CN101675344A - 法拉第效应电流传感器 - Google Patents

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CN101675344A CN200780050235A CN200780050235A CN101675344A CN 101675344 A CN101675344 A CN 101675344A CN 200780050235 A CN200780050235 A CN 200780050235A CN 200780050235 A CN200780050235 A CN 200780050235A CN 101675344 A CN101675344 A CN 101675344A
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Abstract

本发明涉及一种法拉第传感器组件，该组件包括适于沿着第一传播方向引导电磁辐射的第一光导元件和适于沿着第二传播方向引导电磁辐射的第二光导元件，所述第二传播方向基本上关于所述第一传播方向相反地设置。该法拉第传感器组件还包括设置在所述第一和第二光导元件之间的测量区域，所述测量区域适于接纳导电元件，在该测量区域中，该导电元件的主延伸方向在基本上垂直于所述第一和第二传播方向的方向上。本发明还涉及用于使来自该传感器的输出信号稳定的方法和系统，以及用于处理来自该传感器组件的信号的方法和系统。

Description

法拉第效应电流传感器
技术领域
本发明涉及用于测量或在时间上解析例如源于电击(stroke oflightning)的快速电磁场。所测量的或者在时间上解析的电磁场由在电导体中流动的电流产生。根据本发明的组件包括一对相同但相反设置的法拉第传感器。另外，本发明涉及用于使来自该传感器的输出信号稳定的方法和系统，以及用于处理来自该传感器组件的信号的方法和系统。
背景技术
在专利文献中已经提出了用于测量闪电电流的各种配置。
JP07043392公开了一种通过测量在由闪电电流产生的磁场中传播的线偏振光的转动角度来促进闪电电流测量的法拉第传感器。
在JP07043392中提出的法拉第传感器包括发光器件，光从该发光器件进入到光纤中，以及柱状透镜和长方体偏振器，以产生线偏振光。该线偏振光入射到长方体磁光场传感器上，该长方体磁光场传感器使测量光的偏振面在磁场的影响下转动角度β。通过布置在磁光元件的输出侧上的长方体分析器将该转动角度β转换为光的强度。在离开该磁光元件之后，该光穿过柱状透镜和光纤，然后到达例如光电二极管的E/O转换器，并通过该E/O转换器检测。
在JP07043392中提出的法拉第传感器的缺点在于外部磁场(即除了由闪电电流产生的磁场以外的磁场)容易影响由JP07043392中提出的传感器进行的测量。由于在JP07043392中提出的法拉第传感器对与闪电无关的磁场敏感，所以即使不是不可能的，正确确定闪电电流也可能是困难的。
本发明的目的是提供一种对外部干扰磁场不敏感的传感器组件。外部干扰磁场是指除了由传送要被测量的电流的导体产生的磁场以外的磁场。
本发明的另一个目的是提供一种传感器组件，该传感器组件结合了用于补偿形成该传感器组件的光学部件的老化的补偿方法和相关补偿设备。
本发明的另一个目的是提供一种用于处理来自该传感器组件的信号的信号处理方法及相关的信号处理设备。
发明内容
在第一方面，通过提供一种法拉第传感器组件来满足上述目的，该法拉第传感器组件包括：
第一光导元件，其适于沿着第一传播方向引导电磁辐射；
第二光导元件，其适于沿着第二传播方向引导电磁辐射；以及
测量区域，其适于接纳导电元件，在该测量区域中，该导电元件的主延伸方向在基本上垂直于所述第一和第二传播方向的方向上。
根据本发明的传感器组件能够测量在0.2Hz-10MHz频率范围内高达+/-400kA的电流，如闪电电流。通过选择性地分析特定频率范围内的传感器信号(例如在低于1kHz的频率范围内)，可以确定小到50-60A的电流。另外，根据该第一方面的传感器组件能够在-30℃到+70℃的温度间隔内工作。就所给出的传感器组件的再现性来说，该组件的测量精度在2％以内。
可以关于所述第一传播方向基本相反地设置所述第二传播方向。所述测量区域原则上可以关于所述第一和第二光导元件任意地设置。然而，优选地将该测量区域设置在第一和第二光导元件之间，使得第一光导元件、设置在测量区域中的导电元件以及第二光导元件结合形成三明治状结构。该导电元件可以用各种方式来实现。因此，该导电元件可以包括电导线、基本上刚性的棒、转子叶片的构成部分等。
根据本发明的传感器组件可以进一步包括输入偏振元件，其适于使耦合到所述第一和第二光导元件的每一个中的电磁辐射偏振。另外，根据本发明的法拉第传感器组件可以进一步包括输出偏振元件，其适于使从所述第一和第二光导元件的每一个耦合出的电磁辐射偏振。可以将所述输入偏振元件的偏振方向设置成不同于所述输出偏振元件的相应的偏振方向。优选地，将相关的输入和输出偏振元件对的偏振方向设置成相差大约45度的角。
在第一实施例中，可以将第一光导元件设置在第一壳体内，该第一壳体包括适于面向设置在测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。类似地，可以将第二光导元件设置在第二壳体内，该第二壳体包括适于面向设置在测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。这样，第一和第二壳体的向内弯曲的外壳部分可以组合在一起限定测量区域的边界。
第一和第二壳体中的每一个可以包括外部附着表面部分，其中第一壳体的外部附着表面部分与第二壳体的外部附着表面部分邻接。
第一和第二光导元件可以分别均光学透明的棒，例如玻璃棒。
第一和第二光导元件可以分别由第一和第二内盒来支撑，并且其中第一和第二内盒中的每一个包括适于接纳光导元件的通孔。
在第二实施例中，第一光导元件可以设置在第一壳体内，该第一壳体包括第一和第二部分，所述第一和第二壳体部分包括相应的对准元件组以确保第一和第二壳体部分的适当对准。类似地，第二光导元件可以设置在第二壳体内，该第二壳体包括第一和第二部分，所述第一和第二壳体部分包括相应的对准元件组以确保第一和第二壳体部分的适当对准。
第一和第二壳体可以包括适于接纳一个或多个固定元件的一个或多个通孔，从而在第一和第二壳体之间建立固定的关系。
为了在第一和第二壳体之间形成测量区域，该法拉第组件可以进一步包括设置在第一和第二壳体之间的一个或多个距离元件(distanceelement)，所述一个或多个距离元件与所述一个或多个通孔中的至少一个对准。这样，通过将距离元件与第一壳体的通孔和第二壳体的通孔对准，可以设置例如螺栓等固定元件，使得该固定元件穿过第一和第二壳体以及距离元件。显然可以应用多个距离元件。
为了将光导入和导出第一和第二光导元件，第一和第二壳体可以包括适于支撑例如光纤的一体化的支撑通道。可以将这些一体化的支撑通道的尺寸设置成匹配该光纤的外尺寸。每个壳体的支撑通道可以形成用于确保第一和第二壳体中的每一个的壳体部分适当对准的对准元件的一部分。
在风力涡轮机应用中，根据本发明的第一方面的传感器组件的适当位置在风力涡轮机的转子叶片中和/或在风力涡轮机的塔架的最高点处或附近。后一位置可以在机舱(nacelle)顶部的气象站处或附近。
第一和第二光导元件的维尔德常数可以基本相同，例如大约为0.022min/G-cm。作为选择，第一和第二光导元件的维尔德常数可以不同，其中第一和第二光导元件的维尔德常数之间的比率可以高于2，例如高于5，例如高于10，例如高于20。
在第二方面，本发明涉及法拉第传感器的补偿设备，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，例如闪电电流，该补偿设备包括：
用于提供基本线偏振的电磁辐射的装置，所述装置包括发光器件；
用于在磁场中引导所提供的电磁辐射的引导装置；
用于检测离开所述引导装置的电磁辐射并将检测到的电磁辐射转换为电信号的装置；以及
用于比较所述电信号和基准信号的电子控制装置，所述电子控制装置还适于响应所述比较生成控制信号并将所生成的控制信号提供给所述发光器件，以控制来自所述发光器件的光的发射强度。
用于提供基本线偏振的电磁辐射的装置可以进一步包括适于将进入的电磁辐射转换为基本线偏振的电磁辐射的偏振滤波器。所述发光器件可包括发光二极管。
用于检测离开所述引导装置的电磁辐射的装置可以包括对电磁辐射敏感的检测器和用于使离开所述引导装置的电磁辐射偏振的偏振滤波器，而光导装置可以包括光学透明的棒，例如玻璃棒。
所述电子控制装置可以包括适于接收来自所述检测装置的电信号的放大器电路、适于生成来自所述补偿设备的输出信号的放大器电路、用于对所述输出信号进行滤波的滤波器电路、以及适于接收滤波后的输出信号并生成对于所述发光器件的控制信号以控制光的发射强度的功率发生器。所述滤波器电路可以包括具有预定截止频率的低通滤波器。
所述电子控制装置可以进一步包括用于改变要与所述电信号进行比较的基准信号的水平(level)的装置。用于改变所述基准信号的水平的装置能够以基本连续的方式改变所述基准信号的水平。用于改变所述基准信号的水平的装置可以包括电位计。
在第三方面，本发明涉及一种法拉第传感器的补偿方法，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，如闪电电流，该方法包括以下步骤：
提供基本线偏振的电磁辐射，所述电磁辐射由发光器件产生；
将所述基本线偏振的电磁辐射耦合到适于在磁场中引导电磁辐射的引导装置中；
检测离开所述引导装置的电磁辐射并将检测到的电磁辐射转换为电信号；以及
比较所述电信号和基准信号，响应于该比较产生控制信号，并将所产生的控制信号提供给发光器件，以控制来自所述发光器件的光的发射强度。
可以通过应用适于将进入的电磁辐射转换为基本线偏振的电磁辐射的偏振滤波器来提供所述基本线偏振的电磁辐射。所述发光器件可以包括发光二极管。
可以通过应用对电磁辐射敏感的检测器来检测离开所述引导装置电磁辐射。优选地，离开所述引导装置的电磁辐射在被所述检测器检测之前经过偏振滤波器。
如关于本发明的第二方面所描述的，光导装置可以包括光学透明的棒，例如玻璃棒。
可以通过应用电子控制装置来进行电信号和基准信号之间的比较，所述电子控制装置包括适于接收来自所述检测装置的电信号的跨阻电路、适于生成来自所述补偿设备的输出信号的放大器电路、用于对所述输出信号进行滤波的滤波器电路、以及适于接收滤波后的输出信号并生成对所述发光器件的控制信号以控制光的发射强度的功率发生器。
所述滤波器电路可以包括具有预定截止频率的低通滤波器。
所述电子控制装置可以进一步包括用于改变要与所述电信号进行比较的基准信号的水平的装置。用于改变所述基准信号的水平的装置能够以基本连续的方式改变所述基准信号的水平。用于改变所述基准信号的水平的装置可以包括电位计。
在第四方面，本发明涉及一种用于法拉第传感器的电子噪声减小方法，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，例如闪电电流，该方法包括以下步骤：
提供第一和第二时域信号，所述第一和第二时域信号来源于对可测量的电信号的给定属性的相应的第一和第二测量；
将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号；
将所述第一和第二频域信号相乘以形成中间频域信号；
根据第一触发水平过滤所述中间频域信号，所述第一触发水平被设置为所述中间频域信号的最大幅度的百分比，并且根据第二触发水平通过去除高于所述第二触发水平的频率成分来过滤所述中间频域信号；
将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合以形成最终频域信号；以及
将所述最终频域信号转换为最终时域信号。
根据本发明第四方面的该方法的优点在于它基本上消除了以下典型噪声源的影响：
检测电路中的光学噪声，
光源和放大器中的电噪声，
来自附近导体和系统(例如，变压器)的磁场的干扰，
由闪光(light stroke)引起的磁场的干扰，
传感器制造公差，
传感器的振动，
对维尔德常数的温度影响，
对光源和检测器的温度影响，
光源和检测器随寿命的劣化，
光纤性能的下降。
所有上述因素都潜在地在该系统中导致噪声，并且由此在测得的信号中导致误差。
将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号的步骤可以包括在所述第一和第二频域信号相乘之前对所述第一和第二时域信号进行离散傅立叶变换(DFT)的步骤。
将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合的步骤可以包括计算所述第一和第二频域信号的平均信号，并将所述平均信号与过滤后的中间频域信号相乘的步骤。
将最终频域信号转换为最终时域信号的步骤可以包括对最终频域信号进行逆离散傅立叶变换(IDFT)的步骤。
所述第二触发水平可以在100kHz-10MHz的范围内，例如在500kHz-8MHz的范围内，例如在500kHz-5MHz的范围内，例如在500kHz-3MHz的范围内，例如大约1MHz。
在第五方面，本发明涉及用于法拉第传感器的电子噪声减小设备，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，例如闪电电流，该设备包括：
用于提供第一和第二时域信号的装置，所述第一和第二时域信号分别来源于对可测量的电信号的给定属性的相应的第一和第二测量；
用于将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号的装置；
用于将所述第一和第二频域信号相乘以形成中间频域信号的装置；
用于根据第一触发水平过滤所述中间频域信号的装置，所述第一触发水平被设置为所述中间频域信号的最大幅度的百分比；
用于根据第二触发水平通过去除高于所述第二触发水平的频率成分来过滤所述中间频域信号的装置；
用于将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合信号相组合以形成最终频域信号的装置；以及
用于将所述最终频域信号转换为最终时域信号的装置。
用于分别提供所述第一和第二时域信号的第一和第二装置可以包括一对法拉第传感器。可以将该对法拉第传感器设置成在电流传送导体的相对侧上设置的光导元件中引导偏振的电磁辐射。
可以通过对所述第一和第二时域信号进行离散傅立叶变换(DFT)来将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号。
可以通过计算所述第一和第二频域信号的平均信号，并将所述平均信号与过滤后的中间频域信号相乘来将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合。
可以通过对所述最终频域信号进行逆离散傅立叶变换(IDFT)来将所述最终频域信号转换为最终时域信号。所述第二触发水平可以在100kHz-10MHz的范围内，例如在500kHz-8MHz的范围内，例如在500kHz-5MHz的范围内，例如在500kHz-3MHz的范围内，例如大约1MHz。
在最后的第六方面中，本发明涉及使用法拉第组件测量电流的方法，该方法包括以下步骤：
提供适于沿着第一传播方向引导电磁辐射的第一光导元件；
提供适于沿着第二传播方向引导电磁辐射的第二光导元件；
将导电元件设置在所述法拉第传感器组件的测量区域中，所述导电元件的主延伸方向基本上垂直于所述第一和第二传播方向；以及
确定在所述第一和第二光导元件中传播的电磁辐射的法拉第转动。
所述第一和第二光导元件的维尔德常数可以基本相同，例如大约为0.022min/G-cm。作为选择，所述第一和第二光导元件的维尔德常数可以不同，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数之间的比率可以高于2，例如高于5，例如高于10，例如高于20。
就实施来说，可以遵循关于本发明的第一方面提出的设计原则来实施根据本发明第六方面的法拉第传感器组件。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1a和图1b示出设置本发明的优选实施例中的两个传感器以及具有DSP的系统的框图；
图2示出DSP的框图；
图3示出来自传感器1的信号；
图4示出来自传感器2的信号；
图5示出来自传感器1的DFT之后的信号；
图6示出来自传感器2的DFT之后的信号；
图7示出来自传感器1和传感器2的DFT的乘积；
图8示出噪声过滤的结果；
图9示出希望信号的频谱；
图10示出时域中的希望信号；
图11示出完整系统的框图；
图12示出DC补偿器的框图；
图13示出使用标准符号的DC补偿器的框图；
图14示出触发器模块的框图；
图15示出根据本发明的传感器组件中的信号路径的总框图；
图16示出根据本发明的传感器系统的传感器的第一实施例；
图17示出壳体部分；
图18示出用于保持玻璃棒和偏振滤波器的内盒；
图19示出包括用于将光耦合入和耦合出玻璃棒的透镜的透镜壳体；
图20示出适于插入到透镜壳体中的光纤套(enclosure)；
图21示出偏振滤波器；
图22示出玻璃棒；
图23示出O形环；
图24示出根据本发明的传感器组件的传感器的第二实施例的第一部分；
图25示出根据本发明的传感器组件的传感器的第二实施例的第二部分；
图26a、图26b和图26c示出应用根据本发明的第二实施例的传感器的传感器组件；以及
图27示出来自具有不同维尔德常数的两个法拉第传感器的传感器信号。
尽管本发明可以有各种变体和替代形式，但是在附图中以举例的方式示出了特定实施例，并且在这里将详细描述这些实施例。然而，应该理解，不意图将本发明局限于所公开的具体形式。相反，本发明覆盖所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有变体、等同物和替代形式。
具体实施方式
在其最一般的概念上，本发明涉及包括一对基本相反设置的法拉第传感器的传感器设备。“相反”意指在由导电元件产生的磁场中在基本相反的传播方向上引导两束电磁辐射。通过设置在该导电元件的相对侧上的一对透明元件(如玻璃棒)，来引导这两束电磁辐射。如先前所述，该导电元件可以实现为电导线、基本刚性的棒、转子叶片的构成部分等。本发明还涉及噪声过滤和DC补偿技术。将在以下各部分中独立地描述本发明的各方面。
噪声过滤
在任何使用传感器的地方都需要从传感器信号中过滤噪声。在一个方面，本发明涉及一种可通过使用DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)从信号中去除噪声的方法。在可以开始实际分析之前以及在可以将该测量结果用于所需目的之前需要清理该信号。
图1a和图1b示出本发明的第一方面。如图1a中所示，将传感器1和传感器2设置在导体的相对侧上。该导体产生的磁场由同心排列的环示出，传感器1将信号通过放大信号的电子子系统2提供给将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器3。来自A/D转换器3的数字信号被提供给DSP 4，在DSP 4处进行计算并从信号中去除噪声。
工作系统包括如图1中所示的两个传感器1。这两个传感器对同一介质(如电线)进行测量。因此，所测得的信号具有相同的频率特性，然而由于传感器制造中的公差，在幅值上可能存在偏差。当信号通过电子子系统2时，产生大量的白噪声，并且该白噪声作为放大器工作的结果添加到信号上。该白噪声是不希望有的，因为它减小了信号的总体质量。来自A/D转换器3的数字信号被加载到DSP中，并且通过如图2中所示的6个步骤去除噪声。如图2中所示，步骤1涉及将数字传感器信号加载到DSP。
步骤2是对每个信号进行离散傅立叶变换(Discrete FourierTransformation，DFT)。这意味着将信号从时域转换到频域。步骤3涉及计算两个DFT信号的乘积。步骤4涉及分析两个DFT信号的乘积。步骤5涉及计算两个DFT信号的平均并将该平均信号乘以从步骤4得到的信号。最后的步骤6涉及将频域信号转换到最终时域信号的逆离散傅立叶变换(Inverse Discrete Fourier Transformation，IDFT)。至此该处理完成，并且已经从信号中显著地减小了噪声。
如上所述，加载到DSP中的信号经历了将信号从时域转换到频域的离散傅立叶变换(DFT)。另外，如较早所述的，两个传感器的频率特性是相同的-见图3和图4。然而，根据前面所指定的条件，幅度是不同的。这样的优点在于频率成分通过幅频曲线成为可见的。
然后将来自传感器1和传感器2的信号的频谱相乘。通过将这两个信号相乘，在如图7中所示的曲线中噪声部分和信号部分被相互分开。
至此还没有进行从信号中过滤噪声。上述步骤仅涉及实际噪声过滤的预操作。对图7中所示的信号进行实际的噪声过滤，其中该信号是来自传感器1和传感器2的DFT信号的乘积。该分析的目的是确定希望的信号部分和噪声部分。该分析涉及下面列出的4个步骤：
1)分析来自两个传感器的DFT信号的乘积的频谱以识别具有最高幅度的频率成分。因为最高幅度最有可能是所希望的信号的一部分，所以进行该分析。
2)定义触发水平(X％)。该触发水平随不同的应用而不同，并且将其定义为最高频成分的百分比。如果信号低于该触发水平，则将其视为噪声。从而去除了低于该触发水平的任何成分。小心地设置该触发水平是非常重要的，这是因为如果将该触发水平设置得太高，则可能损失一部分所希望的信号。类似地，如果该触发水平太低，则在信号中将存在大量噪声。
3)将10MHz以上的(例如5MHz以上的，例如3MHz以上的，例如1MHz以上的，例如0.5MHz以上的)所有频率视为噪声。从而通过该过滤去除这些频率成分。
4)再次分析频谱，但是这一次是为了使用下面的公式将频率成分设置为0或1。设置为1的成分代表信号。
Figure G200780050235XD00121
在图8中，已经将值1赋给信号，并已将值0赋给噪声，即，在频率轴上已将噪声隔离。从而现在信号和噪声彼此分离。
至此完成了所有预备工作，并且可以通过计算来自2个传感器的信号的平均并将该信号乘以噪声过滤来产生所希望的信号。
Figure G200780050235XD00131
从该等式得到的结果是所希望的信号，并且可以在图9中看到该结果。
在可以评价噪声过滤的结果之前，需要使用逆离散傅立叶变换(IDFT)将图9的信号转换到时域。在图10中示出了该变换的结果。
当比较来自这2个传感器的未处理的信号(图3和图4)和处理后的信号(图10)时，很清楚噪声过滤处理已经成功。基本上所有噪声都已经从原始信号中去除。最终的信号是非常有用的信号，它可以用于噪声过滤是相关问题的不同类型的分析。例如，当闪电击中风力涡轮机或者电话配送天线塔(telephone distribution mast)时，可以使用根据本发明的该方法来确定闪电的特性。
根据本发明的噪声过滤方法基本不受例如温度等外部影响。因此，根据本发明的该噪声过滤方法基本上消除了外部影响，所述外部影响影响传感器(包括其组件，如发光二极管、光接收单元和DC补偿器)的性能。
DC补偿
本发明还涉及可以与法拉第传感器一起使用以测量电气系统中的磁场的DC补偿器。可以使用包括具有各种电子部件的传感器的系统(见本段稍后更详细的描述)来测量例如在风力涡轮机、移动电话配送天线塔、电视天线塔或者在电源线中流动的电流中的电击。根据本发明的DC补偿器与传统的系统的不同之处在于：根据本发明的DC补偿器采用电子部件代替光学部件。这意味着与现今市场上可获得的已知产品相比，根据本发明的DC补偿器更便宜。
现在参考图11，用于测量电气系统中的磁场的测量装置涉及位于导体上或其附近的光学传感器2。光学传感器2通过光纤可操作地连接到光源1和检测器系统/光接收单元3。测得的信号从检测器系统/光接收单元3馈送到DC补偿器4，并且DC补偿器4的输出以经由功率发生器10的反馈环送回并进入到光源1。光源1可以是发射红色区域中(例如在大约630nm)的光的发光二极管(LED)。可以调节所发射的光的强度以匹配特定的应用。对于大多数应用来说，在5-10cm长的光纤的输出处测得的大约3-5mW的光强度是适当的光强度。为了实现这样的光强度，需要向LED提供300-400mA的驱动电流。
DC补偿器4的输出还被馈送到滤波器5，并且该滤波器的输出被分配到两个放大器6、7。放大器6、7中的每一个提供馈送给四通道A/D转换器8的输出信号。在图11中，放大器6和7分别将来自滤波器5的信号放大两倍和二十倍。可以不同地选择该放大水平。作为选择，可以将全部或仅一部分的放大包含到A/D转换器8中。将数字信号馈送到噪声过滤系统9。
工作系统包括两个传感器系统(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)，其中A/D转换器8作为来自两个传感器的信号的集合器操作。
该工作系统使用两个相同的传感器。这两个传感器进行相同的测量。因此，对同一现象的两个测量包括相同的频率特性。然而，即使频率特性相同，但由于传感器的公差，幅度也可能是不同的。
DC补偿器4确保从系统/光接收单元3提供恒定的信号水平。利用从DC补偿器4经由功率发生器10到光源1的反馈环的帮助来完成这一点。该DC补偿器对温度的变化以及发光二极管和系统/光接收单元3的效率的降低进行补偿。
在风力涡轮机的生产场地上校准该系统。通过调整电位计或其它可调部件(见图12和图13中的附图标号17a)来完成这一点。为了校准该系统，需要发送已知的电流通过该系统，然后调节电位计，使得在测试点的电流等于零。
DC补偿器确保稳定的信号水平输入到滤波器5中(见图11)，而不管发光二极管的效率随着时间的过去而减小或者其它变化。例如，如果发光二极管上电流保持恒定，则由于效率随着时间的过去损失，所以发光水平随着时间的过去而降低。随着时间的过去，馈送到检测系统/光接收单元的信号变得无用，这是因为噪声和信号之间的比率变得过小。因此，随着时间的过去，从信号中去除噪声变得很难。这意味着该系统不能再使用并且因此必须更换。
如果信号/噪声比可以保持恒定，则可以延长该系统的寿命。因此，如果到滤波器5的信号水平可稳定在合理的水平上，则该系统的寿命可以增加。由DC补偿器来确保这一点。由于该DC补偿器，因此对于发光二极管，电流是动态的。该DC补偿器不从信号中去除噪声，但是其确保恒定的噪声/信号比，使得随后可以通过噪声过滤单元去除噪声。
图12和图13中所示的DC补偿器使用直流的变化来定义反馈。当该系统被接通时，已知的电流水平被提供到光源1。所产生的信号水平(光强度和电流)通过光纤、传感器2和光接收器3降低。
图12和图13是用于示出构成DC补偿器16的两种不同方式。该DC补偿器由接收来自检测系统/光接收单元的输入的跨阻(transimpedance)放大器13构成。跨阻放大器13之后是信号放大器14，信号放大器14将其输出信号发送到DC补偿器之外，并且还通过具有低通滤波器15和功率发生器10的反馈环送回到光源1。
DC补偿器将光接收单元3的输出和由电位计给出的基准值进行比较。阻抗放大器13的输入和该基准值之间的差被发送到信号放大器14并且被送回到该反馈环中。这意味着如果该差是正的(输入大于基准值)，则增加光源1的输入电流。如果该差是负的，则减小光源1的输入电流。
通过低通滤波器去除交流(AC)并且只有直流通过该滤波器。功率发生器确保不向发光二极管提供具有损坏该发光二极管的风险的过高电流。
通过引入包括多个带通滤波器的模拟触发器模块可以增加根据本发明的传感器组件的动态范围。图14中示出了触发器模块的框图。如图中所示，该触发器模块包括具有以下频率范围的带通滤波器：0-1kHz、1-10kHz、10-100kHz和100kHz-1MHz。可以单独地选择这些频率范围中的每一个，从而只分析所选频率范围内的信号。通过应用该触发器模块并选择性地分析带通滤波器的输出信号，可以检测低到50-60A的电流水平。图15示出将触发器模块设置在传感器组件的整个信号路径中。
法拉第传感器
意图将整个传感器系统用于测量由高电流引起的电磁场。通过提供具有偏振量检测的光纤传感器来完成这一点。在法拉第效应电流传感器中，偏振入射光的偏振面经历转动，该转动是由要测量的电流产生的磁场的函数。通过测量光学传感器的光输出的偏振面的转动角度可以确定要测量的电流。该传感器系统必须能够经受包括高风速在内的天气因素，而不影响传感器系统的测量。还必须允许从-30℃到+70℃的温度范围。
传感器系统包括两个相同的但是相反设置的传感器。图16中示出了形成根据本发明的传感器系统的一部分的传感器。如图16中所示，传感器包括适于用螺栓固定到一起的上部部分1和下部部分2。两个光纤线缆3、4确保光可以进入和离开该传感器。该光纤线缆可以通过两个O形环5、6和两个光纤套7、8保持在适当的位置。该光纤套适于插入到透镜壳体9、10中，透镜壳体9、10还包含用于有效地将光耦合入以及耦合出玻璃棒11的透镜。玻璃棒11通过内壳体12保持在适当的位置，内壳体12还确保了玻璃棒11和两个偏振滤波器13、14的适当对准。下面更详细地描述各部件中的每一个。
当传感器壳体与光纤线缆组装到一起并且两个传感器壳体部分用螺栓固定到一起时，该传感器组件是具有全功能的。然而，由于该传感器必须能够经受极端的天气条件并测量高电压，所以需要额外的保护。
当电击发生时，它产生影响命中位置附近环境的冲击波。因为传感器安装在该位置附近，所以整个传感器受到该冲击波的影响。传感器的测量对振动敏感，因此传感器将响应于该冲击波产生错误信号。因此，确保传感器及相关的光纤线缆受到例如冲击波的影响尽可能地小是非常重要的。
传感器还必须能够经受15G的力。为了满足这点，将包括光纤线缆的整个传感器安装在硅树脂块中。从而硅树脂保护该传感器。硅树脂确保了传感器被保护而不受极端天气条件的影响并且它还保护传感器不受紫外线的影响。该硅树脂块是两成分块，并且优选地以4∶1的重量比混合到模制模具(moulding form)中。
该模制模具确保在硅树脂在该模具中混合之前所述成分被正确地设置。用凡士林或其它类型的油脂处理该模具，使得当硅树脂硬化时，该硅树脂块可以容易地从该模具中移走。
图17示出传感器壳体的一部分。图17的传感器壳体部分被设计用于保持所有传感器部件。另外，图17的传感器壳体部分以固定和正确相互关系保持各传感器部件。最后，图17的传感器壳体部分还使传感器部件的组装容易，从而减小传感器的错误组装。
如图16中所示，传感器壳体包括两个相同的部分。该传感器壳体由黑色聚乙烯制成。暗颜色使该传感器壳体对紫外线有抵抗力。尽管围绕该传感器壳体模制的硅树脂也阻挡紫外线，但是该传感器壳体仍然是可见的，并且因此在光纤线缆附着于该壳体的位置处传感器壳体不受硅树脂的保护。
为了将颗粒物保持在传感器之外，围绕所有内部的传感器部分提供舌槽连接。公差使得装配紧密，并且因为聚乙烯是相对软的材料，所以聚乙烯使该连接防水并防颗粒物。围绕光纤线缆，两个硅树脂环保持该组件防水。这两部分通过尼龙螺栓拧在一起。螺纹的长度应该是6.50mm和12.50mm。该螺栓由尼龙制成，从而使它们不会像传统的金属螺栓那样干扰磁场。尼龙螺栓还防止在这些螺栓太紧的情况下损坏传感器壳体内的螺纹。
图18示出用于保持玻璃棒和偏振滤波器的内盒。利用该部分的主要想法是确保将滤波器正确地保持在适当的位置。首先，滤波器必须完全覆盖玻璃棒的两端。当滤波器被组装时其不受挤压是非常重要的，这是因为挤压可能改变功能并且给出错误的读数。保持器还必须保持玻璃棒与其它部件对准以使光通过量(throughput)最大化。
图18的保持器由聚乙烯制成，这是因为它必须具有与传感器壳体相同的温度膨胀。因此，当整个传感器暴露于大的温度变化时，该保持器和传感器壳体保持固定的关系。
图19示出包括用于将光耦合入以及耦合出玻璃棒的透镜的透镜壳体。该透镜确保光损失最小，从而允许尽可能多的光通过传感器。该透镜还确保玻璃棒中光束的直径可以尽可能地大。这将影响由磁场引起的玻璃棒内的光的转动。光束的直径越大，可以实现的转动越大。该透镜壳体还将光纤线缆牢固地保持在适当的位置。透镜本身由紧接在光纤线缆之后的凸透镜构成。该透镜由PMMA-聚甲基丙烯酸酯(丙稀酸类)制成。
图20示出适于插入到透镜壳体内的光纤套。该光纤套还确保了绕光纤线缆的适当夹紧。该光纤套确保光纤线缆正确地定位在透镜的前面并且将其牢固地保持在适当的位置。透镜和光纤套一起生产。将光纤套压入到带有光纤线缆的透镜内并且光纤套绕光纤线缆夹紧。该光纤套由ABS(Acrylnitril-Butadien-styren，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)制成。
图21示出偏振滤波器。在该传感器中，偏振滤波器位于玻璃棒的每一端，使得进入到玻璃棒的光通过偏振滤波器，从而使进入玻璃的光在预定的方向上线偏振。当光离开该玻璃时，它通过另一个偏振滤波器，该偏振滤波器的取向与位于玻璃棒的入口侧的偏振滤波器不同。
当光穿过第一(入口)偏振滤波器时，该光被偏振，并且具有特定的偏振面。在玻璃棒内该偏振面经历了由电流产生的磁场所引起的转动。在玻璃棒的出口侧上的偏振滤波器的偏振轴的取向相对于入口偏振滤波器转动45度。
通过测量在光学传感器的输出上的光的偏振面的转动角度可以确定要测量的电流。使出口侧上的滤波器的偏振轴转动45度的理由是为了使传感器能够测量正电流和负电流。因此，通过偏振滤波器的这种布置，传感器能够同样地测量高的负电流和正电流。为了满足这点，两个滤波器具有相同的外尺寸，而偏振方向偏移45度。因此，当该传感器被组装后，这两个滤波器以相同的方式设置在玻璃棒的两侧上。
图22示出了玻璃棒。玻璃位于两个偏振滤波器之间。当暴露于磁场中时，由于玻璃棒材料的相对高的维尔德常数，因此离开入口偏振滤波器的线偏振光在玻璃棒内转动。玻璃棒由BK7型玻璃制成。该材料被热处理以获得适当的性能，如0.022min/G-cm的维尔德常数。
为了确保整个传感器壳体防水，绕光纤线缆设置如图23中所示的O形环。该O形环还确保将该光纤线缆被牢固地保持在适当的位置。因此，该O形环在光纤线缆和两个传感器壳体部分之间提供密封。当所述传感器壳体部分被组装时，因为该O形环被挤压在适当的位置，因此该O形环绕光纤线缆形成密封。该O形环必须是柔性的，能够经受对紫外线的暴露和高温。
图24和图25示出根据本发明的传感器的可选实施例。图24示出该可选实施例的底部部分1，而图25示出该可选实施例的顶部部分8，该顶部部分适于固定到图24的底部部分上。
现在参考图24，底部部分包括从输入区4到测量区5的用于支撑光纤线缆的通道2、3，偏振的转动将要发生在这里。如图所示，该底部部分包括多个通孔6。这些通孔6适于接纳穿过顶部部分相应的通孔7插入的螺栓，以将底部部分1和顶部部分8结合在一起。穿过通孔7插入的螺栓被设置在通孔6的内表面中的螺纹接纳。
底部部分1和顶部部分8还包含固定孔9、10、11、12、13、14、15、16，这些固定孔适于接纳螺栓(未示出)以将传感器组件结合在一起，参见图26。
通过图25中的被设置用于装配到底部部分1的通道2、3中的凸起17、18来确保底部部分1相对于顶部部分8适当对准。为了确保组装后的传感器防水，在围绕底部部分1的固定孔10、11、12、13的每个凹槽中设置O形环(未示出)。类似地，在围绕通孔6的每个凹槽中设置O形环。最后，沿着底部部分1和顶部部分8的外边缘设置硅树脂密封(未示出)。当硬化时，该硅树脂密封沿着组装后的传感器的外边缘提供防水密封。
图26示出应用根据本发明的该可选实施例的传感器的传感器组件。如图26a中所示，均包括顶部部分3、3’和底部部分4、4’的两个传感器1、2结合形成传感器组件。该传感器组件被穿过每个传感器1、2和两个中间距离件7、8的多个螺栓5、6(图26a中示出两个螺栓)保持在一起。该中间距离件7、8可以用各种方式来实现，例如，该距离件可以是底部部分4、4’的构成部分(integral part)。该距离件还可以被实施成填充传感器1、2之间的大部分可用空间，从而只剩下导体9的空间。
图26a涉及测量相对小的导体9中的电流，而图26b示出了要测量较大的导体10中的电流的情况下可以如何实现传感器组件。同样，使用距离件13、14和螺栓15、16将一对传感器11、12夹在导体10周围。如图26b中所示，传感器11、12分别位于板17、18上。在图26a和图26b中，导体9、10被示出为具有基本上圆形横截面轮廓的导体。然而，导体9、10的横截面形状可以不同于圆形。
图26c示出传感器19、20和导体21的不同配置。图26c中电流的流动方向可以朝向纸外，或者作为选择朝向纸内。在这两种情况下电流都在基本上垂直于纸平面的方向上流动。
以上公开的法拉第传感器组件具有大约50A到400kA的动态范围。该传感器组件的两个传感器的光学增益基本相同，其中活性材料(active material)(玻璃材料)的维尔德常数相同，例如对于630nm的波长，维尔德常数为0.022min/g-cm。
通过将该活性材料改变为MR4材料，对于630nm的波长，维尔德常数改变为0.38min/G-cm。采用这种活性材料的传感器具有约18倍高的增益。这导致系统噪声本底(noise floor)降低18倍。因此，通过应用MR4材料，传感器的噪声本底降低到33A并且动态范围达到22kA。
如果只有一个传感器的活性材料用维尔德常数为原始材料10倍高的材料代替，则一个传感器将具有600A到400kA的动态范围，而另一个传感器将具有60A到40kA的动态范围。如果将这样的传感器组件安装在10mm导体的周围，则当400kA的电流脉冲通过该导体时来自这两个传感器的信号将如图27中所示。
参考图27，响应于45度的法拉第转动，来自传感器1(低维尔德常数)的信号达到400kA。对于传感器2(高维尔德常数)，当电流达到40kA时，光转动了45度。对于更高的电流，来自传感器2的信号开始下降，直到电流达到120kA。当组合这两个信号时，可以获得高的信号分辨率和大的动态范围。因此，例如使用12位的A/D转换器来数字化信号，对于传感器1，12位代表195A/位的分辨率。对于传感器2，使用类似的12位A/D转换器，分辨率变为19A/位。通过组合这两个信号可以获得10×12位＝22位的分辨率。类似地，动态范围变为等同于86dB动态范围的20A-400kA。
再次参考图27，如果在数学上将传感器2的信号向后折叠(foldback)，则来自传感器2的信号与来自传感器1的信号相同。因此，如果将来自传感器2的信号向后折叠，则在传感器1的信号按表1中所示来处理的情况下，在全动态范围内可以获得22位的分辨率。
  传感器1的信号范围[kA]   最终的22位信号
  0-40   传感器2
  40-80   40kA+(40kA-传感器2)
  80-120   80kA-传感器2
  120-160   120kA+(40kA+传感器2)
  160-200   160kA+传感器2
  200-240   200kA+(40kA-传感器2)
  240-280   240kA-传感器2
  280-320   280kA+(40kA+传感器2)
  320-360   320kA+传感器2
  360-400   360kA+(40kA-传感器2)
表1
因此，如果传感器1测量0-40kA范围内的电流，则使用来自传感器2的信号。类似地，如果传感器1测量160-200kA范围内的电流，则将160kA的固定值加到来自传感器2的信号上，以获得最终结果。
对于负电流，传感器1的信号按表2中所示来处理。
  传感器1的信号范围[kA]   最终的22位信号
  -40～0   传感器2
  -80～-40   -40kA+(-40kA-传感器2)
  -120～-80   -80kA-传感器2
  -160～-120   -120kA-(40kA-传感器2)
  -200～-160   -160kA-传感器2
  -240～-200   -200kA+(-40kA-传感器2)
  -280～-240   -240kA-传感器2
  -320～-280   -280kA-(40kA-传感器2)
  -360～-320   -320kA-传感器2
  -400～-360   -360kA+(-40kA-传感器2)
表2
总之，在两个传感器中使用不同光学增益的优点如下：
20A的低触发水平，
使用12位A/D转换器具有22位的高分辨率，
从20A到400kA的86dB的高动态范围。
例如可以将根据本发明的传感器组件设置在风力涡轮机的一个或多个转子叶片中。例如，可以距离转子叶片的转动轴5-25米设置传感器组件。设置在转子叶片中的传感器组件可操作地连接到在转子叶片的表面上设置的一个或多个闪电接收器。可以将传感器组件选择性地或者附加地设置在风力涡轮机的气象站中或附近。

Claims (58)

1.一种法拉第传感器组件，包括：
第一光导元件，其适于沿着第一传播方向引导电磁辐射；
第二光导元件，其适于沿着第二传播方向引导电磁辐射；以及
测量区域，其适于接纳导电元件，在该测量区域中所述导电元件的主延伸方向在基本上垂直于所述第一和第二传播方向的方向上。
2.根据权利要求1所述的法拉第传感器组件，其中所述第二传播方向相对于所述第一传播方向基本上相反地设置。
3.根据权利要求1或2所述的法拉第传感器组件，其中所述测量区域设置在所述第一和第二光导元件之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的法拉第传感器组件，还包括输入偏振元件，该输入偏振元件适于使耦合入所述第一和第二光导元件的每一个中的电磁辐射偏振。
5.根据权利要求4所述的法拉第传感器组件，还包括输出偏振元件，该输出偏振元件适于使耦合出所述第一和第二光导元件中的每一个的电磁辐射偏振。
6.根据权利要求5所述的法拉第传感器组件，其中与所述输出偏振元件的相应的偏振方向相比较，所述输入偏振元件的偏振方向被不同地设置。
7.根据权利要求6所述的法拉第传感器组件，其中相关联的一对输入和输出偏振元件的偏振方向被设置成相差大约45度的角度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一光导元件设置在第一壳体内，该第一壳体包括适于面向设置在所述测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。
9.根据权利要求8所述的法拉第传感器组件，其中所述第二光导元件设置在第二壳体内，该第二壳体包括适于面向设置在所述测量区域中的导电元件的向内弯曲的外壳部分。
10.根据权利要求9所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二壳体的向内弯曲的外壳部分组合限定所述测量区域的边界。
11.根据权利要求10所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二壳体中的每一个包括外部附着表面部分，并且其中所述第一壳体的外部附着表面部分与所述第二壳体的外部附着表面部分邻接。
12.根据上述权利要求中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二光导元件均包括透明的棒，如玻璃棒。
13.根据上述权利要求中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二光导元件分别由第一和第二内盒支撑，并且其中所述第一和第二内盒中的每一个包括适于接纳光导元件的通孔。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一光导元件设置在包括第一和第二壳体部分的第一壳体内，所述第一和第二壳体部分包括对应的对准元件组以确保所述第一和第二壳体部分的适当对准。
15.根据权利要求14所述的法拉第传感器组件，其中所述第二光导元件设置在包括第一和第二壳体部分的第二壳体内，所述第一和第二壳体部分包括对应的对准元件组以确保所述第一和第二壳体部分的适当对准。
16.根据权利要求15所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二壳体包括一个或多个通孔，适于接纳一个或多个固定元件从而在所述第一和第二壳体之间建立固定关系。
17.根据权利要求16所述的法拉第传感器组件，还包括设置在所述第一和第二壳体之间的一个或多个距离元件，所述一个或多个距离元件与所述一个或多个通孔中的至少一个对准。
18.根据权利要求17所述的法拉第传感器组件，还包括提供在所述第一和第二壳体的通孔中并且穿过所述一个或多个距离元件的一个或多个固定元件。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二壳体包括适于支撑光纤的一体化的支撑通道，以将光导入和导出所述第一和第二光导元件。
20.根据上述权利要求中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数是基本相同的，例如大约为0.022min/G-cm。
21.根据权利要求1-19中任一项所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数是不同的。
22.根据权利要求21所述的法拉第传感器组件，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数之间的比率高于2，例如高于5，例如高于10，例如高于20。
23.一种使用法拉第传感器组件测量电流的方法，该方法包括以下步骤：
提供适于沿着第一传播方向引导电磁辐射的第一光导元件；
提供适于沿着第二传播方向引导电磁辐射的第二光导元件；
将导电元件设置在所述法拉第传感器组件的测量区域中，所述导电元件的主延伸方向基本上垂直于所述第一和第二传播方向；以及
确定在所述第一和第二光导元件中传播的电磁辐射的法拉第转动。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数基本相同，例如大约为0.022min/G-cm。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数不同。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一和第二光导元件的维尔德常数之间的比率高于2，例如高于5，例如高于10，例如高于20。
27.一种用于法拉第传感器的补偿设备，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，如闪电电流，该补偿设备包括：
用于提供基本线偏振的电磁辐射的装置，所述装置包括发光器件；
用于在磁场中引导所提供的电磁辐射的引导装置；
用于检测离开所述引导装置的电磁辐射并将检测到的电磁辐射转换为电信号的装置；以及
电子控制装置，用于将所述电信号与基准信号进行比较，所述电子控制装置还适于响应所述比较生成控制信号并将所生成的控制信号提供给所述发光器件，以控制来自所述发光器件的光的发射强度。
28.根据权利要求27所述的补偿设备，其中所述用于提供基本线偏振的电磁辐射的装置还包括适于将进入的电磁辐射转换为基本线偏振的电磁辐射的偏振滤波器。
29.根据权利要求27或28所述的补偿设备，其中所述发光器件包括发光二极管。
30.根据权利要求27-29中任一项所述的补偿设备，其中用于检测离开所述引导装置的电磁辐射的装置包括对电磁辐射敏感的检测器和用于使离开所述引导装置的电磁辐射偏振的偏振滤波器。
31.根据权利要求27-30中任一项所述的补偿设备，其中所述引导装置包括透明的棒，例如玻璃棒。
32.根据权利要求27-31中任一项所述的补偿设备，其中所述电子控制装置包括：适于接收来自所述检测装置的电信号的跨阻电路，适于生成所述补偿设备的输出信号的放大器电路，用于对所述输出信号进行滤波的滤波器电路，以及适于接收滤波后的输出信号并生成对所述发光器件的控制信号以控制光的发射强度的功率发生器。
33.根据权利要求32所述的补偿设备，其中所述滤波器电路包括具有预定截止频率的低通滤波器。
34.根据权利要求27-33中任一项所述的补偿设备，其中所述电子控制装置还包括用于改变要与所述电信号进行比较的基准信号的水平的装置。
35.根据权利要求34所述的补偿设备，其中用于改变所述基准信号的水平的装置能够以基本连续的方式改变所述基准信号的水平。
36.根据权利要求34或35所述的补偿设备，其中用于改变所述基准信号的水平的装置包括电位计。
37.一种法拉第传感器的补偿方法，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，如闪电电流，该方法包括以下步骤：
提供基本线偏振的电磁辐射，所述电磁辐射由发光器件产生；
将所述基本线偏振的电磁辐射耦合入适于在磁场中引导电磁辐射的引导装置中；
检测离开所述引导装置的电磁辐射并将检测到的电磁辐射转换为电信号；以及
将所述电信号和基准信号进行比较，响应于该比较产生控制信号，并将所产生的控制信号提供给发光器件，以控制来自所述发光器件的光的发射强度。
38.根据权利要求37所述的补偿方法，其中通过应用适于将进入的电磁辐射转换为基本线偏振的电磁辐射的偏振滤波器来提供所述基本线偏振的电磁辐射。
39.根据权利要求37或38所述的补偿方法，其中所述发光器件包括发光二极管。
40.根据权利要求37-39中任一项所述的补偿方法，其中通过应用对电磁辐射敏感的检测器来检测离开所述引导装置的电磁辐射。
41.根据权利要求40所示的补偿方法，其中离开所述引导装置的电磁辐射在被所述检测器检测之前经过偏振滤波器。
42.根据权利要求37-41中任一项所述的补偿方法，其中所述引导装置包括透明的棒，例如玻璃棒。
43.根据权利要求37-42中任一项所述的补偿方法，其中通过应用电子控制装置对所述电信号与基准信号进行比较，所述电子控制装置包括：适于接收来自所述检测装置的电信号的跨阻电路、适于生成所述补偿设备的输出信号的放大器电路、用于对所述输出信号进行滤波的滤波器电路、以及适于接收滤波后的输出信号并生成对所述发光器件的控制信号以控制光的发射强度的功率发生器。
44.根据权利要求43所述的补偿方法，其中所述滤波器电路包括具有预定截止频率的低通滤波器。
45.根据权利要求43或44所述的补偿方法，其中所述电子控制装置还包括用于改变要与所述电信号进行比较的基准信号的水平的装置。
46.根据权利要求45所述的补偿方法，其中用于改变所述基准信号的水平的装置能够以基本连续的方式改变所述基准信号的水平。
47.根据权利要求45或46所述的补偿方法，其中用于改变所述基准信号的水平的装置包括电位计。
48.一种用于法拉第传感器的电子噪声减小方法，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，例如闪电电流，该方法包括以下步骤：
提供第一和第二时域信号，所述第一和第二时域信号来源于对可测量的电信号的给定属性的相应的第一和第二测量；
将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号；
将所述第一和第二频域信号相乘以形成中间频域信号；
根据第一触发水平过滤所述中间频域信号，所述第一触发水平被设置为所述中间频域信号的最大幅度的百分比，并且根据第二触发水平通过去除高于所述第二触发水平的频率成分来过滤所述中间频域信号；
将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合以形成最终频域信号；以及
将所述最终频域信号转换为最终时域信号。
49.根据权利要求48所述的方法，其中将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号的步骤包括在所述第一和第二频域信号相乘之前对所述第一和第二时域信号进行离散傅立叶变换(DFT)的步骤。
50.根据权利要求48或49所述的方法，其中将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合的步骤包括计算所述第一和第二频域信号的平均信号，并将该平均信号与过滤后的中间频域信号相乘的步骤。
51.根据权利要求48-50所述的方法，其中将最终频域信号转换为最终时域信号的步骤包括对最终频域信号进行逆离散傅立叶变换(IDFT)的步骤。
52.根据权利要求48-51中任一项所述的方法，其中所述第二触发水平在100kHz-10MHz的范围内，例如在500kHz-8MHz的范围内，例如在500kHz-5MHz的范围内，例如在500kHz-3MHz的范围内，例如大约1MHz。
53.一种用于法拉第传感器的电子噪声减小设备，所述法拉第传感器适于测量在导体中流动的电流，例如闪电电流，该设备包括：
用于提供第一和第二时域信号的装置，所述第一和第二时域信号来源于对可测量的电信号的给定属性的相应的第一和第二测量；
用于将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号的装置；
用于将所述第一和第二频域信号相乘以形成中间频域信号的装置；
用于根据第一触发水平过滤所述中间频域信号的装置，所述第一触发水平被设置为所述中间频域信号的最大幅度的百分比；
用于根据第二触发水平通过去除高于所述第二触发水平的频率成分来过滤所述中间频域信号的装置；
用于将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合信号相组合以形成最终频域信号的装置；以及
用于将所述最终频域信号转换为最终时域信号的装置。
54.根据权利要求53所述的电子噪声减小设备，其中用于分别提供所述第一和第二时域信号的第一和第二装置包括一对法拉第传感器。
55.根据权利要求53或54所述的电子噪声减小设备，其中通过对所述第一和第二时域信号进行离散傅立叶变换(DFT)将所述第一和第二时域信号分别转换为第一和第二频域信号。
56.根据权利要求53-55中任一项所述的电子噪声减小设备，其中通过计算所述第一和第二频域信号的平均信号，并将所述平均信号与过滤后的中间频域信号相乘，将过滤后的中间频域信号与所述第一和第二频域信号的组合频域信号相组合。
57.根据权利要求53-56中任一项所述的电子噪声减小设备，其中通过对所述最终频域信号进行逆离散傅立叶变换(IDFT)，将所述最终频域信号转换为最终时域信号。
58.根据权利要求53-57中任一项所述的电子噪声减小设备，其中所述第二触发水平在100kHz-10MHz的范围内，例如在500kHz-8MHz的范围内，例如在500kHz-5MHz的范围内，例如在500kHz-3MHz的范围内，例如大约1MHz。
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