DE2659549C3

DE2659549C3 -

Info

Publication number: DE2659549C3
Application number: DE2659549A
Authority: DE
Inventors: Pedro Americo San Jose Calif. Szente (V.St.A.)
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS5288382A; JPS5699442U; DE2659549A1; US4012955A; DE2659549B2; GB1540903A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Fiberoptik-Lichtleiter werden in zunehmendem Maße in verschiedenen Arten von Datenübertragungssystemen verwendet, da ein optisches Signal in dem Lichtleiter eingeschlossen werden kann und dadurch von externen optischen Störungen isoliert werden kann. Beim Entwurf und bei der Wartung solcher optischen Übertragungssysteme ist es laufend erforderlich, die Leistung des im Lichtleiter übertragenen Signals zu ermitteln, um Parameter wie Systemverstärkung oder -dämpfung zu messen. Bekannte optische Meßgeräte messen üblicherweise nur den Strahlungsfluß, d. h. die Leistung, die durch eine Flächeneinheit geht Ein Beispiel für ein solches bekanntes Strahlungsflußmeßgerät findet sich in »Hewlett-Packard Journal«, Juli 1971, Seiten 10 bis 16. Obwohl solche Messungen bei einigen

i" optischen Anwendungen nützlich sind, sind sie nicht speziell gut geeignet zum Liefern einer erwünschten Information über die in einem Fiberoptik-Kabel übertragene Leistung, da dort üblicherweise der Absolutwert der übertragenen Gesamtleistung gesucht ■> wird.

Die Verwendung von Thermistoren zur Messung der Leistung elektromagnetischer Strahlung ist bekannt vgl. US-PS 36 26 290 und US-PS 35 01 6%, desgleichen die Verwendung von Thermistoren als Empfänger im

-" optischen Bereich, vergl. Verfahrenstechnische Berichte 1975, Heft 7510, Seite 544.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit der der Absolutwert der in einem Glasfaser-Lichtleiter übertragenen Lei-

- · stung gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen

^)l! gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ausschnittsansicht eines

·'· auf einem Lichtleiter montierten Thermistors;

F i g. 2 eine Thermistorplatte, die am Ende eines Glasfaser-Lichtleiters befestigt ist;

F i g. 3 eine modifizierte Version der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung;

w F i g. 4A und B Draufsichten auf weitere Ausführungsformen;

Fig.5A, B und C Querschnitte der Vorrichtungen gemäß F i ς. 4A und B; Fig.6 eine Explosionszeichnung der bevorzugten

⁴¹S Ausführungsform; und

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines Leistungsmeßgerätes mit einem Sensor und einer Meßschaltung. F i g. 1 zeigt einen Leistungssensor mit teilweise

^r)0 weggeschnittenen Gehäuseteilen für Licht welches über einen Fiberoptik-Lichtleiter 10 übertragen wird. Der Lichtleiter ist in einer Grundplatte 12 befestigt, wobei ein Wärmeisolator 18 benutzt wird, der vorzugsweise einen niedrigeren Brechungsindex als der

■'■■■> Lichtleiter 10 hat, so daß das durch den Lichtleiter 10 gelangende Licht nicht in den Isolator 14 abgeleitet wird. Am Ende des Lichtleiters 10 ist ein Thermistor 16 befestigt, welcher Anschlußdrähte 18 und 20 aufweist. Die Drähte 18 und 20 sind elektrisch mit Anschlüssen 22

w) bzw. 24 verbunden, die mittels Isolatoren 26 bzw. 28 in der Grundplatte 12 befestigt sind. Vorzugsweise haben die Anschlußdrähte 18 und 20 einen relativ geringen Querschnitt, um die Wärmeleitung durch sie minimal zu halten. Ein Decke! 30 ist auf der Grundplatte 12

i>^r) befestigt. Er isoliert den Thermistor gegen Luftströmungen und schützt ihn vor Beschädigungen. Der durch Deckel 30 und Grundplatte 12 gebildete Innenraum kann evakuiert werden, um die Empfindlichkeit zu

erhöhen und die thermischen Effekte von Konvektionen innerhalb des Innenraums zu verringern.

Fig.2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Thermistors 16, der im Lichtleiter 10 befestigt ist Das Thermistormaterial ist so gewählt, daß seine Oberfläche optisch absorbierend ist und nur einen kleinen Anteil des Lichtes reflektiert Typischerweise ist das Thermistormaterial in einer schützenden G.ksumhüllung 32 eingeschlossen, die für Licht transparent ist Ein kommerzielles Beispiel für solch einen Thermistor hat einen Nominalwert von ungefähr 100 Ohm bei 137' C. Der Thermistor ist am Lichtleiter 10 mittels eines Bindemittels 34 befestigt, welches ebenfalls optisch transparent ist Wenn der Thermistor einen schützenden Glasüberzug besitzt, sollte der Brechungsindex des Bindemittels 34 das geometrische Mittel der Brechungsindices der Glashülle 32 und des Lichtleiters 10 sein. Wenn keine Glashülle 32 vorhanden ist oder die äußere Oberfläche der Thermistorperle gut lichtabsorbierend ist, sollte der Brechungsindex des Bindemittel 34 gleich dem des Lichtleiters 10 sein, um eine Lichtreflexion vom Bindemittel zu verhindern. Der Thermistor sollte auch eine wenig größer als die Querschnittsfläche des Endes des Lichtleiters 10 sein, um sicherzustellen, daß alles durch den Lichtleiter ankommende Licht durch den Thermistor absorbiert wird.

F i g. 3 zeigt einen Thermistor 16', der am Ende eines relativ dicken Lichtleiters 10' befestigt ist. Das Ende des Lichtleiters 10' ist zugespitzt, so daß die Querschnittsfläche des Lichtleiterendes ein wenig kleiner als die Größe des Thermistors ist. Der Zuspitzungswinkel ist klein genug gewählt, so daß kein Licht durch die Oberfläche des zugespitzten Teils des Lichtleiters 10' austreten kann.

Fig.4A zeigt eine Grundplatte 36 mit zwei Thermistoren 16 und 38. Thermistor 16 ist wie oben beschrieben mit einem Lichtleiter 10 verbunden und besitzt Anschlußdrähte 18 und 20, die an Anschlüssen 22 bzw. 24 befestigt sind. Ein ähnlicher Thermistor 38 hat Zuleitungsdrähte 40 und 42, wobei der Zuleitungsdraht 40 ebenfalls am Anschluß 24 befestigt ist, während der Zuleitungsdraht 42 an einem Anschluß 44 befestigt ist. Thermistor 38 wird als Referenzthermistor verwendet, um die Umgebungstemperatur in der Nachbarschaft des Thermistors 16 zu messen und eine Temperaturkompensation zu ermöglichen.

Fig.5A zeigt einen Querschnitt der Anordnung gemäß F i g. 4A und veranschaulicht, wie die Anschlüsse 22,24 und 44 sowie der Lichtleiter 10 in der Grundplatte 36 durch Isolatoren 26, 28,50 und 14 gehalten werden. Die Isolatoren 26, 28 und SO sollten selbstverständlich gute elektrische Isolatoren sein und können z. B. die bei Transistorgehäusen verwendeten typischen Glasdurchführungsisolatoren sein. Der Isolator 14 sollte ein guter Wärmeisolator sein und, wie bereits erwähnt wurde, einen niedrigeren Brechungsindex als die Lichtleiter haben, so daß kein Licht von dem Lichtleiter in den Isolator gelangen kann. Der Lichtleiter 10 kann auch ein Glasfiber mit einer undurchsichtigen Umhüllung 8 sein, die den Fiber schützt und isoliert.

Um sicherzustellen, daß die thermischen Bedingungen für die Thermistoren 38 und 16 nahezu gleich sind, ist der Thermistor 38 ebenfalls auf ein Stück eines Glasfiber-Lichtleiters 46 montiert. Dieser Lichtleiter 46 ist in der Grundplatte 36 mittels eines Isolators 48 befestigt, der dem Isolator 14 gleicht Der Lichtleiter 46 erstreckt sich jedoch nicht ganz durch die Grundplatte 36 sondern ist am Ende abgeschnitten und geeignet behandelt z. B. durch Bedecken mit schwarzer Farbe, daß kein Licht durch ihn hindurchgelangen kann. Somit ist der Thermistor 38 im Vergleich zu Thermistor 16 immer dunkel, und der einzige von der Umgebung '· herrührende Unterschied zwischen beiden besteht in der Lichtzufuhr zum Thermistor 16.

Um weitere unerwünschte Störungen der thermischen Umgebung der Thermistoren 16 und 38 zu verringern, können sie physikalisch voneinander isoliert

κι sein. Einrichtungen für eine solche Isolation sind in F i g. 4B, 5B und 5C dargestellt welche eine alternative Ausführungsform des Leistungssensors zeigen. Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in F i g. 4A und 5A. Ein Metallseptum 100

i'> kann benutzt werden, um die zwei Thermistoren voneinander zu trennen, um den Effekt der Wärmekonvektion von einem Thermistor zum anderen zu minimieren. Um die Trennung der beiden Thermistoren durch das Septum 100 zu vereinfachen, ist der in

-'•ι Fig.4A dargestellte Anschluß 24 in zwei Anschlüsse 24 A und 24 B aufgeteilt wie in F i g. 4B dargestellt ist Das Septum 100 kann zwischen Grundplatte 36 und einem Deckel 52 befestigt sein.

Jeder der beiden Thermistoren 16 und 38 kann einen

J^r> Arm einer selbstabgleichenden Brücke bilden, wie sie z. B. in den US-PSen 36 26 290 und 35 01 696 beschrieben sind. In jeder selbstabgleichenden Brücke fließt ein Strom durch jeden Brückenzweig und somit durch jeden Thermistor, wobei die Brücke in einem abgeglichenen

i" Zustand gehalten wird. Der durch jeden der beiden Thermistoren fließende Strom hält den jeweiligen Thermistor auf einer gegebenen Ruhetemperatur, z. B. 137° C beim bevorzugten Ausführungsbeispiel. Wenn auf den Thermistor 16 Licht einfällt, fängt dessen

Γι Temperatur wegen der zusätzlichen Leistung zu steigen an. Der Temperaturanstieg des Thermistors 16 verringert dessen Widerstand und bringt die Brücke aus ihrem Abgleichzustand. Der Fehlabgleich der Brücke wird durch einen parallel zur Brücke geschalteten Verstärker festgestellt welcher daraufhin den der Brücke zugeführten Strom und damit den Stromfluß durch den Thermistor 16 verringert Die Selbstaufheizung des Thermistors aufgrund des durch ihn fließenden Stroms wird entsprechend erniedrigt wodurch der Thermistor

4i 16 zu seiner Ruhetemperatur zurückkehrt. Der Thermistor 16 bleibt somit immer auf derselben Temperatur gehalten, und der Betrag, um welchen der Strom durch den Thermistor 16 verringert worden ist, ist ein direktes Maß der vom Thermistor 16 absorbierten Lichtleistung.

•)«i Das Ausgangssignal der selbstabgleichenden Brücke kann dementsprechend mit einem Meßgerät angezeigt werden, welches eine direkte, absolute Anzeige der auf den Thermistor 16 auftreffenden Leistung in Watt liefert

■>■> Da der Thermistor 16 auch empfindlich tür Änderungen der Umgebungstemperatur ist, ist eine zweite selbstabgleichende Brücke mit dem Thermistor 38 in einem ihrer Zweige vorgesehen, die ein Temperaturkompensationssignal abgibt, so daß die Temperaturef-

hii fekte aus dem Endergebnis entfernt werden können, welches von dem Meßgerät angezeigt wird. Ein solches Kompensationsschema ist in der obenerwähnten US-PS 35 01 696 beschrieben.

Um den Leistungssensor noch weiter von Umge-

h-'i bunijstemperatureffekten zu isolieren, ist ein Sensorgehäuse vorgesehen, welches in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Deckel 52, der ähnlich dem Deckel 30 auf der Grundplatte 12 ist, wird auf eine Grundplatte 36 gesetzt

und schafft einen Mantel um die Thermistoren 16 und 38. Diese Anordnung bildet ein Gehäuse, welches wiederum in einen metallischen Wärmeableiter 54 gesetzt werden kann, welcher z. B. aus Aluminium hergestellt ist und eine große Wärmekapazität schafft, die Temperaturänderungen in der externen Atmosphäre puffen. Die Thermistoren 20, 24 und 44 sind an breiten Metallfahnen 56, 58 bzw. 60 befestigt. Diese Metallfahnen sind von der Wärmeableitung 54 elektrisch isoliert, jedoch thermisch mit ihr gekoppelt, so daß die Anschlüsse 22, 24 und 44 relativ zueinander konstant auf der gleichen Temperatur gehalten werden.

Die Wärmeableitung 54 ist wiederum in einem wärmeisolierenden Gehäuse 62 angeordnet, welches einen Fiberoptik-Kabelanschluß 64 an ihrem einen Ende aufweist, der den Fiberoptik-Lichtleiter 10 aufnimmt. Am anderen Ende des Gehäuses 62 befindet sich eine thermisch und elektrisch isolierende Kappe 66 mit Anschlußstiften 68, 70 und 72, die mit den Anschlüssen 22,24 bzw. 44 verbunden sind.

Wie in Fi g. 7 schematisch dargestellt ist, können die Anschlußstifte 68,70 und 72 mittels eines Kabels 76 mit einer Meßschaltung 74 verbunden werden, die z. B. in der obenerwähnten US-PS 35 01 696 beschrieben ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Leistung von aus einem Glasfaser-Lichtleiter austretendem Licht, gekennzeichnet durch einen Meßthermistor (16), der mittels eines optisch transparenten Bindemittels (34) mit dem Lichtaustrittsende des Glasfaser-Lichtleiters (10) verbunden ist, einen Referenzthermistor (38), der mit einem weiteren, nicht von Licht beaufschlagten Glasfaser-Lichtleiter (46) verbunden ist, sowie eine den Meß- und den Referenzthermistor (16 bzw. 38) enthaltende Meßschaltung (74).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßthermistor (16) mindestens so groß wie der Querschnitt des mit ihm verbundenen Glasfaser-Lichtleiters (10) an dessen Verbindungsstelle mit dem Meßthermistor ist

3. Vorrichtung nach Anspruch. 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (36, 52), das den Meßthermistor (16) und den Referenzthermistor (38) einschließt und das die elektrischen Anschlüsse (22, 24, 44) der beiden Thermistoren an die Meßschaltung (74) trägt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Trennwand (100), die im Gehäuse (12,30) befestigt ist und den Meßthermistor (16) vom Referenzthermistor (38) trennt

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 30) eine Grundplatte (36) mit Durchführungsisolatoren (26, 28, 50) für die Befestigung und elektrische Isolation der elektrischen Anschlüsse (22, 24, 44), einem Durchführungsisolator (14) für die Halterung und thermische Isolation des Glasfaser-Lichtleiters (10) sowie mit einem Stützisolator (48) für die Halterung und thermische Isolation des weiteren Glasfaser-Lichtleiters (46) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine optische Verbindungseinrichtung (64), die mit dem ersten Glasfaser-Lichtleiter (10) für den Empfang von Licht aus einem Fiberoptik-Kabel verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (74) eine selbstabgleichende Prüfbrücke und eine selbstabgleichende Referenzbrücke enthält, wobei ein Zweig der Prüfbrücke den Meßthermistor und ein Zweig der Referenzbrücke den Referenzthermistor (38) enthält

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Wärmeableiteinrichtung (54), die mit dem Gehäuse (52) und den elektrischen Anschlüssen (22, 24,44) thermisch gekoppelt, jedoch elektrisch davon isoliert ist, und die von dem Glasfaser-Lichtleiter (10) thermisch isoliert ist.