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Beschreibung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fehlerortbestimmung
in Lichtleitfasern oder Lichtleitfaserkabeln, bestehend aus einem Strahlungsteiler
zur Aufteilung eines Eingangslichtsignals eines Lasers, in zwei Teilsignale und
einem Fcc.detektor zum Empfang eines Teilsignals.
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Fehlfl- in Glasfasern bzw. in Glasfaserkabeln lassen sich weder bei
der Produktion noch bei der Verlegung gänzlich vermeiden.
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Zur Lokalisierung der Inhomogenitäten und insbesondere von Brüchen
ist es bereits bekannt, das Verfahren der Impulsreflektometrie aus der Mikrowellen-
und Nachrichtentechnik zu übernehmen.
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Hierbei dient als Lichtquelle ein Halbleiterlaser, der von einem Impulsgenerator
angesteuert wird. Die dadurch entstehenden schr kurzen Lichtimpulse werden über
ein Linsensystem annähernd zu einem Parallelstrahl gebündelt und über einen Strahlteiler
aufgeteilt. Der eine Teil des Lichtes geht für die Messung verloren, während der
zweite Anteil durch ein weiteres Linsensystem fokussiert auf die Kernfläche der
zu untersuchenden Faser trifft. Dort an der Stirnfläche werden die Impulse teilweise
reflektiert und teilweise in die Faser eingekoppelt. Nach einer mehr oder weniger
großen Entfernung stößt dieses eingekoppelte Lichtsignal auf eine beliebige Strstelle,
wird partiell reflektiert und wieder zurückgeleitet. Der Strahlteiler sowie ein
drittes Linsensystem fokussieren die Lichtimpulse dann auf die Fläche eines Fotodetektors.
Die auftreffende Lichtleistung erzeugt einen Fotostrom, den man als Spannungsabfall
über einen Widerstand mit nachgeschaltetem Oszillographen sichtbar machen kann.
Aus dem zeitlichen Abstand der beiden Impulse, die einerseits an der Stirnfläche
der Faser und andererseits an der Inhomogenität erzeugt werden, ist es dann möglich,
die Entfernung der Störstelle oder die Länge der Faser zu bestimmen. Bei der bekannten
Meßvorrichtung besteht das Problem der Fehlerortung darin, möglichst viel Licht
in den Lichtleiter einzukoppeln, um auch ungünstige Brüche noch lokalisieren
zu
können. Dabei entstehen jedoch hohe Ubertragungsverluste durch das Einkopplungslinsensystem
sowie das Auskopplungslinsensystem, so daß eine erhebliche Schwächung des Meßsignals
auftritt, wodurch das Auffinden der Fehlerstellen stark beeinträchtigt werden kann.
Darüber hinaus ist bei der bekannten Meßvorrichtunfy eine komplizierte Justierung
der Linsen und kostspielige Justierungsvorrichtung erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung
zu schaffen, bei der die Übertragungsverluste wesentlich verringert werden und die
als kompaktes Bauteil erstellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art, dadurch erreicht, daß der Strahlungsteiler aus einer Lichtleiterverzweigung
aus drei Lichtleitfasern besteht, wobei an einer Endfläche einer ersten Lichtleitfaser
zwei Abzweig]ichtleitfasern mit ihren Endflächen stumpf durch ein Verbindungsteil
aneinandergesetzt sind und an einer Abzweiglicht leitfaser der Laser angeschlossen
und an der anderen Abzweiglichtleitfaser der Detektor vorgesehen ist sowie die erste
Lichtleitfaser mit einem Stecker verbunden ist. Aufgrund dieser erfindungsgemäßen
Ausgestaltung entfallen also jegliche Linsensysteme zur Fokussierung des Laserlichtstrahles,
wodurch die gesandte Meßvorrichtung wesentlich vereinfacht wird, und darüber hinaus
erfolgt die Lichtübertragung zwischen Laser und zu messendem Kabel und zum Detektor
nicht durch den Luftraum, sondern über Lichtleitfasern, so daß eine beliebige räumliche
Zuordnung von Laser, Detektor und zu messender Lichtleitfaser möglich ist. Weiterhin
wird eine weitgehende Reduzierung der Übertragungsverluste erreicht, denn die Übertragungswege
der Signale innerhalb der Meßvorrichtung können äußerst kurz gehalten werden, so
daß Dämpfungen innerhalb der Meßvorrichtung vernachlässigt werden können. Es erfolgt
lediglich eine einmalige 50-%ige Intensitätsverminderung des ausgestrahlten Laserstrahls
durch die Aufteilung im Strahlungsteiler selbst (3dB Verluste). Eine derartige Verminderung
erfolgt
bei den bekannten Meßvorrichtungen durch den dort verwendeten
Strahlungsteiler zweimal (6dB Verluste). Im übrigen entfallen auch die sonst üblichen
schwierigen Justiermaßnahmen, insbesondere beim Anschluß der zu messenden Lichtleitfaser,
da durch das Ankoppeln über einen Stecker automatisch eine mechanische Justierung
erfolgt, die beliebig reproduzierbar ist. Erfindungsgemäß kann es weiterhin von
Vorteil sein, wenn eine Abzweiglichtleitfaser mit dem Laser vergossen ist und zwischen
der Austrittsfläche des Lasers und der Fasereintrittsfläche ein geringer Spalt besteht
und wenn das Ende der anderen Abzweiglichtleitfaser an den Fotodetektor angegossen
ist oder wenn die schützende Glasplatte der Empfängerdiode entfernt und die Faser
direkt vor die empfindliche Fläche des Detektors gebracht wird.
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Somit erfolgt eine feste Verbindung zwischen dem Laser und dem Strahlungsteiler
und dem Detektor und dem Strahlungsteiler, so daß ein einheitliches Bauteil zusammen
mit dem ebenfalls vorgesehenen Stecker an der ersten Lichtleitfaser entsteht. Der
Spalt zwischen der Austrittsfläche des Lasers und der Fasereintrittsfläche ist deshalb
zweckmäßig, um in diesem Bereich einen Wärmestau zu verhindern, dcr zu einer Zerstörung
des Lasers führen wird. Die derart als kompaktes Bauteil ausgebildete Meßvorrichtung
besitzt Anschlüsse des Detektors an ein Ausgabegerät sowie elektrische Anschlüsse
für den Laser. Es ist beispielsweise denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung als
Einschub eines Meßoszillographen auszugestalten.
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In Ausgestaltung der Erfindung können im Verbindungsteil die Endflächen
der Abzweiglichtleitfasern derart durch Schrägflächen verkleinert und aneinandergesetzt
sein, daß sie gemeinsam eine geschlossene, vorzugsweise etwa kreisförmige, der Endfläche
der ersten Lichtleitfaser entsprechende, geschlossene Stirnfläche bilden. Weiterhin
kann es zweckmäßig sein, wenn die Lichtleitfasern in miteinander verbindbare Gehäuseblöcke
eingesetzt sind.
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Dabei sind die Abzweiglichtleitfasern zweckmäßigerweise mit den Vorderkanten
ihrer Schrägflächen,einen spitzen Winkel von 2< einschließend, mit den Blöcken
aufeinander angeordnet, und der Winkelbereich ist mit einem Medium ausgefüllt, das
einen kleineren Brechungsindex als die Lichtleitfasern hat, und die Schrägflächen
schließen mit den Endflächen einen Winkel von 900 - zu ein.
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Anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipansicht der erfindungsgemäßen
Meßvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch den Strahlungsteiler der Vorrichtung
gemäß Fig. 1.
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Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Vorrichtung
aus einer Lichtleiterverzweigung 1, aus drei Lichtleitfasern 2 bis 4. Dabei ist
die Lichtleitfaser 3 mit den beiden Lichtleitfasern 2 und 4 derart aneinandergesetzt,
die als Abzweiglichtleitfasern ausgebildeten Lichtleitfasern 2 und 4 derart durch
Abschrägungen reduzierte Endflächen haben, daß sie im aneinandergesetzten Zustand
eine der Endfläche der Lichtleitfaser 3 in Größe und Form angepaßte Stirnfläche
besitzen. Dies ist in Fig. 2 näher dargestellt. Die Abzweiglichtleitfaser 2 ist
mit einem Laser 1 verbunden, indem sie vorzugsweise mit diesem unmittelbar vergossen
ist. Dabei ist jedoch zwischen dem Laser bzw.
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dessen Austrittsfläche und der Stirnfläche der Lichtleitfaser ein
geringer Spalt vorgesehen. Die erste Lichtleitfaser 3 ist an einen Stecker 7 angeschlossen.
Über diesen Stecker 7 kann eine zu ntessende Glasfaser 8 angeschlossen werden. Die
Abzweiglichtleitfaser 4 ist mit einem Fotodetektor 9 verbunden. Dabei kann es sich
ebenfalls um eine Gießverbindung handeln. Das Vergießen des Lasers 5 und des Fotodetektors
9 mit den Lichtleitfasern 2 bzw. 4 erfolgt, nachdem diese vorher aufeinander justiert
worden sind.
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Der Strahlungsteiler 1 aus den drei Lichtleitfasern 2, 3, 4, der Laser
5, der Fotodetektor 9 und der Stecker 7 sind zweckmäßigerweise zu einem einheitlichen
Bauteil zusammengeschlossen. Dabei ergibt sich eine äußerst kompakte Ausführung
dieses Bauteils, da die Lichtleitfasern 2, 3, 4 beliebig innerhalb des Bauteils
verlaufen können. Der Laser wird über einen Impulsgenerator 10 angesteuert, und
der Fotodetektor ist mit einem Oszillographen 11 verbunden, der über den Impulsgenerator
getriggert wird. Der Strahlungsverlauf innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist wie folgt:
Der mit einer Abzweiglichtleitfaser verbundene Laser
sendet ein Lichtsignal aus, das über den Strahlungsteiler 1 und den Stecker 7 in
die Glasfaser, die zu untersuchen ist, eingeleitet wird.
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An der Stirnfläche der Glasfaser im Stecker 7 entsteht ein erstes
Reflexionssignal in Form eines Impulses, das über die Lichtleiterverzweigung 1 durch
Teilung einerseits zurück zum Laser 5 und andererseits auf den Fotodetektor 9 unter
Intensitätsteilung geleitet wird. Der Fotodetektor 9 mißt den aufgenommenen Impuls
und gibt das in ihm erzeugte elektrische Signal auf einen Oszillographen 11. Der
an der Stirnfläche nicht reflektrierte Strahlungsanteil verläuft weiter durch die
Glasfaser 8, bis er an die Inhomogenitätsstelle, z. B. einen Faserbruch, anlangt.
Dort entsteht ein zweiter Reflexionsimpuls, der wie der erste einerseits zum Laser
zurück und andererseits auf den Fotodetektor 9 geleitet wird. Dort wird ebenfalls
wieder ein Meßsignal erzeugt, das zum Oszillographen geleitet wird. Auf dem Oszillographen
kann dann der zeitliche Abstand der beiden Impulse erfaßt werden und aus diesem
Abstand der Ort der Fehlerstelle in der Glasfaser selbst ermittelt werden.
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Fig. 2 zeigt den näheren Aufbau des Strahlungsteilers selbst.
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Die drei Lichtleitfasern 2, 3, 4 sind jeweils in Blöcke 13, 14, 15
eingegossen. Dabei sind die Blöcke 13, 14, die zur Aufnahme der Abzweiglichtleitfasern
2, 4 dienen, derart zueinander angeordnet, daß ihre Vorderkanten 16 aufeinander
liegen und die Blöcke einen spitzen Winkel 2< einschließen. Der Winkelbereich
ist mit einem Kleber 17 ausgefüllt, dessen Brechungsindex kleiner ist als der der
Lichtleitfasern 2, 4, so daß in diesem Bereich Totalreflexion entsteht und ein Austritt
des Lichtstrahls verhindert wird. Die Lichtleitfasern 2, 4 weisen Schrägflächen
18 auf, die mit der Oberfläche der Blöcke zusammenfallen. Die Schrägflächen sind
derart ausgeführt, daß die Endflächen der Lichtleitfasern etwa halbkreisförmig ausgebildet
sind. Dadurch entsteht beim Aufeinandersetzen der Blöcke eine etwa kreisförmige
Stirnfläche der zusammengesetzten Lichtleitfasern. Die Schrägflächen der Lichtleitfasern
bzw. die entsprechende Fläche
der Blöcke schließt mit der Endfläche
einen Winkel von 900 .
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ein. Die beiden Blöcke 13, 14 sind mit dem die Lichtleitfaser 3 aufnehmenden
Block derart stumpf verbunden, daß die Endllacht der Lichtleitfaser 3 mit der aus
den beiden Lichtleitfasern ?, 4 gebildeten Stirnflache zusammenfällt. Der Block
15 ist mit dn beiden Blöcken 13, 14, nachdem sie auf maximalen Durchang positioniert
worden sind, beispielsweise verklebt. Demnach entsteht ein starrer Strahlungsteilerkörper.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt es wesentlich auf die
räumliche Zuordnung der Lichtleitfasern 2, 3, 4 zum Laser, zum Stecker und zum Fotodetektor
an, denn wesentlich dabei ist, daß die Abzweiglichtleitfasern mit dem Laser und
dem Fotodetektor verbunden sind, während die Lichtleitfasern mit dem unverminderten
Querschnitt an den Stecker angeschlossen sein muß.