DE69117792T2

DE69117792T2 - Optischer Detektor von Fehlern

Info

Publication number: DE69117792T2
Application number: DE69117792T
Authority: DE
Inventors: Richard Buerli
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2011-04-12
Also published as: ES2084102T3; EP0453175A3; CA2037965A1; BR9101471A; EP0453175A2; JPH04225132A; DE69117792D1; EP0453175B1; US5066118A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zur Prüfung der Übertragungsqualität optischer Fasern, und insbesondere ein zeitbezogenes optisches Reflektometer, das eine verbesserte Möglichkeit zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlern besitzt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den vergangenen Jahren haben faseroptische Kabel die herkömmliche Kupferleitung als bevorzugtes Übertragungsmedium im Bereich der Telekommunikation ersetzt. Obwohl optische Fasern gewisse Vorteile gegenüber Kupferleitungen aufeisen, sind sie dennoch anfällig für Fehler, die beim Verlegen der Glasfasern oder nach dem Verlegen aufgrund von umgebungsbedingten Faktoren auftreten können. Außerdem ist die praktisch ausführbare Länge einer faseroptischen Leitung durch die Bedämpfung der durch diese Fasern übertragenen Lichtsignale begrenzt, da bei derartigen Fasern niemals eine 100%ige Lichtübertragung möglich ist.
Demzufolge ist es erforderlich, von Zeit zu Zeit die Übertragungsqualität solcher optischer Fasern zu prüfen. Eine Vorrichtung, die sich hierfür als ein sehr vielseitiges Gerät erwiesen hat, ist das zeitbezogene optische Reflektometer, das üblicherweise als "OTDR" bezeichnet wird. In seiner einfachsten Ausführung uxnfaßt ein OTDR eine Lichtquelle, z.B. eine gepulste Laserdiode; einen Optokoppler einschließlich eines Strahlteilers, der die Lichtquelle mit dem nahen Ende der zu prüfenden Faser (FUT für "fiber under test") verbindet; und einen beim Strahlteiler angeordneten Photodetektor. Wenn ein Prüfsignal über die zu prüfende Faser geschickt wird, gelangen Rückstreuungen und Reflexionen innerhalb der Faser zurück zum nahen Ende der zu prüfenden Faser und werden vom Photodetektor erfaßt. Das Spursignal der Rückstreuungen und Reflexionen stellt Anhaltspunkte für Fehler in der zu prüfenden Faser bereit. Zahlreiche Verbesserungen wurden an diesem Grundkonzept vorgenommen, von denen einige in den folgenden Patentschriften und Patentanmeldungen beschrieben sind: Patentschrift Anmeldung Patentanmelder US-Patent 3,981,592 D. Williams US-Patent 4,070,118 Maslowski et al. US-Patent 4,197,007 Costa US-Patent 4,212,537 Golob US-Patent 4,289,398 R. Robichaud US-Patent 4,397,551 Bage US-Patent 4,497,575 H. Philipp US-Patent 4,674,872 5. Wright US-Patent 4,685,799 M. Brininstool US-Patent 4,708,471 Beckmann US-Patent 4,732,469 M. Souma US-Patent 4,743,753 Cheng US-Patent 4,838,690 Buckland US-Patent 4,870,269 Jeunhomme Brit. Patent Nr. 1,560,124 Standard Tel. & Gables Brit. Patentanm. 2,182,222 STC plc.
Die EP-A-0407010 fällt unter Art. 54(3)EPÜ und offenbart ein Verfahren zur Erfassung einer Trennstelle in einer optischen Faser bei Vorliegen von Störrauschen. Das erhaltene Signal wird durch einen linearen Prädiktor in Form eines FIR-Filters mit zeitdiskreter endlicher Impulsantwort (FIR für Finite Impulse Response) verarbeitet, dessen Ausgang als Schätzwert für die nächste Abtastung herangezogen wird. Das beschriebene FIR-Filter analysiert keine aufeinanderfolgenden Datenpunkte.
Das rückgestreute Signal (auch als Rayleigh-Streustrahlung bekannt) ist normalerweise schwach und beruht auf Schwankungen des Brechungsindex und Inhomogenitäten des Glasfaserkerns. Die Stärke des rückgestreuten Signals hängt in erster Linie von Spitzenwert und Länge des Prüfimpulses ab, d.h. eine größere Impulslänge resultiert in einer stärkeren Rückstreuung. Das rückgestreute Signal kann herangezogen werden, um Fehler wie minimale Biegungen oder Verluste an Trennstellen zu erfassen und die Gesamtdämpfung zu messen. Tatsächlich entsteht die Bedämpfung primär durch Rückstreuung, obwohl sie auch eine Funktion der Wellenlänge des Prüfimpulses und aller diskreten Abschwächungen entlang der Glasfaserstrecke ist.
Die reflektierten Signale (auch als Fresnel-Reflexionen bekannt) sind etwas stärker und beruhen auf Störstellen in der Faser. Die Stärke der reflektierten Signale hängt in erster Linie von der Energie der Prüfimpulse ab. Die reflektierten Signale können zur Bestimmung der Gesamtlänge der Faser herangezogen werden, außerdem zur Detektierung von Brüchen in der Faser, von reflektierenden Steckverbindungen und von Verbindungsstellen von Fasern mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Die reflektierten Signale verursachen darüber hinaus "Totbänder", wie nachstehend ausführlicher erläutert wird.
Obwohl das Verfolgungssignal eine Funktion der Zeit ist (d.h. des Zeitraums ab dem ersten Prüfsignal bis zur Erfassung des zurücklaufenden Signals), kann es unmittelbar durch die Gleichung x = ct/2n zu Positionen entlang der zu prüfenden Glasfaser zugeordnet werden, wobei x die Distanz entlang der Faser, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, t die jeweils verstrichene Zeit und n den Brechungsindex des Fasermaterials bezeichnet. Demgemäß läßt sich die ungefähre Position eines Fehlers oder einer Unterbrechungsstelle bestimmen.
Aufgrund des durch die Fresnel-Reflexionen bewirkten Totbandes tritt jedoch eine Schwierigkeit bei der Lokalisierung von Fehlstellen auf. Wenn zwei Fehlstellen in unmittelbarer Nachbarschaft vorliegen, überlappen sich ihre Reflexionen und/oder Abschwächungen und können in dem Spursignal als ein einzelner Fehler erscheinen. Die theoretische Breite des Totbandes ist: 1 = ctpw/²n, wobei tpw die Dauer der Impulslänge ist. Speist z.B. ein OTDR einen Impuls von 500 ns in eine optische Faser mit einem Brechungsindex von 1,5 ein, so resultiert ein sehr erhebliches Totband von etwa 50 m. Natürlich können andere Faktoren diesen Effekt verschlimmern, etwa die Antwortzeit des Photodetektors und die Stärke eines beliebigen reflektierten Signals.
Um das Totband zu minimieren und dadurch die effektive Auflösung zu erhöhen, kann eine geringe Impulslänge gewählt werden. OTDRS nach dem Stand der Technik stellen eine manuelle Wahlmöglichkeit für die Impulslänge aus einem Satz von einigen wenigen diskreten Werten bereit. Einige OTDRS stellen eine Impulslänge von einer Nanosekunde bereit. Infolge der Minimierung des Totbandes werden jedoch einige andere Funktionsmerkmale des OTDR nachteilig beeinflußt. Wie oben angemerkt, werden minimale Biegungen und Abschwächungen an Trennstellen aufgrund der Rayleigh-Streuung erfaßt, die von der Impulslänge abhängig ist. Werden daher relativ geringe Impulslängen verwendet, können minimale Biegungen und Trennstellen unerfaßt bleiben, obwohl sie bei einem länger gesetzten Signal unterscheidbar bleiben würden. Die Dämpfung in der Faser kann es schwierig machen, Abstandsfehler zu erfassen, so daß in der Folge eine größere Impulslänge erforderlich wird. Weiter gefaßt bedeutet dies, daß ein einzelnes Spursignal eine optimierte Impulslänge für einen Abschnitt der Glasfaserstrecke unterstellt, wobei jedoch die Impulslänge nicht für die Gesamtheit der Strecke optimal ist. Dies wirft ein unmittelbares Problem auf, dem die OTDRs nach dem Stand der Technik nicht gerecht werden.
Das genannte Problem bezieht sich ausschließlich auf die Auflösung des OTDR für den Zweck der Erfassung des Fehlers. Ein weiteres Problem tritt in bezug auf die Genauigkeit des OTDR hinsichtich der Bestimmung des Ortes eines Fehlers längs der Glasfaserstrecke auf. Frühere OTDRs stellten lediglich eine graphische Anzeige des zurückerhaltenen Spursignals bereit, aus der nur sehr grobe Annahmen getroffen werden konnten. Inzwischen wurden Geräte entwickelt, die automatisch eine Folge ungefährer Positionen von Abschwächungen erfassen können, trotzdem aber ein hohes Maß an Interpretation seitens des Anwenders hinsichtlich der spezifischen Position einer bestimmten Fehlstelle erfordem.
Zum Beispiel arbeiten einige OTDRs nach dem Stand der Technik mit digitaler Abtastung und Analyse des Spursignals und verwenden eine verschiebliche Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate mehrerer Datenpunkte zur Berechnung einer mittleren Neigungsfunktion. Die logischen Schaltkreise überprüfen diese Funktion auf Abweichungen größer einem vorbestimmten Schwellenwert und halten die verstrichene Zeit (d.h. die Distanz entlang der Glasfaser) zum Datenpunkt entsprechend des Neigungswechsels fest. Die berechnete Distanz entspricht jedoch normalerweise nicht der tatsächlichen Distanz zur Fehlstelle. Um den exakten Punkt des Fehlers genauer zu bestimmen, ist ein Eingriff durch die Bedienungsperson erforderlich. Diese OTDRS nach dem Stand der Technik ermöglichen es dem Anwender, den Ort des Fehlers auf graphischem Wege anzunähern, indem ein Cursor auf der Anzeige zum Punkt des Spursignals entsprechend dem Beginn des Fehlers geführt wird. Hierbei handelt es sich natürlich um einen sehr subjektiven Schritt, der für eine zuverlässige Messung Erfahrung und Übung erfordert. Es ist klar, daß eine einfachere und genauere Technik zur Bestimmung der Lage eines Fehlers schon längst fällig ist.
Es wäre daher wünschenswert und vorteilhaft, ein zeitbezogenes optisches Reflektometer zu entwickeln, das eine Optimierung der Impulslänge sowie eine verbesserte Auflösung bei der Erkennung und Lokalisierung von Fehlern ermöglicht. Es sollte außerdem zu einer Funktion der Mehrfachfehlererkennung fähig sein und den Abschwächungswert beim Fehler berechnen können. Schließlich sollten ein minimaler Schulungsaufwand und geringfügige Eingriffe von Seiten des Bedienungspersonals erforderlich sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein zeitbezogenes optisches Reflektometer gemäß Anspruch 1 und 9 bereitgestellt.
Die obengenannten Aufgaben werden also gelöst durch ein zeitbezogenes optisches Reflektometer mit einem neuen Verfahren zur Lokalisierung von Fehlern unter Verwendung eines digital angepaßten Filters zur Erkennung diskreter Abschwächungen in dem Spursignal. Außerdem wird ein "Kappungs"-Filter verwendet, um Reflexionen aus dem Spursignal zu entfernen. Diese Technik verbessert die Genauigkeit bei der Erkennung des Fehlers, bei der Bestimmung der Distanz bis zur Fehlstelle, und sie kann des weiteren wahlweise dazu benutzt werden, die Höhe einer Abschwächung zu berechnen. Nachdem die Vorrichtung diese Information aufgezeichnet und berechnet hat, bringt eine Anzeige die wesentlichen Daten für jede Fehlstelle in sequentieller Weise für den Benutzer zur Ausgabe.
Das OTDR verwendet auch eine Einrichtung zur Optimierung der Impulslänge auf der Basis des rückgestreuten Signalpegels an jeder Fehlstelle. Ein erstes Signal wird eingespeist, um eine der zwei Fehlstellen aufzuzeigen (Reflexionen oder Abschwächungen). Diese Fehler werden aufgezeichnet, und anschließend wird eine Folge von Signalen ausgesendet, von denen jedes für eine Fehlstelle vorgesehen ist. Die Impulslänge für jedes dieser Signale ist für die jeweilige zu analysierende Fehlstelle optimiert. Für noch größere Flexibilität kann die Vorrichtung vom Benutzer mit Daten wie dem Brechungsindex der Faser, Ansprechschwellen für Abschwächungswerte und Einheiten für die Ausgabe programmiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die neuen Merkmale und der Umfang der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst wird jedoch am besten anhand der beigefügten Zeichnungen verständlich; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Fehlersuchgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei interne Elemente durch Gehäuseschnitte sichtbar gemacht sind;
Fig. 2 ein Blockdiagramm der elektrischen und optischen Untersysteme der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines Original-Spursignals zusammen mit den zugehörigen Signalen aus dem Kappungsfilter und dem angepaßten Filter;
Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf die in einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Anzeige;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Programmschritte für die Verwirklichung des OTDR; und
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Darstellung der von dem OTDR durchgeführten Schritte zur Erfassung und Lokalisierung von Fehistellen entlang der Glasfaserstrecke einschließlich Impulslängenoptimierung und Verwendung eines angepaßten Filters und eines Kappungsfilters.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf die Figuren und insbesondere mit Bezug auf Fig. 1 wird nunmehr ein zeitbezogenes optisches Reflektometer (OTDR) 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das OTDR 10 besteht im allgemeinen aus einem Gehäuse 12, einer Anzeige 14, einer Tastatur 16, einem Port 18 zum Anschluß der zu prüfenden optischen Faser, und aus der zugehörigen Elektronik auf den internen Leiterplatten 20. Das Gehäuse 12 ist aus einem widerstandsfähigen Material wie z.B. Polycarbonat hergestellt und besitzt einen Deckel 22 init einem Schnappschloß 24. Das Gehäuse 12 bildet einen wasserdichten Behälter, wenn der Deckel 22 geschlossen ist. An der Innenseite des Deckels 22 können eine gedruckte Bedienungsanleitung 26 oder eine oder mehrere Halterungen 28 für kleine Zubehörteile wie einen optischen Verbindungsstecker 30 angebracht sein. Das Gehäuse 12 kann des weiteren eine Mulde 32 zur Aufnahme weiterer Zubehörteile enthalten und mit einem Tragegurt 34 ausgestattet sein. Während das OTDR 10 für den Anschluß an eine externe Stromversorgung ausgelegt sein kann, beinhaltet die beschriebene Ausführungsform eine tragbare Stromversorgung, d.h. eine Batterie 36.
Anhand von Fig. 2 wird nunmehr ein Blockdiagramm der Elektronik des OTDR 10 beschrieben. Das elektronische System umfaßt einen Mikroprozessor 40, der mit einer programmierbaren Nur-Lese-Speichereinheit (PROM) 42, einer Speichereinheit mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 44 und einem Zeitgeber 46 verbunden ist. Der Mikroprozessor 40 ist des weiteren mit der Anzeige 14 und der Tastatur 16 sowie über eine Spannungsregelung 48 mit der Stromversorgung 36 verbunden. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Mikroprozessor 40 ein integrierter Schaltkreis, der allgemein als ein Prozessor des Typs 68000 bekannt ist, wie er von der Motorola Corp., Austin, Texas, von Hitachi Inc. oder von der Toshiba Corp., Japan, bezogen werden kann. Die Stromversorgung 36 umfaßt einen Satz von sechs 1,2 V-Zellen (wiederaufladbare Nickel-Cadmium-Batterien vom Typ "D"). Die Spannungsregelung 48 ist ein DC/DC-Wandler und liefert eine Ausgangsspannung von 5 V an den Mikroprozessor 40. Dem Fachmann ist jedoch unmittelbar klar, daß nicht nur die hierin beschriebenen Komponenten für die vorliegende Erfindung geeignet sind; vielmehr werden eben diese Komponenten vorzugsweise für den Einsatz im OTDR 10 als geeignet erachtet.
Der Mikroprozessor 40 wird zur Steuerung des Zeitgebers 46 verwendet, der wiederum eine Lichtquelle 50 mit variabler Impulslänge reguliert. In der bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Zeitgeber 46 mit einem Takt von 20 MHz, wobei es sich bei der Lichtquelle 50 um eine Laserdiode mit einer abgegebenen wellenlänge von 1300 nm bei einer Spitzenleistung von 10 mW handelt. Eine solche Laserdiode ist bei STC plc. in England unter der Typennummer LP3SA10-18 erhältlich. Andere wellenlängen außer 1300 nm sind akzeptierbar, und das OTDR 10 kann optional mit mehrfachen Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen ausgestattet werden, um gezielte Testergebnisse für bestimmte Betriebsbedingungen zu erhalten. Da eine Wellenlänge von 1300 nm außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt (wie die meisten in der optischen Glasfasertechnik verwendeten Wellenlängen), ist es klar, daß der Begriff "Licht" hierbei als eine Quelle für elektromagnetische Strahlung einer beliebigen Wellenlänge zu verstehen ist, die durch einen Wellenleiter übertragen werden kann. Die Spannungsregelung 48 versorgt auch die Lichtquelle 50 mit 12 V.
Die Lichtquelle 50 ist mit der zu prüfenden Faser (FUT) über einen optischen Dreiwegekoppler 52 und das Port 18 verbunden. Tatsächlich sind diese beiden Komponenten vorzugsweise in einer integralen Kombination aus Koppler und Port zusammengefaßt. Der Koppler/Port-Baustein ist von der Amphenol Corp. in Lisle, Illinois, unter der Modellnummer 945J und von Gould Electronics in Glen Burnie, Maryland, erhältlich. Die Laserdiode mit der Lichtquelle 50 ist mit einem "Pigtail"-Zweig (ein kurzer Strang einer optischen Faser) versehen und mit dem Eingang des Kopplers 52 über eine FIBERLOK-Steckverbindung gekoppelt (FIBERLOK ist ein Warenzeichen der Minnesota Mining & Manufacturing Company, dem Erwerber der vorliegenden Erfindung). Der primäre Ausgang des Koppler 52 ist mit dem Port 18 verbunden, während der sekundäre Ausgang mit einem Empfänger 54 verbunden ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Empfänger 54 eine Avalanche-Photodiode der Fujitsu Corporation in Japan mit der Typenbezeichnung FPD13U51WX. Es versteht sich von selbst, daß die Glasfaser vom Koppler 52 einwandfrei auf den Sensor des Empfängers 54 ausgerichtet sein muß, um die Empfindlichkeit des Empfängers zu maximieren. Der Ausgang des Empfängers 54 geht an eine Verstärker/Filtergruppe 56, die eine Signalaufbereitung bereitstellt. Herkömmliche Verstärker und Filter können zur Erhöhung der Verstärkung des zurückkommenden Signals und zur Ausfilterung unerwünschter Signale verwendet werden. Vom Erfinder wird ein dreistufiger Verstärker verwendet. Die erste Stufe besteht aus einem Impedanzwandler, der das Signal von der Avalanche-Photodiode unter optimalen Leistungsmerkmalen übernimmt. Diese Stufe wirkt auch als Klemmschaltung, die zur Begrenzung überhoher Signalpegel (z.B. reflektierte Signale größer 2 Volt) dient. Die zweite und die dritte Stufe bestehen aus Operationsverstärkern und bewirken ausschließlich eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors für das zurückkommende Signal. Das Filter, das in den Verstärker einbezogen ist, ist ein einfaches Tiefpaßfilter, das hochfrequentes Störrauschen (z.B. oberhalb 16 MHz) ausblendet. Die Spannungsregelung 48 liefert 150 V an den Empfänger 54 und stellt des weiteren ± 12 V für den Verstärker 56 bereit.
Der Ausgang der Verstärker/Filtergruppe 56 (im Bereich von 0 bis 2 Volt) wird von einem Analog/Digitalwandler 58 abgefragt (dessen Ausgang ein digitaler Wert zwischen 0 und 255 ist). Die Abtastrate kann in Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung, der Größe des verfügbaren Speichers und der Arbeitsgeschwindigkeit der Elektronik variieren. Es wird erwartet, daß eine Abtastrate von 100 ns für die meisten Anwendungsfälle ausreichend sein wird; dies ist im Zeitgeber 46 fest verdrahtet, der die Funktion des A/D-Wandlers 58 steuert. Leider ist es bei einem so kurzen Zeitinkrement für den Mikroprozessor 40 aufgrund der Verarbeitungsgeschwindigkeit problematisch, die Daten in entsprechender Weise zu verarbeiten. Daher ist eine integrale hochschnelle Speichereinheit 60 (statisches RAM) mit dem A/D-wandler bereitgestellt, die eine Speichergröße von etwa 4096 Bytes hat (16 Bit). Ein geeigneter hochschneller Baustein kann von Performance Inc. in Sunnyvale, Kalifornien, unter der Typenbezeichnung P4C1682 bezogen werden. Unter der Annahme einer Abtastrate von 100 ns und einem Brechungsindex von 1,5 für die FUT ist diese Speichergröße ausreichend für die Speicherung von Daten für eine Glasfaserstrecke von bis zu 50 Kilometern. Mehr Speicher kann bereitgestellt werden, wenn eine kürzere Abtastrate oder eine längere Glasfaserstrecke erforderlich werden. Selbstverstgndlich kann bei Verwendung eines Mikroprozessors mit höherer Verarbeitungsgeschwindigkeit das RAM 44 diese Informationen speichern, so daß ein getrennter hochschneller Speicher unnötig ist.
Der Mikroprozessor 40 wird durch den im PROM 42 gespeicherten Programmcode gesteuert. Dieser Code kann wie weiter oben beschrieben Eingaben durch den Anwender ermöglichen (z.B. den Wert des Brechungsindex der FUT). Nachdem eine solche Information eingegeben wurde, initialisiert der Mikroprozessor 40 die Prüfung durch eine Instruktion an den Zeitgeber 46, ein Prüfsignal abzusetzen, z.B. einen Impuls von 50 ns, der damit von der Lichtquelle 50 ausgesendet wird. Dieser Impuls wird über den Koppler 52 und das Port 18 an die FUT übertragen. Die Rückstreuungen und Reflexionen werden über die FUT zurück an das Port 18 übertragen und von dort durch den Koppler an den Empfänger 54 übermittelt. Das zurückkommende Spursignal wird von der Verstärker/Filtergruppe 56 verarbeitet und die digitalen Werte vom A/D-Wandler 58 errechnet und abgespeichert. Der Mikroprozessor 40 verwendet anschließend diese Rohdaten zur Berechnung der Rückstreuung und der diskreten Abschwächungen aufgrund von Fehlern, wie weiter oben in ausführlicherer Form beschrieben.
Um zuverlässigere Daten zu erhalten, wird das Testsignal mehrmals abgesetzt und die jeweiligen Datenpunkte gemittelt. Auf diese weise werden die Einflüsse von Störungen und der statistischen Datenerfassung verringert, d.h. der effektive Störabstand (Signal-to-Noise Ratio - SNR) wird verbessert. Das Prüfsignal wird vorzugsweise 256 mal gesetzt, wodurch sich eine effektive Verbesserung des Störabstands von etwa 12 Dezibel ergibt. Mit dem Zurückkommen eines jeden aufeinanderfolgend abgegebenen Spursignals werden die Datenpunkte des betreffenden Signals zu den jeweiligen Datenpunkten der vorherigen Signale addiert. Diesbezüglich ist es wünschenswert, einen 16-Bit-Addierer (z.B. einen Chipbaustein 74F283) in Verbindung mit dem A/D-Wandler und dem hochschnellen Speicher 58 einzusetzen. Die Endsummen dieser Werte knnen durch 256 dividiert werden, um die Mittelwerte zu erhalten, da jedoch die Ergebnisse der Datenanalyse in einem logarithmischen Maßstab (d.h. Dezibel) gegeben sind, besteht keine wirkliche Erfordernis für die Division der Summen der Datenpunkte. Die aufsummierten Werte werden daher zur weiteren Datenanalyse an den Mikroprozessor 40 übergeben.
Während die obige Ausführung signifikante Neuerungen aufweist, liegt der Grundgedanke der Erfindung tatsächlich in weiteren Verbesserungen der Datenerfassung und -analyse. Eine Verbesserung betrifft die Schwellwerterfassung und anschließende Lokalisierung von Fehlern entlang der Glasfaserstrecke. Eine höhere Empfindlichkeit wird erreicht durch Verwendung eines "angepaßten" Filters, wie es nachstehend erläutert wird. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beseitigt außerdem die (im einleitenden Teil erläuterten) Begrenzungen hinsichtlich des Totbandes durch adaptive Einstellung der Impulslänge auf Basis des Rückstreuungspegels am jeweils interessierenden Punkt.
Das hier beschriebene Merkmal der Optimierung der Impulslänge ist unabhängig von der neuen Verwendung des angepaßten Filters, worauf diese Anmeldung beruht; sie wird hier jedoch beschrieben, da die Optimierung der Impulslänge in der bevorzugten Ausführungsform enthalten ist. Es versteht sich daher, daß gewisse hierin beschriebene Merkmale (beispielsweise der in Verbindung mit der Lichtquelle 50 mit veränderlicher Impulslänge verwendete Zeitgeber 46) bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung in ihrem breitesten Umfang nicht erforderlich sind.
Der erste gesetzte Impuls von der Lichtquelle 50 ist vorzugsweise von kurzer Dauer, z.B. 50 ns, um die Genauigkeit in Hinblick auf nahegelegene Fehlstellen zu optimieren. Das ursprüngliche zurückkommende Signal wird analysiert (wie weiter unten beschrieben), um Reflexionen und andere Abschwächungen festzustellen. Das OTDR 10 stellt sich anschließend auf die erste (nächstliegende) Fehlstelle ein und stellt den Signalpegel an diesem Punkt fest. Wenn der gemessene Signalpegel zu niedrig ist (aufgrund von Bedämpfung oder anderen Abschwächungen in der Glasfaserstrecke), wird das Prüfsignal erneut mit einer größeren Impulslänge gesetzt. Andererseits wird, wenn der gemessene Signalpegel zu hoch ist, ein neues Prüfsignal mit kürzerer Impulslänge gesetzt. Dieser Vergleich wird vom Mikroprozessor 40 durch geführt.
In dieser Hinsicht kann der Bereich akzeptabler Signalpegel in unterschiedlicher Weise festgesetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform basieren die akzeptablen minimalen und maximalen Signalpegel auf dem mittleren Hintergrundrauschen. Insbesondere liegt das minimal akzeptable gemessene Signal etwa bei 3 dB über dem Hintergrundrauschen, und das maximal akzeptable gemessene Signal bei etwa 9 dB über dem Hintergrundrauschen. Mit anderen Worten, wenn das gemessene Signal in der Nähe der untersuchten Fehlstelle niedriger liegt als 3 dB über dem Hintergrundrauschen, wird ein anderes Prüfsignal mit einer größeren Impuislänge gesetzt; wenn das gemessene Signal oberhalb 9 dB über dem Hintergrundrauschen liegt, hat das erneut gesetzte Signal eine geringere Impulslänge. Hierbei handelt es sich um den bevorzugten Bereich, obwohl dieser verkleinert oder vergrößert werden kann.
Wenn der zu analysierende Signalpegel in bezug auf den Pegel des Hintergrundrauschens zu analysieren ist, ist es erforderlich, den Störpegel zu berechnen. Diese Berechnung kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. Der Erfinder wählte die Untersuchung eines Teils des Spursignals nach dem Ende der Glasfaserstrecke (d.h. den Teil des Signals, der mehr als 400 µs für den Rücklauf zum OTDR 10 benötigt), da dieser Teil des Signals reines Störrauschen darstellt. Einhundert Datenpunkte nach dieser Position werden abgefragt und gemittelt, um den Wert für das Hintergrundrauschen zu erhalten. Diese Berechnung wird bei jeder Justierung der Impulslänge zur Korrelation der gemessenen Signale mit den momentanen Werten des Hintergrundsignals durchgeführt.
Sobald festgestellt wird, daß die Impulslänge zu klein oder zu groß ist, muß eine geeignete Justierung der Impulslänge vorgenommen werden. Dies kann durch einfache Erhöhung oder Verringerung der Impulslänge um ein festes Inkrement erfolgen, z.B. 50 ns. Diese Vorgehensweise bringt das gemessene Signal jedoch nicht notwendigerweise in den akzeptablen Bereich, so daß erneute Iterationen erforderlich werden können. Demzufolge kann eine alternative Vorgehensweise angewendet werden, die für eine Verringerung der Dauer für die Optimierung gefunden wurde. Diese Vorgehensweise erfordert, daß die Impulslänge um ein Inkrement tinc entsprechend der empirischen Formel:
tinc = [(pwold/²&sup5;&sup0;) +1] x 50
erhöht wird, wobei pwold die Dauer des zurückliegenden Impulses in Nanosekunden angibt, und das Inkrement in Nanosekunden erhalten wird. Der Einfachheit halber wird die Division durch 250 als Ganzzahldivision ausgeführt, d.h. der Quotient wird auf einen ganzzahligen Wert abgerundet. Diese Berechnung wird vom Mikroprozessor 40 durchgeführt. Das Inkrement für die Verringerung der Impulslänge basiert auf der gleichen Formel, wobei sich die kleinste Änderung durch Division der zurückliegenden Impulslänge durch 200 anstatt durch 250 ergibt.
Als Beispiel sei angenommen, daß der erste gesetzte Impuls 50 ns betragen hat und dabei das gemessene Signal für die erste Fehlstelle unterhalb des minimal akzeptablen Wertes blieb. Unter Anwendung der obigen Formel wird ein Inkrement von 50 ns berechnet, das nach Addition zur bisherigen Impulslänge von 50 ns eine neue Impulslänge von 100 ns ergibt. Als ein weiteres Beispiel sei eine größere übertragene Impulslänge von 1 µs angenommen, wobei das gemessene Signal an der untersuchten Fehlstelle über dem maximal akzeptablen Wert liegt. Die obige Formel würde dabei eine Verringerung von 250 ns liefern, woraus sich eine neue Impulslänge von 750 ns ergibt.
Dem Fachmann ist klar, daß bei zwei dicht benachbarten Fehlstellen eine Vergrößerung der Impulslänge die zweite Fehlstelle "auslöschen" kann, da das Totband beide Fehlstellen überdeckt. Um ein solches Resultat zu vermeiden, berechnet der Mikroprozessor 40 vor dem Setzen des Impulses das zu erwartende Totband für die neue Impulslänge. Wenn die neue Impulslänge damit eine Fehlstelle auslöschen würde, wird die Optimierungsroutine übergangen und das letzte Spursignal zur Analyse beider Fehlstellen herangezogen. Wahlweise können bei Vorhandensein von ausreichend Speicherplatz (RAM 44) die letzten drei Spursignale für eine spätere Analyse in bezug auf die ausgelöschte Fehlstelle gespeichert werden. Die Optimierungsroutine kann anschließend für alle anderen Fehlstellen durchgeführt werden.
Durch eine geeignete Steuerelektronik kann die Impulslänge in effektiver Weise kontinuierlich wie erforderlich angepaßt werden. In der Praxis ist es jedoch zweckmäßig, die Zeitintervalle der verschiedenen Impulslängen im PROM 42 zu speichern, was bedeutet, daß eine endliche Anzahl von Einstellungen verfügbar ist. Des weiteren können aufgrund von Einschränkungen seitens der Lichtquelle 50 verschiedene Einstellungen ungeeignet sein. Zum Beispiel ist die vorher erwähnte Laserdiode für eine Höchstdauer von sechs Mikrosekunden bei maximaler Leistung ausgelegt. Die Verwendung dieser Laserdiode für Zeitperioden länger als sechs Mikrosekunden kann zu einer deutlichen Verschlechterung der Diode führen, es können jedoch andere Laserlichtquellen verwendet werden, die eine Impulslänge von bis zu 20 µs bereitstellen. Weiter ist die praktisch zu verwirklichende minimale Einstellung 50 ns, obgleich kürzere Einstellungen denkbar sind.
Sobald die optimale Impulslänge für die erste Fehlstelle eingestellt ist, steuert der Mikroprozessor 40 die Lichtquelle 50 an (über den Zeitgeber 46), um ein neues Prüfsignal zu setzen (d.h. eine Folge von 256 Impulsen, wie weiter oben erläutert). Natürlich kann der erste Impuls mit 50 ns bereits das Optimum für die erste Fehlstelle sein. Wenn jedoch ein neuer Impuls gesetzt wird, ersetzt das resultierende Spursignal das ursprüngliche Spursignal. Dieses ersetzende Spursignal wird in der gleichen Weise verarbeitet wie das ursprüngliche Spursignal (weiter unten vollständig beschrieben), um die Positionen irgendwelcher Fehlstellen erneut zu definieren. Der Signalpegel für die erste Fehlstelle wird anschließend erneut geprüft, um sicherzustellen, daß die neue Impulslänge tatsächlich optimal ist (d.h. der gemessene Signalpegel liegt innerhalb des akzeptablen Bereichs). Ist dies nicht der Fall, wird die Optimierungsroutine wiederholt. Sobald die Optimierung der Impulslänge für die erste Fehlstelle bestätigt ist, wird das Spursignal weiter analysiert, um die exakte Position und die zugehörige Abschwächung festzustellen.
Nachdem die Analyse der ersten Fehistelle abgeschlossen ist, wird die zweite Fehlstelle untersucht. Die gleiche Optimierungsroutine wird verwendet, um die beste Impulslänge für die zweite Fehlstelle festzustellen; die Lichtquelle 50 setzt eine weitere Folge von Impulsen ab und das resultierende Spursignal ersetzt wieder das vorherige Signal. Das letzte Spursignal wird in gleicher Weise analysiert, um die Positionen aller Fehlstellen erneut zu bestimmen, die Optimierung für die zweite Fehlstelle sicherzustellen und die Abschwächung an dieser Fehlstelle zu berechnen. Der Prozeß wird für alle erfaßten Fehlstellen wiederholt. Wenn zu Beginn überhaupt keine Fehlstellen gefunden werden, kann das Prüfsignal aufeinanderfolgend mit größerer Impulslänge bis zum Maximum von 6 µs erneut gesetzt werden.
Das oben beschriebene Verfahren hat deutliche Vorteile gegenüber OTDRs nach dem Stand der Technik. Die Optimierung der Impulslänge stellt eine bessere Auflösung von nahe beieinanderliegenden Fehlstellen sicher, ohne die Sensitivität hinsichtlich der Abschwächungen zu reduzieren. Der Dynamikbereich des OTDR 10 ist demzufolge vergrößert, da der Dynamikbereich eine Funktion sowohl der Maximalleistung als auch der Impulslänge ist, wobei dies ohne übermäßig hohe Verstärkung des Spursignals erreicht wird, was zu einem geringeren Störabstand führen würde. Trotzdem besteht die Möglichkeit einer weiteren Verbesserung, insbesondere in Hinblick auf die Schwellenwerterkennung und die Lokalisierung von Abschwächungen. Die vorliegende Erfindung stellt des weiteren Einrichtungen bereit, um die Genauigkeit der Erfassung von Fehlstellen und deren Position unabhängig von der Impulslängenoptimierung zu verbessern.
Diese Verbesserung bei der Lokalisierung von Fehlstellen, auf der die vorliegende Anmeldung beruht, wird durch die Verwendung eines "angepaßten" Filters erreicht. Ein angepaßtes Filter, das eine nichtlineare Funktion darstellt, ist in der digitalen Verarbeitung bekannt und wird in sequentieller Weise auf einen gegebenen Datenpunkt und auf eine bestimmte Anzahl von Datenpunkten auf beiden Seiten von diesem abgestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform wirkt das angepaßte Filter sequentiell auf fünf Datenpunkte im Spursignal: den Mittel- oder Referenzpunkt, die beiden vorhergehenden Datenpunkte und die beiden darauffolgenden Datenpunkte. Für jeden Referenzpunkt wird eine angepaßte Filterfunktion fmf nach der Gleichung
fmf = (p&sub1; + p&sub2;) - (s&sub1; + s&sub2;)
erzeugt, wobei p&sub1; und p&sub2; die Werte der beiden vorhergehenden Datenpunkte und s&sub1; und s&sub2; die Werte der beiden darauffolgenden Datenpunkte sind. Die angepaßte Filterfunktion generiert eine Spitze, deren Höhe über der Grundlinie proportional zur Abschwächung an der Fehlstelle ist.
Die obige Technik erfordert noch eine weitere Verfeinerung. Die Anzahl der Datenpunkte, die mittels des angepaßten Filters analysiert werden, ist eine Funktion der Impulslänge. Insbesondere sollte der Mittel- oder Referenzpunkt ggf. auf eine Gruppe von Datenpunkten aufgeteilt werden, deren kombinierter Zeitwert größer oder gleich der Impulslänge ist. Beträgt z.B. die Impulslänge 100 ns, so ist nur ein Referenzpunkt erforderlich, da die Abtastdauer (d.h. die Länge des Datenpunktes) 100 ns ist. Würde jedoch eine Impulslänge von 500 ns verwendet, muß der Mittel- oder Referenzpunkt auf fünf Referenzpunkte aufgeteilt werden. In beiden Fällen werden nur vier andere Punkte analysiert, nämlich zwei auf der linken Seite der Referenzgruppe und zwei auf der rechten Seite der Referenzgruppe.
Die Antwort eines solchen Filters auf eine nichtreflektierende Abschwächung ist optimal. Leider ist ein angepaßtes Filter jedoch überempfindlich auf Reflexionen und liefert fehlerhafte Ergebnisse für reflektierende Fehlstellen. Um das angepaßte Filter zur Erfassung sowohl reflektierender als auch nichtreflektierender Abschwächungen zu verwenden, hat daher der Erfinder ein "Kappungsfilter" entwickelt, um die reflektierten Signale aus dem Spursignal zu entfernen. Das Kappungsfilter flacht einfach alle durch Reflexionen verursachten ansteigenden Signale ab. Dies wird durch Voreinstellung eines minimalen Schwellenwertes zur Erfassung der ansteigenden Flanke der Reflexion erreicht, z.B. ein Anstieg im Signal von 0,5 dB über den Rückstreuungspegel in der Nähe der Reflexion.
Das Kappungsfilter und das angepaßte Filter werden mit Bezug auf Fig. 3 verständlich, die das ursprüngliche Spursignal und die zugehörigen gekappten und angepaßten Signale wiedergibt. Immer wenn das ursprüngliche Signal über den Schwellenwert für die Kappung ansteigt, ersetzt das Kappungsfilter die zur Reflexion gehörigen Datenpunkte durch eine abgeflachte Linie, d.h. den Wert des Rückstreuungspegels vor der Reflexion. Sobald das Spursignal auf diesen Pegel zurückkehrt oder ihn unterschreitet, endet die Kappung. Auf diese Weise werden reflektierte Signale abgeflacht, wie z.B. die von dem Koppler 52 verursachte Reflexion 62, die von einem zuvor nicht bekannten Stecker, Verbinder oder einer Bruchstelle verursachte Reflexion 64, die vom Abschlußende der Glasfaserstrecke verursachte Reflexion 66 und die Phantomreflexion 68. Wie für das angepaßte Filter wird die Routine für das Kappungsfilter vom Mikroprozessor 40 ausgeführt. Optional kann vor der Kappungsroutine eine weitere Verarbeitung eingeschaltet werden, um die Intensität der Reflexion zu berechnen.
Der Ausgang des Kappungsfilters wird an das angepaßte Filter übergeben, welches das in Fig. 3 dargestellte angepaßte Signal erzeugt. Alle Spitzen in dem angepaßten Signal entsprechen der ungefähren Position der Abschwächungen entlang der Glasfaserstrecke und sind letzteren proportional. Dies trifft zu, gleich ob die Abschwächung einer nichtreflektierenden Fehlstelle 70 (der Wert der Abschwächung wird durch die Höhe A der Spitze repräsentiert) entspricht, oder ob es sich um eine reflektive Abschwächung gehandelt hat, wie dies bei der Reflexion 64 der Fall ist (der Wert der Abschwächung wird durch die Höhe B der Spitze repräsentiert). Das angepaßte Signal kann in einfacher Weise ausgewertet werden, um die aktuelle Abschwächung an jeder Fehlstelle zu bestimmen; der Erfinder hat jedoch festgestellt, daß die dem Stand der Technik entsprechende Methode der Anpassung von Kurvenverläufen die tatsächliche Abschwächung mit größerer Genauigkeit ermittelt. Dies ist eine herkömmliche Technik, die einfach den Anstieg des Spursignals vor und nach der Fehlstelle berechnet und eine Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate vornimmt. Der Unterschied zwischen den beiden angenäherten Kurvenverläufen am Ort der Fehlstelle ist kennzeichnend für die Abschwächung.
Der Anwender ist jedoch möglicherweise ausschließlich an Fehlstellen oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts für die Abschwächung interessiert. Wie nachstehend erläutert, kann der Schwellenwert für die Abschwächung vom Anwender vor der Prüfung der Glasfaser gewählt werden. Der Mikroprozessor 40 ist entsprechend programmiert, um nur die über dem Schwellenwert liegenden Abschwächungen zu erfassen. Außerdem ignoriert das angepaßte Filter die "Fehlstelle" 66 am Abschlußende der Glasfaserstrecke, da die Länge der Glasfaser bekannt ist (wie weiter unten beschrieben), und das im PROM 42 gespeicherte Programm instruiert das angepaßte Filter, nur Daten bis zu diesem Punkt zu verarbeiten.
Die bisherigen Ausführungen zeigen die zur Erfassung von Fehlstellen und zur Berechnung von Dämpfungsverlusten verwendete Technik auf, es ist jedoch auch erforderlich, die Position der Fehlstellen entlang der Glasfaserstrecke festzustellen. Dies kann in einfacher Weise durch eines von zwei verschiedenen Verfahren erfolgen, je nachdem, ob die Felilstelle reflektierend ist oder nicht. Wenn die Fehlstelle reflektierend ist, kann die führende Flanke der Reflexion (der erste Datenpunkt, der um 0,5 dB über dem Rückstreuungspegel liegt) vom Mikroprozessor 40 während der Kappungsroutine erfaßt werden. Die führende Flanke der Reflexion entspricht nahezu exakt der Position der Fehlstelle. Bei nichtreflektierenden Abschwächungen entspricht die Position der Fehlstelle der führenden Flanke der Spitze in dem angepaßten Signal. Dieser Datenpunkt kann durch Erfassung eines Anstiegs im angepaßten Signal von z.B. 0,1 dB über die Grundlinie des angepaßten Signals identifiziert werden. Die Verwendung des Kappungsfilters und des angepaßten Filters stellt daher eine einfachere, schnellere und trotzdem hochgenaue Technik zur Erfassung und Lokalisierung von Abschwächungen entlang der FUT bereit.

Betrieb

Die Betriebsweise des OTDR 10 wird am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 4, 5 und 6 klar. Ein beispielhaftes Aussehen der Anzeige 14 und der Tastatur 16 ist in Fig. 4 wiedergegeben. Die Anzeige 14 umfaßt eine Flüssigkristallanzeige (LCD), die eine Vielzahl von Anzeigen und numerischen Ausgabefeldern enthält. Zwei Anzeigen, die für Diagnosezwecke dienen, sind eine Anzeige 72 "TEST" und eine Anzeige 74 "Batt. Low" (Batterie schwach). Die Anzeige 72 "TEST" leuchtet während des Selbsttests des OTDR 10. Die Anzeige 74 "Batt. Low." leuchtet immer dann, wenn die Spannung der tragbaren Stromversorgung 36 unter 6,2 V absinkt. Die beiden anderen Anzeigen beziehen sich auf die Distanz bis zu einer vorliegenden Fehlstelle. Eine Anzeige 76 "Less Than" (Geringer als) dient zur Anzeige des Vorliegens einer Fehlstelle dicht beim nahen Ende der FUT, z.B. innerhalb von 50 Metern. Eine Anzeige "Out of Range" (außerhalb Bereich) 78 zeigt an, daß das Abschlußende der Glasfaserstrecker außerhalb des Bereichs des OTDR 10 liegt, d.h. weiter als etwa 50 km entfernt ist. Die letzte Anzeigeposition an der linken Seite der Flüssigkristallanzeige 14 ist eine Anzeige 80 für "Scan" (Abtastung), die während des Meßvorganges aufleuchtet.
Drei Anzeigen entlang der Oberseite der Anzeige 14 werden für die Programmierung von Anwendereingaben verwendet. Eine Anzeige "Units" 82 (Einheiten) leuchtet, wenn der Anwender die Längeneinheiten festlegt, in denen die Distanz zu einer Fehlstelle angegeben wird. Eine Anzeige 84 "Index" (Brechungsindex) leuchtet, wenn der Anwender den Brechungsindex der FUT eingibt. Eine Anzeige "Thresh" 82 (Schwellenwert) leuchtet, wenn der Anwender die minimale Ansprechschwelle für die Detektierung von Abschwächungen eingibt.
Der Hauptabschnitt der Anzeige enthält ein numerisches Feld 88 zur Anzeige der Distanz bis zu einer Fehlstelle. Neben diesem Feld ist ein Feld 90 für die Einheiten mit Abkürzungen für die Einheiten in Form von Metern, Kilometern, Fuß und Meilen. Je nach Wahl durch den Anwender leuchtet jeweils nur eine der Einheiten im Feld 90. Unter diesen Feldem befinden sich eine Anzeige "Multi Event" 92 (Mehrfacherfassungen), ein Feld 94 für die Anzahl der Erfassungen und ein numerisches Feld 96 für die in Dezibel angegebene Abschwächung der Erfassung.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Tastatur 16 nur drei Tasten, d.h. die "ON/OFF"-Taste 98 (EIN/AUS), die "Enter/SCAN"-Taste 100 (Eingabe/Abfrage) und die "Option/NEXT"-Taste 102 (Option/nächste). Die Funktion dieser Tasten wird aus Fig. 5 und 6 ersichtlich. Wie deutlich wird, ist die Anwenderschnittstelle zum OTDR 10 durch die Bereitstellung doppelt belegter Funktionstasten 100 und 102 vereinfacht, die durch den jeweiligen Modus bestimmt werden, in dem sich die Einheit bei der Betätigung der Tasten befindet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nunmehr ein Flußdiagramm der Anwenderprogrammierung des OTDR 10 erklärt. Der Anwender kann verschiedene Parameter eingeben, um die Prüfung entsprechend bestimmter Bedingungen im Umfeld eines jeden Versuchs sorgfältig anzupassen. Der Code für dieses Programm ist im PROM 42 enthalten. Der erste Schritt (104) bewirkt das Einschalten der Einheit durch Betätigung der "ON/OFF"-Taste 98. Obwohl in diesem Flußdiagramm bzw. in Fig. 6 nicht dargestellt, ist es klar, daß das OTDR 10 mit einer Funktion bereitgestellt werden kann, die die Einheit nach Verstreichen einer bestimmten Periode der Inaktivität automatisch ausschaltet. Der Anwender erhält danach Zugriff auf das Eingabeprogramm (106), indem er die Taste "Option/NEXT" 102 für mehr als zwei Sekunden niedergedrückt hält. Dies resultiert im Aufleuchten (108) der Parameteranzeigen 82, 84 und 86.
Der erste Parameter, den der OTDR 10 anfordert, ist die Einheit, in der die Distanz anzuzeigen ist. Dementsprechend beginnt die Anzeige 82 "Units/Einheiten" zusammen mit den aktuell im Feld 90 gewählten Einheiten zu blinken (110). Wenn der Anwender die Einheiten ändern möchte, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" betätigt (112). Damit kann zwischen den verschiedenen Einheiten mittels der Taste 102 "Option/NEXT" umgeschaltet werden. Mit der Betätigung dieser Taste beginnen die verschiedenen Einheiten im Feld 90 zu blinken, um die aktuelle Anwahl (114) anzuzeigen. Wenn die gewünschte Einheit blinkt, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" erneut betätigt (116). Die aktuellen Einheiten werden damit im RAM 44 gespeichert (118). Eine Backup-Batterie (nicht dargestellt) kann bereitgestellt werden, um das RAM 44 mit Strom zu versorgen, wenn die Einheit anderweitig ausgeschaltet wird. Die Programmlogik kehrt anschließend zum Schritt 110 zurück, d.h. der Anwender kann seine Absichten immer noch ändern und die obigen Schritte wiederholen, wenn in einem zweiten Ansatz eine andere Einheit als wünschenswert betrachtet wird.
Wenn die korrekten Einheiten gewählt sind, kann die Taste 102 "Option/NEXT" betätigt werden (120), so daß das Programm mit der Anwahl des Brechungsindex fortfährt. Diese Anwahlroutine ist derjenigen für die Einheiten sehr ähnlich. Zunächst beginnt die Anzeige 84 "Index" zu blinken und der aktuelle Brechungsindex wird im numerischen Feld 88 zur Anzeige gebracht (122). Wenn der Anwender den Brechungsindex ändern möchte, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" gedrückt (124). Der aktuelle Brechungsindex wird im Feld 88 zur Ausgabe gebracht. Der Brechungsindex kann durch Drücken der Taste 102 "Option/NEXT" eingestellt werden. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Bereich der möglichen Werte 1,400 bis 1,600. Jedes Drücken der Taste 102 "Option/NEXT" erhöht den Brechungsindex in Inkrementen von 1/1000 (126). Um das Anwahiverfahren zu beschleunigen, kann das schrittweise Durchlaufen dieser Werte auf einen "schnellen" Modus umgeschaltet werden, indem die Taste 102 "Option/NEXT" für mehr als zwei Sekunden gedrückt gehalten wird. Wenn der gewünschte Brechungsindex erscheint, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" erneut gedrückt (128). Der aktuehe Brechungsindex wird damit im RAM 44 abgespeichert (130). Damit kehrt die Programmlogik nach Schritt 122 zurück, so daß eine erneute Einstellung des Brechungsindex möglich ist, wenn die erste Anwahl fehlerhaft war.
Nachdem der richtige Brechungsindex gewählt ist, kann die Taste 102 "Option/NEXT" erneut gedrückt werden (132), um im Programm fortzufahren und die Anwahl des Schwellenwertes für die Abschwächung an der Fehlstelle einzugeben. Diese Anwahlroutine ist ebenfalls ähnlich denjenigen für die Einheiten und den Brechungsindex. Zunächst beginnt die Anzeige 86 "Thresh" zu blinken und der aktuelle Schwellenwert für die Abschwächung an der Fehlstelle wird im numerischen Feld 88 angezeigt (134). Wenn der Anwender den Schwellenwert für die Abschwächung ändern möchte, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" gedrückt (136). Der aktuelle Schwellenwert wird im Feld 88 angezeigt. Der Schwellenwert kann durch Drücken der Taste 102 "Option/NEXT" eingestellt werden. Mit dem Drücken dieser Taste werden unterschiedliche Werte im Feld 88 zur Anzeige gebracht, die den jeweils eingestellten Schwellenwert angeben (138). In der beschriebenen Ausführungsform kann der Schwellenwert in Inkrementen von 0,5 dB innerhalb eines Bereichs von 0,5 dB bis 6,0 dB erhöht werden. Wenn der gewünschte Schwellenwert für die Abschwächung an der Fehlstelle erscheint, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" erneut gedrückt (140). Der aktuelle Schwellenwert wird im RAM 44 abgespeichert (142). Damit kehrt die Programmlogik nach Schritt 134 zurück, so daß eine erneute Einstellung des Schwellenwertes möglich ist, wenn die erste Anwahl fehlerhaft war. Die Taste 98 "ON/OFF" kann an den Schritten 110, 122 oder 134 gedrückt werden, wenn keine anderen Parameter gewählt werden sollen. Damit wird das Programm für die Eingabe der Parameter verlassen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist der Prüf- und Meßablauf des OTDR 10 in Form eines weiteren Flußdiagramms beschrieben. Der Prüfvorgang beginnt mit der Vorbereitung durch den Anwender (150). Diese kann die in Fig. 5 dargestellten Programmschritte umfassen, und sie umfaßt weitere Maßnahmen wie das Anstecken des nahen Endes der FUT in das optische Port 18. Das OTDR 10 kann zur Prüfung von Glasfasern für eine Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet werden, etwa für Telephonleitungen, Telekommunikationsverbindungen in einem LAN-Netzwerk oder für Übertragungsstrecken in einem Fahrzeug wie einem Flugzeug oder einem Schiff.
Nach Abschluß der Vorbereitung durch den Anwender wird die Taste 98 "ON/OFF" gedrückt (152). Der Mikroprozessor 40 veranlaßt das Aufleuchten der Anzeige 72 "Test" und führt die Diagnose- und Kalibrierungsprogramme aus (154) und setzt ein Flag zur Anzeige des Systemzustandes (156). Wenn das Flag eine Fehlfunktion des Systems anzeigt, wird das Wort "Error" zusammen mit einem internen Fehlercode im Feld 88 angezeigt und das Programm abgebrochen (158). Anderenfalls fährt das Programm mit der Anzeige der Eingabeaufforderung "READY" fort (160). Wenn der Anwender ebenfalls bereit ist, wird die Taste 100 "Enter/SCAN" gedrückt (162).
Das Drücken der Taste 100 "Enter/SCAN" initiiert den ersten Prüfimpuls (50 ns). Wie oben beschrieben, wird tatsächlich eine Folge von 256 Impulsen gesendet. Das Spursignal aus dieser Folge wird aufgezeichnet (164). Der Mikroprozessor 40 analysiert zunächst das Spursignal zur Berechnung der Gesamtlänge der Glasfaserstrecke (166). Ist die Länge größer als 40 Kilometer, leuchtet eine Anzeige 78 "Out of Range" (für "Bereichsüberschreitung") auf und leuchtet bis zum Abschluß der Prüfung weiter (168, 170). Die Länge der Glasfaserstrecke wird durch Erfassung der hinteren Flanke des Spursignals bestimmt. Ein voreingestellter Schwellenwert (z.B. 1,7 dB) über dem Hintergrundrauschen wird zur Erfassung der hinteren Flanke verwendet.
Nachdem das OTDR 10 die Länge der Glasfaserstrecker berechnet hat, lokalisiert es mit Hilfe des oben beschriebenen Kappungsfilters und des angepaßten Filters alle Fehlstellen (172). Der Mikroprozessor prüft jede Fehlstelle einzeln, um die optimale Impulslänge für jeden Fall zu bestimmen (174). Wenn der vorhergehende Impuls nicht optimal war, wird eine neue Impulslänge berechnet und eine weitere Folge von Impulsen gesetzt (176). Das Kappungsfilter und das angepaßte Filter werden erneut benutzt, um die Fehlstellen zu erfassen und zu lokalisieren, des weiteren wird die Abschwächung für den jeweils untersuchten Fall mit Hilfe der oben beschriebenen Technik der Kurvenanpassung berechnet (178, 180). Dieses Verfahren wird für jeden einzelnen Fall wiederholt (182). Nachdem alle Fälle erfaßt sind, wird die Information zum ersten Fall (Distanz in Feld 88 und Abschwächung in Feld 96) zur Ausgabe gebracht (184). Sofern Mehrfachvorfälle vorliegen, leuchtet die Anzeige 92 "Multi Event" auf und die sequentielle Nummer des betreffenden Falls wird in Feld 94 angezeigt. Wenn die Taste 102 "Option/NEXT" gedrückt wird (186), gelangt die Information zum nächsten Fall zur Anzeige (188). Die Länge der Glasfaser kann wahlweise als letzter "Fall" angezeigt werden. Da am Ende der Faser keine tatsächliche Fehlstelle vorliegt, ist das Feld 96 für die Abschwächung überflüssig; das OTDR 10 benutzt jedoch das Feld 96 zur Anzeige, daß die Distanz in Feld 88 der Länge der Glasfaser entspricht, indem es ein nicht übliches Symbol im Feld 96 für die Abschwächung ausgibt, z.B. zwei Minuszeichen "--".
Die obige Beschreibung legt ein neues und vorteilhaftes Konzept für ein zeitbezogenes optisches Reflektometer dar. Dieses stellt die automatische Erfassung von Fehlstellen einschließlich einer erhöhten Genauigkeit bei der Lokalisierung bereit. Von besonderer Wichtigkeit ist dabei die einfache Anwendung, die nur eine minimale Schulung des Bedieners und nur wenig Bedienereingriffe erfordert.
Obwohl die Erfindung unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht in einschränkender Weise aufzufassen. Verschiedene Modifikationen der beschriebenen Ausführungsform sowie alternative Ausführungsformen der Erfindung sind für den Fachmann in Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung unmittelbar ersichtlich. Zum Beispiel könnte die Erfindung, obwohl in der beschriebenen Ausführungsform kein graphisches Display bereitgestellt ist, in einfacher Weise mit einem optionalen Drucker/Plotter oder einem CRT-Bildschirm zur Ausgabe von Resultaten in graphischer Form versehen werden. Die Erfindung könnte auch für den Einsatz mit einer entfernten Lichtquelle adaptiert werden, die mit dem entfernten Ende der FUT verbunden ist. Es wird daher davon ausgegangen, daß die beigefügten Ansprüche alle Modifikationen abdecken, die in den tatsächlichen Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Erkennen von Fehlern in einer optischen Faser, umfassend:

eine Einrichtung (18) für den Empfang eines optischen Signals, das aus einem nahen Ende der optischen Faser austritt, wobei das optische Signal mindestens eine diskrete Abschwächung aufweist;

eine Einrichtung (52) für die optische Kopplung der Empfangseinrichtung mit dem nahen Ende der optischen Faser;

eine Verarbeitungseinrichtung (40), die mit der Empfangseinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine angepaßte Filtereinrichtung (180) umfaßt, um die diskrete Abschwächung in dem optischen Signal zu erfassen, wobei das angepaßte Filter (180) nacheinander gemäß einer nichtlinearen Funktion auf einen Satz von Datenpunkten wirkt, der aus dem optischen Signal hergeleitet wird, wobei die Datenpunkte folgendes umfassen: einen Referenzpunkt, wenigstens zwei dem Referenzpunkt vorangehende Datenpunkte und wenigstens zwei dem Referenzpunkt nachfolgende Datenpunkte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Signal aufgrund von Rückstreuung und Reflexionen in der optischen Faser entsteht, und die des weiteren eine Kappungsfiltereinrichtung (178) umfaßt, welche die Reflexionen aus dem optischen Signal entfernt, bevor dieses der angepaßten Filtereinrichtung (180) zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der:

die diskrete Abschwächung in dem optischen Signal einem Fehler in der optischen Faser entspricht; und

die angepaßte Filtereinrichtung (180) des weiteren den ungefähren Abstand vom nahen Ende der optischen Faser zu dem Fehler errechnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Einrichtung (50), die einen Lichtimpuls aussendet, wobei diese Gebereinrichtung durch die Kopplungseinrichtung mit dem nahen Ende der optischen Faser optisch verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Kappungsfiltereinrichtung (178) des weiteren den ungefähren Abstand vom nahen Ende der optischen Faser zu jeder der Reflexionen errechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verarbeitungseinrichtung (40) des weiteren eine Einrichtung zur Berechnung einer abgestimmten Impulslänge auf der Basis eines zu der diskreten Abschwächung in dem optischen Signal gehörigen Signalpegels umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, des weiteren umfassend eine Einrichtung zur Ermittlung des Wertes der diskreten Abschwächung.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der:

jeder Datenpunkt einen zeitlichen Wert besitzt;

das optische Signal aufgrund von Rückstreuung und Reflexionen in der optischen Faser entsteht, die durch die Ausbreitung eines Lichtimpulses mit einer bekannten ersten Impulslänge verursacht werden; und

die angepaßte Filtereinrichtung (180) den Referenzpunkt gegebenenfallls auf eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Datenpunkten ausdehnt, um sicherzustellen, daß der kombinierte zeitliche Wert der aufeinanderfolgenden Datenpunkte gleich oder größer ist als die erste Impulslänge.

9. Zeitbezogenes optisches Reflektometer zum Testen einer optischen Faser, umfassend:

eine Lichtquelle (50);

einen optischen Koppler (52), der die Lichtquelle mit einem nahen Ende der optischen Faser verbindet;

einen Empfänger (54), der mit dem optischen Koppler verbunden ist, um ein vom nahen Ende der optischen Faser kommendes optisches Signal zu erfassen, wobei das optische Signal aufgrund von Rückstreuung und Reflexionen entsteht, die durch das Fortschreiten eines Lichtimpulses durch die optische Faser verursacht werden, wobei der Lichtimpuls eine bekannte Impulslänge besitzt;

eine Einrichtung (40) zur Verarbeitung des von dem Empfänger erfaßten optischen Signals, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Kappungsfiltereinrichtung (178) umfaßt, welche die Reflexionen aus dem optischen Signal entfernt, und eine angepaßte Filtereinrichtung (180), welche eine diskrete Abschwächung in dem optischen Signal erfaßt, wobei das angepaßte Filter (180) gemäß einer nichtlinearen Funktion auf einen Satz von Datenpunkten wirkt, der aus dem optischen Signal abgeleitet wird, wobei die Datenpunkte folgendes umfassen: einen Referenzpunkt, wenigstens zwei dem Referenzpunkt vorangehende Datenpunkte, und wenigstens zwei dem Referenzpunkt nachfolgende Datenpunkte; und

eine Einrichtung (36), welche die Lichtquelle und die Verarbeitungseinrichtung mit Strom versorgt.