DE2445369C2 - Magnetooptischer Meßwandler mit Flüssigkern-Lichtleitfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetooptischen Meßwandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist

Derartige Meßwandler sind bekannt und beispielsweise in der DT-AS 21 30 047 und US-PS 36 05 013 beschrieben. Diese bekannten Meßwandler besitzen Lichtleiterspulen aus Gradientenfasern. Diese Spulen sind im Magnetfeld eines zu messenden Hochspannungsstroms angeordnet. Durch die Lichtleiterfaser wird nun ein polarisierter Lichtstrahl geleitet, und auf Grund des einwirkenden Magnetfelds wird die Polari-Sationsebene des Lichtstrahls in Abhängigkeit von diesem Magnetfeld, d. h. in Abhängigkeit vom zu messenden Strom, gedreht. Die Drehung der Polarisationsebene ist annähernd proportional der Stärke des Magnetfelds des Stroms. Ein Vorteil dieser bekannten Vorrich-Itungen liegt darin, daß eine Isolation der auf Erdpotential liegenden Teile des Meßwandlers gegenüber den Teilen des Meßwandlers, die auf Hochspannungspotential liegen, leicht erreicht werden kann.

Die Drehung der Polarisationsebene im Magnetfeld wird auch als magnetooptischer Faraday-Effekt bezeichnet.

Eine Schwierigkeit bei derartigen Meßwandlern liegt darin, daß Spannungsdoppelbrechung auftritt. Hinzu kommt, daß die Spannungsdoppelbrechung stark temperaturabhängig ist. Außerdem kann das Maß der Drehung der Polarisationsebene geändert werden, wenn die Lichtleitfaser tordiert wird. Es ist außerordentlich schwierig, diese Fehler zu kompensieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßwandler anzugeben, der diese Schwierigkeiten in besonders einfacher Weise löst. Diese Aufgabe wird durch einen magnetooptischen Meßwandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannt ist, gelöst, wobei dieser Meßwandler erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruchs ausgebildet ist.

Gemäß der Erfindung besitzt der Meßwandler also eine Lichtleitfaser mit einem Flüssigkern. Die F i g. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Erfindung: Mit einem Laser 1 oder einer anderen Lichtquelle und einem Polarisator 2 wird ein möglichst monochromatischer, polarisierter Lichtstrahl erzeugt; dieser Lichtstrahl durchläuft eine Lichtleitfaser 100 mit Flüssigkern. Diese Lichtleitfaser ist im Bereich eines Hochspannungs-Stromleiters 10 zu einer Spule gewickelt Auf Grund des durch den Strom erzeugten Magnetfelds wird die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls in dieser Spule gedreht Der in seiner Polarisationsrichtung veränderte Lichtstrahl wird nun auf einen Analysator 3 und einen Detektor 4 geleitet. Die Polarisationsrichtung des Analysators ist senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisators. Auf Grund der Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtstrahls fällt nun auf den Detektor eine von der Drehung abhängige Lichtintensität; diese Helligkeitsschwankungen können gemessen werden, sie sind ein Maß für den Hochspannungsstrom im Leiter 10. Vorteilhaft läßt sich auch ein Wollaston-Prisma verwenden, das zwei zueinander senkrecht polarisierte Teilstrahlen erzeugt Das Verhältnis der Intensitäten dieser Teilstrahlen ist dann ein Maß für den zu messenden Hochspannungsstrom.

Die Lichtleiterspule läßt sich auch anders aufbauen, wie es beispielsweise die F i g. 2 zeigt Hier bildet ein Leiter 11, durch den ein Teil des zu messenden Hochspannungsnrorns fließt eine torusförmige Spule. Den Kern dieser Spule bildet eine aus der Lichtleitfaser 1001 gewickelte Lichtleiterspule.

Bei sehr starken Magnetfeldern kann auch darauf verzichtet werden, die Lichtleitfaser spulenförmig zu wickeln, es muß nur dafür gesorgt sein, daß ein vom zu messenden Strom abhängiges Magnetfeld auf ein genügend langes Stück der Lichtleitfaser einwirkt, und daß dieses Magnetfeld im wesentlichen parallel zur Lichtleitfaser ist.

Lichtleitfasern mit Flüssigkern, wie sie für die erfindungsgemäßen Meßwandler vorgesehen sind, sind an sich bekannt wie aus den Druckschriften W. A. Gamblin.D. N. Payne, H. Matsumura, Electron. Lett. 10 (1974), S. 148 und 149, und Electron. Lett. 9 (1973), S. 412 bis 414, hervorgeht.

Derartige Lichtleitfasern besitzen einen Flüssigkern aus beispielsweise Hexachlorobuta-l,3-dien und einen Glasmantel, der einen Innendurchmesser von 57 μ aufweist. Der Flüssigkern besitzt eine Brechzahl /Ji = 1,551, der Mantel eine Brechzahl m = 1,485.

Obwohl im Flüssigkern einer derartigen Faser keine Spannungsdoppelbrechung auftreten kann, wurde bislang noch nicht vorgeschlagen, eine derartige Faser für einen magnetooptischen Meßwandler zu verwenden.

Untersuchungen bei der Erprobung der Erfindung haben gezeigt, daß in einer derartigen Lichtleitfaser mit Flüssigkern der magnetooptische Faraday-Effekt etwa die gleiche Stärke besitzt wie bei sehr guten Gradientenlichtleitfasern

Bei dem Meßwandler gemäß der F i g. 1 wird die Drehung der Polarisationsrichtung in eine Schwankung der Lichtintensität am Detektor 4 umgewandelt. Statt des Analysators und des Detektors kann auch ein Kompensator vorgesehen werden, der die Drehung der Polarisationsrichtung rückgängig macht. Dieser Kompensator stellt einen weiteren Faraday-Dreher dar, bei dem das Magnetfeld durch einen Kompensationsstrom erzeugt wird. Die Stärke dieses Kompensätionsstroms ist dann ein Maß für die Stromstärke im Hochspannungsleiter.

Hierzu t Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patemansprüche:

1. Magnetooptischer Meßwandler für Hochspannungsstrommessungen, bei dem ein vom Hochspannungsstrom erzeugtes Magnetfeld auf eine Lichtleitfaser wirkt, und die Polarisationsebene eines durch diese Lichtfaser geleiteten polarisierten Lichtstrahls dreht (magnetooptischer Faraday-Effekt), dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (100,1001) einen Flüssigkern besitzt

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des polarisierten Lichtstrahls eine monochromatische Lichtquelle vorgesehen ist

3. Meßwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser (!) ist.

4. Meßwandler nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser einen Flüssigkern aus Hexachlorobuta-13-dien besitzt.