FI103367B - Tapa havaita valokaapeliin vaikuttava ulkoinen vaikutus - Google Patents

Description

, 103367

Tapa havaita valokaapeliin vaikuttava ulkoinen vaikutus

Esillä oleva keksintö tarkoittaa tapaa havaita valokaapeliin vaikuttava ulkoinen vaikutus. Keksintöä voi-5 daan käyttää tuntoelimenä sisääntunkeutumissuojan yhteydessä, jolloin kaapeli kaivetaan maahan ja hälytys laukeaa, kun joku kulkee sen päältä. Keksintöä voidaan myös käyttää valvontajärjestelmänä informaatiota siirtävää valokaapelia varten. Meneillään oleva ja yhä kiihtyvä tieto-10 koneistuminen edellyttää ollakseen tehokas, että tietokoneet ovat suorassa yhteydessä toisiinsa. Vaatimukset siirtokapasiteetille ja laadulle tekevät, että optisilla kuiduilla varustetut kaapelit ovat hyvin soveltuvia siirtovälineeksi. Samaan tahtiin lisääntyneen kapasiteettitarpeen 15 kanssa valokaapelit tullevat täydellisesti hallitsevaan asemaan.

Vaatimus, joka tullaan asettamaan kuituyhteydelle, joka käsittelee herkkää informaatiota, on että on asennettu jotakin muotoa oleva turvajärjestelmä. Koska ainoa aja-20 teltavissa oleva tulevaisuuden kommunikointiväline on optiset kuidut, myöskin turvajärjestelmät tulevat olemaan optisia. Optiset kuidut ovat väline, joka itsessään sisältää hyvin suuren vastuksen informaation ulosottamista vastaan. On hyvin vaikeaa ottaa optisesta kuidusta informaa-. 25 tiota, mutta se ei ole mahdotonta.

Nykyään on joitakin järjestelmiä optiseen kuituun tapahtuneen asiaankuulumattoman vaikuttamisen havaitsemiseksi, jotka kaikki perustuvat kuitusydämessä kuljetettavan optisen tehon valvontaan. Periaatteena on lyhyesti 30 se, että ulkoinen vaikutus tulee laskemaan kuidun tehota-soa, jolloin hälytys laukeaa. Menetelmää voidaan verrata intensiteettimoduloituun tuntoelimeen, joka muodostaa vähiten herkän tuntoelintyypin. Järjestelmässä on merkittäviä epäkohtia, eikä se voi riittävällä turvallisuuden as-35 teella havaita asiaankuulumatonta puuttumista optiseen 103367 2 kuituun tai kaapeliin.

Seuraavan turvajärjestelmien sukupolven täytyy suurella todennäköisyydellä toimia jonkin periaatteen mukaan, joka aikaansaa suuren mahdollisuuden havaita optisen 5 kuidun manipulointi. Tällainen periaate voi perustua siihen, että jokainen ulkoinen vaikutus kuituun tulee moduloimaan valon vaihetta, minkä vastaanottopuoli voi havaita. Tämä on tuntoelinperiaate, joka tuo mukanaan suurimman herkkyyden. Esillä olevassa keksinnössä käytetään tätä 10 järjestelmää ratkaisemaan kysymyksessä oleva ongelma siten, että keksintö saa sen muotoilun, joka käy ilmi jäljempänä seuraavista patenttivaatimuksista.

Tarkemmin ilmaistuna keksinnön kohteena on tapa havaita ulkoinen vaikutus optiseen kuituun valokaapelissa, 15 jolloin keksinnölle on tunnusomaista se, että valvontatar-koituksessa lähetetään koherenttia säteilyä monimuodossa kuidun läpi, että vastaanottopuolella jaetaan valvontasä-teily kahteen sädekimppuun, joista kumpikin käsittää koko sen interferenssimallin, joka muodostuu siirron yhteydessä 20 kuidussa, että tasopolaroidaan sädekimput kahdessa eri suunnassa, että havaitaan kummankin sädekimpun amplitudiin ja/tai taajuuteen liittyvä sisältö, että tästä muodostetaan signaali, joka on mitta näiden amplitudiin ja/tai taajuuteen liittyville olosuhteille, ja että, kun signaali . 25 ajassa ja/tai tasossa ylittää edeltä käsin määrätyt arvot, aloitetaan halytystoiminto.

Keksintöä tullaan seuraavassa selostamaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää laseria, optista monimuotokuitua 30 ja interferenssimallin muotoa kuidun jälkeen, kuvio 2 esittää keksinnön mukaista interferenssi-ilmaisinta, kuvio 3 esittää siirtojärjestelmää, jossa on in-formaatiosignaali ja valvontasignaali, joiden aallonpituus 35 on multipleksattu optisella monimuotokuidulla, ja 103367 3 kuvio 4 esittää siirtojärjestelmää, jossa infor-maatiosignaali saatetaan digitaalisesti moduloimaan val-vontasignaalin.

Esillä olevassa keksinnössä lähetetään valvonta-5 signaali monimuotoisessa optisessa kuidussa. Silloin voidaan käyttää monimuotokuituja, mikä voi olla etu, kun sen kautta käytetään kaapeleita ja tekniikkaa, jotka ovat hyvin kokeiltuja ja tavallisia markkinoilla. Lisäksi voidaan jo asennetut monimuotoyhteydet ilman uutta kaapelin vetä-10 mistä jälkikäteen täydentää keksinnön mukaisella turvajärjestelmällä. Monimuotokuidulla tarkoitetaan tässä hakemuksessa sekä asteittaistaitekertoimisia indeksikuituja että askeltaitekertoimisia indeksikuituja. Sitä tapausta varten, jossa on yksimuotokuitu informaation siirtoa var-15 ten, voidaan kuitenkin käyttää keksinnön mukaista tapaa. Silloin lähetetään valvontasignaali yksimuotokuidun "cut off" -aallonpituuden tai raja-aallonpituuden alapuolella olevalla aallonpituudella, jolloin valvontasäteily leviää useissa leviämismuodoissa. Yksimuotokuitu tulee silloin 20 tätä säteilyä varten esiintymään monimuotokuituna.

Monimuotokuidussa esiintyy joukko leviämissuuntia riippuen siitä sisääntulokulmasta kuituun, joka sisään tulevilla "valonsäteillä" on. Näitä leviämissuuntia kutsutaan muodoiksi. Jos koherenttia valoa, kuten kuviossa 1, 25 kuljetetaan laserista 1 kuidussa 2 ja ulos tuleva valo saa valaista esim. valkoista paperia, tulee paperilla esiintymään interferenssimalli 3. Malli aiheutuu siitä, että mo-nimuotokuidun eri leviämismuodot vaikuttavat yhdessä kokoavalla tai hajoittavalla tavalla. Tämä interferenssimal-30 li on erittäin herkkä kuituun vaikuttaville ulkoisille ; vaikutuksille, koska muotojen sisäiset vaiheolosuhteet muuttuvat jännityksen yhteydessä, mikä puolestaan aiheuttaa interferenssimallin liikkeen. Jos tämä liike voidaan havaita, saadaan hyvin tarkka tapa havaita vaikutus kui-35 tuun. Mittana herkkyydelle tällaisessa mittausmenetelmässä 103367 4 voidaan esimerkiksi laskea fyysisen vaikutuksen aallonpituudessa aiheuttama pienin ero, joka silloin antaa ainoastaan 10"14 m matkaeron. Valon koherenssipituuden täytyy olla pitempi kuin matkaeron korkeimmissa ja vastaavasti al-5 haisimmissa muodoissa.

Eräs menetelmä havaita tämä malli on sijoittaa va-lodiodi esim. intensiteettimaksimiin ja havaita intensiteetin vaihtelut. Haittana tässä on, että malli häipyy ulos menevien muotojen välisen satunnaisen vaihe-eron pe-10 rusteella (muodothan eivät mene ulos yhdenmukaisesti). Seuraavassa esitetään menetelmä ongelman ratkaisemiseksi.

Vaiheolosuhteita voidaan muuttaa esim. laserdiodin modulaation aiheuttamien valonlähteen spektriominaisuuk-sien muutoksien perusteella, optista kuitua pitkin olevien 15 lämpötilavaihtelujen perusteella ja optisessa kuidussa olevien leviämismuotojen satunnaisen jakautumisen perusteella, jotka ovat esim. liitoskohtien aiheuttamia. Tällaiset "hyvälaatuiset" muutokset eivät laukaise hälytystä. Vain "pahanlaatuiset" muutokset, jotka johtuvat tyhjentä-20 misyrityksistä, laukaisevat hälytyksen. Nyt on kuitenkin niin, että "hyvänlaatuiset" muutokset vaikuttavat säteilyyn kaikissa polarointisuunnissa yhdenmukaisesti, mikä ei ole asianlaita "pahanlaatuisissa" muutoksissa.

Ulos tuleva valo kuidun päästä jaetaan sen vuoksi . 25 säteen jakajalla 4 kahteen sädekimppuun, ks. kuvio 2. Kum pikin sädekimppu käsittää koko sen interferenssimallin, joka muodostuu kuidussa siirtämisen yhteydessä. Voidaan sopivasti valita jako kahteen olennaisesti yhtä voimakkaaseen sädekimppuun, vaikka tämä ei ole välttämätöntä. Nämä 30 kaksi sädekimppua tasopolaroidaan sitten eri suunnissa : kahdella polarisaattorilla 5 ja 6. Sopivasti voidaan vali ta kaksi toistensa suhteen kohtisuoraa suuntaa, vaikka tämä ei ole välttämätöntä. Keksinnön edullisessa sovellu-tusmuodossa havaitaan sitten kaksi ulos tulevaa sädekimp-35 pua ilmaisimilla 7 ja 8 riippumatta toisistaan, ja ampli- 5 103367 tudieroa verrataan differentiaalivahvistimessa 9. Differentiaalivahvistimesta 9 ulos menevää signaalia käsitellään elektroniikalla 10, joka ratkaisee, synnytetäänkö hälytys. Päätös hälytyksestä tehdään etukäteen määrätyn hä-5 lytyskriteerin mukaisesti. Syynä hälytyskriteerin tuomiseen on, että täplämalli aiheuttaa lisäkohinaa ilmaisimessa. Tämä kohina syntyy sen perusteella, että täplämallin satunnaiset muutokset ilmaisimen alueen yli aiheuttavat vaihtelevan elektronivirran. Vaihtelut muodostuvat toi-10 saalta muutoksista itse mallissa ja toisaalta siirtolenk-kiin sisältyvästä muotosuodattimesta kuten esim. kosketti-mista ja liitoksista, jotka epäyhdenmukaisesti muuttavat vaiheasentoa optisessa kuidussa ja siten aiheuttavat in-tensiteettimuutoksia. Tiettyä vaihtelua tulee myös esiin-15 tymään muodostetussa erotussignaalissa, vaikka suorat intensiteetistä riippuvat vaihtelut tasoittavat toisiaan muodostamalla erotussignaalin. Hälytyskriteerin tulee olla sellainen, että hälytys aiheutetaan vain kaapelikosketuk-sista, jotka aiheuttavat muutoksen täplämallissa, joka 20 merkittävästi ylittää synnytetyn kohinasignaalin.

Erotussignaalin muodostamisen sijasta voidaan muodostaa muun tyyppisiä signaaleja, jotka muodostavat mitan kosketukselle. Niinpä voidaan havaita eroja kahden signaalin välisessä osamäärässä tai muutoksia niiden välisessä 25 taajuusjakaumassa.

Keksinnön ensimmäinen sovellutusmuoto, järjestelmä A, tarkoittaa, että pisteestä pisteeseen -yhteys muodostuu kahdesta kuidusta. Toista kuitua käytetään tietojen lähettämiseen ja toista valvontatarkoituksiin. Koska nämä kaksi 30 kuitua kulkevat samassa kaapelissa, tulevat yritykset tun-keutua kaapelin läpi tuntoelinkuidun havaitsemiksi. Jos sellainen uskomaton tapahtuma sattuisi, että kaapelin läpi tunkeuduttaisiin havaitsematta, tulee suurella todennäköisyydellä hälytys muodostumaan, kun yritetään tyhjentää 35 kuitua tiedosta. Syynä on toisaalta, että on 50 % mahdol- 6 103367 lisuus ottaa väärä kuitu ja toisaalta, että kuidut ovat niin tiukasti yhdessä, että molempiin kuituihin täytyy koskettaa, mikä johtaa hälytykseen. Asentamalla useita tuntoelinjärjestelmiä useilla kuiduilla varustettuun kaa-5 peliin sillä tavalla, että kaapeli muodostuu suurehkosta määrästä tuntoelinkuituja ja yhdestä informaatiokuidusta, voidaan todennäköisyyttä havaitsemiselle suurentaa lisää.

Järjestelmää on kuitenkin ehkä eniten motivoitua käyttää yhdellä tuntoelinkuidulla ja useilla informaa-10 tiokuiduilla varustettuna. Kustannukset turvatoimintoa varten jakautuvat silloin kuitukaapeliin sisältyville siirtokanaville. Kuitukaapeli siihen sisältyvine siirto-kanavineen tulee sekä hyvin varmaksi ja että samalla saavutetaan korkeampi kustannustehokkuus.

15 Keksinnön toisessa sovellutusmuodossa, kuviossa 3 esitetyssä järjestelmässä B, edellytetään että osittain turvallisuussyistä käytetään yhtä kuitua yhteyttä kohden. Siirrettävä datajoukko lähetetään lähettimellä 11 yhdellä aallonpituudella ja valvontasignaali lähetetään lähetti-20 mellä 1 toisella aallonpituudella. Tässä kuten järjestelmässä A datajono voi olla sekä analogisesti että digitaalisesti koodattu. Signaalit multipleksataan aaltopituuden suhteen aallonpituuden multipleksointilaitteessa 12 ja jaetaan demultipleksointilaitteessa 13. Järjestelmä lähet-. 25 tää siten tietoa ja valvontasignaalin samalla kuidulla.

Tieto havaitaan vastaanottimessa 14 ja valvontasignaali interferenssi-ilmaisimessa 15 kuvion 2 mukaisesti. Tämä aikaansaa, että jokainen tyhjentämisyritys hyvin suurella todennäköisyydellä havaitaan interferenssi-ilmaisella 15 30 ja synnyttää hälytyksen. Jos epätodennäköisin tapahtuisi, : ts että joku voisi huomaamatta kuoria kuitukaapelin ilman havaintoa, hälytys tulee syntymään, kun valokuituun 2 kohdistetaan tyhjennysyritys. Kun tiedot eivät ole lähetyksessä, interferenssi-ilmaisin 15 tulee jatkuvasti olemaan 35 aktiivinen ja synnyttämään hälytyksen tyhjennysyrityksen 7 103367 yhteydessä. Tietojen uudelleen kytkemiseen liittyvät toimenpiteet ja tarve aina lähettää tietoja ovat täysin tarpeettomia tällä järjestelmällä, mikä on suuri etu.

Lisäksi voidaan ajatella järjestelmän B muunnosta, 5 jota kutsutaan järjestelmäksi C ja joka on esitetty kuviossa 4, jossa tavoitetasona on minimoida komponentit tarkoituksena alentaa järjestelmän kustannuksia. Tässä moduloidaan turvallisuustoiminnan laser modulaattorin 16 avulla sillä datajonolla, joka siirretään. Jono on tässä 10 tapauksessa koodattu digitaalisesti. Järjestelmä tarkoittaa, että järjestelmän B erityinen lähetin 11 ja vastaanotin 14, jotka on tarkoitettu vain tiedonsiirtoa varten, poistetaan. Interferenssi-ilmaisin 15 tulee puolestaan mutkikkaammaksi sen takia, että tiedon uudelleen muodosta-15 mistä varten oleva piiri 17 tulee lisää. Koska laser 1 moduloidaan digitaalisesti, interferenssimalli tulee mahdollisesti muuttumaan tietopalojen välisissä kyljissä, mikä aiheuttaa hälytyksen laukeamisen. Sen vuoksi täytyy päätös hälytyksestä jaksottaa niiden tietobittien väliin, 20 jotka ovat lähetyksen alaisena. Tämä tapahtuu siten, että signaali 18 piiristä 17 ohjaa hälytyspiirin 18 jaksottamista .

Järjestelmästä C saatava hyöty on siis taloudellinen. Ne komponentit, jotka säästetään, ovat lähetindiodi, . 25 kaksi aallonpituuden multipleksointilaitetta sekä vastaan otin. Lisäksi tulevat komponentit ovat sähköisiä ja tässä yhteydessä halpoja.

Kun tietoa ei ole lähetyksen alaisena, täytyy laserin kuten järjestelmässä B olla aktiivinen tarkoituksel-30 la havaita tyhjennysyritykset sinä aikana, kun informaa-: tiojärjestelmä on epäaktiivinen.

Kun tietoa on lähetyksen alaisena, hälytys tulee kytkettäväksi tietobittien kyljistä. Tämä ei tule tarkoittamaan mitään heikkoutta järjestelmässä, sillä se aika, 35 jonka hälytys irtikytketään, on murto-osa järjestelmän 8 103367 tietonopeuden käänteisarvosta. Tämä aika tulee olemaan joitakin nanosekunteja, ja on täysin mahdotonta suorittaa tyhjennys näin lyhyenä aikana.

Claims (10)

103367 9

1. Tapa havaita ulkoinen vaikutus optiseen kuituun valokaapelissa, tunnettu siitä, että valvontatar- 5 koituksessa lähetetään koherenttia säteilyä monimuodossa kuidun läpi, että vastaanottopuolella jaetaan valvontasä-teily kahteen sädekimppuun, joista kumpikin käsittää koko sen interferenssimallin, joka muodostuu siirron yhteydessä kuidussa, että tasopolaroidaan sädekimput kahdessa eri 10 suunnassa, että havaitaan kummankin sädekimpun amplitudiin ja/tai taajuuteen liittyvä sisältö, että tästä muodostetaan signaali, joka on mitta näiden amplitudiin ja/tai taajuuteen liittyville olosuhteille, ja että, kun signaali ajassa ja/tai tasossa ylittää edeltä käsin määrätyt arvot, 15 aloitetaan hälytystoiminto.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että jaetaan valvontasäteily kahteen in-tensiteettivoimakkuudeltaan olennaisesti samanlaiseen sädekimppuun .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että tasopolaroidaan sädekimput kahdessa keskenään olennaisesti kohtisuorassa suunnassa.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lähetetään myös infor- . 25 maatiota kaapeliin yhdessä tai useammassa optisessa kui dussa .

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että käytetään erillisiä optisia kuituja kaapelissa informaation siirtämistä ja valvontaa varten.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tapa, t u n - *· n e t t u siitä, että käytetään yhtä optista kuitua kaa pelissa valvontaa varten ja useita informaation siirtämistä varten.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, t u n -35 n e t t u siitä, että käytetään yhtä ja samaa optista 10 103367 kuitua sekä informaation siirtämistä että valvontaa varten, jolloin lähetetään molemman tyyppisiä signaaleja eri aallonpituuksilla, ts aallonpituuden suhteen multipleksat-tuina, ja että vastaanottajapuolella jaetaan signaalit ja 5 havaitaan ne kukin erikseen.

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että käytetään optista monimuotokuitua, jonka kautta lähetetään valvontasignaali informaatiosig-naalin digitaalisesti moduloimana ja että vastaanottosi- 10 vulla sähköisestä signaalista ilmaisimesta uudelleen muodostetaan tasopolaroitua sädekimppua varten informaatio-signaali .

9. Jonkin aikaisemmista patenttivaatimuksista mukainen tapa, tunnettu siitä, että muodostetaan 15 kahden sädekimpun välinen erotus.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen tapa, tunnettu siitä, että muodostetaan kahden sädekimpun välinen osamäärä. 103367 11