DE4035754A1

DE4035754A1 - METHOD AND REFLECTOMETER FOR EXAMINING AN OPTICAL LEAD

Info

Publication number: DE4035754A1
Application number: DE19904035754
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Wolf
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1992-05-14

Abstract

The reflectometer examination system has an optical transmitter (2) providing a test signal (I(6)) fed to the light guide (1), with the back scattered light signal converted into an electrical measuring signal (r(t)). The test signal (I(t)) exhibits a rapid pump between an initial value and a final value. The back-scattered signal is differentiated to obtain the output signal (d(t)), via a differentiator (12) coupled to the optical detector (11) converting the back-scattered light (R(t)) into an electrical signal (r(t)). ADVANTAGE - High measuring accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen eines optischen Leiters mit einem Reflektometer, bei dem ein opti scher Sender zum Aussenden eines Prüfsignals veranlaßt wird, das in den zu untersuchenden optischen Leiter eingekoppelt wird, und bei dem in dem optischen Leiter erzeugte Rückstreu signale in elektrische Meßsignale umgeformt werden.The invention relates to a method for examining a optical conductor with a reflectometer, in which an opti sher transmitter is caused to transmit a test signal, that is coupled into the optical conductor to be examined and with the backscatter generated in the optical conductor signals are converted into electrical measurement signals.

Bei einem derartigen aus der GB 20 92 743 A bekannten Verfah ren wird ein optischer Sender durch Rechteckimpulse eines An steuerimpulsgenerators zum Aussenden eines optischen Recht eckimpulses als Prüfsignal angeregt. Das Prüfsignal wird über eine optische Kopplungseinrichtung in ein Ende eines zu unter suchenden optischen Leiters (Lichtwellenleiter) eingekoppelt. Das eingekoppelte Prüfsignal wird infolge der Dämpfung inner halb des optischen Leiters (Rayleigh-Rückstreuung) und an Stör stellen (Fresnel-Reflexion) zu dem einen Ende zurückgestreut. Diese Rückstreusignale werden über die Kopplungseinrichtung einem optischen Empfänger zugeführt und in elektrische Meß signale umgeformt. Die elektrischen Meßsignale stellen in ihrer Intensität eine Funktion der Zeit dar, die beispielsweise zur Bestimmung des Dämpfungsprofils des optischen Leiters über seine Länge oder zur Bestimmung von Fehlerorten (Fresnel-Re flexionen) des optischen Leiters ausgewertet werden können.In such a method known from GB 20 92 743 A Ren becomes an optical transmitter by rectangular pulses of an An control pulse generator for sending an optical right corner pulse stimulated as a test signal. The test signal is over an optical coupling device in one end of one under looking optical fiber (optical fiber) coupled. The injected test signal becomes internal due to the damping half of the optical conductor (Rayleigh backscattering) and sturgeon (Fresnel reflection) scattered back to one end. These backscatter signals are via the coupling device fed to an optical receiver and in electrical measuring signals reshaped. The electrical measurement signals represent in their Intensity is a function of time, for example Determination of the attenuation profile of the optical conductor via its length or for determining fault locations (Fresnel-Re flexions) of the optical conductor can be evaluated.

Die Ortsgenauigkeit dieser Auswertung, d. h. die lokale Auflö sungsfähigkeit, und die Signalausbeute bei dem bekannten Verfahren sind von Gestalt (Anstiegszeit, Dauer und Abfallzeit) des als Prüfsignal verwendeten Reckteckimpulses bestimmt. Zur Erzielung einer möglichst guten Auflösung ist man daher be strebt, das Prüfsignal einem Dirac-Impuls möglichst ähnlich auszubilden. Unter Dirac-Impuls ist ein idealer Impuls mit der Impulsbreite 0 und der Fläche 1 zu verstehen (vgl. z. B. Otto Mildenberger "Grundlagen der Systemtheorie für Nachrichten technik", Hansa-Verlag, 1981, S. 48-50). Auch mit einem hohen schaltungstechnischen Aufwand sind technisch jedoch nur Impulse mit einer endlichen Impulsbreite und Impulshöhe - und mit einer dadurch begrenzten Impulsenergie - realisierbar. Durch die endliche Impulsbreite ist auch bei annähernd rechteckförmigen Prüfsignalen die Auflösung begrenzt; durch die endliche Im pulsenergie ist die Signalausbeute begrenzt.The location accuracy of this evaluation, ie the local resolution, and the signal yield in the known method are determined by the shape (rise time, duration and fall time) of the stretching pulse used as the test signal. In order to achieve the best possible resolution, the aim is to design the test signal as similar to a Dirac pulse as possible. Dirac pulse is an ideal pulse with pulse width 0 and area 1 (see, for example, Otto Mildenberger "Fundamentals of system theory for communications technology", Hansa-Verlag, 1981, pp. 48-50). Even with a high level of circuitry complexity, however, technically only pulses with a finite pulse width and pulse height - and with a limited pulse energy - can be realized. The resolution is limited by the finite pulse width even with approximately rectangular test signals; The signal yield is limited by the finite pulse energy.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Untersuchen eines optischen Leiters zu schaffen, das sich durch eine sehr hohe Meßgenauigkeit auszeichnet.The invention is therefore based on the object of a method to inspect an optical conductor to create the characterized by a very high measuring accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Prüfsignal ein sprunghaft von einem Ausgangswert auf einen Endwert geändertes Sprungsignal verwendet wird und daß die Meßsignale aus der zeitlichen Differentiation der Rückstreusignale gewonnen werden. Dazu kann entweder das optische Rückstreusignal auf optischem Wege differenziert oder nach Umwandlung in ein elek trisches Signal differenziert werden. Durch die zeitliche Dif ferentiation (mathematische Ableitung nach der Zeit) werden die durch den konstanten Ausgangs- bzw. Endwert hervorgerufenen Gleichanteile eliminiert, so daß die Ortsauflösung im wesent lichen in vorteilhafter Weise nur durch das Anstiegsverhalten des Sprungsignals bestimmt ist. Dadurch, daß das Prüfsignal für die Messung auf dem Endwert verbleibt, ergeben sich keine Ab hängigkeiten des Meßergebnisses von der Dauer bzw. dem Abfall verhalten des Prüfsignals. Das Prüfsignal kann somit in vor teilhafter Weise ausschließlich auf eine einzige Eigenschaft, nämlich das Anstiegsverhalten, im Hinblick auf die Ortsauf lösung optimiert werden. Durch geeignete Wahl der Sprunghöhe des Sprungsignals ist eine sehr günstige Signalausbeute erreichbar. This object is achieved in a method of type mentioned solved in that a test signal suddenly changed from an initial value to a final value Jump signal is used and that the measurement signals from the temporal differentiation of the backscatter signals obtained will. To do this, either the optical backscatter signal can be applied differentiated optically or after conversion into an elec signal can be differentiated. Due to the temporal dif ferentiation (mathematical derivation according to time) are the caused by the constant initial or final value Identical components eliminated, so that the spatial resolution essentially Lichen advantageously only by the rise behavior of the jump signal is determined. The fact that the test signal for the measurement remains at the final value, there are no Ab dependencies of the measurement result on the duration or the drop behavior of the test signal. The test signal can thus be in front only in one property, namely the rise behavior, with regard to the local up solution can be optimized. By choosing the right jump height the jump signal is a very favorable signal yield reachable.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemäß der Erfindung bei einem Reflektometer zum Untersuchen eines opti schen Leiters mit einem optischen Sender zur bedarfsweisen Abgabe eines Prüfsignals, mit einer Kopplungseinrichtung zum Einkoppeln des Prüfsignals in ein Ende des optischen Leiters und zum Zuführen von in dem optischen Leiter entstehenden und aus dem einen Ende austretenden Rückstreusignalen zu einem optischen Empfänger, vorgesehen, daß das Prüfsignal ein durch sprunghafte Anderung eines Ausgangswertes auf einen Endwert gebildetes Sprungsignal ist und daß dem einen Ende des Leiters in Austrittsrichtung der Rückstreusignale eine Differenzier einrichtung nachgeordnet ist. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Reflektometers besteht darin, daß ein Prüfsignal, das sich sprunghaft von einem Ausgangswert auf einen Endwert verändert, mit verhältnismäßig einfachen schal tungstechnischen Mitteln realisierbar ist. So sind an die dynamischen Eigenschaften des Senders bzw. Empfängers wegen der möglichen hohen Impulsenergie des Prüfsignals bzw. der dadurch gewährleisteten relativ hohen Signalintensität der Rückstreu signale keine hohen Anforderungen zu stellen. Es können daher preiswerte Bauelemente verwendet werden. Auch die nachgeordnete Differenziereinrichtung ist verhältnismäßig einfach und damit kostengünstig realisierbar, so daß sich das erfindungsgemäße Reflektometer in vorteilhafter Weise insgesamt durch einen einfachen Aufbau und eine hohe Betriebszuverlässigkeit aus zeichnet. Die Differenziereinrichtung kann dem optischen Empfänger zur optischen Differenzierung vor oder zur elektri schen Differenzierung nachgeordnet sein.To carry out the method according to the invention Invention with a reflectometer for examining an opti conductor with an optical transmitter as needed Delivery of a test signal, with a coupling device for Coupling the test signal into one end of the optical conductor and for supplying and in the optical conductor backscatter signals emerging from one end to one optical receiver, provided that the test signal a through abrupt change of an initial value to a final value is formed jump signal and that one end of the conductor a differentiator in the exit direction of the backscatter signals facility is subordinate. A major advantage of the reflectometer according to the invention is that a Test signal that jumps from an initial value changed a final value, with relatively simple scarf technical means is feasible. So are those dynamic properties of the transmitter or receiver because of the possible high pulse energy of the test signal or the resultant guaranteed relatively high signal intensity of the backscatter signals not to make high demands. It can therefore inexpensive components are used. Even the subordinate Differentiating device is relatively simple and therefore Realizable inexpensively, so that the invention Reflectometer advantageously by a total simple structure and high operational reliability draws. The differentiating device can the optical Receiver for optical differentiation before or for electri subordinate differentiation.

Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The invention is further elucidated on the basis of the drawing explained; show it:

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf eines Prüfsignals und Fig. 2 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Re flektometers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens. Fig. 1 shows the time course of a test signal and Fig. 2 schematically shows the structure of a re flectometer according to the invention for carrying out the method according to the invention.

Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität I eines Prüfsignals I(t), das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. in dem erfindungsgemäßen Reflektometer Anwen dung findet. Das Prüfsignal I(t) - dargestellt als abge gebene Lichtleistung eines optischen Senders - erhöht seine Intensität I zu einem Zeitpunkt t₀ sprunghaft von einem Aus gangswert I₀ auf einem Endwert I₁ und behält diesen Endwert I₁ bis zum Abschluß der Messung bei. Fig. 1 shows the time course of the intensity I of a test signal I (t), which is used to carry out the method according to the invention or in the reflectometer according to the invention. The test signal I (t) - shown as the given light output of an optical transmitter - increases its intensity I at a time t₀ abruptly from an initial value I₀ to a final value I₁ and maintains this final value I₁ until the end of the measurement.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Reflektometer zum Unter suchen eines optischen Leiters 1 (Lichtwellenleiter) mit einem optischen Sender 2 (gesteuerte Lichtquelle), die zur bedarfsweisen Abgabe eines Prüfsignals I(t) (vgl. Fig. 1) in der Lage ist. Das Prüfsignal I(t) wird über eine optische Leitung 3 einer Kopplungseinrichtung 4 zugeführt, mit der ein Ende 5 des Leiters 1 verbunden ist. Das Prüfsignal I(t) wird in Richtung des Pfeiles 6 in das eine Ende 5 eingespeist; infolge der Dämpfung und infolge von Störstellen 7 in dem Leiter 1 reflektierte Anteile R(t) des Prüfsignals I(t) treten als Funktion der Zeit in Austrittsrichtung 8 aus dem einen Ende 5 des Leiters 1 aus und gelangen über die Kopplungseinrichtung 4 und eine weitere optische Leitung 9 in den optischen Eingang 10 eines optischen Empfängers 11. In dem optischen Empfänger 11 werden die Anteile R(t) in ein elektrisches Meßsignal r(t) um gewandelt, das einer elektrischen Differenziereinrichtung 12 zugeführt wird. Die in der Differenziereinrichtung 12 vorge nommene zeitliche Ableitung des elektrischen Meßsignals r(t) bildet eine Ausgangsgröße d(t), die ein Maß für das Dämpfungs profil bzw. die Lage von Störstellen als Funktion des Ortes x in dem Leiter 1 ist. Grundsätzlich kann die Differenzierung der Rückstreusignale in Austrittsrichtung 8 auch mit einem optischen Differenzierer erfolgen, der vor oder nach der Kopplungseinrichtung 4 angeordnet sein kann. Im übrigen sind die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Reflektometers beispielsweise wie in der eingangs zitierten GB 20 92 743 A ausgebildet. Fig. 2 shows a reflectometer according to the invention for looking for an optical conductor 1 (optical waveguide) with an optical transmitter 2 (controlled light source), which is capable of delivering a test signal I (t) as needed (see FIG. 1). The test signal I (t) is fed via an optical line 3 to a coupling device 4 to which one end 5 of the conductor 1 is connected. The test signal I (t) is fed in the direction of arrow 6 into one end 5 ; due to the damping and due to impurities 7 in the conductor 1 , portions R (t) of the test signal I (t) reflected as a function of time in the exit direction 8 emerge from one end 5 of the conductor 1 and pass through the coupling device 4 and another optical line 9 into the optical input 10 of an optical receiver 11 . In the optical receiver 11 , the components R (t) are converted into an electrical measurement signal r (t), which is fed to an electrical differentiating device 12 . The time derivative of the electrical measurement signal r (t) made in the differentiating device 12 forms an output variable d (t) which is a measure of the damping profile or the position of impurities as a function of the location x in the conductor 1 . In principle, the backscatter signals can also be differentiated in the exit direction 8 with an optical differentiator, which can be arranged before or after the coupling device 4 . Otherwise, the individual components of the reflectometer according to the invention are designed, for example, as in GB 20 92 743 A cited at the beginning.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Re flektometer zeichnen sich durch eine äußerst einfache Struk tur und damit durch eine hohe Störunanfälligkeit aus. Es ist lediglich darauf zu achten, daß das Sprungsignal das in der Fig. 1 idealisiert dargestellte sprunghafte Verhalten aufweist; aufwendige schaltungstechnische Maßnahme zur Steu erung der Dauer bzw. des Abfallverhaltens des Prüfsignals sind bei dem erfindungsgemäßen Reflektometer nicht notwendig.The inventive method and the inventive reflectometer are characterized by an extremely simple structure and thus by a high susceptibility to interference. It is only necessary to ensure that the jump signal has the jumpy behavior shown ideally in FIG. 1; Complex circuitry measures to control the duration or the drop behavior of the test signal are not necessary in the reflectometer according to the invention.

Claims

1. A method for examining an optical conductor ( 1 ) with a reflectometer, in which an optical transmitter ( 2 ) for emitting a test signal (I (t)) is caused, which is coupled into the optical conductor ( 1 ) to be examined, and in which backscatter signals generated in the optical conductor ( 1 ) are converted into electrical measurement signals (r (t)), characterized in that the test signal (I (t)) is a jump from an initial value (I₀) to a final value (I₁) changed jump signal is used and that the measurement signals are obtained from the temporal differentiation of the backscatter signals.

2. Reflectometer for examining an optical conductor ( 1 ) with an optical transmitter ( 2 ) for emitting a test signal (I (t)) as required, with a coupling device ( 4 ) for coupling the test signal (I (t)) into one end ( 5 ) of the optical conductor ( 1 ) and for supplying backscatter signals emerging in the optical conductor ( 1 ) and emerging from one end ( 5 ) to an optical receiver ( 11 ), characterized in that the test signal (I (t)) is a jump signal formed by a sudden change in an output value (I₀) to a final value (I₁) and that one end ( 5 ) of the conductor ( 1 ) in the exit direction ( 8 ) of the backscatter signals is followed by a differentiating device ( 12 ).