Optische Zeitbereichsreflektometrie (OTDR)

Die optische Zeitbereichsreflektometrie ist ein Verfahren zur Bestimmung von Lauflängen und Reflexionseigenschaften von Lichtwellenleitern (Glasfasern). Dazu werden Laserpulse in ein Glasfaserende eingekoppelt und am selben Ende die zurücklaufende Rayleigh-Streuung der Laserpulse detektiert und als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, ergibt sich der Ort der Rückstreuung eines Pulses aus dessen Laufzeit. Besonderheiten in der Faser wie Spleiße, starke Krümmungen oder Faserstecker verursachen zusätzliche Dämpfungen und können durch ein verändertes Rückstreuverhalten detektiert und lokalisiert werden.

Kohärente Rayleigh-Rückstreuung

Durch Verwendung eines Lasers hoher Kohärenz und Analyse der kohärenten Rayleigh-Streuung ermöglicht unser System, eine Glasfaser entlang der Verlegungsstrecke als verteilten Schallsensor zu nutzen. Die Laserpulse der Wellenlänge 1555 nm haben eine Pulsdauer von einigen Nanosekunden. Die Repetitionsrate mit der die Pulse die Faser durchlaufen beträgt 1 bis 5 kHz, so das Vibrationen bzw. Schalle, die auf die Faser einwirken, im kHz-Bereich abgetastet werden können. Aufgrund der hohen Kohärenz des Lichtes kann ein Interferenzmuster (fingerprint) in der Rückstreuung beobachtet werden, welches mit der Sensitivität einer interferometrischen Messung auf Vibrationen bzw. Schalle reagiert.

Bestimmte für eine Überwachungsanwendung relevante Ereignisse wie z.B. gehende Personen, Graben von Hand oder Baggerarbeiten erzeugen ganz spezifische Schallmuster im Boden und im Faserkabel. Diese werden zum Zweck der Ereignisklassifizierung in digitalen Bibliotheken gespeichert. Das optische Rückstreusignal wird mit der Repititionsrate eingelesen, digitalisiert und zwischengespeichert. Ein komplexer mathematischer Algorithmus sucht nach zeitlichen Veränderungen im Signal. Diese werden mit Hilfe der Musterbibliothek gefiltert und klassifiziert. Im Fall einer Gefährdung sendet das System einen Alarm an den Systembetreiber.