SE459052B - Saett att detektera yttre paaverkan paa en optisk kabel - Google Patents

Description

459 052 Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas under hänvis- ning till bifogade ritningar där fig 1 visar en Laser, en optisk multimodfiber och utseendet pâ interferensmönstret efter fibern, fig 2 visar en interferensdetektor enligt uppfinningen, fig 3 visar ett överföringssystem med informationssignal och över- vakningssignal vâglângdsmultiplexerade pâ en optisk multi- modfiber och fig 4 visar ett överföringssystem där informationssignalen bringas att digitalt modulera övervakningssignalen.

Vid föreliggande uppfinning använder man multimodfibrer, vilket år en fördel då man därigenom använder kablar och teknik som är väl utprova- de och vanligt förekommande på marknaden. Vidare kan redan installe- rade multimodförbindelser utan ny kabeldragning i ras med säkerhetssystem enligt uppfinningen. efterhand komplette- Med multimodfiber menas i denna ansökan såväl gradientindexfibrer som stepindexfibrer.

I en multimodfiber förekommer det en mängd utbredningsriktningar be- roende pâ den infallsvinkel till fibern som de infallande larna" har. Dessa utbredningsriktningar kallas moder. "ljusstrâ- Om koherent ljus, såsom i fig 1, från en laser 1 transporteras i fibern 2 och det utfallande ljuset fâr belysa t ex ett vitt papper, rensmönster 3 att framträda på papperet. kommer ett interfe- Mönstret orsakas av att mul- timodfiberns olika utbredningsmoder samverkar på ett konstruktivt el- ler destruktivt sätt. Detta interferensmönster är extremt känsligt för yttre pâkänningar på fibern eftersom modernas inbördes fasförhâl- lande förändras vid pâkänningen, av interferensmönstret. vilket i sin tur orsakar en rörelse Om denna rörelse kan detekteras erhålles en mycket noggrant sätt att upptäcka påverkan på fibern. Som ett mått på känsligheten i en sådan mätmetod kan man exempelvis beräkna den minsta skillnaden i våglängd orsakat av fysisk påverkan, vilket då ger en vägskillnad på endast 10-14 m. Koherenslängden hos ljuset måste vara längre än vägskillnaden hos de högsta respektive lägsta moderna.

En metod att detektera detta mönster är att placera en fotodiod t ex pâ ett intensitetsmaximum och iaktta intensitetsvariationerna. Nack- 459 052 bo delen med detta år att mönstret fådar på grund av den slumpvisa fas- skillnaden mellan utfallande moder (moderna faller ju inte ut likfor- migt). Nedan anges en metod att Lösa problemet.

Det utfallande ljuset frân fiberânden delas av en strâldelare 4 upp i tvâ strâlknippen, se figur 2. Man kan exempelvis välja en uppdelning i tvâ väsentligen lika starka strâlknippen även om detta inte är nöd- våndigt. De tvâ strâlknippena planpolariseras sedan i skilda rikt- ningar av tvâ polarisatorer 5 och 6. Man kan exempelvis välja tvâ mot varandra väsentligen vinkelrâta riktningar, även om detta inte är nöd- vändigt. De tvâ utfallande strâlknippena detekteras av detektorer 7 och 8 oberoende av varandra och skillnaden i amplitud jämförs i en differentialförstärkare 9. Genom detta förfarande kommer systemet att kompensera för parametrar som påverkar de bâda polarisationsrikt- ningarna likformigt. Dessa parametrar är t ex temperatur- och ampli- tudvariationer hos ljuskållan. Den utgående signalen från differen- tialförstärkaren 9 behandlas av elektronik 10 som avgör om larm ska genereras. Beslutet om larm tas enligt ett på förhand bestämt larm- kriterium. Anledningen till införandet av ett larmkriterium i detta fall år att den känslighet som denna sensorprincip erbjuder är så hög, att varje beröring av kabeln resulterar i ett larm, om systemet inte sorterar bort beröringar av godartad natur. Detta kan visserligen vara bra vid användning som intrângsskydd, men oftast inte vid över- vakning av informationsöverförande kablar.

En första utföringsform av uppfinningen, system A, innebär att en punkt till punkt-förbindelse består av tvâ fibrer. Den ena fibern används för att sända data och den andra för övervakningsändamâl.

Eftersom de tvâ fibrerna löper i samma kabel kommer försök att genom- trånga kabeln att detekteras av sensorfibern. Skulle det otroliga inträffa att kabeln genomtrångs utan upptäckt kommer med hög sannolik- het ett larm att genereras när man försöker avtappa fibern på informa- tion.. Anledningen är dels att man har S0 Z chans att ta fel fiber och dels att fibrerna sitter så sätt ihop att båda fibrerna måste vidrö- ras, vilket resulterar i ett larm. Genom att installera fler sensor- system i en kabel med flera fibrer pâ så sätt att kabeln består av ett större antal sensorfibrer och en informationsfiber, kan sannolikheten för upptäckt ökas ytterligare. 459 052 Systemet är dock kanske mest motiverat att användas i flerfiberkablar med en sensorfiber och flera informationsfibrer. Kostnaden för säker- hetsfunktionen delas då upp på de i fiberkabeln ingående transmis- sionskanalerna. Fiberkabeln med de ingående transmissionskanalerna blir då både mycket säker samtidigt som man uppnår högre kostnads- effektivitet.

I en andra utföringsform av uppfinningen, system B visat i fig 3, för- utsätts att man, delvis av säkerhetsskäl, använder en fiber per för- bindelse. Den datasekvens som ska överföras sänds av en sändare 11 pâ en våglängd och övervakningssignalen sänds av sin sändare 1 på en and- ra våglängd. Här Liksom beträffande system A kan dataföljden vara såväl analogt som digitalt kodad. signalerna våglångsmultiplexeras i en våglängdsmultiplexor 12 och delas upp i en demultiplexor 13. Sys- Data detekteras i mottagaren 14 och övervakningssignalen i interferensde- tektorn 15 enligt fig 2. temet sänder således data och övervakningssignal på samma fiber.

Detta medför att varje försök till avtapp- ning kommer med mycket stor sannolikhet att detekteras av interferens- detektorn 15 och generera larm. Om det högst osannolika skulle in- träffa, dvs att någon obemårkt kan skala fiberkabeln utan upptäckt, kommer larm att genereras då optofibern 2 utsätts för avtappningsför- sök. När data inte är under sändning kommer interferensdetektorn 15 fortfarande att vara aktiv och generera larm vid avtappningsförsök. Åtgärder förknippade med återkoppling av data och ett behov att alltid sända data år helt onödiga med detta system, vilket år en stor fördel.

Vidare kan man tänka sig en variant av system B, kallat system C visat i fig 4, där ambitionsnivån är att minimera komponenter i avsikt att minska systemkostnaden. Man modulerar här såkerhetsfunktionens laser 1 med hjälp av en modulator 16 med den datasekvens som skall överfö- ras. Sekvensen är i detta fall digitalt kodad. Systemet innebär att system B:s speciella sändare 11 och mottagare 14, enbart åmnade för datatransmission, elimineras. Inteferensdetektorn 15 blir i gengäld mer komplicerad genom att en krets 17 för âterskapande av data till- kommer. Eftersom lasern 1 moduleras digitalt kommer interferensmönst- ret eventuellt att förändras i flankerna mellan databitarna, vilket medför att larm kan utlösas. Därför måste beslutet om larm blockeras i flankerna mellan de databitar som är under sändning. Detta sker 459 052 genom att en signal 18 frân kretsen 17 styr en btockering av Larmkret- sen 10.

Vinsten med system C år aLLtsâ ekonomisk. De komponenter som sparas är en såndardiod, tvâ vâglångdsmultiplexorer samt en mottagare. De komponenter som tittkommer är elektriska och i sammanhanget bittiga.

Då data inte år under sändning måste Lasern, i Likhet med system B, vara aktiv med avsikt att detektera avtappningsförsök under den tid då informationssystemet år inaktivt.

När data år under sändning kommer Larmet att kopplas från i databitar- nas ftanker. Detta kommer inte att innebära någon svaghet i systemet, ty den tid Larmet frânkoppLas år en bråkdel av inversen på systemets datahastighet. Denna tid kommer att röra sig om nâgra nanosekunder och det är helt omöjligt att genomföra en avtappning under så kort tid.

Claims (8)

459 052 Patentkrav:

1. Sätt att detektera yttre påverkan på en multimodfiber i en optisk kabel, k ä n n e t e c k n a t a v att man i övervakningssyfte sän- der koherent strålning genom fibern , att man på mottagningssidan de- lar övervakningsstrålningen i två strålknippen, vardera omfattande hela det interferensmönster som bildas vid överföringen i fibern, att man planpolariserar strålknippena i två skilda riktningar, att man detekterar vardera strålknippets amplitud, att man av dessa bildar en skillnadssignal och att man, då skillnadssignalen i tid och/eller nivå överstiger förutbestämda värden, initierar en larmfunktion.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man delar övervakningsstrålningen i två väsentligen lika intensitets- starka strålknippen.

3. Sätt enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att man planpolariserar strålknippena i två mot varandra väsentligen vinkelräta riktningar.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t a v att man även sänder information i kabeln i en eller flera optiska fibrer.

5. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder separata optiska fibrer i kabeln för informationsöverföring och övervakning.

6. Sätt enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder en optisk fiber i kabeln för övervakning och flera för infor- mationsöverföring.

7. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder en och samma optiska multimodfiber såväl för informations- överföring som övervakning, varvid man sänder de båda typerna signaler på olika våglängder, dvs våglândsmultiplexerade, och av att man på mottagarsidan delar upp signalerna och detekterar dem var för sig. 459 052

8. Sätt enïigt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t a v att man använder en optisk muïtimodfiber, genom vilken man sänder övervak- ningssignaïen digitalt modulerad av informationssignaïen och av att man på mottagningssidan ur den eïektriska signalen från detektorn för ett p1anpo1 ariserat stråïkníppe återskapar ínformatíonssignaïen.