Brevet FR2512296A1 — publié le 19830304

DISPOSITIF DE MESURE DE LA BANDE PASSANTE D'UNE LIAISON PAR FIBRE OPTIQUE La présente invention se rapporte au domaine du contrôle des liaisons par fibre optique et elle a plus particulièrement pour objet la mesure de la bande passante d'une telle liaison. Pour effectuer cette mesure, il est connu d'émettre dans la fibre un rayonnement lumineux modulé dans une bande de fréquence aussi large que possible et d'analyser le signal reçu après propagation dans cette fibre. A cet effet, différentes méthodes sont déjà utilisées, parmi lesquelles on peut citer: - I'utilisation d'un wobulateur à l'émission et d'un détecteur à large bande, suivi d'un oscilloscope ou un enregistreur, à la récep tion ; cette méthode présente l'inconvénient d'être rapidement limitée par la largeur de bande des différents dispositifs utilisés; - I'utilisation à l'émission d'un générateur d'impulsions aussi fines que possible, donc à large spectre de fréquence,et d'un analyseur de spectre à la réception ; cette solution pallie les inconvénients précédents mais présente de nombreux inconvénients lorsqu'on désire l'utiliser sur chantier, après installation d'une liaison optique. En effet, de telles conditions nécessitent de la part des instruments de mesure une grande stabilité en fonction du temps, de la température et de la tension d'alimentation, ainsi que l'aptitude à fonctionner en lumière ambiante et milieu parasité ; enfin, l'appareil résultant doit être aisément transportable, léger, ce qui n'est pas le cas de la solution utilisant l'analyseur de spectre, qui est de plus onéreuse, et d'une utilisation simple limitant au maximum la possibilité d'erreurs d'interprétation. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure répondant à ces diverses contraintes grâce à l'utilisation du processus suivant - émission dans la fibre à mesurer d'un nombre fini (N) de signaux ayant chacun une fréquence prédéfinie; - réception des signaux par deux voies de mesure-: l'une qui reconnaît la fréquence du signal reçu et l'affiche, et l'autre qui, simultanément, mesure l'atténuation du signal dû à sa propagation dans la fibre et l'affiche. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la bande passante d'une liaison par fibre optique comportant un émetteur du rayonnement lumineux dans la fibre optique et un récepteur du rayonnement lumineux après propagation dans la fibre; l'émetteur comportant: - des moyens de génération d'au moins une séquence de N signaux ayant chacun une fréquence prédéfinie; - des moyens de - conversion des signaux précédents en un rayonnement lumineux; et le récepteur comportant: - des moyens de conversion du rayonnement lumineux en signaux électriques; - une première voie de mesure assurant la détection de la fréquence des signaux précédents; - une deuxième voie de mesure assurant la détection du niveau de ces signaux et la comparaison des niveaux obtenus à un niveau de référence, fournissant ainsi l'indication de l'atténuation subie par le rayonnement lumineux. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte en outre des moyens d'affichage numérique de l'atténuation subie par le rayonnement lumineux, cet affichage s'effectuant de préférence directement en dB. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés qui représentent: - la figure 1, un schéma synoptique du dispositif selon l'inventison; - la figure 2, le schéma di;n mode de réalisation de l'émetteur de rayonnement lumineux utilisé dans le dispositif selon l'invention; - la figure 3, le schéma d'un détail de la figure précédente - la figure 4, le schéma d'un mode de réalisation du récepteur utilisé dans le dispositif selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Sur le synoptique de la figure 1, on a représenté un émetteur E susceptible d'émettre un rayonnement lumineux dans une fibre optique 3 dont on veut mesurer la bande passante, ce rayonnement étant reçu à l'autre extrémité de la fibre par un récepteur R. L'émetteur E comporte: - des moyens de génération (1) d'au moins une séquence de N signaux électriques périodiques, de préférence sinusoldaux, ayant chacun une fréquence prédéfinie, les N fréquences étant réparties sur la gamme des fréquences que la fibre 3 est susceptible de transmettre ; - des moyens de conversion, ou émetteur optique, 2, des signaux électriques produits par le générateur I en un rayonnement lumineux susceptible d'être émis dans la fibre 3, par l'intermédiaire de moyens de connexion classiques non représentés; l'émetteur optique 2 est de préférence constitué par un laser. Le récepteur R comporte des moyens de conversion, ou récepteur optique, 4, du rayonnement lumineux reçu après propagation dans la fibre 3, par l'intermédiaire de moyens de connexion classiques non représentés, en signaux électriques. Ces signaux sont dirigés d'une part vers une première voie de mesure (5) assurant la détection de la fréquence des signaux électriques fournis par le récepteur optique 4 et, d'autre part, vers une seconde voie de mesure (6) assurant la détection du niveau de ces mêmes signaux électriques et la comparaison des niveaux obtenus à un niveau de référence, fournissant ainsi la mesure de l'atténuation subie par le rayonnement lumineux lors de sa propagation dans la fibre. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : la partie rémission E assure l'émission dans la fibre 3 de N signaux, chacun présentant une fréquence prédéfinie distincte, et la partie ré- ception R fournit pour chacun des signaux reçus, dont la voie 5 détecte la fréquence, I'indication du niveau d'atténuation correspondant à la fréquence considérée (voie 6). La figure 2 représente un mode. de réalisation de l'émetteur E du dispositif de la figure 1. Sur cette figure, on a représenté un élément 22, appelé séquenceur, qui contient en mémoire ou qui reçoit sur commande extérieure la séquence des N valeurs des fréquences à émettre dans la fibre. Ce séquenceur 22 est relié d'une part à un dispositif d'affichage 21 à tout instant de la fréquence émise et d'autre part à un générateur de fréquence 23, engendrant le signal sinusoldal dont la fréquence est affichée par l'élément 21. Le générateur de fréquence 23 peut être réalisé par exemple à l'aide de N oscillateurs à quartz commutables, chacun des circuits étant destiné à émettre l'une des fréquences de la séquence; le générateur 23 peut être également réalisé comme décrit ci-dessous figure 3. Le séquenceur 22 et le générateur 23 constituent les moyens 1 de la figure 1. Le signal fourni par le générateur 23 voit ensuite son niveau réglé par un circuit 24, commandé soit par le séquenceur 22 soit par une commande extérieure, et permettant l'ajustage du niveau de chacun des N signaux de la fréquence, séparément les uns des autres, avant l'attaque de l'émetteur optique 2. L'émetteur optique 2 est constitué par une source laser 28, stabilisée en température (circuit 26) et en puissance moyenne (circuit 27) par tout moyen connu, la stabilisation en puissance moyenne étant reliée à un sommateur 25 recevant par ailleurs le signal issu du circuit d'ajustage 24. La figure 3 représente un mode particulier de réalisation du générateur de fréquence 23 de la figure 2. Le générateur 23 comporte deux oscillateurs 31 et 33, I'un d'entre eux (33) fournissant une fréquence fixe prédéterminéé et l'autre (31), une fréquence variable en fonction du signal que lui fournit le séquenceur 22. A titre d'exemple, les oscillateurs 31 et 33 peuvent être commandés en tension, le séquenceur 22 fournissant alors N échelons de tension pour obtenir les N signaux sinusoldaux de la séquence. Les fréquences délivrées par les oscillateurs 31 et 33 sont fournies à un mélangeur 32, le signal résultant du battement des deux fréquences précédentes constituant le signal fourni au circuit d'ajustage 24 puis à l'émetteur optique 2. L'avantage de ce mode de réalisation du générateur de fréquence 23 est sa polyvalence; symétriquement, L'avantage de la réalisation du générateur 23 par N oscillateurs à quartz est un coflt moindre, au détriment de la polyvalence. La figure 4 représente un mode de réalisation du récepteur R du dispositif selon l'invention. On retrouve sur cette figure le récepteur optique 4, recevant le rayonnement issu de la fibre 3, et les deux voies de mesure: de fréquence (ensemble de circuits 5) et d'atténuation (ensemble de circuits 6); de plus, des circuits de changement de fréquence, globalement repérés 7, sont interposés entre la sortie du récepteur optique 4 et la voie de mesure de l'atténuation 6. Le récepteur optique 4 comporte de préférence une diode photoréceptrice 41, de type PIN, suivie d'un préamplificateur 42 à faible bruit. La voie de détection de la fréquence 5 comporte un amplificateur 51 dont -le gain, élevé, est variable, qui reçoit le signal sortant du préamplificateur 42 à une fréquence FR qui doit être, aux distorsions dues à la transmission près, I'une des N fréquences prédéfinies que l'émetteur est susceptible d'envoyer. Le signal amplifié par l'élément S1 est fourni à un réseau 52 comportant N filtres, réalisés par exemple chacun par un circuit résonnant centré sur l'une des fréquences de la séquence. Ce réseau 52 comporte N sorties dont l'une seulement doit théoriquement porter un signal en l'absence de perturbations. Les sorties du réseau 52 sont dirigées d'une part vers un sommateur 53 et d'autre part vers un circuit d'aiguillage 54. Le sommateur 53 est relié à l'amplificateur de gain variable 51 et - constitue une boucle de contrôle automatique de gain (CAG). L'intérêt de cette dernière est le suivant : l'amplitude du signal nécessaire pour faire résonner l'un au moins des filtres du réseau 52 est, ainsi qu'il est connu, généralement élevée, ce qui conduit à conférer un gain élevé au signal de fréquence FR reçu et induit un risque d'harmoniques ; le CAC permet de régler le niveau du fondamental afin qu'il soit suffisant et l'interposition d'un circuit à seuil (non représenté) sur chacune des--N sorties du réseau 52 permet d'éviter tout signal parasite sur celles-ci; dans un mode de réalisation préféré, les circuits à seuil sont placés dans le dispositif après la boucle de CAG. Le dispositif d'aiguillage 54 reçoit par ailleurs N tensions de valeur prédéfinie et notées VR1 à VRN ; sa fonction est de fournir aux circuits 7 celles des tensions VR qui correspondent à la fréquence FR détectée par le réseau 52. Il est à noter que le circuit à seuil mentionné précédemment peut être inclus, dans un mode de réalisation, dans le circuit d'aiguillage 54. Ce dernier, par ailleurs, fournit à un dispositif d'affichage 55 l'indication de la fréquence ainsi reconnue; dans un mode de réalisation, le dispositif 55 peut être constitué simplement par une série de voyants lumineux, chacun d'eux étant affecté à l'une des N fréquences de la séquence. Les circuits de changement de fréquence 7 ont pour fonction de fournir, à partir de la fréquence reçue FR qui est variable, une fréquence fixe FF aux circuits 6 de mesure de l'atténuation, cette étape étant rendue nécessaire par le fait que les circuits 6 fonctionnent à bande passante très étroite. Les circuits 7 comportent un générateur de fréquence 76, par exemple commandé en tension, recevant dans ce cas une tension somme de la tension VR précédente, correspondant à la fréquence FR, et une tension notée VF correspondant à la fréquence fixeFF à obtenir, la somme étant élaborée dans un sommateur 75. L'oscillateur 76 fournit une fréquence FOL = FR + FF correspondant à la somme des tensions reçues.La fréquence FOL est fournie à un mélangeur 71, qui reçoit par ailleurs la fréquence FR et fournit un signal à la fréquence FF recherchée, résultat du battement des deux fréquences précédentes (FOL et FR). Ce signal est amplifié par un amplificateur 72 avant d'être fourni aux circuits 6. Par ailleurs, le signal de sortie de l'amplificateur 72 est fourni à un autre amplificateur 73, relié en série à un discriminateur 74 puis au sommateur 75, afin de fournir au générateur 76 une indication de la fréquence FF. Cette boucle constitue un contrôle automatique de la fréquence FF (CAF) rendu nécessaire par la faible largeur de bande de la voie de mesure 6. Le générateur 76 peut être réalisé soit de façon analogue au générateur 23 de la figure 3, à l'aide de deux oscillateurs, I'un à fréquence fixe et l'autre à fréquence variable, entre lesquels on réalise un battement, le résultat de ce battement étant la fré quence FOL > soit à l'aide de N oscillateurs à quartz commutables ; dans ce dernier cas, le circuit de contrôle automatique de fréquence n'est plus utile, du fait de la stabilité de ces oscillateurs. Les circuits de mesure d'atténuation 6 comportent, en série: - un filtre 61, centré sur la fréquence FF; - un amplificateur 62; - un démodulateur 63, constitué par exemple par un détecteur linéaire fournissant un signal continu à partir du signal alternatif (à la fréquence FF) reçu; - un amplificateur 64 logarithmique, qui est nécessaire lorsque l'affichage du niveau d'atténuation est réalisé en dB, comme décrit plus loin; - des moyens de comparaison du niveau du signal reçu à une valeur de référence, repérés 65 et décrits plus en détails ci-dessous; - des moyens d'affichage numérique 66 de l'atténuation subie par le signal, par exemple en dB ; cet affichage utilise par exemple des diodes électroluminescentes ou des cristaux liquides. Le fonctionnement de la voie de détection d'atténuation 6 nécessite une étape préliminaire dans laquelle l'émetteur E et le récepteur R sont reliés à l'aide d'une liaison optique de très faible longueur, afin de présenter une atténuation très sensiblement voi sine de zéro. Un signal est émis par l'émetteur vers le récepteur et il passe dans la chaîne qui vient d'être décrite jusqu'au comparateur de niveau 65, où le niveau de référence de ce comparateur est alors ajusté afin que l'atténuation affichée par le dispositif 66 soit égale à zéro. A ce moment, le dispositif est prêt à réaliser une mesure réelle. Dans une variante de réalisation, la voie de mesure d'atténuation 6 comporte, à la place de l'amplificateur 62, un ensemble d'amplificateurs en série, susceptibles d'être ou non mis en service par un court-circuit, ce qui permet d'améliorer la dynamique de mesure. Dans ce cas, le dispositif peut comporter en outre: - la prise en compte automatique de la valeur totale de gain choisie, au niveau du comparateur de niveau 65, ce qui augmente la sécurité de la mesure; - I'affichage d'un éventuel dépassement de la dynamique de mesure, réalisé par exemple par test de la valeur du signal en sortie du démodulateur 63, ce qui a le même avantage que la disposition précédente. Il apparaît ainsi que le dispositif selon l'invention permet de réaliser très simplement, rapidement et clairement des mesures de la bande passante d'une liaison optique, par l'affichage simultané de la fréquence transmise et de l'atténuation qu'elle a subie. Un tel dispositif est donc particulièrement adapté à l'utilisation sur chantier et peut, dans cette optique, être alimenté sur batteries internes, un convertisseur continu-continu assurant le cas échéant l'interface. A titre d'exemple, les N fréquences choisies pour tester la liaison peuvent s'étager entre environ 10 et 150 MHz, N étant de l'ordre d'une dizaine et la durée de chaque fréquence d'une dizaine de secondes, la fréquence FF étant de l'ordre de 1,5 MHz. La description ci-dessus a été faite à titre d'exemple non limitatif et les variantes à la portée de l'homme de métier entrent dans le cadre de l'invention. C'est ainsi notamment que ce dispositif, lorsqu'il est utilisé en laboratoire, peut comporter un accès sur L'émetteur optique permettant la modulation du laser par un générateur externe et qu'un accès peut être prévu également à la sortie du récepteur optique, permettant une observation directe à l'aide d'un analyseur de spectre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la bande passante d'une liaison par fibre optique, comportant un émetteur de rayonnement lumineux dans la fibre optique et un récepteur du rayonnement lumineux après propagation dans la fibre; le dispositif étant caractérisé par le fait que l'émetteur (E) comporte - des moyens de génération (1) d'au moins une séquence de N signaux ayant chacun une fréquence prédéfinie; - des moyens de conversion (2) des signaux précédents en un rayonnement lumineux; et que le récepteur (R) comporte: - - des moyens de conversion (4) du rayonnement lumineux en signaux électriques; - une première voie de mesure (5) assurant la détection de la fréquence (FR) des signaux précédents; - une deuxième voie de mesure (6) assurant la mesure du niveau- de ces signaux et la comparaison des niveaux obtenus à un niveau de référence, fournissant ainsi l'indication de l'atténuation subie par le rayonnement lumineux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de génération (1) de l'émetteur (E) comportent un séquenceur (22) délivrant une séquence de N commandes à un générateur de fréquence (23). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le générateur de fréquence (23) comporte N circuits oscillateurs à quartz commandés sélectivement par le séquenceur (22). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le- générateur de fréquence (23) comporte deux oscillateurs, I'un (33) délivrant un signal à fréquence fixe et l'autre (31) un signal dont la fréquence est commandée par le séquenceur (22), le signal fourni aux moyens de conversion (2) de l'émetteur (E) résultant du battement des deux fréquences précédentes. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, carac térisé par le fait que les moyens de conversion (2) de l'émetteur. (E) comportent une source laser (28). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la source laser (28) est régulée en puissance moyenne (27) et en température (26). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de conversion (4) du récepteur (R) comportent une photodiode du type PIN (41). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la première voie de mesure (5) du récepteur (R) comporte un réseau (52) de N filtres accordés chacun sur l'une des N fréquences prédéfinies, assurant ainsi la détection de la fréquence (FR) de chaque signal de la séquence. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la première voie de mesure (5) comporte en outre une boucle de contrôle automatique de gain entre la sortie et l'entrée du réseau de filtres (52). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le récepteur (R) comporte en outre des moyens de changement de fréquence (7), recevant le signal électrique fourni par les moyens de conversion (4) et fournissant à la deuxième voie de mesure (6) un signal de fréquence fixe (FF) quelle que soit la fréquence (FR) du signal reçu. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les moyens de changement de fréquence (7) comportent un générateur de fréquence (76), recevant l'indication de la fréquence détectée (FR) par la première voie de mesure (5) ainsi que celle de la fréquence fixe (FF) et fournissant un signal dont la fréquence (FOL) est la somme des deux précédents; des moyens mélangeurs (71) recevant le signal de sortie des moyens de conversion (4) et la fréquence somme précédente, fournissant à la deuxième voie de mesure (6) un signal à ladite fréquence fixe (FF) qui résulte du battement des deux fréquences reçues. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le générateur de fréquence (76) comporte N oscillateurs à quartz commandés sélectivement par la première voie de mesure (5). 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le générateur de fréquence (76) comporte deux oscillateurs, I'un délivrant un signal à fréquence fixe et l'autre, un signal dont la fréquence est commandée par la première voie de mesure (5), le signal fourni aux moyens mélangeurs (71) résultant du battement des deux fréquences précédentes; et que les moyens de changement de fréquence (7) comportent en outre des moyens de contrôle (74) automatique de la fréquence fixe (FF). 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, ca ractérisé par le fait que la deuxième voie de mesure (6) comporte successivement: - un démodulateur (63) du signal électrique reçu, - des moyens de comparaison (65) du niveau du signal fourni par le démodulateur (63) à un niveau de référence; - des moyens d'affichage numérique (66) de l'atténuation subie par le rayonnement lumineux, fournis par les moyens de comparaison (65). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens d'affichage (66) réalisent un affichage en dB et que la deuxième voie de mesure (6) comporte en outre un amplificateur logarithmique (64). 16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens de comparaison (65) comportent des moyens de réglage du niveau de référence tels que les moyens d'affichage (66) indiquent une atténuation sensiblement égale à zéro lorsque l'émetteur (E) et le récepteur (R) sont reliés par la fibre optique très courte par rapport à la fibre à mesurer (3).