NL9400638A - Meetstandaard voor optische dempingsmetingen. - Google Patents

Description

Meetstandaard voor optische dempingsmetingen.

De uitvinding heeft betrekking op een meetstandaardvoor optische dempingsmetingen, bestaande uit een optischekabel met tenminste een kunstmatig verouderde lichtgeleidings-vezel van bekende demping en bekende lengte in een met taaimedium gevulde kabelmantel, die uit een materiaal bestaat,dat lichtgeleidingsvezel gedurende lange tijd tegen uitwendigeinvloeden beschermt.

Voor de meting van optische dempingen worden in deregel terugstrooireflectometers (Engels OTDR: Optical TimeDomain Reflectometer) toegepast. Hiermede kunnen dempings-coëfficiënten, splits- en stekerverliezen worden bepaald,alsmede storingen (vezelbreuken) in optische kabels wordengelokaliseerd. Bij het meten wordt een korte, intensievelichtimpuls in een lichtgolfgeleider gestraald en uit hettijdsverloop van het teruggestrooide respectievelijk het bijstoringen gereflecteerde lichtvermogen de dempingscoëfficiënt,alsmede de plaats en de grootte van de verliezen wordenbepaald.

Voor het kalibreren van een terugstrooireflectometerworden overwegend monomode-lichtgolfgeleiders (kalibreer-kabels) toegepast. De optische vezels worden via temperatuur-wisselcycli verouderd, teneinde een zo hoog mogelijke lange-termijnstabiliteit te bereiken, omdat de meetstandaard vanwegede noodzakelijke nauwkeurigheid en constantheid op lange ter¬mijn aan een reeks van eisen moet voldoen. Optische kalibreer-standaarden zijn bekend uit DE-A-3910503.

De dempingscoëfficiënt van de kalibreerkabel wordtover een voorafbepaald golflengtebereik met de internationaalals referentiemethode erkende terugsnijdmethode (Engels: cutback technique) zo nauwkeurig mogelijk gemeten. De terugsnijd¬methode levert een integrale dempingscoëfficiënt over detotale lengte van de vezel. Voor de meting moet voorts delengte van de lichtgolfgeleider bekend zijn. Dit wordt ofweluit looptijdmetingen van korte lichtpulsen met behulp van deeffectieve brekingsindex van de vezels berekend of via .geijktemechanische meetinrichtingen bepaald. De lengtemeting zou met een nauwkeurigheid van 0,1% of beter nog van 0,03% moetenplaatsvinden.

De dempingscoëfficiënten voor optische kabels wordendoor afzonderlijke telecommunicatiebedrijven tot op 0,01 dB/kmnauwkeurig gespecificeerd. Derhalve zouden de waarden voor eenmeetstandaard tot op een nauwkeurigheid van ten minste 0,003dB/km, zo mogelijk evenwel van 0,001 dB/km bekend moeten zijn.

Voor de bescherming tegen mechanische beschadigingenen omgevingsinvloeden, doch ook tegen schokken en temperatuur-wisselbelastingen bij het transport werd tot nu toe voor kali-breerdoeleinden een primair van een laag voorziene geijktevezel in een met gel gevuld kunststof buisje getrokken. Het isook bekend een met glasvezelwapening als kabel gebruikte vezeltoe te passen, die in diameter ongeveer met gebruikelijke bin-nenkabels overeenkomt.

Bij het gebruik als kabel met glasvezelwapening ont¬staat het probleem, dat voor nog eenvoudig te hanteren gewich¬ten van de op een trommel gewikkelde kabel slechts lengten vanminder dan 3 km kunnen worden toegepast. Deze lengte is in deregel niet voldoende om de dempingscoëfficiënten met een nauw¬keurigheid van 0,001 dB/km te meten. De daarvoor noodzakelijkelengte bedraagt ongeveer 6 km.

Het inbedden van de optische vezel in een met gelgevuld kunststof buisje biedt niet een voldoende mechanischebescherming voor een meetstandaard. Ook het naar binnen dif¬funderen van bepaalde ionen of gasmoleculen door het kunststofbuisje tot in de vezel, waardoor aanzienlijke veranderingenvan de dempingswaarden tot stand kunnen worden gebracht, isniet uit te sluiten.

Waterstof diffundeert gemakkelijk in kwartsglas-vezels, zelfs wanneer deze slechts in geringe concentraties inde omgevingsatmosfeer aanwezig is. Ook het binnendringen vanwaterdamp of OH“-ionen kan via het effect van de spanningscor-rosie bij microkerven in de vezelmantel op lange termijn totdempingsverhogingen leiden. Waarschijnlijk werken ook alkali-of andere ionen op lange termijn in op de demping.

Beide methoden, dus zowel het tot nu toe gepastegebruik als kabel alsook het intrekken in een met gel gevuldkunststof buisje, bieden geen voldoende bescherming tegenomgevingsinvloeden.

Het is het doel van de uitvinding een meetstandaardvoor optische dempingsmetingen te verschaffen, die aan de inde inleiding genoemde eisen met betrekking tot nauwkeurigheiden lengteconstantheid van de dempingscoëfficiënten en totlange-termijnstabiliteit voldoet.

Het doel wordt volgens de uitvinding bereikt met eenmeetstandaard, die daardoor is gekenmerkt, dat de lichtgelei-dingsvezel uit ten minste twee met elkaar versplitste deel-strengen bestaat en de splitsdemping golflengte-afhankelijkbekend is. Voordelige uitvoeringen worden in de onderconclu-sies aangegeven.

Pas met de uitvinding wordt een meetstandaard ver¬schaft, waarmede de constantheid van de dempingscoëfficiëntenop lange termijn binnen nauwe toleranties voor elk deelsegmentvan de vezel is gewaarborgd. Een doelbewust ingebrachte splitsvergroot het toepassingsgebied van de kalibreerstandaard.

Bij de vervaardiging van standaard-monomodevezels metmet germaniumoxyde gedoteerde kern ontstaat door produktie-technisch gedwongen variaties bij de vervaardiging van devoorvorm en bij het vezeltrekken een schommeling in de dem-pingscoëfficiënt bij 1550 nm tussen 0,185 dB/km en meer dan 2dB/km. Uit de voorraden van de vezelfabrikant wordt een zolang mogelijke vezel bij voorkeur uit het hiervoor genoemdemateriaal gekozen, waarvan de dempingscoëfficiënt zo laagmogelijk ligt, bij voorkeur ten hoogste ca. 0,002 dB/km bovenhet produktietechnisch gegeven minimum. Een lengte van onge¬veer 50 km is voordelig. Een dergelijke vezel is gedwongenvergaand homogeen. De dempingscoëfficiënt van deze vezel wordtin een voorafbepaald spectraalbereik (bijvoorbeeld 1260 tot1650 nm) met een nauwkeurigheid van 0,001 dB/km uitgemeten ende vezel in even lange deelsegmenten bij voorkeur van aller¬eerst 25 km, dan 12,5 km en tenslotte 6,25 km verdeeld, dieallemaal met dezelfde nauwkeurigheid worden doorgemeten. Menverkrijgt zo acht deelstukken van telkens 6,5 km lengte en kande dempingscoëfficiënt hiervan met de dubbele, viervoudige enachtvoudige lengte alsmede onderling vergelijken. De dempingvan de totale lengte ligt dicht tegen de onderste technischmogelijke grens. Daarmede is gewaarborgd, dat de verschillentussen de deelvezels minimaal zijn.

Uit de 8 deelsegmenten worden de 6 lengten met delaagste dempingen gekozen, omdat deze de beste homogeniteitwaarborgen. De verschillen in dempingscoëfficiënten van dezedeelsegmenten zouden bij voorkeur tussen 1260 nm en 1350 nmalsmede tussen 1450 nm en 1620 nm niet boven 0,01 dB/km moetenliggen.

De 6 deellengten worden in een met een taai mediumgevuld buisje uit roestvast staal getrokken, dat met de laser-lasmethode naadloos is gelast. Als verlenging kan paraffine,thixotrope gel of ook poeder worden voorzien.

In een dergelijk stalen buisje met een buitendiametervan 2 mm en een wanddikte van 0,2 mm kunnen 6 van een primairelaag voorziene standaard-monomodevezels met een buitendiametervan 0,25 mm worden getrokken. Bij een lengte van ongeveer 6km, die voor de meetnauwkeurigheid van 0,001 dB/km voldoendeis, weegt deze minikabel ongeveer 70 kg. Dat wil zeggen, metinbegrip van de spoel en een transporthouder is een totaal-gewicht van minder dan 100 kg realiseerbaar. De meetstandaardis qua gewicht in het laboratorium en bij het transport goedte hanteren.

De edelstalen mantel heeft het voordeel, dat dezeondanks zijn geringe diameter voldoende mechanische bescher¬ming voor de meetstandaard waarborgt en bij gelijk gewichtwezenlijk grotere kabellengten mogelijk maakt. Een verderbeslissend voordeel, dat zowel ten opzichte van het gebruike¬lijke gebruik als kabel alsook de toepassing van met gelgevulde kunststof buisjes bestaat, ligt in het feit, dat destalen mantel een volledige diffusieblokkade tegen waterstof,waterdamp en andere ionen, atomen of moleculen vormt. Men kaner bijgevolg van uitgaan, dat de dempingswaarden van de kali-breervezels in het stalen buisje op lange termijn stabielblijven.

Na het intrekken in de stalen mantel worden de dem¬pingscoëf f iciënten van de afzonderlijke aders nog eenmaalί gecontroleerd. Wanneer de vezels met de voor deze toepassingaangemeten, juiste extra lengte worden ingetrokken, zoudenonderling identieke waarden als tevoren moeten worden vastge¬steld. Daarbij moeten de vezels vooraf op geschikte meetspoe-len zonder krommings- en microkrommingsverliezen zijn gemeten,i De stalen-mantelkabel wordt aansluitend aan een cyclisch tem- peratuurwisselingsprogramma (500 wisselingen tussen -40°C en+75°C voor telkens één uur) onderworpen. De daarop volgendecontrolemeting zou onveranderde dempingswaarden moeten opleve¬ren. Daar voor de metingen aan de als kabel gebruikte vezelseen vergelijkingslengte van telkens 2 tot 3 meter moet wordenafgesneden, zou een speciaal gereedschap voor het braamvrijeafscheiden van het stalen buisje moeten worden toegepast.

Na deze werkwijzestappen wordt een eerste met eentweede vezelsegment versplitst. De splitsdemping, die eentypische waarde van 0,1 dB heeft, wordt na de terugsnijd-methode via het verschil van de demping van het versplitstesegment en de som van de waarden voor de afzonderlijke lengtenop 0,003 dB nauwkeurig en golflengte-afhankelijk bepaald. Naarbehoefte kunnen nog verdere segmenten worden versplitst en dedemping zoals bij de eerste splits worden vastgesteld. Desplits wordt aldus doelgericht ingebracht en zijn dempingwordt golflengte-afhankelijk vastgesteld. Zijn demping dientook niet verwaarloosbaar te zijn. De meetstandaard blinkt uitdoor de kennis van alle golflengte-afhankelijke dempingswaar¬den op elke plaats van de vezel en op de plaats van de splits.

De onbeschermde vezelsegmenten in het splitsbereikworden door een stalen-buisjesmantel met enigszins groterebinnendiameter beschermd, die over de stalen mantel van heteerste en tweede vezelsegment wordt geschoven en diffusiedichtdaarmee wordt verbonden. De kromming in het splitsgebied wordtzodanig groot gekozen, dat geen meetbare krommingsverliezenoptreden. Dit is bij een krommingsdiameter van meer dan onge¬veer 60 mm gewaarborgd.

Bij toepassing van meerdere vezel-deelstandaardenmoet de overgang vanuit de beschermmantel, die alle licht-geleidingsvezels omgeeft, naar de stekerbussen van de afzon¬derlijke lichtgeleidingsvezels eveneens tegen uitwendigeinvloeden worden beschermd. Hiertoe wordt een stalen-buisjes-mantel met enigszins grotere binnendiameter toegepast, waaruitovereenkomstig het aantal lichtgeleidingsvezels, zoals vingersuit een handschoen, dunnere stalen buisjes treden. Het dikkerebuisje wordt diffusiedicht met de edelstalen mantel en de dun¬nere stalen buisjes, zoals reeds beschreven, diffusiedicht metde stekerbussen verbonden. De splitsen en/of stekerbussen wor¬den bij voorkeur in een diffusiedicht uitgevoerd splitshuis duurzaam bevestigd. Er kunnen nog maatregelen worden genomenom in het splitshuis de luchtvochtigheid gering te houden,bijvoorbeeld met silicagel als droogmiddel.

Na het tot stand brengen van de splitsverbinding ende beschermingsommanteling wordt de kabel weer aan een tempe-ratuurwisselingsprogramma onderworpen en de demping wordtdaarna opnieuw gecontroleerd, teneinde zeker te stellen, datook voor de splitsdemping een voldoende stabiliteit op langetermijn te verwachten is. Aansluitend worden de in- en uitgan¬gen van het 12,5 km lange segment en de vier dee.lsegmenten van6,25 km lengte met optische stekerbussen afgesloten, waarvande huizen diffusiedicht met de stalen mantel worden verbonden.Bij voorkeur worden steekverbindingen met hoge reflectiedem-ping toegepast, bijvoorbeeld stekers met schuin aangeslepen,convexe eindvlakken met fysiek contact bij het steken (Engels:physical contact plug, PC plug). Bij voorkeur worden destekerbussen in een houder ingebouwd en dan aan een zij flensvan de kabeltrommel bevestigd.

De meetstandaard biedt voor de ijking van een OTDR devolgende toepassingsgevallen: 1. IJking van de dempingscoëfficiënt aan 4 afzonder¬lijke vezels. Door dwarsvergelijking is de zekerheid van dekalibratie te verhogen en zijn invloeden door defecte steker-eindvlakken te herkennen respectievelijk uit te schakelen. Ooklange-termijnveranderingen zijn herkenbaar, in zoverre zijniet voor alle vier segmenten dezelfde uitwerkingen hebben.

2. Aan het versplitste 12,5 km-segment zijn zowel deplaatselijke ligging alsook de meetwaarde voor het splitsver-lies te controleren en bovendien de dempingscoëfficiënt overeen lengte van 12,5 km te kalibreren.

3. Door het achter elkaar schakelen van alle vezel-deelstandaarden via korte verbindingskabels met optische ste¬kers staat een meettraject van in totaal 37,5 km ter beschik¬king met één splits, die ofwel aan het begin of aan het eindevan het meettraject kan worden geplaatst, en met vier steek¬verbindingen op bekende plaats.

Naar behoefte zijn ook andere combinaties te constru¬eren, zoals bijvoorbeeld 2 maal 2 versplitste afzonderlijkelengten en 2 segmenten van elk 6,25 km.

De uitvinding wordt in de figuren nader beschreven.Hierin tonen: fig. 1 schematisch een op een trommel gewikkeldemeetstandaard; fig. 2 een uitvoering van een stekerbushuis; fig. 3 het detail van het beschermmanteluiteinde en fig. 4 twee voorbeelden van een schakelaansluitingvan de vezel-deelstandaarden.

In fig. 1 is een op een trommel gewikkelde kabel 2weergegeven. De kabel 2 (zie fig. 3) bevat meerdere licht-geleidingsvezels 4, die met een taaie vloeistof in de kabel-mantel 6 uit edelstaal zijn vastgezet. Een uiteinde van deoptische kabel 2 is aan één zijde van de kabeltrommel 20(flens 22) naar buiten en in een splitshuis 18 geleid. Deuiteinden van de lichtgeleidingsvezels van het andere uiteindevan de kabel 2 worden bij voorkeur van tevoren geconfectio¬neerd op optische stekers gelegd. De stekers worden in eentweede huis aan één van de flenzen 22 van de kabeltrommel 20afgelegd, vanwaar zij met de meetinrichting in contact wordengebracht. Daar er nog geen eenheid bij optisch stekers is,verdient het aanbeveling, de van buiten toegankelijke vezel-uiteinden met een extra lengte vrij te laten liggen. De vrijevezeluiteinden kunnen dan naar behoefte aan telkens passendestekers worden gelast of in de gebruikte apparaten wordengevoerd.

Het splitshuis 18 is in fig. 2 geopend weergegeven.Bijvoorbeeld kan een voor optische kabels gebruikelijk splits¬huis worden toegepast, dat duurzaam (diffusiedicht) tegen uit¬wendige invloeden afsluitbaar is. De uit het uiteinde van debeschermingsmantel 6 tredende lichtgeleidingsvezels 4 wordenin het splitshuis 18 om ondersteuningselementen 19 gelegd,waarbij de kritische krommingsstraal niet wordt onderschreden.De lichtgeleidingsvezeluiteinden 9 zijn in optische stekerbus-sen 14 bevestigd, die op hun beurt wederom in het splitshuis18 schokzeker zijn gelagerd.

In fig. 3 is de beschermmantel 6 van de kabel 2 tervermijding van scherpe kanten naar de uitlaatzijde omgeflenst.De lichtgeleidingvezels 4 worden in het gebied van de mantel-uitlaat met een korte, opschuifbare beschermhuls 5 uit kunst¬stof (bijvoorbeeld Teflon) tegen beschadigingen beschermd.

In fig. 4 zijn twee verschillende schakelingen van devezel-deelstrengen 8 weergegeven. Er zijn verschillende meet-deelstandaarden realiseerbaar. In beide voorbeelden worden zesoptische lichtgeleidingsvezel-deelstrengen 8 van niet onvoor¬waardelijk gelijke lengte toegepast. In fig. 4a zijn tweedeelstrengen 8 door een duurzame splits 10 verbonden. Devezeluiteinden 9 eindigen elk in een optische stekerbus 14. Devezeluiteinden 9 kunnen met optische stekers 14 worden afge¬sloten of voor het splitsen vrijblijven. De stekers 14 kunnennaar keuze met elkaar of met de meetinrichting in contact wor¬den gebracht. In fig. 4b is een uit zes deelstrengen 8 metmaximale lengte vervaardigbare meetstandaard weergegeven.Vezel-deelstrengen 8 worden hierbij via niet duurzame splits-verbindingen 10a (bijvoorbeeld stekers) en met tenminste eenduurzame splits 10 in serie geschakeld.

Claims (6)

1. Meetstandaard voor optische dempingsmetingen,bestaande uit een optische kabel met tenminste een kunstmatigverouderde lichtgeleidingsvezel van bekende demping en bekendelengte in een met taai medium gevulde kabelmantel, die uit eenmateriaal bestaat, dat lichtgeleidingsvezel gedurende langetijd tegen uitwendige invloeden beschermt, met het kenmerk,dat de lichtgeleidingsvezel (4) uit ten minste twee met elkaarversplitste deelstrengen (8) bestaat en de splitsdemping golf-lengte-afhankelijk bekend is.

2. Meetstandaard volgens conclusie 1, met het ken¬merk, dat de deelstrenguiteinden (9) diffusiedicht zijn onder¬gebracht en dat de onderbrenging diffusiedicht met de kabel¬mantel (6) is verbonden.

3. Meetstandaard volgens conclusie 1 of 2, met hetkenmerk, dat de de lichtgeleidingsvezel afsluitende stekerbus-sen (14) met de kabelmantel (6) zijn verbonden.

4. Meetstandaard volgens één der voorgaande conclu¬sies, met het kenmerk, dat meerdere stekerbussen (14) in eengemeenschappelijk huis zijn ondergebracht.

5. Meetstandaard volgens één der voorgaande conclu¬sies, met het kenmerk, dat het stekerbushuis aan een de meet¬standaard (2) opnemende kabeltrommel (20) is bevestigd.

6. Meetstandaard volgens één der voorgaande conclu¬sies, met het kenmerk, dat de kabeltrommel (20) in een houderis ondergebracht.