PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005003200B4 19.04.2007
Titel Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleitern
Anmelder Hochschule Zittau/Görlitz (FH), 02763 Zittau, DE
Erfinder Thiele, Reiner, 02763 Zittau, DE
Vertreter Hempel, H., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 01159 Dresden
DE-Anmeldedatum 18.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005003200
Offenlegungstag 27.07.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse G01R 15/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleitern, enthaltend als Messteil

  • – eine Lichtquelle zum Erzeugen eines polarisierten Messlichts,
  • – einen Polarisator, der mit der Lichtquelle verbunden ist,
  • – eine Lichtwellenleiter-Messspule, die mit einer Windungszahl N um einen den zu messenden Strom i führenden elektrischen Leiter gewickelt ist,
  • – einen Analysator, an den die Lichtwellenleiter-Messspule geführt ist, und
  • – einen Lichtempfänger mit einer Auswerteeinrichtung, wobei der Lichtempfänger dem Analysator zugeordnet ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung mit Lichtwellenleitern zur Messung elektrischer Ströme in einem elektrischen Leiter ist in der Druckschrift US 3 605 013 beschrieben. Die Schaltungsanordnung besteht im Wesentlichen aus einer Laserdiode, einem Polarisator, einem Analysator und einem Lichtempfänger mit einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung, wobei zwischen der Laserdiode und dem Lichtempfänger ein faseroptischer Lichtwellenleiter die dazwischenliegenden Bauelemente miteinander verbindet. Der den Polarisator und den Analysator verbindende Lichtwellenleiter umgibt spiralförmig mit mindestens einer Windung als Lichtwellenleiter-Messspule den elektrischen Leiter.

Breitet sich linear polarisiertes Licht der Laserdiode in dem Lichtwellenleiter aus, so bleibt die Polarisation erhalten. Wenn im elektrischen Leiter Strom fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld dreht die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes aufgrund des Faraday-Effektes. Je größer der Wert des elektrische Stromes, desto größer ist das Magnetfeld und je länger der Weg im Lichtwellenleiter ist, desto stärker ist die Drehung der Polarisationsebene. Folglich kann aus dem Drehwinkel &agr; der Polarisationsebene der Wert des elektrischen Stromes i ermittelt werden.

Es ist ein optischer Stromsensor in der Druckschrift EP 0 826 971 B1 beschrieben, der versehen ist mit

  • – einer Lichtquelle zum Erzeugen eines polarisierten Messlichts,
  • – einer Messspule aus einer optischen Faser mit vielen Windungen, die um einen elektrischen Leiter gewickelt sind, in dem der zu messende elektrische Strom i fließt, wobei die Windungen derart angeordnet sind, dass das von der Lichtquelle emittierte polarisierte Licht um den Leiter im Kreis geführt wird, so dass die Polarisationsebene des polarisierten Messlichts durch das von dem elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld gedreht wird, und
  • – Messmittel zur Bestimmung des elektrischen Stromes durch Erfassen des Drehwinkels &agr; der Polarisationsebene,
wobei die optische Messspule ein mit der Lichtquelle verbundenes Eingangsende und ein mit dem Messmittel verbundenes Ausgangsende aufweist,

wobei das Eingangsende und das Ausgangsende auf eine solche Art und Weise angeordnet sind, dass ein durch Betrachten der beiden Enden von der Mitte des Leiters erhaltener Winkel nicht mehr als 1% von 2&pgr;n ist, und wobei das Eingangsende und das Ausgangsende in einem einzigen, aus einem magnetischen Material hergestellten Element enthalten ist.

Dabei sind die optische Faser und die Lichtquelle miteinander durch ein erstes optisches Kopplungselement verbunden, während die optische Faser und das Messmittel miteinander durch ein zweites optisches Kopplungssystem verbunden sind.

Ein Problem besteht darin, dass die ersten und die zweiten optischen Kopplungssysteme in einem Element enthalten sind.

Des Weiteren sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Störungsschwingungen mit faseroptischen Spulen, die zirkular polarisiertes Licht leiten, in der Druckschrift US 4 922 095 beschrieben. Eine zirkular polarisierte Lichtquelle breitet Licht in einer faseroptischen Messspule in einer störungsempfindlichen Umgebung und in einer faseroptischen Referenzspule in einer konstanten Umgebung aus. Das Licht von beiden Spulen wird ausgewertet durch eine Polarisations-Einrichtung, um den Grad der Polarisationsdrehung zu registrieren, um dabei eine Bestimmung der Frequenz und der Amplitude der Störungsschwingung zu ermöglichen.

Ein Problem besteht darin, dass damit kein kontinuierlicher elektrischer Strom gemessen werden kann.

Es ist ein faseroptischer Magnetfeldsensor zur Bestimmung elektrischer Ströme in der Druckschrift DE 37 26 411 A1 beschrieben, bei dem die magnetfeldabhängige Faraday-Drehung der Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtstrahls, der sich in einem Lichtwellenleiter ausbreitet, gemessen wird. Der durch das Magnetfeld verursachten Faraday-Drehung sind jedoch lineare und zirkulare Doppelbrechungseigenschaften des Lichtwellenleiters überlagert, die eine Messung der Faraday-Drehung erschweren und außerdem noch abhängig von Umgebungseinflüssen sind.

Dazu gehört eine Anordnung mit Heterodym-Empfang und reziprokem Lichtweg, die eine Messung der Faraday-Drehung ohne Beeinflussung durch lineare und nahezu ohne Beeinflussung durch zirkulare Doppelbrechungsanteile des Lichtwellenleiters ermöglicht.

Ein Problem besteht darin, dass mehrere Photodioden mit in der Praxis unterschiedlichen Eigenschaften Verwendung finden.

Eine weitere Anordnung zum Messen von elektrischen Strömen aus wenigstens zwei Messbereichen in einem Stromleiter ist in der Druckschrift EP 0 776 477 B1 beschrieben. Die Anordnung weist folgende Bestandteile auf:

  • – wenigstens zwei, dem Stromleiter zugeordnete Faraday-Elemente,
  • – Mittel zum Einkoppeln von linear polarisiertem Messlicht in ein erstes der Faraday-Elemente,
  • – optische Verbindungsmittel, über die das erste Faraday-Element mit einem zweiten der Faraday-Elemente optisch in Reihe geschaltet ist und die das durch das erste Faraday-Element gelaufene Messlicht in einen ersten Teil und wenigstens einen weiteren Teil aufteilen,
  • – einer ersten Auswerteeinheit zum Auswerten der Faraday-Drehung der Polarisationsebene von dem ersten, nur durch das erste Faraday-Element wenigstens einmal gelaufenen Teil des linear polarisierten Messlichts als Maß für einen Strom aus einem ersten Messbereich,
  • – für jeden weiteren Messbereich jeweils einer Auswerteeinheit zum Auswerten der Faraday-Drehung der Polarisationsebene von jeweils einem durch das erste Faraday-Element und wenigstens ein weiteres Faraday-Element wenigstens einmal gelaufenen, weiteren Teil des Messlichts als Maß für einen Strom aus diesem weiteren Messbereich.

Ein Problem besteht darin, dass mehrere Photodioden Verwendung finden.

Andererseits stellt die Messung elektrischer Ströme auf beliebigem Potenzial bei Einfügen der bekannten Schaltungsanordnung in den elektrischen Stromkreis ein grundsätzliches Problem der Messtechnik dar.

Das Problem besteht darin, dass die bekannten Schaltungsanordnungen zur Messung des elektrischen Stromes nur durch eine aufwendige Signalverarbeitung und dann nur näherungsweise mit den Nachteilen, dass die schwankende Doppelbrechung selbst in der Näherung im Messwert enthalten ist oder der Zusammenhang zwischen Messwert und Messgröße nichtlinear ist, aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleitern anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass in einfacher Weise bei der potenzialgetrennten Messung elektrischer Ströme ohne Eingriff in den elektrischen Stromkreis der Messgröße eine schwankende Doppelbrechung und Temperaturschwankungen kompensiert werden.

Die Aufgabe wird mit eine Schaltungsanordnung gemäß des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme i in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleitern enthält als Messteil

  • – eine Lichtquelle zum Erzeugen eines polarisierten Messlichts,
  • – einen Polarisator, der mit der Lichtquelle mittels eines Lichtwellenleiters verbunden ist,
  • – eine Lichtwellenleiter-Messspule, die mit einer Windungszahl N um den zu messenden Strom i führenden elektrischen Leiter gewickelt ist,
  • – einen Analysator, an den die Lichtwellenleiter-Messspule geführt ist, und
  • – einen Lichtempfänger mit einer Auswerteeinrichtung, wobei der Lichtempfänger dem Analysator zugeordnet ist,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 die Lichtquelle schräg unter einem Winkel &phgr; an den nachfolgenden Polarisator, der für die z-Richtung favorisiert ist, angeschlossen ist sowie zwischen dem Polarisator und der Lichtwellenleiter-Messspule ein erster Koppler und zwischen der Lichtwellenleiter-Messspule und dem Analysator ein zweiter Koppler angeordnet sind, wobei die Koppler einem zum Messteil parallel gerichteten, beidendseitig reflexionsfreien Kompensationsteil zugeordnet sind, in dem sich zwischen den Kopplern eine Lichtwellenleiter-Kompensationsspule, die mit einer zweiten Windungszahl N0 um einen zweiten elektrischen Leiter gewickelt ist, der einen Strom i0 führt, angekoppelt befindet, wobei die Koppler jeweils zur Gegenseite der Ankopplung der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule reflexionsfreie Abschlüsse aufweisen, wobei dem zweiten elektrischen Leiter eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist, die mit dem Lichtempfänger des Analysators in Verbindung steht und einen Messwert iR des Stromes i0 erzeugt, so dass ein Messwert iF des Stromes i aus der Gleichung in der Auswerteeinrichtung ermittelbar ist, wobei der am Ende des optischen Teils angeordnete Analysator die x-Komponente Dx und die y-Komponente Dy der elektrischen Verschiebungsflussdichte unterdrückt und nur bei deren z-Komponente einen Photostrom iph liefert, der einen Regelkreis steuert, der der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule zugeordnet ist, wobei der Strom i durch den elektrischen Leiter eine Führungsgröße – gemessen als Messwert iF – und der Strom i0 durch den zweiten elektrischen Leiter eine Regelgröße – gemessen als Messwert iR – darstellen.

Die Lichtquelle kann vorzugsweise eine Laserdiode sein.

Am Eingangstor des Polarisators weist ein Eingangssignal des Polarisators eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den zum zugehörigen Eingangstor parallelen Komponenten Dxin, Dyin sowie der zu den parallelen Komponenten Dxin, Dyin senkrechten Komponente Dzin auf.

Der Polarisator besitzt eine erste Jones-Matrix J gemäß Gleichung

Am Ausgangstor des Polarisators weist ein Ausgangssignal eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den Komponenten Dxout, Dyout, D'zout des Polarisators auf, wobei D'zout die z-Komponente der Verschiebungsflussdichte am Ausgang des Polarisators darstellt.

Die beiden Koppler weisen jeweils zwei Eingangstore und zwei Ausgangstore auf, wobei sich die jeweils zugeordneten Eingangs-/Ausgangstore in Lichtwellenrichtung gegenüberliegen und die Eingangs-/Ausgangstore voneinander gleich beabstandet sind.

Der erste Koppler ist vorzugsweise ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;1 = &pgr;4 , wobei &THgr;1 einen zugehörigen ersten Koppelwinkel darstellt.

Der zweite Koppler ist ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;2 = &pgr;4 , wobei &THgr;2 einen zugehörigen zweiten Koppelwinkel darstellt.

Das Ausgangssignal am Ausgangstor des Polarisators entspricht dem Eingangssignal für den ersten Drei-dB-Koppler mit dem ers ten Koppelwinkel &THgr;1 = &pgr;4 .

Alle Komponenten des Ausgangssignale lassen sich dabei jeweils als Funktion der z-Komponente darstellen.

Es sind an das zweite Eingangstor des ersten Kopplers ein reflexionsfreier erster Abschluss und an das erste Ausgangstor des ersten Kopplers die Lichtwellenleiter-Messspule, der eine zweite Jones-Matrix J = J(&agr;) und eine erste z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz = Tz(&agr;) in Abhängigkeit vom ersten Drehwinkel &agr; der Polarisationsebene der nichtabgelenkten Lichtwelle sowie die Windungszahl N zugeordnet sind, angeschlossen.

An das zweite Ausgangstor ist die um den zweiten elektrischen Leiter gewickelte Lichtwellenleiter-Kompensationsspule angeschlossen, der die zweite Windungszahl N0, eine dritte Jones-Matrix J0 = J0(&agr;0) und eine zweite z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 = Tz0(&agr;0) in Abhängigkeit vom zweiten Drehwinkel &agr;0 der Polarisationsebene der abgelenkten Lichtwelle zugeordnet sind.

Die Lichtwellenleiter-Messspule sowie die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule sind an den zweiten Drei-dB-Koppler mit dem zweiten Koppelwinkel &THgr;2 = &pgr;4 angeschlossen, der als zweites Ausgangstor einen reflexionsfreien zweiten Abschluss zum eingangsseitigen, gegenüberliegenden zweiten Eingangstor des zweiten Kopplers besitzt.

An das erste Ausgangstor des zweiten Kopplers ist als Analysator ein z-Komponenten-Analysator angeschlossen, der die von der Laserdiode erzeugten Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte Dxin, Dyin, die über den Polarisator, den ersten Koppler, die Lichtwellenleiter-Spulen und den zweiten Koppler übertragen werden, unterdrückt und nur die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte Dzout im zugehörigen Lichtempfänger in den Photostrom iph wandelt.

Zwischen der z-Komponente D'zout bzw. der z-Komponente Dzin und der z-Komponente Dzout der elektrischen Verschiebungsflussdichte bestehen folgende Gleichung: D'zout = S Dzout(III).

Für die gesamte z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tzges gilt die Gleichung: Tzges = Dzout/Dzin(IV), wobei auch die Gleichung Tzges = S cos&THgr;1 Tz cos&THgr;2 – S sin&THgr;1 Tz0 sin&THgr;2(V) gilt.

Die Auswerteeinrichtung kann einen Integrator eines Regelkreises enthalten.

Der den Photostrom iph(t) erhaltende Integrator kann derart ausgebildet sein, dass die bleibende Regelabweichung, d.h. die Differenz der Drehwinkel &agr;(t)-&agr;0(t) in Abhängigkeit von der Einschwingzeit t mit t gegen Unendlich, gegen Null geht und der Integrator ausgangsseitig den Messwert iR des Stromes i0 liefert, um daraus den Messwert iF des Stromes i zu ermitteln.

Gemäß der Gleichung liegt ein optischer Transformator vor, wobei in den beiden Lichtwellenleiter-Spulen der Faraday-Effekt zur Drehung der Polarisationsebenen der in den Lichtwellenleiter-Spulen laufenden Lichtwellen um den jeweiligen Drehwinkel &agr;, &agr;0 vorhanden ist und die sich ausbildenden Drehwinkel &agr;, &agr;0 stromproportional dem Messwert iF bzw. dem Messwert iR entsprechend den Proportionalitäten &agr; ~ i und &agr;0 ~ i0 sind.

Die Schaltungsanordnung geht somit erfindungsgemäß von einer schrägen Anregung der Schaltungsanordnung durch eine Laserdiode aus, wobei die schräge Anregung durch die durch den vorgegebenen Winkel &phgr; dimensionierte geschlossene Einkoppelstelle zur Erzeugung einer z-Komponente Dz als Längskomponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte der ausgesendeten Lichtwelle führt. Die z-Komponente Dz der elektrischen Verschiebungsflussdichte wird durch die Festlegung eines x,y,z-Koordinatensystem, in dem die z-Koordinate als Längskoordinate wahlweise bestimmt ist, favorisiert. Letztendlich wird nur die z-Komponenten-Übertragungsfunktion für den optischen Teil der Schaltungsanordnung verwendet.

Die Schaltungsanordnung sieht im Wesentlichen neben der faseroptischen Lichtwellenleiter-Messpule eine faseroptische Lichtwellenleiter-Kompensationsspule vor. Der am Ende des optischen Teils der Schaltungsanordnung angeordnete Analysator in Form des z-Komponenten-Analysators unterdrückt die x-Komponente Dx und die y-Komponente Dy der elektrischen Verschiebungsflussdichte und liefert nur für deren z-Komponente einen Photostrom iph. Der Photostrom iph steuert einen Regelkreis, der auf die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule zugeschnitten dimensioniert ist und den Messwert iR liefert.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist somit wesentlich, dass nur die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte Da letztendlich Verwendung findet. Somit ist hier eine einfache skalare Kompensationsbedingung gegeben. Andere Lösungen sind dagegen schwierig zu erfüllen, weil diese dann auf der Kompensation aller vier Matrizenelemente der Jones-Matrix beruhen.

Als Faraday-Effekt wird die Erscheinung bezeichnet, bei der die Schwingungsebene linear polarisierten Lichtes beim Durchgang durch ein Magnetfeld gedreht wird. Der Drehwinkel – der Faraday-Winkel – ist dabei proportional dem Skalarprodukt aus der Magnetisierung und dem Ausbreitungsvektor des Lichtes sowie der Länge des Magnetfeldes.

Eine Jones-Matrix ist eine zweidimensionale Matrix, welche zur Repräsentation der Polarisation ebener elektromagnetischer Wellen dient. Der Jones-Formalismus eignet sich insbesondere zur Analyse optischer Systeme, in denen ein polarisiertes Lichtstrahlenbündel eine Kaskade von optischen Bauelementen durchläuft.

Dadurch, dass nur die erzeugten z-Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte letztlich Verwendung finden, entsteht für die faseroptische Schaltungsanordnung eine einfache skalare Kompensationsbedingung.

Die Erfindung ermöglicht einen einfachen Aufbau einer Schaltungsanordnung, die auch zur potenzialgetrennten Strommessung einsetzbar ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich sowohl zur Messung sehr kleiner Ströme im mA-Bereich als auch zur Messung sehr größer Ströme im kA-Bereich und ist auch in einem großen Frequenzbereich einsetzbar.

Die Strommessung ist ohne Einfügung der Schaltungsanordnung in den elektrischen Stromkreis auf beliebigem, insbesondere auf Hochspannungspotenzial möglich, wobei zweckmäßige Nachrüstbedingungen an schon bestehenden Anlagen durchgeführt werden können.

Gegenüber den herkömmlichen klassischen Wandlern bzw. Transformatoren ist eine Platzersparnis vorhanden und es braucht kein Öl oder andere kritische Materialien zur Isolation eingesetzt werden. Somit ergibt sich eine umweltfreundliche und explosionssichere Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleiter-Spulen sowie eines zugehörigen x,y,z-Koordinatensystems in 1a,

2 ein Schaltbild eines Integrators mit Lichtwellenleiter-Kompensationsspule, wobei der von der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule umwundene elektrische Leiter einseitig an Masse angeschlossen ist, und eine Formelangabe in 2a und

3 ein Schaltbild eines Integrators mit einer „schwimmenden" Lichtwellenleiter-Kompensationsspule, wobei der von der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule umwundene elektrische Leiter an den Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers angeschlossen ist, und eine Formelangabe in 3a.

In 1 ist in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung 1 zur Messung elektrischer Ströme i in einem elektrischen Leiter 6 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 1 enthält als Messteil 11

  • – eine Lichtquelle 2 zum Erzeugen eines polarisierten Messlichts,
  • – einen Polarisator 3, der mit der Lichtquelle 2 mittels eines Lichtwellenleiters 4 verbunden ist,
  • – eine Lichtwellenleiter-Messspule 5, die mit einer ersten Windungszahl N um einen den zu messenden Strom i führenden ersten elektrischen Leiter 6 gewickelt ist,
  • – einen Analysator 7, an den die Lichtwellenleiter-Messspule 5 geführt ist, und
  • – einen Lichtempfänger mit einer Auswerteeinrichtung 8, wobei der Lichtempfänger dem Analysator 7 zugeordnet ist.

Erfindungsgemäß sind die Lichtquelle 2 schräg unter einem Winkel &phgr; an den nachfolgenden Polarisator 3, der für die z-Richtung favorisiert ist, angeschlossen sowie zwischen dem Polarisator 3 und der Lichtwellenleiter-Messspule 5 ein erster Koppler 9 und zwischen der Lichtwellenleiter-Messspule 5 und dem Analysator 7 ein zweiter Koppler 10 angeordnet, wobei die Koppler 9, 10 einem zum Messteil 11 parallel gerichteten, beidendseitig reflexionsfreien Kompensationsteil 16 zugeordnet sind, in dem sich zwischen den beiden Kopplern 9, 10 eine Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12, die mit einer zweiten Windungszahl N0 um einen zweiten elektrischen Leiter 15 gewickelt ist, der einen Strom i0 führt, angekoppelt befindet, wobei die Koppler 9, 10 jeweils zur Gegenseite der Ankopplung der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 reflexionsfreie Abschlüsse 13, 14 aufweisen, wobei dem zweiten elektrischen Leiter 15 eine Auswerteeinrichtung 8 zugeordnet ist, die mit dem Lichtempfänger des Analysators 7 in Verbindung steht und einen Messwert iR des Stromes i0 erzeugt, so dass ein Messwert iF des Stromes i aus der Gleichung in der zugehörigen Auswerteeinrichtung 8 ermittelbar ist, wobei der am Ende des optischen Teils 11, 16 der Schaltungsanordnung 1 angeordnete Analysator 7 die x-Komponente Dx und die y-Komponente Dy der elektrischen Verschiebungsflussdichte unterdrückt und nur für deren z-Komponente einen Photostrom iph liefert, der einen Regelkreis steuert, der der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 zugeordnet ist, wobei der Strom i durch den ersten elektrischen Leiter 6 eine Führungsgröße – gemessen als Messwert iF – und der Strom i0 durch den zweiten elektrischen Leiter 15 eine Regelgröße – gemessen als Messwert iR – darstellen.

Die Lichtquelle 2 kann eine Laserdiode sein.

Am Eingangstor 17 des Polarisators 3 weist ein Eingangssignal eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den zum zugehörigen Eingangstor 17 parallelen Komponenten Dxin, Dyin sowie der zu Dxin, Dyin senkrechten Komponente Dzin auf.

Der Polarisator 3 besitzt eine erste Jones-Matrix J gemäß der Gleichung

Am Ausgangstor 18 des Polarisators 3 weist ein Ausgangssignal eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den Komponenten Dxout, Dyout, D'zout des Polarisators 3 auf, wobei gemäß Gleichung D'zout = S Dzout(III) ist, wobei Dzout die finale z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D'zout im zugehörigen Lichtempfänger des z-Komponenten-Analysators ist.

Die Koppler 9, 10 weisen jeweils zwei Eingangstore 19, 21 und zwei Ausgangstore 20, 22 auf, wobei sich die jeweils zugeordneten Eingangs-/Ausgangstore 19, 20 in Lichtwellenrichtung gegenüberliegen und die Eingangs-/Ausgangstore 19, 21; 20, 22 in Parallelität zueinander gleich beabstandet sind.

Der erste Koppler 9 kann vorzugsweise ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;1 = &pgr;4 sein, wobei &THgr;1 einen ersten Koppelwinkel darstellt.

Damit entspricht das Ausgangssignal am Ausgangstor 18 des Polarisators 3 dem Eingangssignal für den ersten Drei-dB-Koppler 9 mit dem ersten Koppelwinkel &THgr;1 = &pgr;4 .

Es sind an das zweite Eingangstor 21 des ersten Kopplers 9 ein erster reflexionsfreier Abschluss 13 und an das erste Ausgangstor 20 des ersten Kopplers 9 ein um den den zu messenden Strom i als Führungsgröße leitenden elektrischen Leiter 6 gewickelter Lichtwellenleiter – die Lichtwellenleiter-Messspule 5 – angeschlossen, der eine zweite Jones-Matrix J = J(&agr;), eine erste z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz = Tz(&agr;) sowie die erste Windungszahl M zugeordnet sind.

An das zweite Ausgangstor 22 des ersten Kopplers 9 ist die um den zweiten elektrischen Leiter 15 gewickelte Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 angeschlossen, der die zweite Windungszahl N0, eine dritte Jones-Matrix J0 = J0(&agr;0) und eine zweite z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 = Tz0(&agr;0) zugeordnet sind.

Der auf die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 bezogene Regelkreis arbeitet auf der Grundlage eines integrierenden operationsverstärkerprinzips.

Der zweite Koppler 10 ist ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;2 = &pgr;4 , wobei &THgr;2 einen zweiten Koppelwinkel darstellt.

Allgemein gilt, dass der Koppelwinkel &THgr; = &sgr; L ist, wobei &sgr; der Koppelkoeffizient und L die Koppellänge darstellen.

Die Lichtwellenleiter-Messspule 5 sowie die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 sind eingangsseitig an den zweiten DreidB-Koppler 10 mit dem zweiten Koppelwinkel &THgr;2 = &pgr;4 angeschlossen, der als zweites Ausgangstor 26 einen reflexionsfreien zweiten Abschluss 14 zu seinem eingangsseitigen, gegenüberliegenden Eingangstor 24 besitzt.

Vorzugsweise können die Lichtwellenleiter-Messspule 5 und die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 folgende Parameter aufweisen:

  • – Gleiche Länge L,
  • – gleiche Hauptbrechzahlen nx, ny,
  • – gleiche Verdetkonstante V,
  • – gleiche Doppelbrechung &dgr; und
  • – unterschiedliche Windungszahlen N, N0.

Die beiden Koppler 9 und 10 können vorzugsweise auf gleiche Koppelwinkel &THgr;1 = &pgr;4 und &THgr;2 = &pgr;4 eingestellt werden.

Für die gesamte z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tzges gilt die Gleichung: Tzges = Dzout/Dzin(IV), wobei auch unter Berücksichtigung der z-Koponenten-Übertragungsfunktion Tz des Messteils 11 und unter Berücksichtigung einer z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 des Kompensationsteils 16 die Gleichung Tzges = S cos&THgr;1 Tz cos&THgr;2 – S sin&THgr;1 Tz0 sin&THgr;2(V) gilt.

Die optischen Koppler 9, 10 in 1 haben folgende Funktionen:

Der erste Koppler 9 bewertet alle Komponenten des Eingangssignals entweder mit der Kosinusfunktion oder der Sinusfunktion in Abhängigkeit vom eingestellten Koppelwinkel &THgr;1. Damit die Eingangspolarisation an den Ausgängen – den Ausgangstoren 20, 22 – des ersten Kopplers 9 erhalten bleibt, muss er genauso wie der zweite Koppler 10 polarisationserhaltend sein. Der zweite Koppler 10 führt die Signale aus den Lichtwellenleiterspulen 5, 12 und bewertet mit Sinusfunktion oder Kosinusfunktion in Abhängigkeit vom eingestellten zweiten Koppelwinkel &THgr;2 zusammen für die Auswertung im z-Komponenten-Analysator 7. Mit den beiden Kopplern 9, 10 wird auch das Minuszeichen in der Differenz der gesamten z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tzges durch eine Ausnutzung der Eigenschaften der imaginären Einheit j bei den Sinusfunktionen der Koppler-Übertragungsfunktionen zwischen den einzelnen Toren der Koppler 9, 10 eingestellt.

Des Weiteren ist an das erste Ausgangstor 25 des zweiten Kopplers 10 der z-Komponenten-Analysator 7 angeschlossen, der die von der Laserdiode 2 erzeugten Komponenten der elektrischen Verschiebungsflussdichte Dxin, Dyin, die über den Polarisator 3, den ersten Koppler 9, die Lichtwellenleiter-Spulen 5, 12 und den zweiten Koppler 10 übertragen werden, unterdrückt, wodurch nur die z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte Dzout im zugehörigen Lichtempfänger in den Photostrom iph gewandelt wird.

Die Auswerteeinrichtung 8 kann vorzugsweise einen Integrator darstellen.

Der zugehörige Regelkreis arbeitet in seinem Stabilitätsverhalten auf der Grundlage der „Harmonischen Balance" mit Einschwingvorgängen, wobei final der Messwert iR im Kompensationsteil 16 im eingeschwungenen Zustand gemessen wird.

In 2 ist der Integrator 8 der Kompensationsspule 12 zugeordnet, die den einseitig mit Masse verbundenen zweiten elektrischen Leiter 15 umwindet. Der Integrator 8 in 2 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Operationsverstärker 28, einem dazu zwischen seinem invertierenden Eingang 33 und seinem Ausgang 31 parallel geschalteten Kondensator 29 und einem an seinem Ausgang 31 angeschlossenen, in Reihe nachgeordneten Widerstand 30. Der Widerstand 30 steht mit dem der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 zugeordneten zweiten elektrischen Leiter 15 in Verbindung, der an Masse anliegt. Am Ausgang 31 des ersten Operationsverstärkers 28 wird die Messspannung uMess abgegriffen.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen ist in 3 ein Integrator 8 vorhanden, dessen zugeordneter zweiter elektrischer Leiter 15 im Unterschied zur 2 nicht an Masse, sondern an den Ausgang 34 eines zweiten Operationsverstärkers 32 zugeführt ist, so dass eine „schwimmende" Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 vorliegt. Die Eingänge des zweiten Operationsverstärkers 32 sind dessen invertierender Eingang 35, der mit dem Ausgang des Widerstands 30 verbunden ist, und dessen nichtinvertierender Eingang 36, der an der Masse anliegt.

Bei beiden Integratoren 8 können nach den 2a, 3a aus dem Widerstandswert R, dem Kondensatorwert C und dem zeitlichen Verlauf des Photostroms iph(t) der Messwert iR des Stromes i0 gemäß der Gleichung i0 = 1/RC ∫ iph(t)dt + c(VI) ermittelt werden.

Außerdem ist der Photostrom iph(t) im z-Komponenten-Analysator 7 proportional der Differenz der beiden Drehwinkel &agr;, &agr;0 gemäß der Beziehung: iph(t) ~ [&agr;(t) – &agr;0(t)]2.

Der den Photostrom iph(t) empfangende Integrator 8 ist somit derart ausgebildet, dass die bleibende Regelabweichung, d.h. die Differenz der Drehwinkel &agr;(t)-&agr;0(t) in Abhängigkeit von der Einschwingzeit t mit t gegen Unendlich, gegen Null geht und der Integrator ausgangsseitig den Messwert iR des Stromes i0 liefert, um daraus den Messwert iF des Stromes i zu ermitteln.

Gemäß der Gleichung liegt in der Schaltungsanordnung 1 ein optischer Transformator vor, wobei der Faraday-Effekt zur Drehung der Polarisationsebenen der in der Messspule 5 und der Kompensationsspule 12 getrennt laufenden Lichtwellen um die Faraday-Winkel &agr;, &agr;0 – als erster Drehwinkel &agr; und zweiter Drehwinkel &agr;0 bezeichnet – vorhanden ist und die sich ausbildenden Drehwinkel &agr;, &agr;0 stromproportional dem Messwert iF im Messteil 11 bzw. dem Messwert iR im Kompensationsteil 16 entsprechend den Proportionalitäten &agr; ~ i und &agr;0 ~ i0 sind.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 zur Messung elektrischer Ströme i in einem elektrischen Leiter 6 mit Lichtwellenleitern erläutert: Wesentlich für die Ausgangslage ist eine schräge Anregung der Schaltungsanordnung 1 durch eine Laserdiode 2 und damit die Erzeugung der z-Komponente Dz als Längskomponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte. Die schräge Anregung wird durch eine geschlossene Einkoppelstelle 27 erreicht, in der unter einem bestimmten Winkel &phgr; die Lichtquelle 2 und der Polarisator 3 achsenbezogen miteinander verbunden sind.

Daraus ergibt sich ein durchgängige und finale Verwendung der ersten z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz der Messspule 5 für den optischen Messteil 11 der Schaltungsanordnung 1.

Die zweite skalare z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 ist dem Kompensationsteil 16 zugeordnet.

Dabei erfolgt eine Ausnutzung des Kompensationsprinzips für die beiden skalaren z-Komponenten-Übertragungsfunktionen Tz, Tz0 des Messteils 11 und des Kompensationsteils 16 der Schaltungsanordnung 1.

Dazu wird ein einfacher stabiler Regelkreis mit dem eingeschalteten Integrator 8 zur weitgehenden Elimination der bleibenden Regelabweichung &agr;(t)-&agr;0(t) mit t → ∞ eingesetzt.

Die Schaltungsanordnung 1 lässt sich durch die genaue Einstellung des Winkels &phgr; der schrägen Anregung relativ leicht abgleichen. Die Messwerte iR sind unter den gegebenen Bedingungen schon nach einer Einschwingzeit t von weniger als 1 s verfügbar.

Durch die Berücksichtigung des Faraday-Effektes zur stromproportionalen Drehung der Polarisationsebenen der in den gleichartigen Lichtwellenleiter-Spulen – der Lichtwellenleiter-Messspule 5 und der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule 12 – getrennt laufenden Lichtwellen wird die Drehung der Polarisationsebenen längs der z-Richtung miteinander verglichen.

Dabei wird ein einfacher linearer Zusammenhang zwischen dem Messwert iF des Stromes i und dem Messwert iR des Stromes i0 durch den Proportionalitätsfaktor – das Windungszahlenverhältnis N/N0 – der beiden zugehörigen Lichtwellenleiter-Spulen 5, 12 vermittelt.

Das bedeutet auch, dass die Erfindung es ermöglicht, dass die Schaltungsanordnung 1 alle nachteiligen Effekte, wie z.B. die Doppelbrechung gleichartiger Lichtwellenleiter eliminiert und somit ein linearer Zusammenhang zwischen dem Strom i und dem Strom i0 durch das Windungszahlenverhältnis in der Form gegeben ist.

1
Schaltungsanordnung
2
Lichtquelle
3
Polarisator
4
erster Lichtwellenleiter
5
Lichtwellenleiter-Messspule
6
erster elektrischer Leiter
7
Analysator
8
Auswerteeinrichtung
9
erster Koppler
10
zweiter Koppler
11
Messteil
12
Lichtwellenleiter-Kompensationsspule
13
erster Abschluss
14
zweiter Abschluss
15
zweiter elektrischer Leiter
16
Kompensationsteil
17
Eingangstor des Polarisators
18
Ausgangstor des Polarisators
19
erstes Eingangstor des ersten Kopplers
20
erstes Ausgangstor des ersten Kopplers
21
zweites Eingangstor des ersten Kopplers
22
zweites Ausgangstor des ersten Kopplers
23
erstes Eingangstor des zweiten Kopplers
24
zweites Eingangstor des zweiten Kopplers
25
erstes Ausgangstor des zweiten Kopplers
26
zweites Ausgangstor des zweiten Kopplers
27
Einkoppelstelle
28
erster Operationsverstärker
29
Kondensator
30
Widerstand
31
Ausgang
32
zweiter Operationsverstärker
33
invertierender Eingang
34
Ausgang
35
invertierender Eingang
36
nichtinvertierender Eingang
i
Strom im ersten elektrischen Leiter
iF
Messwert des Stromes i
J
erste Jones-Matrix
J(&agr;)
zweite Jones-Matrix
Tz(&agr;)
erste z-Komponenten-Übertragungsfunktion
Tzges
gesamte z-Komponenten-Übertragungsfunktion
N
erste Windungsanzahl
N0
zweite Windungsanzahl
i0
Strom im zweiten elektrischen Leiter
iF
Messwert des Stromes i0
J0(&agr;0)
dritte Jones-Matrix
Tz0(&agr;0)
zweite z-Komponenten-Übertragungsfunktion
&agr;
erster Drehwinkel
&agr;0
zweiter Drehwinkel
&THgr;1
erster Koppelwinkel
&THgr;2
zweiter Koppelwinkel
&phgr;
Winkel
R
Widerstandswert
C
Kondensatorwert
UMess
Messspannung
iph
Photostrom
t
Zeit


Anspruch[de]
Schaltungsanordnung zur Messung elektrischer Ströme in elektrischen Leitern mit Lichtwellenleitern, enthaltend als Messteil

– eine Lichtquelle zum Erzeugen eines polarisierten Messlichts,

– einen Polarisator, der mit der Lichtquelle mittels eines Lichtwellenleiters verbunden ist,

– eine Lichtwellenleiter-Messspule, die mit einer Windungszahl N um einen den zu messenden Strom i führenden elektrischen Leiter gewickelt ist,

– einen Analysator, an den die Lichtwellenleiter-Messspule geführt ist,

– einen Lichtempfänger mit einer Auswerteeinrichtung, wobei der Lichtempfänger dem Analysator zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lichtquelle (2) schräg unter einem Winkel &phgr; an den nachfolgenden Polarisator (3), der für die z-Richtung favorisiert ist, angeschlossen ist sowie zwischen dem Polarisator (3) und der Lichtwellenleiter-Messspule (5) ein erster Koppler (9) und zwischen der Lichtwellenleiter-Messspule (5) und dem Analysator (7) ein zweiter Koppler (10) angeordnet sind, wobei die Koppler (9, 10) einem zum Messteil (11) parallel gerichteten, beidendseitig reflexionsfreien Kompensationsteil (16) zugeordnet sind, in dem sich zwischen den Kopplern (9, 10) eine Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12), die mit einer zweiten Windungszahl N0 um einen zweiten elektrischen Leiter (15) gewickelt ist, der einen Strom i0 führt, angekoppelt befindet, wobei die Koppler (9, 10) jeweils zur Gegenseite der Ankopplung der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) reflexionsfreie Abschlüsse (13, 14) aufweisen, wobei dem zweiten elektrischen Leiter (15) eine Auswerteeinrichtung (8) zugeordnet ist, die mit dem Lichtempfänger des Analysators (7) in Verbindung steht und einen Messwert iR des Stromes i0 erzeugt, so dass der Messwert iF des Stromes i aus der Gleichung in der Auswerteeinrichtung (8) ermittelbar ist, wobei der am Ende des optischen Teils (11, 16) angeordnete Analysator (7) die x-Komponente Dx und die y-Komponente Dy der elektrischen Verschiebungsflussdichte unterdrückt und nur bei deren z-Komponente einen Photostrom iph liefert, der einen Regelkreis steuert, der der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) zugeordnet ist, wobei der Strom i durch den elektrischen Leiter (6) eine Führungsgröße – gemessen als Messwert iF – und der Strom i0 durch den zweiten elektrischen Leiter (15) eine Regelgröße – gemessen als Messwert iR – darstellen.
Schaltunganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine Laserdiode ist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingangstor (17) des Polarisators (3) ein Eingangssignal eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den zum zugehörigen Eingangstor (17) parallelen Komponenten Dxin, Dyin sowie der zu den parallelen Komponenten Dxin, Dyin senkrechten Komponente Dzin aufweist. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (3) eine erste Jones-Matrix J gemäß Gleichung besitzt. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass am Ausgangstor (18) des Polarisators (3) ein Ausgangssignal eine elektrische Verschiebungsflussdichte mit den Komponenten Dxout, Dyout, D'zout des Polarisators (3) aufweist, wobei gemäß Gleichung D'zout = S Dzout(III) ist, wobei Dzout die finale z-Komponente der elektrischen Verschiebungsflussdichte D'zout im zugehörigen Lichtempfänger des z-Komponenten-Analysators (7) ist.
Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppler (9, 10) jeweils zwei Eingangstore (19, 21) und zwei Ausgangstore (20, 22) aufweisen, wobei sich die jeweils zugeordneten Eingangs-/Ausgangstore (19, 20) in Lichtwellenrichtung gegenüberliegen und die Eingangs-/Ausgangstore (19, 21; 20, 22) in Parallelität zueinander gleich beabstandet sind. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Koppler (9) ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;1 = &pgr;4 ist, wobei &THgr;1 einen ersten Koppelwinkel darstellt. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Koppler (10) ein Drei-dB-Koppler mit &THgr;2 = &pgr;4 ist, wobei &THgr;2 einen zweiten Koppelwinkel darstellt. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal am Ausgangstor (18) des Polarisators (3) dem Eingangssignal für den ersten Drei-dB-Koppler (9) mit dem ersten Koppelwinkel &THgr;1 = &pgr;4 entspricht. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an das zweite Eingangstor (21) des ersten Kopplers (9) ein erster reflexionsfreier Abschluss (13) und an das erste Ausgangstor (20) des ersten Kopplers (9) die Lichtwellenleiter-Messspule (5), der eine zweite Jones-Matrix J = J(&agr;) und eine erste z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz = Tz(&agr;) in Abhängigkeit von dem ersten Drehwinkel &agr; der Polarisationsebene der nichtabgelenkten Lichtwelle sowie die Windungszahl N zugeordnet sind, angeschlossen sind. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an das zweite Ausgangstor (22) des ersten Kopplers (9) die um den zweiten elektrischen Leiter (15) gewickelte Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) angeschlossen ist, der die zweite Windungszahl N0, eine dritte Jones-Matrix J0 = J0(&agr;0) und eine zweite z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 = Tz0(&agr;0) in Abhängigkeit von dem zweiten Drehwinkel &agr;0 der Polarisationsebene der abgelenkten Lichtwelle zugeordnet sind. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter-Messspule (5) sowie die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) eingangsseitig an den zweiten Drei-dB-Koppler (10) mit dem zweiten Koppelwinkel &THgr;2 = &pgr;4 angeschlossen sind, der als zweites Ausgangstor (26) einen reflexionsfreien zweiten Abschluss (14) zu seinem der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) zugeordneten, eingangsseitigen, gegenüberliegenden zweiten Eingangstor (24) besitzt. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lichtwellenleiter-Messspule (5) und die Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) wahlweise folgende Parameter:

– Gleiche Länge L,

– gleiche Hauptbrechzahlen nx, ny,

– gleiche Verdetkonstante V,

– gleiche Doppelbrechung &dgr; und

– unterschiedliche Windungszahlen N, N0

besitzen.
Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für die gesamte z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tzges unter Berücksichtigung der z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz des Messteils (11) und unter Berücksichtigung der z-Komponenten-Übertragungsfunktion Tz0 des Kompensationsteils (16) die Gleichung Tzges = S cos&THgr;1 Tz cos&THgr;2 – S sin&THgr;1 Tz0 sin&THgr;2(V) gilt. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) einen Regelkreis einschließlich eines Integrators aufweist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis ein Stabilitätsverhalten auf der Grundlage der „Harmonischen Balance" mit Einschwingvorgängen aufweist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (8) im Wesentlichen aus einem ersten Operationaverstärker (28), einem dazu zwischen dem invertierenden Eingang (33) und dem Ausgang (31) parallel geschalteten Kondensator (29) und einem am Ausgang (31) angeschlossenen, in Reihe nachgeordneten Widerstand (30) besteht, wobei der Widerstand (30) mit dem der Kompensationsspule (12) zugeordneten zweiten elektrischen Leiter (15) in Verbindung steht, der an Masse anliegt, und wobei am Ausgang (31) des ersten Operationsverstärkers (28) die Messspannung uMess abgegriffen wird. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (15) dem Ausgang (34) eines zweiten Operationsverstärkers (32) zugeführt ist, wodurch eine „schwimmende" Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) vorliegt und wobei die Eingänge des zweiten Operationsverstärkers (32) dessen invertierender Eingang (35), der mit dem Ausgang des Widerstands (30) verbunden ist, und dessen nichtinvertierender Eingang (36), an dem die Masse anliegt, sind. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Integrator (8) aus dem Widerstandswert R, aus dem Kondensatorwert C und aus dem Verlauf des Photostroms iph(t) der Messwert iR des Stromes i0 nach Gleichung i0 = 1/RC ∫ iph(t)dt + c(VI) ermittelbar ist. Schaltungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der den Photostrom iph(t) empfangende Integrator (8) derart ausgebildet ist, dass die bleibende Regelabweichung, d.h. die Differenz der Drehwinkel &agr;(t)-&agr;0(t) in Abhängigkeit von der Einschwingzeit t mit t gegen Unendlich, gegen Null geht und der Integrator (8) ausgangsseitig den Messwert iR liefert. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 20,

dadurch gekennzeichnet,

dass gemäß der Gleichung ein optischer Transformator vorliegt, wobei der Faraday-Effekt zur Drehung der Polarisationsebenen der in der Lichtwellenleiter-Messspule (5) und der Lichtwellenleiter-Kompensationsspule (12) getrennt laufenden Lichtwellen um den jeweiligen Drehwinkel &agr;, &agr;0 – den zugehörigen Faraday-Winkeln – vorhanden ist, wobei die sich ausbildenden Drehwinkel &agr;, &agr;0 stromproportional dem Messwert iF im Messteil (11) bzw. dem Messwert iR im Kompensationsteil (16) entsprechend den Proportionalitäten &agr; ~ i und &agr;0 ~ i0 sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com