Title:
Faserbruchüberwachung für einen Lichtwellenleiter
Kind Code:
B4


Abstract:

Verfahren zur Bruchüberwachung eines zur Übertragung eines Nutzlichtes (18) vorgesehenen Lichtwellenleiters (10) mit einem Kern (12) und einen den Kern (12) umhüllenden Mantel (14) zwischen einer ersten Stelle (22) des Lichtwellenleiters (10) und einer von der ersten Stelle (22) beabstandeten zweiten Stelle (26; 26') des Lichtwellenleiters (10), wobei ein Prüflicht (20) an der ersten Stelle (22) in den Lichtwellenleiter (10) eingekoppelt und an der zweiten Stelle (26; 26') aus dem Lichtwellenleiter (10) ausgekoppelt sowie analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) an der ersten Stelle (22) in den Mantel (14) des Lichtwellenleiters (10) derart eingekoppelt wird, dass sich das Prüflicht (20) im Wesentlichen entlang des Mantels (14) ausbreitet, wobei das Prüflicht (20) an der zweiten Stelle (26; 26') aus dem Mantel (14) des Lichtwellenleiters (10) ausgekoppelt wird.




Inventors:
Berger, Roland (82131, Gauting, DE)
Wurster, Clemens, Dr. (86167, Augsburg, DE)
Application Number:
DE102011009996A
Publication Date:
08/02/2012
Filing Date:
02/01/2011
Assignee:
Berger, Roland, 82131 (DE)
ROSENBERGER Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG, 83413 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE19856219A1N/A1999-06-10



Foreign References:
48830541989-11-28
53191951994-06-07
WO2003085863A12003-10-16
WO2009112815A12009-09-17
JPS5979137A1984-05-08
Attorney, Agent or Firm:
Zeitler Volpert Kandlbinder Patent- und Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, 80539, München, DE
Claims:
1. Verfahren zur Bruchüberwachung eines zur Übertragung eines Nutzlichtes (18) vorgesehenen Lichtwellenleiters (10) mit einem Kern (12) und einen den Kern (12) umhüllenden Mantel (14) zwischen einer ersten Stelle (22) des Lichtwellenleiters (10) und einer von der ersten Stelle (22) beabstandeten zweiten Stelle (26; 26') des Lichtwellenleiters (10), wobei ein Prüflicht (20) an der ersten Stelle (22) in den Lichtwellenleiter (10) eingekoppelt und an der zweiten Stelle (26; 26') aus dem Lichtwellenleiter (10) ausgekoppelt sowie analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) an der ersten Stelle (22) in den Mantel (14) des Lichtwellenleiters (10) derart eingekoppelt wird, dass sich das Prüflicht (20) im Wesentlichen entlang des Mantels (14) ausbreitet, wobei das Prüflicht (20) an der zweiten Stelle (26; 26') aus dem Mantel (14) des Lichtwellenleiters (10) ausgekoppelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass ein Pegel des an der zweiten Stelle (26; 26') ausgekoppelten Prüflichtes (20) einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Stelle (26; 26') neben dem Prüflicht (20) auch jedes andere im Mantel (14) vorhandene Licht mindestens teilweise ausgekoppelt wird und ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass ein Pegel des gesamten, an der zweiten Stelle (26; 26') ausgekoppelten Lichtes einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) moduliert und/oder gepulst eingekoppelt wird, wobei eine Modulation und/oder ein Puls des ausgekoppelten Prüflichtes (20) mit der Modulation und/oder dem Puls des eingekoppelten Prüflichtes (20) verglichen wird, wobei ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass eine Differenz zwischen der Modulation und/oder dem Puls von eingekoppeltem und ausgekoppeltem Prüflicht (20) einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) rechteckförmig gepulst oder sinusförmig moduliert eingekoppelt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stelle (22) und/oder zweiten Stelle (26; 26') das Prüflicht (20) an einem Umfang oder Teilbereich des Umfangs oder einer Umfangsoberfläche oder einem Teilbereich der Umfangsoberfläche des Lichtwellenleiters (10) eingekoppelt und/oder ausgekoppelt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stelle (22) und/oder zweiten Stelle (26; 26') das Prüflicht (20) an einer aufgerauten Oberfläche des freigelegten Mantels (14) oder einer Schutzbeschichtung des Lichtwellenleiters (10) eingekoppelt und/oder ausgekoppelt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) über einen Einkoppel-Lichtwellenleiter, mindestens eine optische Linse (28) und/oder mindestens einen optischen Spiegel eingekoppelt und/oder ausgekoppelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppel-Lichtwellenleiter an den Mantel (14) des Lichtwellenleiters (10) angespleißt oder mit einem Kleber angeklebt ist, wobei der Kleber einen gleichen oder größeren Brechungsindex aufweist als der Mantel (14).

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Prüflicht (20) eine Wellenlänge verwendet wird, welche unterschiedlich von einer Wellenlänge des Nutzlichtes (18) ist.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Prüflicht (20) ein Laserstrahl oder Licht einer Leuchtdiode verwendet wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass mindestens ein Parameter des an der zweiten Stelle (26; 26') ausgekoppelten Prüflichtes (20) überwacht wird und eine Veränderung dieses Parameters als Indikator für einen Faserbruch verwendet wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüflicht (20) zwischen der ersten Stelle (22) und zweiten Stelle (26; 26') mindestens einmal in Richtung entgegen einer Hauptausbreitungsrichtung des Nutzlichtes (18) reflektiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexion des Prüflichtes (20) an einem Spiegel, einem Interferenzfilter oder einem Retroreflektor durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzfilter als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bruchüberwachung eines zur Übertragung eines Nutzlichtes vorgesehenen Lichtwellenleiters mit einem Kern und einen den Kern umhüllenden Mantel zwischen einer ersten Stelle des Lichtwellenleiters und einer von der ersten Stelle beabstandeten zweiten Stelle des Lichtwellenleiters, wobei ein Prüflicht an der ersten Stelle in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und an der zweiten Stelle aus dem Lichtleiter seitlich ausgekoppelt sowie analysiert wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Übertragung von Laserlicht über Lichtwellenleiter kann es dadurch zu gefährlichen Situationen kommen, dass der Lichtwellenleiter mechanisch bricht und das Laserlicht an unerwarteter Stelle aus dem Lichtwellenleiter austritt und ggf. Schaden anrichtet. Die Gefahr von Schäden ist dann besonders groß, wenn Laserlicht mit hoher Energie von dem Lichtwellenleiter übertragen wird. So gibt es beispielsweise An-wendungen von Laserlicht, bei denen eine Übertragung von Laserlicht mit einer Leistung von 30 kW oder mehr erfolgt. Hier kann neben einer mechanischen Überbelastung des Lichtwellenleiters auch die Energie des übertragenen Laserlichtes bei ungünstigen Bedingungen, wie beispielsweise kleinen Biegeradien des Lichtwellenleiters, zu einer mechanischen Beschädigung des übertragenden Lichtwellenleiters und einem entsprechenden Leck, aus dem das Laserlicht austritt, führen.

Aus der WO 2003/038385 A1 ist eine Faserbrucherkennung bekannt, bei der eine Veränderung in einem über den Lichtwellenleiter geleitetes Nutzsignal erfasst wird. Hierzu wird der Effekt genutzt, dass es an einer Bruchstelle des Lichtwellenleiters zu einer Fresnel-Reflexion kommt. So wird bei einem in dem Lichtwellenleiter reflektierten Lasersignal zur Temperaturmessung zusätzlich in einem Frequenzspektrum eine charakteristische Schwebung aufgrund einer Fresnel-Reflexion detektiert, um einen Faserbruch zu detektieren. Ebenfalls ist die Erfassung eines Faserbruches durch Auswertung der örtlichen Rückstreukurve vorgesehen. Hierbei ergibt sich bei einem Faserbruch eine Leistungsabnahme des rückgestreuten Laserlichts entlang der Glas-faserstrecke. Alternativ wird mit einem zusätzlichen Photodetektor am Ende der Messfaser (Transmissionsmessung) ein Faserbruch dadurch erkannt, dass dieser Photodetektor kein Laserlicht detektiert. In einer weiteren Alternative wird zur Faserbrucherkennung unabhängig von den Mess- und Verarbeitungsroutinen der verwendeten Messeinrichtung ein zweites optisches System vorgeschlagen, welches dieselbe Messfaser beaufschlagt. Die Wellenlänge des zweiten Lasersystems wird so gewählt, dass keine spektrale Beeinflussung (optisches Übersprechen) der beiden Lasermesssysteme vorkommt. Die optische Kopplung beider Systeme erfolgt über einen i. a. faseroptischen Strahlteiler mit den Komponenten Leistungskoppler, Wellen-längenmultiplexer etc.. Alternativ wird zusätzlich zur Lichtleitfaser eine Schutzfaser mitgeführt, über die das Laserlicht des zweiten optischen Systems geleitet und aus-gewertet wird. Hierbei ist eine enge räumliche Lage von Mess- und Schutzfaser erforderlich, damit im Fall einer mechanischen Einwirkung beide Fasern nahezu gleich-zeitig durchtrennt werden.

Aus der WO 2003/085863 A1 ist eine Schutzeinrichtung für eine mit Licht hoher Leistung beaufschlagte Faserleitung bekannt, wobei die Schutzeinrichtung bei einer Zerstörung der Faserleitung ein schnelles automatisches Abtrennen der Lichteinspeisung ermöglicht. Eine derartige Schutzeinrichtung weist eine Lichtquelle und ein Mittel zur Unterbrechung der Einspeisung des Lichts in die Faserleitung, eine Kontrolleinheit, die mit dem Mittel zur Unterbrechung der Einspeisung des Lichts und einem Mittel zur Detektion eines Faserdefektes in der Faserleitung verbunden ist, Mittel zum Erzeugen von Kontroll-Licht, das dem Mittel zur Detektion des Faserdefektes zugeführt wird, eine Kontrollfaserleitung, über die das Kontroll-Licht dem Mittel zur Detektion und von dort der Kontrolleinheit zugeführt wird, und Mittel zum Auskoppeln des Kontroll-Lichts aus der Faserleitung in die Kontrollfaserleitung auf, wobei das Mittel zur Unterbrechung der Einspeisung des Lichts die Einspeisung des Lichts hoher Leistung unterbricht, wenn der Pegel des Kontroll-Lichts, das dem Mittel zur Detektion des Faserdefekts zugeführt wird, unter einem kritischen Wert liegt.

Aus der JP 59079137 A ist ein Verfahren zur Detektion eines Bruchs eines Lichtwellenleiters bekannt, das darauf beruht, dass das grundsätzlich über einen Kern des Lichtwellenleiters übertragene Nutzlicht an der Bruchstelle unkontrolliert reflektiert wird, wobei sich an der Bruchstelle Ausfallswinkel für einzelne Strahlen des Lichts ergeben, die so groß sind, dass diese reflektierten Strahlen nicht nur über den Kern, sondern auch über einen den Kern umgebenden Mantel (Cladding) übertragen werden. Dies ermöglicht wiederum, bei einem Bruch des Lichtwellenleiters (und nur dann) eine Strahlung am äußeren Umfang des Mantels zu detektieren und dadurch auf den Bruch schließen zu können.

Aus der US 5 319 195 A ist ein Lasersystem zum Bearbeiten eines Werkstückes bekannt. Ein Wandler detektiert bei einer Position nahe der Einspeisung die Leistung von Licht, welches sich in dem Mantel (cladding) eines Lichtwellenleiters ausbreitet. Der Ausgang des Wandlers wird in Verhältnis gesetzt mit dem Ausgang eines anderen Wandlers, welcher die Ausgangsleistung des Laserstrahls detektiert. So wird ein Signal erzeugt, welches eine Fehlausrichtung zwischen dem Laserstrahl und dem Kern des Lichtwellenleiters anzeigt.

Aus der DE 198 56 219 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Lichtintensität in Lichtleitfasern bekannt. Eine faseroptische Anzapfung zur Überwachung der Lichtintensität in einem faseroptischen Kabel wird dadurch erhalten, dass die Hüllschicht entfernt und die Mantelschicht darunter rauhgeschliffen wird, so dass Licht in der Mantelschicht davon abgestrahlt wird. Ein Photodetektor ist nahe der geschliffenen Oberfläche angeordnet und optisch von anderen Lichtquellen isoliert. Das von dem Photodetektor gebildete Signal zeigt die Lichtintensität in der Faser an. Da von dem Photodetektor gebildete Signal kann einen Alarm auslösen und auch zur der Lichtquelle zurückgekoppelt werden, um die Lichtintensität in der Fader aufrechtzuerhalten.

Aus der WO 2009/112815 A1 ist eine Prozessüberwachung bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit einem von einem Lichtwellenleiter übertragenen Laserstrahl bekannt. Dabei ist vorgesehen, von dem Werkstück reflektierte Laserstrahlung über den Lichtwellenleiter, der einen Kern sowie zwei den Kern umhüllende Mäntel aufweist, über die Mäntel zurückzuleiten und einer Analysevorrichtung zuzuführen, um die Bearbeitung des Werkstücks zu beobachten und zu kontrollieren.

Aus der US 4 883 054 A ist eine Vorrichtung zum Detektieren eine Bruches in einer optischen Faser, welche zum Übertragen von optischer Energie, wie Laserenergie, ausgebildet ist, bekannt. Die optische Faser umfasst eine Kern, einen den Kern konzentrisch umhüllenden Mantel und eine den Mantel konzentrisch umhüllende Schutzhülle. In der Schutzhülle ist ein Detektor benachbart zum Mantel angeordnet. Der Detektor ist derart ausgebildet, dass dieser sowohl einen Bruch in einem Abschnitt benachbart zum Mantel aufgrund eines Bruches der Faser als auch eine Änderung in der Transmission der optischen Energie aufgrund eines Bruches in der Faser ohne dass gleichzeitig ein Bruch in dem benachbarten Abschnitt vorliegt, detektiert, wobei ein Signal zur Verfügung gestellt wird, welches einen Faserbruch anzeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art dahingehend zu verbessert, dass mit wenigen bzw. einfachen Komponenten eine funktionssichere Faserbruchüberwachung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei einem Verfahren der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Prüflicht an der ersten Stelle in einen Mantel (cladding) des Lichtwellenleiters derart eingekoppelt wird, dass sich das Prüflicht im Wesentlichen entlang des Mantels (cladding) ausbreitet, wobei das Prüflicht an der zweiten Stelle aus dem Mantel (cladding) des Lichtwellenleiters ausgekoppelt wird.

Dies hat den Vorteil, dass die Überwachung direkt an dem zu überwachenden Lichtwellenleiter erfolgt und dabei trotzdem eine räumliche Trennung von Nutzlicht im Kern (core) des Lichtwellenleiters und Prüflicht im Mantel (cladding) des Lichtwellenleiters erfolgt. Damit ist eine Beeinflussung des Nutzsignals im Kern sowie eine Beeinflussung der Faserbruchüberwachung durch das Nutzlicht minimiert. Zusätzlich können auch Brüche des Kerns ohne Beschädigung des Mantels zuverlässig detektiert werden.

Eine zuverlässige Faserbrucherkennung wird dadurch erzielt, dass ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass ein Pegel des an der zweiten Stelle ausgekoppelten Prüflichtes einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.

Eine zuverlässige Erkennung auch eines Bruches lediglich eines Kerns (core) des Lichtwellenleiters erzielt man dadurch, dass an der zweiten Stelle neben dem Prüflicht auch jedes andere im Mantel (cladding) vorhandene Licht mindestens teilweise ausgekoppelt wird und ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass ein Pegel des gesamten, an der zweiten Stelle ausgekoppelten Lichtes einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass sich das relativ zum Prüflicht im Pegel wesentlich stärkere Nutzlicht auch im Mantel (cladding) des Lichtwellenleiters ausbreitet, was bei hohen Leistungen des Nutzlichtes innerhalb kurzer Zeit zu einer Überhitzung und damit thermischen Beschädigung des Lichtwellenleiters führen würde. Somit kann bereits vor einem endgültigen mechanischen Versagen bzw. Bruches des Lichtwellenleiters und damit vor einem wesentlichen Austritt von Nutzlicht aus dem Lichtwellenleiter der drohende Bruch erkannt und vorab das Nutzlicht abgeschaltet werden.

Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit der Brucherkennung, eine Verbesserung der Störempfindlichkeit der Bruchüberwachung sowie eine Vereinfachung der gezielten Auskopplung des Prüflichtes erzielt man dadurch, dass das Prüflicht moduliert, insbesondere sinusförmig moduliert, und/oder gepulst, beispielsweise rechteckförmig gepulst, eingekoppelt wird, wobei eine Modulation bzw. ein Puls des ausgekoppelten Prüflichtes mit der Modulation bzw. dem Puls des eingekoppelten Prüflichtes verglichen wird, wobei ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass eine Differenz zwischen der Modulation bzw. dem Puls von eingekoppeltem und ausgekoppeltem Prüflicht einen vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet.

Eine besonders einfache und funktionssichere Ein bzw. Auskopplung des Prüflichtes in das bzw. aus dem Mantel (cladding) des Lichtwellenleiters erzielt man dadurch, dass an der ersten und/oder zweiten Stelle das Prüflicht an einem Umfang oder Teilbereich des Umfangs oder einer Umfangsoberfläche oder einem Teilbereich der Umfangsoberfläche des Lichtwellenleiters eingekoppelt bzw. ausgekoppelt wird.

Eine besonders einfache Herstellung von Einkoppel- und Auskoppelstellen für das Prüflicht am Lichtwellenleiter erzielt man dadurch, dass an der ersten und/oder zweiten Stelle das Prüflicht an einer aufgerauten Oberfläche des freigelegten Mantels (cladding) oder einer Schutzbeschichtung (buffer) des Lichtwellenleiters eingekoppelt und/oder ausgekoppelt wird.

Zur Verbesserung der Ein-/Auskopplung und ggf. Anpassung an Umgebungsbedingungen wird das Prüflicht über einen Einkoppel-Lichtwellenleiter, mindestens eine optische Linse und/oder mindestens einen optischen Spiegel eingekoppelt und/oder ausgekoppelt.

Eine besonders gute Einkopplung des Prüflichtes erzielt man dadurch, dass der Einkoppel-Lichtwellenleiter an den Mantel des Lichtwellenleiters angespleißt oder mit einem Kleber angeklebt ist, wobei der Kleber einen gleichen oder größeren Brechungsindex aufweist als der Mantel.

Eine zusätzliche Trennung von Nutzlicht und Prüflicht erzielt man dadurch, dass für das Prüflicht eine Wellenlänge verwendet wird, welche unterschiedlich von einer Wellenlänge des Nutzlichtes ist.

Eine besonders schnelle und hochauflösende Faserbruchüberwachung erzielt man dadurch, dass für das Prüflicht ein Laserstrahl oder Licht einer Leuchtdiode verwendet wird.

Eine funktionssichere Faserbruchüberwachung erzielt man dadurch, dass ein Faserbruch dadurch detektiert wird, dass mindestens ein Parameter des an der zweiten Stelle ausgekoppelten Prüflichtes überwacht wird und eine Veränderung dieses Parameters als Indikator für einen Faserbruch verwendet wird.

Eine Beschaltung des Lichtwellenleiters auf lediglich einer Seite mit den Komponenten der Faserbruchüberwachung erzielt man dadurch, dass das Prüflicht zwischen der ersten und zweiten Stelle mindestens einmal in Richtung entgegen einer Hauptausbreitungsrichtung des Nutzlichtes reflektiert wird.

Einen besonders einfachen und funktionssicheren Aufbau erzielt man dadurch, dass die Reflexion des Prüflichtes an einem Spiegel, einem Interferenzfilter, wie beispielsweise einem FBG (Faser-Bragg-Gitter), oder einem Retroreflektor durchgeführt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. einen Abschnitt eines Lichtwellenleiters zum Übertragen eines Nutzlichtes.

Der in der einzigen Fig. dargestellte Lichtwellenleiter 10 umfasst einen Kern (core) 12, einen den Kern (core) 12 umhüllenden Mantel (cladding) 14 und eine den Mantel (cladding) 14 umhüllende Schutzbeschichtung (coating/buffer) 16. Ein Nutzlicht 18 wird in dem Kern 12 des Lichtwellenleiters 10 übertragen, wobei durch eine entsprechende Differenz des jeweiligen Brechungsindex in Kern 12 und Mantel 14 jeweilige Totalreflexionen das Nutzlicht 18 innerhalb des Kerns 12 halten. Es ist lediglich bei-spielhaft ein Lichtwellenleiter 10 mit einem Mantel (cladding) 14 dargestellt. Es können jedoch auch zwei oder mehr Mäntel (claddings) 14 vorgesehen sein.

Das Nutzlicht 18 ist bevorzugt Laserstrahllicht mit hoher Leistung von beispielsweise 30 kW oder mehr. Da dieses Nutzlicht 18 in dem Kern 12 mit geringer Dämpfung übertragen wird, kommt es hier zu einer lediglich geringen Erwärmung bzw. thermischen Belastung des Lichtwellenleiters. Anders wäre jedoch der Fall, wenn das Nutzlicht 18 in unerwünschter Weise beispielsweise durch einen Bruch oder eine Beschädigung der Grenzschicht zwischen Kern 12 und Mantel 14 in den Mantel 14 eindringen würde. Hier würde die hohe Leistung des Nutzlichtes 18 zu einer thermischen Überlastung und damit zu einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 führen, in deren Folge das Nutzlicht 18 in unerwünschter Weise aus dem Lichtwellenleiter 10 austreten und entsprechende Schäden, beispielsweise an Personen oder Gegenständen, anrichten würde. Auch eine sonstige mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10, die sich über den Kern 12, den Mantel 14 und die Schutzbeschichtung 16 erstreckt, beispielsweise ein Bruch nach starker Biegung des Lichtwellenleiters, führt zu einem unerwünschten Austritt von Nutzlicht 18 aus dem Lichtwellenleiter. Daher ist bei Anwendungen von Lichtwellenleitern zur Übertragung von Laserlicht mit hoher Energie bzw. Leistung eine Faserbruchüberwachung notwendig, die im Falle einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 die Quelle des Nutzlichtes 18 sofort abschaltet.

Um entsprechende mechanische Beschädigungen des Lichtwellenleiters 10 zu detek-tieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an einer ersten Stelle 22 ein Prüflicht 20 bevorzugt in Form eines Laserlichtes bzw. Laserstrahles in den Mantel 14 des Lichtwellenleiters 10 eingekoppelt wird. In der beispielhaft schematisch dargestellten Ausführungsform gemäß der einzigen Fig. ist beispielhaft eine Laserstrahlquelle 24 vorgesehen, deren Laserstrahl 20 auf die erste Stelle 22 gerichtet ist. An dieser ersten Stelle 22 ist der Mantel 14 teilweise von der Schutzbeschichtung 16 befreit bzw. frei-gelegt und zusätzlich ist die Oberfläche des Mantels 14 an der freigelegten Stelle aufgeraut. Der Laserstrahl bzw. das Prüflicht 20 wird derart an der ersten Stelle 22 in den Lichtwellenleiter eingekoppelt, dass das Prüflicht 20 im Wesentlichen lediglich in dem Mantel 14 weitergeleitet wird, jedoch nur zu einem geringen Teil in den Kern 12 des Lichtwellenleiters 10 eindringt. Durch entsprechende Totalreflexion wird das Prüflicht 20 entlang des Lichtwellenleiters 10 innerhalb des Mantels 14 geführt.

An einer zweiten Stelle 26 ist der Mantel 14 analog zur ersten Stelle 22 freigelegt und die Oberfläche des Mantels 14 an der freigelegten Stelle aufgeraut, so dass an dieser zweiten Stelle keine Totalreflexion des Prüflichtes 20 stattfindet, sondern stattdessen das Prüflicht 20 aus dem Lichtwellenleiter 10 bzw. dem Mantel 14 ausgekoppelt wird. Das Auskoppeln des Prüflichtes 20 erfolgt an der zweiten Stelle 26 über mindestens eine Linse 28 zu einem Empfänger 30. In dem Empfänger 30 erfolgt eine Auswertung des empfangen Prüflichtes 20, um eine eventuelle mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 zwischen der ersten Stelle 22 und der zweiten Stelle 26 zu de-tektieren. Die erste und zweite Stelle 22, 26 sind beispielsweise jeweils innerhalb eines Steckverbinders an jeweiligen Enden des Lichtwellenleiters 10 angeordnet, so dass möglichst der gesamte Bereich des Lichtwellenleiters 10, durch welchen des Nutzlicht 18 geleitet wird, durch das Prüflicht 20 überwacht wird.

Eine Detektion eines Bruches (Faserbruch) erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein Wert für einen Leistungspegel des vom Empfänger 30 empfangenen Prüflichtes 20 einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Dies deutet darauf hin, dass das Prüflicht 20 an einer anderen als der zweiten Stelle 26 aus dem Lichtwellenleiter 10 bzw. dem Mantel 14 austritt, so dass hier eine mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 vorliegt, an der auch das Nutzlicht 18 aus dem Lichtwellenleiter 10 bzw. dem Kern 12 austreten könnte. Der Empfänger 30 bzw. eine entsprechende Auswerteeinheit für das an der zweiten Stelle 26 ausgekoppelte und vom Empfänger 30 empfangene Prüflicht 20 ist zweckmäßigerweise mit einem Schalter verbunden, der die Quelle des Nutzlichtes 18 bzw. eine elektrische Energieversorgung für diese Quelle ab-schaltet, sobald eine mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters (Faserbruch) erkannt wurde.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Faserbruchüberwachung liegt darin, dass auch eine mechanische Beschädigung bzw. Bruchstelle zwischen dem Kern 12 und dem Mantel 14 detektiert werden kann, da das Prüflicht 20 den Mantel 14 auch in Richtung des Kerns 12 verlassen kann und auch dies zu einer entsprechenden Veränderung eines am Empfänger 30 überwachten Parameters des Prüflichtes 20, wie beispielsweise des Leistungspegels, führt. In diesem Fall dringt das Nutzlicht 18 in den Mantel 14 ein, würde jedoch zunächst den Lichtwellenleiter nicht sofort verlassen. Die hohe Leistungsdichte des Nutzlichtes 18 würde jedoch im Mantel 14 nach einer entsprechenden Wirkzeit zu einer thermischen Überlastung und in der Folge zu einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 führen, an der das Nutzlicht 18 den Lichtwellenleiter 10 verlassen würde. Durch die erfindungsgemäße Faserbruchüberwachung kann in diesem Fall die Quelle für das Nutzlicht 18 bereits vor der mechanischen Beschädigung auch des Mantels 14 des Lichtwellenleiters 10 ab-geschaltet werden, also bevor noch Nutzlicht 18 in unerwünschter Weise aus dem Lichtwellenleiter 10 austreten kann. Zusätzlich wird eine ggf. durch den thermisch überlasteten Lichtwellenleiter 10 hervorgerufene Brandgefahr wirksam unterdrückt.

Die Wellenlänge des Prüflichtes 20 ist beispielsweise aus einem Bereich von 200 nm bis 900 nm gewählt. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Wellenlänge des Prüflichtes 20 unterschiedlich von der Wellenlänge des Nutzlichtes 18 ist. Dies minimiert eine gegenseitige Beeinflussung von Nutzlicht 18 und Faserbruchüberwachung mit dem Prüflicht 20 und ermöglicht eine entsprechende Filterung bzw. gezielte Auskopplung des Prüflichtes 20 aus dem Mantel 14 an der zweiten Stelle 26 mit entsprechenden optischen Filtern, die nur für bestimmte Wellenlängen von Laserlicht durchlässig sind.

Voranstehend ist lediglich beispielhaft der Lichtpegel als charakteristischer Parameter des Prüflichtes 20, dessen Veränderung eine mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 anzeigt, dargestellt. Eine Detektion einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 ist auch mit einem oder mehreren anderen Parametern des Prüflichtes möglich. Weiterhin ist eine Detektion einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 dadurch möglich, dass an der zweiten Stelle ein übermäßiger Pegel des Nutzlichtes detektiert wird.

In einer beispielhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Prüflicht 20 gepulst, beispielsweise als Rechteckpulse, an der ersten Stelle 22 in den Mantel 14 eingekoppelt. Diese eingekoppelten Pulse triggern am Empfänger 30 eine entsprechende Auswertung, wobei im Vergleich zur ersten Stelle 22 das gepulste Prüflicht 20 an der zweiten Stelle 26 um eine der Entfernung zwischen der ersten und zweiten Stelle 22, 26 entsprechende Phasenverschiebung ankommen bzw. detektiert werden muss. Ist die tatsächliche Phasenverschiebung anders als erwartet, nimmt das Prüflicht 20 einen anderen als den erwarteten Weg ausschließlich über den Mantel 14, so dass von einer mechanischen Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 an der auch das Nutzlicht 18 aus dem Kern 12 austreten kann, ausgegangen werden muss. So könnten beispielsweise mehrere Schadstellen an der Grenzschicht zwischen dem Kern 12 und dem Mantel 14 vorhanden sein, so dass das Prüflicht 20 zunächst in den Kern 12 eindringt und dann wieder in den Mantel 14 zurück kehrt. In diesem Falle wäre u. U. der Abfall des Leistungspegels des Prüflichtes 20 nicht groß genug, um detektiert zu werden, die Phasendifferenz wäre aber eindeutig zu detektieren und kann als Indikator für eine mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10 dienen, bei der die Quelle für das Nutzlicht 18 sofort abgeschaltet werden muss.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Faserbruchüberwachung besteht darin, dass ein Nutzlicht 18 für die Faserbruchüberwachung nicht erforderlich ist. So kann bei der Inbetriebnahme einer Anlage mit dem Lichtwellenleiter 10 zuerst die erfindungsgemäße Faserbruchüberwachung aktiviert werden und erst wenn diese einen mechanisch unbeschädigten Lichtwellenleiter 10 signalisiert, wird die Quelle für das Nutzlicht 18 aktiviert. Andernfalls wird ein schadhafter Lichtwellenleiter 10 bereits vor dem Übertragen von Nutzlicht 18 erkannt und die Inbetriebnahme der Quelle für das Nutzlicht 18 blockiert. Auch eine ggf. nicht geschlossene Übertragungsstrecke für das Nutzlicht 18 zwischen der ersten und zweiten Stelle 22, 26, beispielsweise aufgrund eines nicht geschlossenen oder unerwünscht geöffneten Steckverbinders, wird auf diese Weise detektiert, ohne dass hierfür eine Übertragung von Nutzlicht 18 notwendig ist.

Zusätzlich kann mit dem Empfänger 30 auch die Auskopplung von Licht der Wellenlänge des Nutzlichtes 18 überwacht werden. Im regulären Betrieb sollte an der zweiten Stelle 26 im Wesentlichen kein Nutzlicht 18 vorhanden sein. Ist dies doch der Fall, ist dies ein Hinweis auf eine mechanische Beschädigung an der Grenzfläche zwischen dem Kern 12 und dem Mantel 14 irgendwo zwischen der ersten und zweiten Stelle 22, 26, so dass dies als Indikator für einen Faserbruch, eine schlechte Einkopplung des Nutzlichtes oder eine unzureichende Wirkung eines Modenabstreifers (Modenstripper; beispielsweise Bereich mit mattierter Oberfläche des Lichtwellenleiters 10) verwendet werden kann und zu einer sofortigen, automatischen Abschaltung der Quelle für das Nutzlicht 18 führt. Ggf. kann auch ohne Wellenlängenselektion an der zweiten Stelle das austretende Laserlicht in seinem Leistungspegel überwacht werden. Das Prüflicht 20 wird im Vergleich zum Nutzlicht 18 nur geringe Leistungspegel an der zweiten Stelle 26 liefern.

Überschreitet daher der Leistungspegel an der zweiten Stelle 26 einen vorbestimmten Schwellwert, beispielsweise den maximal vom Prüflicht 20 zu erwartenden Leistungspegel, so ist dies ein Indikator für Nutzlicht 18 im Mantel 14 und damit für eine mechanische Beschädigung des Lichtwellenleiters 10.

Die in der einzigen Fig. dargestellte Einkopplung bzw. Auskopplung des Prüflichtes 20 ist lediglich beispielhaft. Es ist auch jede andere Art von Einkopplung möglich. Auch eine Einkopplung des Prüflichtes 20 an einer Stirnfläche eines Endes des Lichtwellenleiters 10 ist möglich. Die Einkopplung muss lediglich derart erfolgen, dass das Prüflicht 20 in dem Mantel 14 des Lichtwellenleiters geführt ist und an der Ein-koppelstelle beispielsweise nicht in den Kern 12 eindringt. Auch eine Einkopplung bzw. Auskopplung über optische Elemente, wie eine Linse, ein Prisma oder einen weiteren Lichtwellenleiter ist möglich. Das oder die optischen Elemente sind mit dem Mantel 14 beispielsweise verklebt oder verschmolzen, um eine entsprechende Ein- bzw. Auskopplung in der zuvor erläuterten gewünschten Weise zu gewährleisten. Ein verwendeter Kleber hat beispielsweise einen Brechungsindex für eine Wellenlänge oder die Wellenlängen des Prüflichtes 20, welcher gleich oder größer als ein Brechungsindex für eine Wellenlänge oder die Wellenlängen des Prüflichts 20 im Mantel 14 ist.

Optional wird das Prüflicht 20 an der ersten und/oder zweiten Stelle 22, 26 über eine geometrische Abbildungsoptik 32 in den Mantel 14 eingekoppelt. Diese Abbildungsoptik 32 hat beispielsweise einen Brechungsindex, der dem Brechungsindex des Mantels 14 entspricht. Beim Einkoppeln des Prüflichtes 20 an der ersten Stelle 22 ist optional ebenfalls eine Linse 28 vorgesehen.

Die Hauptausbreitungsrichtung des Nutzlichtes 18 und des Prüflichtes 20 in dem Lichtwellenleiter 10 ist in der 1 mit einem Pfeil 34 dargestellt. In einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, das Prüflicht 20 an einem optisch wirksamen Element zu reflektieren, so dass sich das Prüflicht 20 entgegen der Hauptausbreitungsrichtung 34 zurück in Richtung der ersten Stelle 22 ausbreitet. Wenn das Prüflicht die erste Stelle 22 passiert, wird aufgrund der geometrisch sehr kleinen Aus-gestaltung der ersten Stelle 22 im Wesentlichen kein Prüflicht 20 an der ersten Stelle 22 ausgekoppelt. Die zweite Stelle 26', welche zum Auskoppeln des Prüflichtes 20 entsprechend dimensioniert ist, ist dann bezüglich der Hauptausbreitungsrichtung 34 stromauf der ersten Stelle 22 am Lichtwellenleiter 10 angeordnet. Auf diese Weise können alle Komponenten der Faserbruchüberwachung an einem Ende des Lichtwellenleiters 10 angeordnet werden und es können lange elektrische Leitungen zwischen der Laserstrahlquelle 24 und dem Empfänger 30 entfallen. Es ist lediglich an einer entsprechenden Stelle ein das Prüflicht 20 reflektierendes, optisches Element im Lichtwellenleiter 10 vorzusehen. Dieses reflektierende, optische Element ist beispielsweise ein Spiegel, ein Interferenzfilter, wie beispielsweise ein FBG (Faser-Bragg-Gitter), oder ein Retroreflektor.