SE463337B - Saett att detektera yttre paaverkan paa en optisk kabel - Google Patents

Description

.|- C,\ O i (_. l (__ '.

-NQ multimodsystem för detta ändamål. Det är därför ett mycket viktigt att kunna skapa ett säkerhetssystem för singelmodfibrer.

Idag finns det några system för att upptäcka obehörig påverkan på en optisk fiber, vilka alla baserar sig på övervakning av den optiska effekt som transporteras i fiberkärnan. Principen är kortfattat att en yttre påverkan sänker effektnivån i fibern, varvid ett larm utlöses.

Förfarandet kan liknas med en intensitetsmodulerad sensor, vilken är den minst känsliga sensortypen. Systemen har betydande nackdelar och kan inte med tillfredsställande grad av säkerhet upptäcka obehörig befattning med den optiska fibern eller kabeln.

Nästa generation av säkerhetssystem måste med stor sannolikhet arbeta efter någon princip som medför större möjlighet att detektera en manipulation av optofibern. En sådan princip kan vara baserad på att varje yttre påverkan av fibern modulerar ljusets fas, vilket mottagar- sidan kan detektera. Detta är den sensorprincip som medför störst känslighet. Föreliggande uppfinning utnyttjar detta system för att lösa det aktuella problemet genom att uppfinningen får den utformning som framgår av de efterföljande patentkraven.

Uppfinningen kommer i det följande att närmare beskrivas under hänvis- ning till bifogade ritningar där fig 1 visar en laser, en fiber, i vilken strålningen utbreder sig i flera moder och utseendet på interferensmönstret efter fibern, fig 2 visar en interferensdetektor enligt uppfinningen och fig 3 visar ett överföringssystem med informationssignal och övervakningssignal våglängdsmultiplexerade på en optisk multimodfiber.

Det föreslagna sâkerhetssystemet bygger på detektion av förändringar i fastillståndet hos det ljus som transmitteras i en singelmodfiber. I en singelmodfiber förekommer det endast en utbredningsmod för ljus som har en våglängd som ligger över fiberns "cutoff" våglängd eller gräns- våglängd. Ljus med lägre våglängd som transmitteras i singelmodfibern .Is CA (N (J l .r l -._'_l kommer att utbredas i flera utbredningsmoder. Singelmodfibern kommer då att uppträda som en så kallad multimodfiber.

I en multimodfiber förekommer det en mängd utbredningsriktningar be- roende på den infallsvinkel till fibern som de infallande “ljusstrå- larna" har. Dessa utbredningsriktningar kallas moder. Om koherent ljus, såsom i figur 1, från en laser 1 transporteras i fibern 2 och det utfallande ljuset får belysa t ex ett vitt papper, kommer ett interferensmönster 3 att framträda på papperet. Detta mönster kallas vanligen speckelmönster. Mönstret orsakas av att multimodfiberns olika utbredningsmoder samverkar på ett konstruktivt eller destruktivt sätt.

Detta interferensmönster är extremt känsligt för yttre pâkänningar på fibern eftersom modernas inbördes fasförhâllande förändras vid pâkän- ningen, vilket i sin tur orsakar en rörelse av interferensmönstret. Om denna rörelse kan detekteras erhålles en mycket noggrant sätt att upptäcka påverkan på fibern. Koherenslängden hos ljuset mäste vara längre än vägskillnaden hos de högsta respektive lägsta moderna.

En metod att detektera detta mönster är att placera en fotodiod på ett bestämt ställe t ex ett intensitetsmaximum och iaktta intensitetsvari- ationerna. Nackdelen med detta är att mönstret fädar på grund av den slumpvisa fasskillnaden mellan utfallande moder, vilka inte faller ut likformigt i tiden. Nedan anges en metod att lösa problemet.

Fasförhâllandena kan förändras p g a förändringar i ljuskällans spekt- rala karakteristik orsakad av t ex modulation av laserdioden, av tem- peraturvariationer hos ljuskällan, av temperaturvariationer längs op- tofibern och av slumpmässig fördelning av utbredningsmoderna i optofi- bern, t ex orsakad av konkatineringspunkter. Sådana "godartade" för- ändringar skall inte utlösa larm. Endast de "elakartade“ förändring- arna som beror på avtappningsförsök skall utlösa larm. Nu är det emellertid så att de "godartade" förändringarna påverkar strålningen i alla polarisationsriktningar likformigt, vilket inte är fallet för de "elakartade“ förändringarna.

Det utfallande ljuset från fiberänden delas därför av en stråldelare 4 upp i två strâlknippen, se figur 2. Vardera strålknippet omfattar hela det interferensmönster som bildas vid överföringen i fibern. Man kan l*- CN U l (J-l (__, s -a -Iä lämpligen välja en uppdelning i två väsentligen lika starka strålknip- pen även om detta inte är nödvändigt. De två strâlknippena planpolari- seras sedan i skilda riktningar av två polarisatorer 5 och 6. Man kan lämpligen välja två mot varandra väsentligen vinkelräta riktningar, även om detta inte är nödvändigt. I en lämplig utföringsform av upp- finningen detekteras sedan de två utfallande strålknippena av detekto- rer 7 och 8 oberoende av varandra och skillnaden i amplitud jämförs i en differentialförstärkare 9. Den utgående signalen från differenti- alförstärkaren 9 behandlas av elektronik 10 som avgör om larm ska genereras. Beslutet om larm tas enligt ett på förhand bestämt larmkri- terium. Anledningen till införandet av ett larmkriterium är att speckelmönstret orsakar ett tillskottsbrus hos detektorn. Detta brus uppkommer på grund av att speckelmönstrets slumpartade förändringar över detektorarean orsakar en fluktuerande elektronström. Fluktuatio- nerna består dels av förändringar i själva mönstret och dels av trans- missionslänkens ingående modfilter såsom t ex kontakter och skarvar, vilka olikformigt förändrar fasläget i optofibern och därmed orsakar intensitetsförändringar. En viss fluktuation kommer då även att upp- träda i den bildade skillnadssignalen, även om direkta intensitetsbe- roende fluktuationer tar ut varandra genom bildandet av skillnadssig- nalen. Larmkriteriet skall vara sådant att larm endast orsakas av kabelberöringar vilka ger upphov till en förändring i speckelmönstret som signifikant överskrider den genererade brussignalen.

I stället för att bilda en skillnadssignal kan man bilda andra typer av signaler som utgör ett mått på beröringen. Sålunda kan man detekte- ra skillnader i kvoten mellan de tvâ signalerna eller förändringar i frekvensfördelningen mellan dem; En första utföringsform av uppfinningen innebär att en punkt till punkt-förbindelse består av tvâ singelmodfibrer i samma optokabel. Den ena singelmodfibern används för att sända data och den andra för övervakningsândamâl. Övervakningssignalen sänds med en våglängd under fiberns gränsvâglângd, vilket medför att strålningen utbreder sig i flera moder. Eftersom de tvâ fibrerna löper i samma kabel, kommer försök att genomtränga kabeln, att detekteras av sensorfibern. Skulle det otroliga inträffa, att kabeln genomträngs utan upptäckt, kommer med hög sannolikhet ett larm att genereras, när man försöker avtappa _! a C \ 0-1 (_ v (N i sms! fibern på information. Anledningen är dels att man har 50 % chans att ta fel fiber och dels att fibrerna sitter så sätt ihop att båda fib- rerna måste vidröras, vilket resulterar i ett larm. Genom att instal- lera fler sensorsystem i en kabel med flera fibrer, på så sätt att kabeln består av ett större antal sensorfibrer och en informationsfi- ber, kan sannolikheten för upptäckt ökas ytterligare.

Det är dock kanske mest motiverat att använda systemet i flerfiberkab- lar med en sensorfiber och flera informationsfibrer. Kostnaden för säkerhetsfunktionen delas då upp på de i fiberkabeln ingående trans- missionskanalerna. Fiberkabeln med de ingående transmissionskanalerna blir då både mycket säker, samtidigt som man uppnår högre kostnadsef- fektivitet.

I en andra utföringsform av uppfinningen, visat i figur 3, förutsätts att man, delvis av säkerhetsskäl, använder en singelmodfiber per för- bindelse. Den datasekvens som ska överföras sänds av en sändare 11 på en våglängd över gränsfrekvensen och överförs i singelmod och övervak- ningssignalen sänds av sin sändare 1 på en våglängd under gränsvåg- längden för singelmodfibern, varvid övervakningssignalen överförs i flera moder. Här, liksom beträffande det tidigare nämnda systemet, kan dataföljden vara såväl analogt som digitalt kodad. Signalerna våg- längdsmultiplexeras i en vâglängdsmultiplexor 12 och delas upp i en demultiplexor 13. Systemet sänder således data och övervakningssignal på samma singelmodfiber. Data detekteras i mottagaren 14 och övervak- ningssignalen i interferensdetektorn 15 enligt figur 2. Detta medför att varje försök till avtappning med mycket stor sannolikhet kommer att detekteras av interferensdetektorn 15 och generera larm. Om det högst osannolika skulle inträffa, att någon obemårkt lyckas skala fiberkabeln utan upptäckt, kommer larm att genereras då optofibern 2 utsätts för avtappningsförsök. När data inte är under sändning skall interferensdetektorn 15 fortfarande att vara aktiv och generera larm vid avtappningsförsök.

Claims (8)

Patentkrav:

1. Sätt att detektera yttre påverkan på en optisk kabel innefattande en eller flera singelmodfibrer, i vilka information överförs i singel- mod, k ä n n e t e c k n a t a v att man i övervakningssyfte i minst en singelmodfiber sänder koherent strålning med en våglängd under fiberns gränsvåglängd, vilket medför att strålningen utbreder sig i flera moder, att man på mottagningssidan delar övervaknings- strålningen i tvâ strâlknippen, vardera omfattande hela det interfe- rensmönster som bildas vid överföringen i fibern, att man planpolari- serar strålknippena i tvâ skilda riktningar, att man detekterar varde- ra strålknippets amplitud och/eller frekvensmässiga innehåll, att man av detta bildar en signal som är ett mått på deras amplitudmässiga och/eller frekvensmässiga förhållande och att man, då signalen i tid och/eller nivå överstiger förutbestämda värden, initierar en larm- funktion.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man delar övervakningsstrålningen i tvâ väsentligen lika intensitetsstarka strâl kni ppen .

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

4. Sätt enligt patentkravet 1, 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.

5. Sätt enligt patentkravet 4, 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 informationsöverföring.

6. Sätt enligt patentkravet 1, k å n n e t e c k n a t a v att man använder en och samma optiska singelmodfiber såväl för informationsöverföringen som övervakningen, varvid man sänder de båda typerna signaler vågländsmultiplexerade, och av att man på mottagarsidan delar upp signalerna och detekterar dem var för sig. 4:. (in c>1 C W (_ 1 \a

7. Sätt enligt något av de tidigare patentkraven k ä n n e t e c k - n a t a v att man biïdar skilïnaden i ampïitud melïan de tvâ strâï- knippena.

8. Sätt enïigt något av patentkraven 1-6 k ä n n e t e c k n a t a v att man biïdar amp1itudkvoten me11an de tvâ strâïknippena.