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    • 专利摘要:
    Einebevorzugte Vorrichtung und Verfahren werden vorgestellt, bei denenein verteilter Lichtwellensonsor verwendet wird, um eine Störung entlang dessenLänge zudetektieren. Ein Puls aus polarisiertem Licht wird in eine Lichtfaserabgeschickt; beim Fortschreiten des Pulses entlang der Lichtfaserverliert dieser durch Rayleighsche Rückstreuung kontinuierlich einekleine Menge seiner Energie. Das Rayleighsche Rückstreuungslicht wird durchein polarisationsempfindliches Element, wie ein Lichtfasern-Polarisator,analysiert. Die Dynamik der Zeitabhängigkeit der Polarisation desanalysierten, rückgestreutenLichtes wird verwendet, um zu ermitteln, ob eine Störung entlangdes Lichtfasernstücksvorgelegen hat. Diese Technik kann in Anwendungsbereichen verwendetwerden, wie Lichtfaser-Telekommunikation, Sicherheitszonen, Branddetektionund Rohrleitungen.
    公开号:DE102004029810A1
    申请号:DE200410029810
    申请日:2004-06-19
    公开日:2005-02-03
    发明作者:Francis M. Haran
    申请人:SENSTAR-STELLAR CORP CARP；Senstar Stellar Corp；
    IPC主号:G01M3-18
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtungzur Feststellung von Störungenentlang eines Lichtfaserstücks.Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Reflexionsmessungvon optischen polarisierten Wellen im Zeitbereich (engl.: PolarizationOptical Time Domain Reflectometry = POTDR), um festzustellen, obeine Störungentlang eines Lichtfaserstücksaufgetreten ist. Diese Technik kann für Sicherheitsanwendungen aufden Gebieten, wie Lichtfaser-Sicherheitszone, Telekommunikation,Brandentdeckung und Rohrleitungen verwendet werden, ohne daraufbeschränkt zusein.
    [0002] EineAnzahl von Einbruchmeldeanlagen wird kommerziell hergestellt. Vieledieser Anlagen haben Überwachungsbereichlängen vonDekaden von Metern bis zu einigen Kilometern. Des öfteren stellen dieseSysteme nur fest, ob ein Eindringen in den Überwachungsbereich vorliegtoder nicht. Es wäre beieiner Einbruchmeldeanlage vorteilhaft, die spezifische Stelle derStörungim Überwachungsbereich feststellenzu können.Die genaue Lokalisierung der Stelle würde eine schnelle Beurteilungdes Eingriffs mittels entweder Video- oder Menscheneinsatz möglich machen.
    [0003] Standder Technik auf dem Gebiet der Lichtfaser-Sicherheitsausrüstung umfasstpolarimetrische Multimode-Lichtfasersensoren, die auf der Differentialkopplungdes Lichtes zwischen den Polarisationszuständen in einer Multimode-Lichtfaserberuhen. Wenn eine Störungentlang einer Strecke des Multimode-Lichtwellenleiters auftritt,kommt es zur Kopplung zwischen den räumlichen Moden, die sich innerhalbder Faser ausbilden und den Polarisationseigenzuständen. Lichtfasersensorendes Standes der Technik verwenden eine Multimode-Dauerstrichlaserdiode.Das System wird im Transmissionsbetrieb verwendet. 1 zeigt eine schematische Darstellungder relevanten optischen Teile eines Lichtfasersensors, wie dervon Senstar-Stellar Corporation aus Carp, Ontario, Kanada unter derBezeichnung IntelliFIBERTM vermarktet wird.Polarisiertes Licht wird von einer Anschlusslaserdiode 102 ineine Multimode-Sensorfaser 103 ausgesendet. Wird die Faser 103 gestört, wirdLicht zwischen den s- und p-Polarisationszuständen gekoppelt. Die Frequenzund Stärkeder Kopplung ist von der Frequenz und Stärke der Störung abhängig. Die s- und p-Polarisationszustände werdendurch die Richtung der Einfallsebene des Polarisationsstrahlenteiler-(PBS) Würfels 105 definiert.Durchgehendes Licht wird aus der Faser 103 an einem Kollimator 104 undin die s- und p-Polarisationsausgangsanschlüsse des PBS-Würfels 105 emittiert.Licht aus dem PBS-Würfel 105 wirddann auf Silizium (Si)-PIN-Photodiodendetektiert, die durch einen p-Zustandsdetektor 101 undeinen s-Zustandsdetektor 106 dargestellt sind. Die Differenzin der Ausgangsspannung der Si-PIN-Photodioden 101, 106 istabhängigvon der Störung,so dass die Differenz dazu verwertet werden kann, ein Eindringenzu identifizieren.
    [0004] AndereLichtfasersensoren verwenden die Neuverteilung der Energie in denräumlichenModen einer Multimode-Faser, um Störungen der Faser festzustellen.Beispiele hierzu beinhalten das US-Patent 5.144.689, patentiertfür Lovelyam 1. September 1992 und die PCT-Offenlegungsschrift WO9608695, eingereichtvon Tapanes am 28. Mai 1997. Die optische Konfiguration dieser Sensorengemäß dem Standder Technik ist der ähnlich,die in 1 gezeigt ist,mit der Ausnahme, dass der PBS durch einen Modalfilter (d.h. eineBlende) ersetzt ist. Im Falle des Standes der Technik gemäß US-Patent5.144.689 beinhaltet der Lichtfasersensor ein in Reihe angeordnetesAbstandsstückzwischen der Sensorfaser und einer Empfangsfaser und im Falle derPCT-Offenlegung WO9608695 ist eine Faser mit einem kleineren Kerndurchmesser(d.h. Einmodenfaser) thermisch auf die Multimode-Sensorfaser gespleißt. Beidedieser Techniken führenzu einem großenVerlust bezüglichder optischen Energie.
    [0005] Dieaktuellen Sensoren des Standes der Technik, die oben beschriebenwurden, sind alle gleichermaßenungeeignet, die Stelle der Störungim Überwachungsbereich,insbesondere an jeder spezifischen Stelle entlang des Faserstücks, zuidentifizieren.
    [0006] Dievorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, einenLichfaser-Sensormechanismuszu schaffen, der auf effektive Weise die Stelle von Störungen entlangeines Lichtfaserstücksbei einer Vielzahl von Sicherheitsanwendungen feststellt.
    [0007] Dievorliegende Erfindung stellt eine Entfernungssensorvorrichtung zurDetektion einer Störung aufeinem bestimmbaren Abschnitt entlang eines Lichtfaserstücks bereit,wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Senderabschnitt zurAbsendung eines gepulsten, polarisierten, optischen Signals; einenSensorabschnitt zur Übertragungeines Teils des genannten polarisierten, optischen Signals innerhalbder genannten Lichtfaser, und einen Empfangsabschnitt zum Empfangeines Teils eines rückgestreuten,optischen Signals aus dem genannten Sensorabsehnitt, wobei das genannterückgestreute, optischeSignal eine Polarisationsänderungs-und Zeitablaufsinformation in Bezug auf das genannte, gepulste,polarisierte, optische Signal bereitstellt, die ausreicht, einenOrt einer Störungentlang der genannten Lichtfaser festzustellen.
    [0008] Dievorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Detektion einerStörungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang eines Lichtfaserstücks bereit,welches rückgestreuteoptische Signale verwendet, die ausreichend Polarisationsänderungs- undZeitablaufsinformation bereitstellen, um den Ort der genannten Störung festzustellen,wobei das genannte Verfahren Folgendes umfasst: Erfassen einer vorgegebenenAnzahl von reflektierten, polarisierten Signalkurven von einer Lichtfaser;digitales Filtern der genannten, vorgegebenen Anzahl von reflektierten,polarisierten Signalkurven, um eine Vielzahl von digital gefiltertenSignalkurven zu bilden; Mittelwertbildung der genannten digitalgefilterten Kurven, um eine Durchschnittskurve zu bilden; Erhalteiner Störungskurvevon der genannten Lichtfaser und Vergleich der genannten Störungskurvemit der Durchschnittskurve, um eine Störung in einem Abschnitt dergenannten Lichtfaser festzustellen.
    [0009] Dievorliegende Erfindung stellt auch eine Hybrid-Ton-/Orts-Sensorvorrichtungzur Detektion einer Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang eines Kabelstücks, daseine Lokalisierungslichtfaser und ein nicht lokalisierendes Sensorkabelbeinhaltet, bereit, wobei die genannte Vorrichtung umfasst: einenSenderabschnitt zur Absendung eines gepulsten, polarisiertem, optischenSignals; einen Sensorabschnitt zur Übertragung eines Teils desgenannten polarisierten, optischen Signals innerhalb der genanntenLichtfaser, einen Empfangsabschnitt zum Empfang eines Teils einesrückgestreuten,optischen Signals von dem genannten Sensorabschnitt, und einen Signalprozessorzur Bereitstellung einer Signalreaktionsausgabe, die Ton enthält, derauf eine Störungentlang des nicht-lokalisierendenSensorkabel hinweist, wobei das genannte rückgestreute optische Signaleine Polarisationsänderungs-und Zeitablaufsinformation in Bezug auf das genannte, gepulste,polarisierte, optische Signal bereitstellt, die ausreicht, einenOrt einer Störungentlang der genannten Lichtfaser festzustellen.
    [0010] Dievorliegende Erfindung schafft ferner ein Hybrid-Ton-/Orts-Sensorkabel,das fähigist eine Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang dessen Länge festzustellen,wobei das genannte Hybridkabel Folgendes umfasst: eine lokalisierendeLichtfaser zur Übermittlungeines rückgestreutenoptischen Signals, das Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformationbezogen auf ein gepulstes, polarisiertes, optisches Signal in ausreichendemMaße bereitstellt,um einen Ort einer Störungentlang der genannten lokalisierenden Lichtfaser festzustellen,und ein nicht-lokalisierendes Sensorkabel zur Erzeugung oder Modifizierungeines elektrischen Signals, das geeignet ist, in eine Tonausgabeverarbeitet zu werden, der auf eine Störung entlang des nicht-lokalisierendenSensorkabels hinweist, wobei die genannte lokalisierende Lichtfaserund das genannte nicht-lokalisierendeSensorkabel körperlichin eine einzelne Umhüllungintegriert sein können.
    [0011] 1 ist eine schematischeDarstellung eines polarimetrischen Multimode-Eindringsensors.
    [0012] 2 ist ein POTDR-Faser-optisches-Entfernungssystemzur Detektion von Eindringlingen gemäß einer ersten, bevorzugtenAusgestaltung der vorliegenden Erfindung.
    [0013] 3 ist eine Kurve, die einPOTDR-Differenzsignal mit und ohne Störungen des Systems, wie esin 2 gezeigt ist, darstellt.
    [0014] 4 ist ein POTDR-Faser-optisches-Entfernungssystemzur Detektion von Eindringlingen gemäß einer zweiten, bevorzugtenAusgestaltung der vorliegenden Erfindung.
    [0015] 5 ist eine schematischeDarstellung der vorliegenden Erfindung, die ein Faseroptisches-Kommunikationssystemintegriert ist.
    [0016] 6 ist eine schematischeDarstellung der vorliegenden Erfindung, die in einen Eindringungsortsensorintegriert ist, um auch Ton zu Verfügung zu stellen.
    [0017] 7 ist eine schematischeDarstellung der vorliegenden Erfindung, die in einen elektrischen Störungssensorintegriert ist, um auch Ton zu Verfügung zu stellen.
    [0018] 8 ist ein POTDR-Faser-optisches-Entfernungssystemzur Detektion von Eindringlingen gemäß einer dritten, bevorzugtenAusgestaltung der vorliegenden Erfindung und die einen optischen Schalterbeinhaltet.
    [0019] DerErfindung wird im Folgenden nur zum Zwecke der Illustration anhandbestimmter Ausgestaltungen beschrieben; Dabei ist jedoch zu beachten,dass andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung durchdie nachfolgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Zeichnungen verdeutlichtwerden. Durch Offenbarung einer bevorzugten Ausgestaltung wird nichteine Beschränkungbeabsichtigt. Vielmehr sind die hiermit dargelegten Prinzipien lediglichals illustrierend fürden Schutzbereich der vorliegenden Erfindung anzusehen und es ferner zubeachten, dass zahlreiche Änderungengemacht werden können,ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    [0020] Dievorliegende Erfindung verbessert den Stand der Technik, der dieStelle der Störunginnerhalb des Detektionsbereichs nicht zu identifizieren vermag.Die vorliegende Erfindung ist ein Ergebnis einer Untersuchung aufdem Gebiet der Verwendung von Reflexionsmessungstechniken von optischen polarisiertenWellen im Zeitbereich zur Lokalisierung von Zielen entlang einesLichtfaserstücksfür Sicherheitsanwendungen.Bei Reflexionsmessungssystemen von optischen polarisierten Wellenim Zeitbereich wird ein zeitlicher Lichtpuls (typischerweise 10 Nonosekunden(ns) bis 10 Millisekunden (ms)) in eine Lichtfaser abgeschickt.Beim Fortschreiten dieses Pulses in der Lichtfaser wird einigesvon dessen Energie von mikroskopischen Inhomogenitäten zurückgestreut,die beim Herstellungsprozess in alle Lichtfasern „eingefroren" werden. Die optischenCharakteristiken des rückgestreutenLichts sind von den physikalischen und optischen Eigenschaften derFasern abhängig.
    [0021] Information über diephysikalischen und optischen Eigenschaften der Fasern können inAbhängigkeitvon der Faserlängedurch Analyse der optischen Eigenschaften des zurückgestreutenLichts im Zeitbereich erhalten werden. Wenn ferner die örtlichenEigenschaften einer Lichtfaser (mittels durch einen Eindringlingverursachten Störungen)dynamisch verändertwerden, kann die Analyse des zurückgestreutenLichts dazu verwendet werden, eine Störung entlang eines Faserstücks zu lokalisieren.Die Intensität,optische Phase und die relative Polarisation sind die drei Haupteigenschaftendes zurückgestreutenLichts, die analysiert werden können.In dieser Hinsicht bedeutet der Begriff relative Polarisation: relativzum zeitlichen Polarisationszustand an einem früheren Zeitpunkt – d.h. zwischent1 und t2 oder Kurvenvor und nach der Störung.Optische Instrumente, die die Phase, Polarisation und Intensität von rückgestreutemLicht analysieren, verwenden Reflexionsmessung von kohärenten,optischen Wellen im Zeitbereich (COTDR), Reflexionsmessung von polarisiertenoptischen Wellen im Zeitbereich (POTDR) bzw. Reflexionsmessung vonoptischen Wellen im Zeitbereich.
    [0022] DiePhase bzw. Intensitätsind die empfindlichsten und die unempfindlichsten optischen Eigenschaftendes rückgestreutenLichts. Unter den drei Reflexionsmesstechniken von optischen Wellenim Zeitbereich hat sich ein POTDR basiertes System als meist geeignetzur Anwendung fürdie Detektion von Eindringlingen erwiesen, beruhend auf dessen ausreichenderEmpfindlichkeit fürSicherheitsanwendungen und dessen Verwendung einer vergleichsweise preiswertenund zuverlässigenLaserquelle. Ein OTDR basiertes System weist nicht genügende Empfindlichkeitauf, um ein einfaches mechanisches Kabeldesign und ein Zaunbefestigungssystemzu ermöglichen.Ein COTDR basiertes System könnte leichtausreichende Empfindlichkeit fürsolche Sicherheitsanwendungen aufweisen, aber solche Systeme sindsehr teuer und beinhalten unzuverlässige Laserquellen. Obwohleinige Faserlaserquellen vor kurzem marktreif wurden, die eventuellbilligere und sicherlich verlässlichereLaserquellen in der Zukunft zur Verfügung stellen, sind solche neuartigenGeräte immernoch signifikant teuerer und unzuverlässiger als ein POTDR basiertesSystem.
    [0023] EineVielzahl von Ausgestaltungen eines POTDR-Eindringungs-Ortungssystemist möglich; anfänglich wirdjedoch eine der einfachen Ausgestaltungen mit Bezug auf die schematische Darstellung einesauf POTDR basierenden Detektionssystems für Eindringlinge 200,wie in 2 dargestellt,beschrieben.
    [0024] ImFolgenden wird Bezug genommen auf 2:Licht einer Quelle fürgepulstes, polarisiertes Licht (d.h. Laser) wird von einem Senderabschnitt 204 mittelsKupplung 203 in einen Arm eines 50:50 Richtungs-Lichtfaserkopplers 212 gesendet.Es sollte leicht zu verstehen sein, dass auch ein Lichtfaser-Zirkulatorverwendet werden könnte(siehe 4, die untenhierin ferner beschrieben wird). Die gepulste Laserquelle 202 isttypischerweise eine Halbleiterlaserdiode, die bei einer mittlerenWellenlängevon 1550 Nanometern (nm) und einer Halbwertsbreite (FWHM) der spektralenLinienbreite von etwa 1 nm bis zu 10 nm arbeitet. Idealerweise sollte dieLinienbreite der Quelle etwa bei 1 nm liegen, um zuviel Depolarisationdes Lichtes beim Fortschreiten des Lichtes entlang der Lichtfaserzu vermeiden. Um starke Depolarisation zu vermeiden, sollte eineFaser mit einem geringen Polarisationsmoden-Dispersions (PMD)-Wertgewähltwerden (bspw. Eine Standard-Einzelmoden-Faserwie „CorningSMF28", hergestelltvon der Corning Corporation aus Corning, New-York, USA). Quellenmit Linienbreiten im Wesentlichen kleiner als 1 nm sollten auchvermieden werden, da Probleme mit kohärentem Rauschen auftreten könnten. DieVerwendung von Quellen mit einer mittleren Wellenlänge um 1550nm ermöglicht aucheine ausgedehnte Reichweite der vorliegenden Erfindung, da dieseWellenlängemit optischen Verstärkern,wie diese die auf Erbium dotierten Lichtfasern basieren, kompatibelsind. Die Wellenlängevon 1550 nm ist auch mit PMD-Kompensatoren kompatibel, die auchdie Reichweite der vorliegenden Erfindung erhöhen. Die Dämpfung von Kommunikationsfasern,die auf Silika basieren ist ferner minimal bei 1550 nm. Andere Wellenlängen derQuelle, die verwendet werden können,umfassen diejenige um etwa 1300 nm, 850 nm und 905 nm.
    [0025] Eswird weiter Bezug genommen auf 2, dieHälftedes gesendeten Lichts schreitet dann entlang der Sensorfaser 205 fort,die typischerweise entlang einer Zauneinfassung 207 angeordnetist. Obwohl ein Zaun 207 dargestellt ist, sollte leichtzu verstehen zu sein, dass ein beliebiger geeigneter Tragemechanismusverwendet werden kann, um die überwachendeFaser entlang des Sensorabschnitts 206 zu halten. Das zurückgestreuteLicht schreitet durch die Sensorfaser 205 zum direktionalenKoppler 212 fort, wo ein Teil des zurückgestreuten Lichtes in den Empfangsabschnitt 209 desPOTDR-Systems 200 mit der Verbindung 208 abgezweigtwird. Ein in die Lichtfaser integrierter Polarisator 211 istim Empfangsabschnitt 209 vor einem Empfänger 210 angeordnet,der eine Photodiode mit einem Verstärker enthält und das zurückgeworfeneLicht detektiert. Der Empfänger 210 kanneine Lawinenphotodiode, eine PIN-Photodiode, eine Photomultiplierröhre oder irgendeingeeignetes Empfangselement enthalten. Das Ausgangssignal des Empfängers 210 alsFunktion der Zeit ist abhängigvom örtlichenPolarisationszustand (SOP) des Lichts entlang des Sensorfaserstücks 205.Wenn die Sensorfaser an einem einzelnen Punkt entlang des Faserstücks im Sensorabschnitt 206 gestört wird,dann ändertsich das zeitliche Ausgangssignal der Photodiode, da sich der SOPan dem Punkt änderte.Typischerweise ist die Höheder zurückgestreutenEnergie sehr gering und eine bestimmte Anzahl von POTDR-Kurven wirdgemittelt. Filtern kann angewandt werden, um Rauschen und ungewollteSignale in den POTDR-Kurven zu reduzieren.
    [0026] Essollte klar sein, dass das hauptsächliche Element des Sensorabschnittsin all den verschiedenen hierin offenbarten Ausgestaltungen einKabel ist. Solch ein Kabel könnteirgendeine Kombinationen aus separaten oder integrierten Messkabeln,Entfernungsmess- und die Entfernung nicht messende Kabeln, Audiokabelnsein oder kann aus einigen unterschiedlichen Materialien gefertigtsein, die umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind: reibungselektrische,magnetische, piezoelektrische Materialien, Elektretmaterialien und Ähnliches.
    [0027] Fernersollte verstanden werden, dass, obwohl das zurückgestreute, optische SignalPolarisationsänderungs-und Zeitablaufsinformationen relativ zum gepulsten, polarisiertenoptischen Signal in ausreichendem Maße liefert, um den Ort einerStörung entlangder Lichtfaser festzustellen, wird die aktuelle Störung durchabgetastete Änderungenzwischen abgetasteten Kurvengruppen oder Zeitwellenformen detektiert.In dieser Hinsicht sollte die Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformationso verstanden werden, dass sie Änderungenzwischen abgetasteten Kurvengruppen und Zeitwellenformen beinhalten,nicht nur Zeitablaufsinformation vom Start eines Pulses in einerWellenform.
    [0028] Essollte klar sein, dass das Ausgangssignal (d.h. das POTDR-Signal)des Empfängers 210 durch geeigneteRechner zu verarbeiten ist, wie z.B., ohne dabei hierauf beschränkt zu sein,einen Personalcomputer, Laptop, ein kundenspezifisches, Mikroprozessorbasiertes Gerätoder Ähnliches.Ein Verfahren zur Verarbeitung der POTDR-Signale zur Detektion vonEindringlingen sieht vor, eine Anzahl von POTDR-Kurven aufzuzeichnen,sie dann digital zu filtern, sie zu mitteln und den Prozess später zu wiederholen.Aus dem Unterschied zwischen diesen zwei erhaltenen, verarbeitetenPOTDR kann ermittelt werden, ob eine Störung entlang des Faserstücks vorgelegenhat. Der Graph 300 in 3 zeigtAufzeichnungen von POTDR-Differenzsignalenentlang eines überwachendenFaserstücksmit einer Störung 302 undohne Störung 301.Aus 3 ist ersichtlich, dass,wenn eine Schwelle von beispielsweise 10 w.E. (willkürliche Einheiten)an das Differenzsignal angelegt wird, die Störung dann in einer Entfernungvon etwa 370 m vom Eingangsende der Faser detektiert wird. Zu beachtenist jedoch, dass bei mehreren simultanen Störungen entlang der Faser nurdie erste Störungdetektiert würde.Es wird typischerweise aus einer Anzahl von 2 bis 1000 für jede POTDR-Kurve gemittelt,eine einzelne Kurve kann jedoch akzeptable Resultate im Nahbereichliefern oder wenn ein ausreichender Signal-Rauschabstand vorliegt.Die POTDR-Kurven werden typischerweise durch programmierte Digitalfilteroder Hardware implementierte Filter gefiltert. Die Zeitverschiebungzwischen zwei gefilterten und gemittelten POTDR-Kurven ist variabel undkann typischerweise im Bereich von Millisekunden bis 0,5 Sekundenliegen. Diese typische Zeitverschiebung basiert auf den Notwendigkeitennach einer schnellen Reaktion fürdie Videoüberwachung, wennsich der Eindringling beispielsweise immer noch am Zaun aufhält. Wennsolch schnelle Reaktion nicht erforderlich ist, dann kann die Zeitverschiebung nützlicherweiselängerim Sekundenbereich liegen. Irgendeine Referenzkurve (ohne Störung) musslediglich im Maßstabder umgebenden thermalen und mechanischen Zeitkonstante aufgezeichnetwerden. Dazu muss zum Beispiel die Referenzkurve nur alle 5 Minutenaufgezeichnet werden, oder nach einem positiven Störungsauslesen.
    [0029] Dievorliegende Erfindung schafft es multiple Störungen entlang einer einzelnenFaser festzustellen. Bei nicht simultanen Zielstörungen (d.h. zeitlich beabstandetdurch eine charakteristischen Abfallszeit für eine typische Systemstörung) solltedann die Verwendung der Anordnung, wie sie in 2 dargestellt wird, mit einigen Modifikationenhinsichtlich der Verarbeitung möglichsein. Solche Änderungenhinsichtlich der Verarbeitung wärendem gewöhnlichen Fachmannohne übermäßiges Experimentierenbekannt. Solche Modifikationen hinsichtlich der Verarbeitung wären jedochunbedeutend, wenn die Zielstörungenzeitlich weit getrennt sind. Wenn dahingegen die Zielstörungen dichtbeieinander liegen, machen die Modifikationen hinsichtlich der Verarbeitung esnotwenig, die Zeit fürdie Mittelwertbildung zu reduzieren, um so nicht die multiplen Zielstörungen zusammenzu mitteln. Alternative Verarbeitungsmittel, wie nachfolgend beschrieben,könntenauch verwendet werden, zum Beispiel, Auslesen beider Enden einerFaser, die einen Umfang einkreist, um zwei Störungsstellen zu identifizieren,Verwendung eines optischen Schalters. Wenn die Ereignisse simultanauftreten, würdeerwartet, dass die zunehmende Komplexität der Polarisationsanalysedie Verwendung eines Instrument vom Polarimetertyp (wie das, dasin der PCT-VeröffentlichungWO02095349, eingereicht von Rogers am 29. November 2002, offenbartist) im Empfangsabschnitt notwendig macht, um den tatsächlichenPolarisationszustand (SOP) und den Grad der Polarisation (DOP) desLichtes, wie es in der Faser fortschreitet, zu berechnen.
    [0030] Inden meisten Situationen würdedie Anordnung der 2 ausreichendund kosteneffektiv sein. Zusätzlichexistiert eine Anzahl von Abwandlungen des in 2 gezeigten Systems, die den Signal-Rauschabstand(SNR) (und damit die Geschwindigkeit) des Systems verbessern unddie Reichweite und die Auflösungdes Systems verbessern. Zusätzlichverwendete Elemente könnenaus den bekannten auf Radar basierenden Signal verarbeitenden Anwendungenangepasst werden, wie solche die im US-Patent 4,091,367, erteiltan Harman am 23. Mai 1978 und im US-Patent 4,952,939, erteilt anSeed am 28. August 1990. Beispielsweise können die empfangenen Zeitreaktionsdatenin diskrete Zellen gruppiert werden, die Segmentstücken entlangdes Kabels entsprechen. Individuelle Alarmschwellen könne gesetztwerden, die mit einzelnen Zellen korrespondieren und die in Bezugstehen zur Empfindlichkeit gegenüberEindringlingen, die an diesen Zellorten erforderlich ist, um beispielsweiseeine ausgewählte Wahrscheinlichkeitzur Detektion von Eindringlingen anzugeben. Zur Verdeutlichung:es kann ein hoher Schwellenwert dort gesetzt werden, wo eine Detektionnicht erforderlich sein kann, an einem Tor; es kann ein niedrigerSchwellenwert füreine Zelle entlang eines Zaunabschnitts gesetzt werden, die geringeReaktion gegenüberEindringlingen aufweist.
    [0031] 4 zeigt eine zweite Ausführungsformder vorliegenden Erfindung hinsichtlich eines komplexeren Systems 400,dass eine größere Reichweiterealisieren würde.Dieses System 400 umfasst einen optischen Isolator 414 hinterdem Sender 401 im Senderabschnitt 422, der unerwünschte Zurückreflexionenunterdrücktund den Wiedereintritt in den Sender 401 und dessen Destabilisierungverhindert. Eine optische Anzapfstelle könnte auch verwendet werden (nichtdargestellt), um die Energiestabilität des Senders zu überwachen.Ein Polarisationskontroller 403 und Polarisator 412 könnten verwendetwerde, um sicherzustellen, dass das Licht, das in die Sensorfaser gesendetwurde, eine maximale Energie mit einem guten DOP hat. Ein weiterer(nicht dargestellter) Polarisationskontroller könnte unmittelbar vor dem optischenZirkulator 411 eingefügtsein, um die SOP des Lichtes, das in die Sensorfaser abgeschicktwurde, zu variieren. Der Zirkulator 411 hat den direktionalen Koppler 212 der 2 ersetzt; dies führt zu einem ungefähren Gewinnvon 6dB im empfangenen Signal.
    [0032] Einoptischer Verstärker 407 undPMD-Kompensator 406 wurde in die Sensorfaser im Sensorabschnitt 404 zwischenAbschnitten des Kettengliederzauns 405 eingefügt, um Faserdämpfung bzw.Depolarisation zu kompensieren. Nochmals, obwohl eine Einzäunung 405 alstragender Mechanismus gezeigt ist, sollte klar sein, dass jedesgeeignete Element zum Halten der Faser verwendet werden kann. Ebensokann irgendeine Anzahl an optischen Verstärkern 407 und PMD-Kompensatoren 406 entlangdes Sensorfasernstücksverwendet werden. Diese würdenan Stellen platziert, wo die Dämpfungund Depolarisation unakzeptable Werte annehmen und verstärkt werdenmüssen,um die Sensorfunktion aufrechtzuerhalten. Im Empfängerabschnitt 408 erlaubtes der Strahlenteiler 410, einerseits das Maximum der zweiorthogonalen Polarisationszuständefür einmaximales SNR auszuwählenoder andererseits eine unterschiedliche Verarbeitung auszuwählen, d.h.Verarbeitung des Differenzsignals. Andere, komplexere Analyse vomPolarimetertyp könnteunter Verwendung der richtigen Auswahl an Komponenten im Empfängerabschnitt 408 verwendetwerden.
    [0033] Obwohldie vorliegende Erfindung nur hinsichtlich eines Lichtfaser-Polarisationssensors,der im Zeitbereich arbeitet, beschrieben wurde, würde jemand,der auf diesem Stand der Technik versiert ist, realisieren, dass äquivalenteReflexionsmessung, die im Frequenzbereich arbeitet – Reflexionsmessungmit polarisierten optischen Wellen im Frequenzbereich (polarizationoptical frequency domain reflectometry = POFDR) (sowohl kohärent alsauch inkohärent)verwendet werden könnte,ohne dabei vom beabsichtigten Schutzbereich der vorliegenden Erfindungabzuweichen.
    [0034] Feldversuchesind mit einem Demonstrations-Sensorsystem, das basierend auf derhierin skizzierten Technik konstruiert wurde, durchgeführt worden,wobei Detektion einer einzelnen Störung bei Entfernungen von biszu 2 km mit einer Genauigkeit von ± 2 m und Aktualisierungsratenvon weniger als 0,5 Sekunden erreicht wurde.
    [0035] Größere Reichweiten,höhereGenauigkeit und schnellere Aktualisierungsraten könnten leicht ohne übermäßiges Experimentierendurch die richtige Komponentenauswahl und Signalverarbeitung erreichtwerden.
    [0036] Für einenEindringungsdetektionssensor für Umfangseinzäunungenim Außenbereich,sollte die Sensorfaser in einer Hülle, die für Außenanwendung qualifiziert wurdeund welche an Temperaturextreme und Sonnenultraviolett-(UV)-Strahlunganpassbar ist, eingehülltsein. Dieses eingehüllteSensorkabel würdetypischerweise linienförmigauf ein Zaungeflecht aufgebracht, wobei UV-beständige Kabelbinder verwendetwerden und es würdedazu verwendet, einen Eindringling zu detektieren, wenn typischerweiseder Eindringling versucht den Zaun zu zerschneiden oder darüber zu klettern.Mehrfache Durchläufeund unterschiedliche Kabelaufstellungsarchitektur können verwendetwerden, um die Empfindlichkeit zu steigern oder die Faserreparaturzu unterstützen(d.h. Serviceschleifen). Beispielsweise könnte das Kabel in mehrfachSchleifen auf jedem Panel ausgestaltet sein, um die Polarisationsänderungdurch eine Lagenänderungdes Zaumgeflechts zu steigern. Da die Empfindlichkeit des Zaunsmit daran angebrachtem Kabel typischerweise entlang der Streckedes Umfangs variiert, wärees von Vorteil, den Alarmschwellenwert als Funktion der Streckezu kontrollieren, um das Auftreten von falschen Alarmen zu reduzieren.
    [0037] Beimerfindungsgemäßen Überwachenwird es möglichsein, diesen Schwellenwert als Funktion der Strecke zu variieren;dies ist eine Möglichkeit,die nicht-Entfernungssensoren des Standes der Technik zurzeit nichtbieten. Wenn beispielsweise ein Abschnitt eines Zauns existiert,in welchem entweder unzureichendes Signal oder exzessives Rauschen vorliegt,dann kann ein geringerer bzw. höherer Schwellenwertgesetzt werden. Unzurreichende Signalgebung kann in einem Abschnittauftreten, in dem die mechanische Kopplung zwischen Kabel und Zaungering ist. Exzessives Rauschen kann auftreten, wenn Vegetationzu nahe am Zaungeflecht ist oder das Geflecht übermäßig lose ist. Ebenso könnte dasvorliegende, erfinderische System verwendet werden, die Stelle desexzessiven Rauschens, die Fehlalarme auslösen könnte, festzustellen, als Hilfe, Mängel beider Installation des Sensorsystems auszumerzen.
    [0038] DieUmfangssicherheitsanwendung, die hierin für den POTDR-Sensor beschriebenwird, ist typisch fürein Zaun-montiertes Detektionssystem, wie es in 2 und 4 gezeigtwird. Es könnenjedoch andere Anbringungen, einschließlich unterirdisch oder aufder Oberfläche(d.h. Mauerkronen-) montierte Lichtwellenkabel, könnten für das Detektionssystemebenfalls verwendet werden. Sie könnten auch innerhalb von Gebäudewänden verwendetwerden, um Eindringungsversuche zu detektieren. Solche Systeme wurdenin der Vergangenheit für nicht- Entfernungs-Lichtfaserdetektionssystemeoder Kupferkabel basierte Detektionssysteme entwickelt und sindgleichermaßenfür dievorliegende Erfindung verwendbar.
    [0039] Eineandere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist für Sicherheitstelekommunikationssysteme.Diese Architektur 500 ist in 5 illustriert. DurchEinfügeneines kleinen Knicks mit geringen Verlusten in die Faser kann leichtdie Sicherheit einer Lichtfaser-Telekommunikationsverbindung durchbrochenwerden. Wenn die Faser gebogen wird, geht Einiges des Lichtes ausdem Kern verloren und dieser Verlust kann durch einen Empfänger 503 aufgezeichnetwerden und auf diese Information in der Faser kann zugegriffen werden.Die Verluste, die durch diesen Knick hervorgerufen werden, brauchennicht groß zusein und könnenso klein ausfallen, dass herkömmlicheOTDR diesen Verlust nicht festzustellen vermag. Die hinzugekommeneEmpfindlichkeit des POTDR-Geräts 501 ermöglicht esder vorliegenden Erfindung diese, die Sicherheit verletzende Knickezu detektieren. Ebenso müssteein Abschnitt des Kabels zerlegt werden, um die Kommunikationsfaseranzuzapfen. Diese würdezu einer Störungder Faser führen,die nicht bei Verwendung von OTDR entdeckt werden würde, aberleicht bei Verwendung von POTDR detektiert werden würde. Wellenlängenmultiplex-Technikenkönnenverwendet werden, um dem POTDR-Sensor Wellenlänge einzuführen ohne einen Kompromissmit der Integritätder Telekommunikationskanäle 504 zuschließen.Bei einem elektrisch basierten Telekommunikationssystem (d.h. Verwendungeiner auf Kupferkabel basierten, verdrillten Doppelleitung) könnte eineLichtfaser in das Kabel für Sicherheitsanwendungeneingearbeitet sein.
    [0040] Eineweitere Anwendung des auf POTDR basierten Systems der vorliegendenErfindung, die hiermit beschrieben wird, würde die Sicherheit von Rohrleitungenbetreffen. Eine POTDR-Sensorfaser könnte unterirdischauf oder benachbart zu einer Rohrleitung angebracht sein, die zumBeispiel Gas, Wasser oder Ölführt.Wenn beispielsweise ein Eindringen durch Dritte auftritt (zum Beispieldurch Grabungen) oder ein Versagen der Röhre vorliegt, dann würde diehervorgerufene Störungdes Untergrunds die Faser störenund eine Polarisationsänderungin der Faser induzieren, die durch den POTDR-Sensor lokalisiertwerden könnte.Geeignetes Reaktionen oder Abwehrmaßnahmen könnten dann schnell ergriffenwerden.
    [0041] Dieweitere Anwendung dieses Sensors könnte als ein Feuersensor sein.Eine dynamische Temperaturänderungin der Sensorfaser induziert auch eine Polarisationsänderunginnerhalb der Sensorfaser. Der beschriebene POTDR-Sensor wird bei dieserAnwendung fähigsein, diese vom Feuer induzierte Temperaturänderung zu detektieren undzu lokalisieren.
    [0042] EinNachteil der Reflexionsmess-Lichtwellensensors ist, dass die Stärke desSignals, das auf aufgrund der Rayleigh'schen Rückstreuung reflektiert wird,sehr gering ist. Aufgrund des schwachen Rückstreusignals, ist im Allgemeineneine Art von Mittelwert bildenden oder Kodierungstechniken notwendig. DieseMittelwert bildenden Techniken und andere Limitierungen, wie praktikableLaserquellen und die überwachteLänge derFaser geben die maximale Geschwindigkeit des Systems vor. Bei einigenSicherheitsanwendungen kann eine Tonausgabe erwünscht sein, die auf die Störung desSensorkabels hinweist. Ein Bediener kann diese zusätzlicheInformation verwenden, um zusätzlichden Störungsgrund zubewerten oder zu klassifizieren. In diesem Fall kann die Bandbreitedes auf POTDR basierenden Sensors unzureichend sein. Eine Vorgehensweise, umeine Tonausgabe zusammen mit dem Ort der Störung zur Verfügung zustellen, sieht vor, einen nicht-lokalisierenden Lichtfasersensor,der ausreichende Bandbreite zur Erzeugung eines Tonsignals hat,mit dem neuartigen POTDR-Lokalisiersensor, der in dieser Anmeldungbeschrieben wird, in einem Hybrid-Kabelsensor zu kombinieren.
    [0043] Beieinem exemplarischen Betrieb verkörpert die vorliegende Erfindungein Verfahren zur Detektion einer Störung in einem bestimmbarenAbschnitt entlang eines Lichtfaserstücks, das ein rückgestreutesoptisches Signal verwendet, welches Polarisationsänderungs-und Zeitablaufsinformation in ausreichendem Maße zur Verfügung stellt, um die Stelleder Störungfestzustellen. Wie erwähnt,beinhaltet die Polarisationsänderungs-und Zeitablaufinformation Änderungenzwischen den aufgezeichneten Kurven (oder Zeit-Wellenformen), die die normalen Zustände ohnedas Auftreten einer Störungrepräsentierenund den Störungskurven,die die intermittierende Zuständebei Auftreten einer Störungrepräsentieren.Das vorliegende, erfinderische Verfahren beinhaltet das Aufzeichneneiner vorgegebenen Anzahl von reflektierten, polarisierten Signalkurvenaus einer Lichtfaser, digitales Filtern der vorgegebenen Anzahlvon reflektierten, polarisierten Signalkurven, um eine Vielzahlvon digital gefilterten Kurven zu bilden, Mittelwertbildung über diedie digital gefilterten Kurven, um eine Durchschnittskurve zu bilden.Es wird angenommen, dass solche Durchschnittskurven die Normalzustände repräsentieren.Danach wird eine Störungskurvevon der Lichtfaser erhalten und mit der Durchschnittskurve verglichen,um so eine Störungin einem Abschnitt der Lichtfaser festzustellen. Es sollte dabeiklar sein, dass die Störungskurve selbstaus einer oder mehreren Störungskurvenerhalten werden kann, die digital gefiltert und gemittelt wurden.
    [0044] 6 und 7 zeigen in schematischer Darstellungeinen Hybrid-Audio/Orts-Sensor 600 bzw. 700. DerSensor könnteneinen nicht-lokalisierendes Lichtfaser-Sensorkabel 604 (wiein 6) oder ein nicht-lokalisierendeselektrisch-basiertes Sensorkabel 704 (wie in 7) beinhalten, das zusätzliche Eindringling-Reaktionsinformationwie eine, auf eine Störunghinweisende Tonausgabe wiedergibt. 6 stelltein Verfahren zur Bereitstellung einer Tonausgabe mit Lokalisierungzur Verfügung,indem der aktuelle IntelliFIBERTM-Sensor(wie in 1 gezeigt) undder neuartige POTDR-Ortssensor 601 und die zugehörige Lokalisierungsfaser 603,die in dieser Anmeldung beschrieben wird, in ein Hybridkabel kombiniertwerden. Obwohl ein Hybridkabel bevorzugt ist, bleibt anzumerken,dass zwei separate Kabel nebeneinander angeordnet werden können, ohnedass dadurch vom beabsichtigten Schutzbereich der vorliegenden Erfindungabgewichen wird. Obwohl eine Schleife 604 dargestellt ist,sollte klar sein, dass solche Fasern mit offenem Ende versehen seinkönnen, mitdem Sender an einem Ende und dem Empfänger am gegenüberliegenden,abgelegenen Ende. Die Elemente 604 und 704 können oderkönnenkeine Schleife bilden; manchmal kann eine Schleife unter bestimmtenUmständenverwendet werden, bei – ohnehierauf beschränktzu sein – hohenZäune mit zweiKabelüberquerungenoder wenn die gesamte Verarbeitung auf einen Punkt konzentriertwird. Solche Abwandlungen liegen gut im beabsichtigten Schutzbereichder vorliegenden Erfindung. Die IntelliFIBERTM-optische-Sensorschleife 604 undder Prozessor 605 in 6 könnten auchmit irgendeinem nicht-lokalisierendenLichtwellensensor und Prozessor (wie solche, die von Fiber SenSys,Inc, aus Beaverton, Oregaon, USA oder von Future Fibre TechnologiesPty. Ltd aus Rowville, Victoria, Australien) ersetzt werden.
    [0045] DieIntelliFIBERTM -optische-Senderschleife 604 undder Prozessor 605 aus 6 könnten auch mitirgendeinem nicht-lokalisierenden elektrisch-basiertem Sensorkabelund Prozessor zusammen mit dem neuen POTDR-Ortssensor 701 ersetztwerden, um die Tonausgabe wie in 7 abzugeben.Solche elektrisch-basierten, nicht lokalisierenden Sensoren sindKupferbasierte, elektrische Eindringungssensoren, die auf unterschiedlichenAbtastprinzipien beruhen und Kabel 704 in einer Vielzahlvon Formgebungen verwenden, die abhängig vom Abtastprinzip sind.Beispielsweise könntendie Kabel Koaxialkabel mit losen Leitern, Multileiter-Kupferkabel,Paralleldrahtleitungen oder Ähnlichesumfassen, die jedes bekannte Signal erzeugende oder beeinflussende Mittel,die auf reibungselektrischen, piezoelektrischen magnetischen Prinzipienoder auf dem Elektretprinzip beruhen, verwenden. Solche Kabel könne in Schleifenformsein oder könnenmit Abtastelektroniken an den gegenüberliegenden Enden versehen sein – in Abhängigkeitvon ihren Abtastprinzipien und ihrer Anwendung. Wenn eine einzelneSchleife vorgesehen ist, dann kann die Fasersensor-Elektronik aufeinen einzelnen Ort begrenzt sein, der die Schleifenenden verbindet.Solche elektrisch-basierten Sensoren umfassen ebenso reibungselektrischeEindringungssensoren wie solche, die von Senstar-Stellar aus Carp,Ontario, Kanada hergestellt werden und unter dem Namen „IntelliFLEXTM vermarktet werden, die eine Tonausgabezur Verfügungstellen und den reibungselektrischen Effekt in einem Koaxialkabel ausnutzen.
    [0046] Essollte leicht zu verstehen sein, dass andere Datensignale vorhandensein können,die aus den zwei unabhängigenSensoren stammen (d.h. dem erfinderischen POTDR-Ortssensor und demEindringungssensor (elektrisch oder optisch)), wobei solch andereDatensignale zusammengeführtwerden können,um eine bessere Detektion von Eindringlingen zu schaffen. Beispielsweiseist Ton im Wesentlichen die Zeitreaktionsgröße auf ein Eindringungsereignis bisin Tonfrequenzen hinein, bei denen die Sensorkabel als verteilte,lineare Mikrophone agieren. Die Zeitdatengröße, die mit den Faserreaktionsdatenaus dem erfinderischen POTDR-Ortssensor korreliert, ist ein weitererHinweis auf ein tatsächlichesEindringen. Mit anderen Worten: die Daten vom erfinderischen POTDR-Ortssensorund vom Eindringungssensor (gleichgültig, ob elektrisch oder optisch)werden zusammengeführt,um eine verbesserte Detektion und Klassifizierung von Eindringlingen(d.h. Störungen) undderen Ort zu schaffen. In solchen Fällen würden die Elemente 601 und 605 in 6 sowie die Elemente 701 und 705 in 7 zur Verarbeitung untereinanderverbunden (nicht dargestellt). Ferner könnten bei solchen Sensorenderen Daten in einem separaten Prozessor (nicht dargestellt) zusammengeführt werden,wobei der separate Prozessor das Reaktionssignal auf den Eindringlingaus beiden unabhängigenSensorkabeln 603, 604 oder 703, 704 und diekorrespondierenden Detektionsverfahren korreliert, um eine bessereDetektion und Klassifizierung von Ereignissen zu erhalten. Unterallen Umständen sollteleicht zu verstehen sein, dass der POTDR- und Ton-Prozessor separatoder integriert sein kann, ohne dass dadurch vom beabsichtigtenSchutzbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
    [0047] Natürlich wirdbei weiteren Entwicklungen bezüglichder optischen Komponenten und Verarbeitung eine direkte Tonausgabeaus dem POTDR Sensor in der Zukunft wirtschaftlich möglich sein,und bei ausreichender Bandbreite könnte der Ton eine Funktiondes Ortes liefern. In allen Fällenkönntendie verschiedenen Faser- oder Kupferkabel innerhalb derselben Umhüllung 602, 702 kombiniertwerden.
    [0048] Eineweitere Architektur 800 des obigen Sensors sieht die Verwendungeines optischen Schalters 802 und mehrfache Sensorfasern 803 vor,wie in 8 gezeigt ist.In dieser multiplexierten Option wird die Energie der POTDR-Laserquelle 801 zwischenmehrfachen Sensorfasern 803 unter Verwendung eines Schalters 802 aufgeteilt,der sequentiell die Sensorfasern 803, die an verschiedenenTeilen des Umfangs lokalisiert sind, adressiert. Diese verteilteVerwendung reduziert die Kosten für die Elektronik pro Faser.Die vorliegende Erfindung könnte auchdazu verwendet werden, eine einzelne Faser von gegenüberliegendenEnden oder mehrfache Fasern, welche in einer gemeinsamen oder separaten Hülle befindlichsind, parallel abzufragen. Dies ist beispielsweise nützlich,um mehrfache Eindringungsereignisse entlang eines Umfangs zu detektieren, wobeieine Schleife aus einer einzelnen Faser oder aus mehrfachen Fasernden gesamten Umfang einkreisen.
    [0049] Schließlich kannin einigen Situation vorteilhaft sein, die opto-elektronischen Komponentenentfernt aufzustellen und unempfindliche Lichtfaserzuführungenzum Sensorkabel vorzusehen. Dies kann auch verschiedenen Wegen erreichtenwerden: a) Ausführung der Zuführungenaus stark doppelbrechenden Fasern und Übermittlung des Lichts nurentweder entlang der schnellen oder der langsamen Achse; b) Verwendung einer Standard-Einmoden-Faser, die in einem schützendenKabelkanal eingebaut ist; c) Verwendung einer Standard-Einmoden-Faser, die in einem schützendenKabelkanal eingebaut ist und Unterschlagung des Signals aus demZuführungsabschnittdes Entfernungssensors. d) Lediglich Unterschlagung des Signals aus dem Zuführungsabschnittdes Entfernungssensors, sofern Signale nicht simultan mit einemZuführungsereignisauftreten (da man aufgrund des vorhergehenden Wissens, dass dortaufgrund der Zuführungnichts zu erwarten wäre,wüsste,dass das Ereignis im Zuführungsbereichzu ignorieren ist); und e) Verlegen der Polarisations-Analysierkomponenten ins Areal(d.h. der Faserpolarisator in 2 oderdes Polarisations-Strahlenteilers in 4)und Verwendung von herkömmlichenEinmoden-Fasern, um diese entfernt mit den anderen optischen Komponenten(d.h. Laserquelle und Photodioden) zu verbinden.
    [0050] Essollte verstanden werden, dass die bevorzugten Ausgestaltungen,die hier erwähntwerden, nur dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen.Zahlreiche Abwandlungen bezüglichder Gestaltung und der Verwendung der vorliegenden Erfindung können imHinblick auf die nachfolgenden Ansprüche ins Auge gefasst werden,ohne dass dadurch der beabsichtigte Schutzbereich und das Gebietder hiermit offenbarten Erfindung verlassen wird.
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Eine Entfernungssensorvorrichtung zur Detektioneiner Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang eines Lichtfaserstücks bereit,wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Senderabschnittzur Absendung eines gepulsten, polarisierten, optischen Signals; einSensorabschnitt zur Übertragungeines Teils des genannten polarisierten, optischen Signals innerhalb dergenannten Lichtfaser, und ein Empfangsabschnitt zum Empfangeines Teils eines rückgestreuten,optischen Signals von dem genannten Sensorabschnitt, wobeidas genannte rückgestreuteoptische Signal eine Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformation in Bezugauf das genannte, gepulste, polarisierte, optische Signal bereitstellt,die ausreicht, einen Ort einer Störung entlang der genanntenLichtfaser festzustellen.
    [2] Vorrichtung gemäß Anspruch1, wobei der genannte Senderabschnitt eine polarisierte, gepulste,optische Quelle umfasst, der genannte Sensorabschnitt ein Stück einerabtastenden Lichtfaser umfasst, die auf die genannte Störung anspricht, dergenannte Empfängerabschnitteinen Polarisator und einen Empfängerzur Verarbeitung eines Signals, das vom genannten Stück der abtastenden Lichtfaserempfangen wurde, umfasst, und der genannte Senderabschnitt,der genante Empfängerabschnitund der genannte Sensorabschnitt mittels eines direktionalen Kopplersuntereinander gekoppelt sind.
    [3] Vorrichtung gemäß Anspruch1, wobei der genannte Senderabschnitt einen Sender, einen Isolator,einen Polarsationskontroller und einen Polarisator umfasst, dergenannte Sensorabschnitt einen optischen Verstärker, einen Polarisationsmoden-Dispersionskompensatorund ein Stückeiner abtastenden Lichtfaser umfasst, die auf die genannte Störung anspricht, dergenannte Empfängerabschnitteinen Polarisations-Strahlenteiler und eine Vielzahl von Empfängern zurVerarbeitung eines Signals, das vom genannten Stück der abtastenden Lichtfaserempfangen wurde, und der genannte Senderabschnitt, der genanteEmpfängerabschnittund der genannte Sensorabschnitt mittels eines Zirkulators untereinandergekoppelt sind.
    [4] Vorrichtung gemäß Anspruch3, wobei der genannte Sensorabschnitt mehr als einen genannten optischenVerstärkerund mehr als einen Polarisationsmoden-Dispersionskompensator umfasst.
    [5] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche1, 2, 3 oder 4, wobei die genannte Vorrichtung an ein optischesTelekommunikationskabel ankoppelbar ist, um unsachgemäßen Eingriffin das genannte optische Telekommunikationskabel zu detektieren.
    [6] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche1, 2, 3 oder 4, wobei die genannte Vorrichtung an ein Entfernungnicht-messendes Umfangs-Sicherheitsabtastkabel ankoppelbar ist,um Störungenentlang des genannten Entfernung nicht-messenden Sensorkabel zudetektieren.
    [7] Vorrichtung gemäß Anspruch6, wobei das genannte Entfernung nicht-messende Umfangs-Sicherheitsabtastkabeloptisch basiert ist.
    [8] Vorrichtung gemäß Anspruch6, wobei das genannte Entfernung nicht-messende Umfangs-Sicherheitsabtastkabelelektrisch basiert ist.
    [9] Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einenoptischen Schalter umfasst, der zwischen dem genannten Sensorabschnittund sowohl Senderabschnitt als auch Empfängerabschnitt angeordnet ist, dassmehrere Lichtfasern abgetastet werden können.
    [10] Ein Verfahren zur Detektion einer Störung auf einembestimmbaren Abschnitt entlang eines Lichtfaserstücks, welchesrückgestreute,optische Signale verwendet, die ausreichend Polarisationsänderungs- undZeitablaufsinformation bereitstellen, um den Ort der genannten Störung festzustellen,wobei das genannte Verfahren Folgendes umfasst: Erfassen einervorgegebenen Anzahl von reflektierten, polarisierten Signalkurvenvon einer Lichtfaser; digitales Filtern der genannten, vorgegebenenAnzahl von reflektierten, polarisierten Signalkurven, um eine Vielzahlvon digital gefilterten Kurven zu bilden; Mittelwertbildungder genannten digital gefilterten Kurven, um eine Durchschnittskurvezu bilden; Erhalt einer Störungskurvevon der genannten Lichtfaser und Vergleich der genannten Störungskurvemit der Durchschnittskurve, um so eine Störung in einem Abschnitt dergenannten Lichtfaser festzustellen.
    [11] Verfahren gemäß Anspruch10, wobei der Schritt des Erhaltens Filtern und Mittelwertbildung ausein oder mehreren Störungskurvenumfasst.
    [12] Eine Hybrid-Ton-/Orts-Sensorvorrichtung zur Detektioneiner Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang eines Kabelstücks, daseine Lokalisierungslichtfaser und ein nicht-lokalisierendes Sensorkabelbeinhaltet, wobei die genannte Vorrichtung umfasst: einen Senderabschnittzur Absendung eines gepulsten, polarisiertem, optischen Signals; einenSensorabschnitt zur Übertragungeines Teils des genannten polarisierten, optischen Signals innerhalbder genannten Lichtfaser, einen Empfangsabschnitt zum Empfangeines Teils eines rückgestreutenoptischen Signals von dem genannten Sensorabschnitt, und einenSignalprozessor zur Bereitstellung einer Signalreaktionsausgabe,die Ton beinhaltet, der auf eine Störung entlang des nicht-lokalisierendenSensorkabels hinweist, wobei das genannte rückgestreute, optische Signaleine Polarisationsänderungs-und Zeitablaufsinformation in Bezug auf das genannte, gepulste,polarisierte, optische Signal bereitstellt, die ausreicht, einenOrt einer Störungentlang der genannten Lichtfaser festzustellen.
    [13] Hybrid-Ton-/Orts-Sensorvorrichtung gemäß Anspruch12, wobei die genannte Signalreaktionsausgabe und die genannte Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformationgemeinsam verarbeitet werden, um eine verbesserte Detektion, Lokalisierungund Klassifizierung der genannten Störungen zu schaffen.
    [14] Ein Hybrid-Ton-/Orts-Sensorkabel, das fähig isteine Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang dessen Länge festzustellen,wobei das genannte Hybridkabel Folgendes umfasst: eine lokalisierendeLichtfaser zur Übermittlungeines rückgestreuten,optischen Signals, das Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformationbezogen auf ein gepulstes, polarisiertes, optisches Signal in ausreichendemMaße bereitstellt,um einen Ort einer Störungentlang der genannten lokalisierenden Lichtfaser festzustellen,und ein nicht-lokalisierendes Sensorkabel zur Erzeugung eineselektrischen Signals, das geeignet ist, in eine Tonausgabe verarbeitetzu werden, der auf eine Störungentlang des nicht-lokalisierenden Sensorkabels hinweist, wobeidie genannte lokalisierende Lichtfaser und das genannte nicht-lokalisierende Sensorkabelkörperlich ineine einzelne Umhüllungintegriert sind.
    [15] Ein Hybridkabel gemäß Anspruch 14, wobei das genanntenicht-lokalisierende Sensorkabel eine Lichtfaser ist.
    [16] Ein Hybridkabel gemäß Anspruch 14, wobei das genanntenicht-lokalisierende Sensorkabel elektrisch basiert ist.
    [17] Ein Hybrid-Ton-/Orts-Sensorkabel, das fähig isteine Störungauf einem bestimmbaren Abschnitt entlang dessen Länge festzustellen,wobei das genannte Hybridkabel Folgendes umfasst: eine lokalisierendeLichtfaser zur Übermittlungeines rückgestreuten,optischen Signals, das Polarisationsänderungs- und Zeitablaufsinformationbezogen auf ein gepulstes, polarisiertes, optisches Signal in ausreichendemMaße bereitstellt,um einen Ort einer Störungentlang der genannten lokalisierenden Lichtfaser festzustellen,und ein nicht-lokalisierendes Sensorkabel zur Modifizierungeines elektrischen Signals, das geeignet ist, in eine Tonausgabeverarbeitet zu werden, der auf eine Störung entlang des nicht-lokalisierendenSensorkabels hinweist, wobei die genannte lokalisierende Lichtfaserund das genannte nicht-lokalisierendeSensorkabel körperlich ineine einzelne Umhüllungintegriert sind.
    [18] Ein Hybridkabel gemäß Anspruch 17, wobei das genanntenicht-lokalisierende Sensorkabel eine Lichtfaser ist.
    [19] Ein Hybridkabel gemäß Anspruch 17, wobei das genanntenicht-lokalisierende Sensorkabel elektrisch basiert ist.
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    2008-09-25| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: WUESTHOFF & WUESTHOFF PATENT- UND RECHTSANWAELTE, |
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