten Signale und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale bestimmt wird.

2. Verfahren zur Lokalisierung eines intermittierenden elektrischen Fehlers in dem Leistungsspeisekreis eines mit Verstärkern versehenen optischen Systems durch die Analyse der sich aus diesem Fehler ergebenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Erfassung der Ankunft eines ersten Signals, das ein optisches Fehlersignal ist, an einem ersten Endgerät (TERM 1) des Systems und die Erfassung der Ankunft eines zweiten Signals an einem zweiten Endgerät (TERM 2) des Systems umfaßt, daß das erste Signal an einem Verstärker (REP3) benachbart zur Fehlerstelle als Ergebnis des elektrischen Fehlers entstanden ist und sich zu dem ersten Endgerät (TERM 1) über einen ersten Weg ausgebreitet hat, daß das zweite Signal ein elektrischer Stoßimpuls ist, der sich von der Fehlerstelle zum zweiten Endgerät über einen Leistungsleiter des Systems ausgebreitet hat, und daß die Position der Fehlerstelle aus dem zeitlichen Abstand zwischen der Ankunft der ersten und zweiten Signale und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunftszeit dadurch bestimmt wird, daß der empfangene Stoßimpuls mit einem berechneten Wert zur Übereinstimmung gebracht wird, der von den elektrischen Parametern des Leistungsleiters von einer vorausgesetzten Fehlerstellenposition abgeleitet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft des ersten Fehlersignals zum Halten der durchlaufenden Zeitbasis eines Oszillographen verwendet wird, der zur Bestimmung der Ankunft des zweiten Signals verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der intermittierende elektrische Fehler durch einen Spannungsanstieg ausgelöst werden kann, und daß das Verfahren das Vergrößern der Systemspannung an einem Ende des Systems einschließt, um den Fehler auszulösen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale entlang der Wege des Systems dadurch gemessen wird, daß ein Verstärker des Systems in eine Rückwärtsschleifenbetriebsart gebracht, ein Fehler an einem Endgerät eingeführt und ein Zähler an dem einen Endgerät gestartet wird, und daß der Zähler gestoppt wird, wenn die Rückführschleife das Fehlersignal zu dem genannten einen Endgerät zurückführt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunftszeit eines optischen Signals mit einem Zähler gemessen wird, der durch ein Fehlersignal gestartet wird, das absichtlich von einem Endgerät aus ausgesandt wird, und daß der Zähler durch das von dem Fehler hervorgerufene Fehlersignal gestoppt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktsignal als Quelle für die Zählung verwendet wird, um die Zeitdifferenz zwischen den Signalen zu bestimmen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Systems die Sende- und Empfangsabschnitte des Endgerätes zurückgeschleift sind, so daß ein empfangenes Signal entlang des Systems zurückübertragen wird, daß ein Fehlersignal an dem von der Rückführschleife entfernten Ende des Systems eingeleitet wird, und daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Fehlersignals zum Durchlaufen des Systems von einem Ende zum anderen und wieder zurück zum Eichen für die Fehlerlokalisierung verwendet wird.