DE3931542A1 - Optischer magnetfeldsensor - Google Patents

Optischer magnetfeldsensor

Info

Publication number
DE3931542A1
DE3931542A1 DE19893931542 DE3931542A DE3931542A1 DE 3931542 A1 DE3931542 A1 DE 3931542A1 DE 19893931542 DE19893931542 DE 19893931542 DE 3931542 A DE3931542 A DE 3931542A DE 3931542 A1 DE3931542 A1 DE 3931542A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic field
polarization
measuring
field sensor
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19893931542
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Dr Bosselmann
Gerhard Bueck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19893931542 priority Critical patent/DE3931542A1/de
Publication of DE3931542A1 publication Critical patent/DE3931542A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R33/0322Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Magnetfeldsen­ sor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Zur Messung physikalischer Größen, wie z. B. Strom oder Magnet­ feld, sind als Meßwertaufnehmer insbesonders optische Sensoren geeignet, welche die zu messende Größe in ein optisches Signal umwandeln. Die Vorteile optischer Sensoren bestehen im wesent­ lichen darin, daß keine elektrischen Leitungen zur Strom- und Spannungsversorgung des Meßwertaufnehmers zur Signalübertragung zwischen einer Auswerteeinheit und Meßwertaufnehmer erforder­ lich sind. Meßwertaufnehmer und Auswerteeinheit sind somit galvanisch getrennt und können ohne besondere Schutzmaßnahmen beispielsweise in der Hochspannungstechnik eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß faseroptische Sensoren auch bei größeren Übertragungsstrecken unempfindlich gegen elektromagnetische Störfelder sind.
Zur optischen Messung eines Magnetfeldes eignet sich dabei der sogenannte Faraday-Effekt, durch den die Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtes, das sich in einem Medium ausbreitet, gedreht wird. Die Drehung dieser Polarisationsebene hängt dabei sowohl von den Materialeigenschaften des durchstrah­ lten Mediums, als auch von der Magnetfeldstärke entlang des Lichtweges ab.
In /1/ ist eine Meßanordnung zur Strommessung offenbart, bei der die Faraday-Drehung der Polarisationsebene eines sich in einer optischen Faser ausbreitenden linear polarisierten Licht­ strahls ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck ist die Faser um einen stromführenden Leiter in mehreren Windungen herumgelegt und bildet eine Meßspule. Als optische Faser wird eine Monomode- Lichtleitfaser verwendet. Ein Ende der Faser ist über einen ersten Strahlteiler mit einer Lichtquelle, die monochromati­ sches, linear polarisiertes Licht erzeugt, optisch gekoppelt. Als Lichtquellen sind beispielsweise He-Ne-Laser oder GaAlAs- Laser geeignet. Das in die Faser eingekoppelte Licht breitet sich im Bereich der Meßspule annähernd parallel zum Magnetfeld aus und erfährt durch das Magnetfeld eine Drehung seiner Pola­ risationsebene. Der Drehwinkel α hängt von der Länge des Licht­ wegs, von der Verdet-Konstante und von der entlang des Licht­ weges wirksamen Komponente des Magnetfeldes ab. Das andere Ende der Faser ist verspiegelt, so daß das Licht dort reflek­ tiert wird und die Faser in umgekehrter Richtung durchläuft. Mit Hilfe des ersten Strahlteilers wird das Licht über einen zweiten Strahlteiler zwei gekreuzten Analysatoren zugeführt, denen jeweils ein Lichtempfänger, beispielsweise Fotodioden, zugeordnet ist. Die Differenz der mittels der Fotodioden ge­ messenen Intensitäten stellt ein Maß für den Drehwinkel α dar. Mit einer reflexiven Meßanordnung kann zwar die intrinsische zirkulare Doppelbrechung der optischen Faser weitgehend kom­ pensiert werden, nicht jedoch deren lineare Doppelbrechungs­ eigenschaften.
Durch die lineare Doppelbrechung in der magnetfeldempfindlichen Meßstrecke wird im allgemeinen linear polarisiertes Licht in elliptisch polarisiertes Lichtes umgewandelt, dessen Hauptachse gegenüber der Polarisationsebene des eingekoppelten Lichtes auch bei Abwesenheit eines Magnetfeldes verdreht ist. Dieser Effekt spielt insbesondere bei der Verwendung von optischen Lichtleitfasern als magnetfeldempfindliche Meßstrecke eine Rolle, da deren lineare Doppelbrechungseigenschaften besonders ausgeprägt von umgebungsabhängigen Einflüssen, wie beispiels­ weise der Temperatur und den von außen auf die Faser einwir­ kenden mechanischen Kräften, unterworfen sind. In den bekannten reflexiven oder transmissiven Meßanordnungen kann dies auch dann zu einer erheblichen Verfälschung des Meßsignals führen, wenn als optische Fasern sogenannte low birefringent-Fasern verwendet werden, da auch bei diesen Fasern eine temperaturab­ hängige spannungsinduzierte Doppelbrechung nicht vermieden wer­ den kann (/2/).
Aus diesem Grund ist deshalb in /3/ vorgeschlagen worden, die störenden linearen Doppelbrechungseigenschaften der optischen Faser dadurch zu eliminieren, daß die Faser bereits beim Zieh­ prozeß verdrillt wird, um auf diese Weise die lineare Doppel­ brechung in eine "quasi-zirkulare" Doppelbrechung umzuwandeln, die sich bei einer reflexiven Meßanordnung durch die Rezipro­ zität des Lichtwegs praktisch nicht auf das Meßsignal auswirkt. Auch durch diese Maßnahme können jedoch von außen durch mecha­ nische Kräfte induzierte Doppelbrechungsanteile mit in der Re­ gel unbekannter Hauptachsen-Orientierung ebenfalls nicht kom­ pensiert werden, so daß eine restliche lineare Doppelbrechung und eine dadurch hervorgerufene Restelliptizität des Meßstrah­ les nicht vermieden werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen optischen Magnetfeldsensor anzugeben, mit dem eine durch eine elliptische Polarisation des Meßstrahls hervorgerufene Verfälschung des Meßergebnisses weitgehend vermieden werden kann.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit dem Kenn­ zeichen des Hauptanspruches. Der Polarisationszustand des transmittierten Lichtstrahls nach Durchqueren der magnetfeld­ empfindlichen Meßstrecke wird sowohl beeinflußt durch die vom Magnetfeld induzierte zirkulare Doppelbrechung als auch durch die intrinsischen Doppelbrechungseigenschaften des in der magnetfeldempfindlichen Meßstrecke verwendeten magnetoopti­ schen Bauteils. Die Elliptizität des transmittierten Lichtes stellt dabei ein Maß für diese Doppelbrechungseigenschaften dar. Diese Elliptizität wird neben der Lage der Hauptachsen bei einer vollständigen Polarisationsanalyse erfaßt und kann dazu verwendet werden, den durch die Faraday-Drehung alleine her­ vorgerufenen Drehwinkel α0 zu bestimmen. Der Faraday-Drehwin­ kel α0 kann dabei durch eine von der Elliptizität ε abhängige Korrektur der Lage der Hauptachse α der Polarisationsellipse bestimmt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß in einer der Analysatoreinrichtung zugeordneten Auswerte­ einheit die entsprechenden funktionalen Zusammenhänge α0 (α, ε) für eine gegebene magnetfeldempfindliche Meß­ strecke gespeichert sind.
Für die magnetfeldempfindliche Meßstrecke sind dabei insbeson­ dere magnetooptische Bauteile bevorzugt, deren intrinsischen linearen Doppelbrechungseigenschaften gering sind. In der magnetfeldempfindlichen Meßstrecke sind daher vorzugsweise sogenannte low birefringent optische Fasern vorgesehen.
Geeignete Analysatoreinrichtungen zur vollständigen Polarisa­ tionsanalyse sind im Stand der Technik bekannt (/4/, /5/). Diese bekannten Polarimeter enthalten jedoch stets wenig­ stens eine optische Komponente, die zur Polarisationsanalyse mechanisch verdreht oder verschoben werden muß. So muß bei­ spielsweise bei einem aus einer λ/4-Platte und einem Polari­ sationsstrahlteiler aufgebauten Polarimeter die λ/4-Platte so lange verdreht werden, bis die elliptische Polarisation des Meßstrahls in eine lineare Polarisation umgewandelt wird. Die Orientierung der λ/4-Platte enthält dann zusammen mit den hin­ ter dem Polarisationsstrahlteiler gemessenen Intensitäten die komplette Information über den Polarisationszustand. Eine mit beweglichen Teilen versehene Analysatoreinrichtung ist jedoch technisch sehr aufwendig und verschleißanfällig und somit in ihren praktischen Einsatzmöglichkeiten beschränkt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb eine Analysatoreinrichtung zur vollständigen Pola­ risationsanalyse vorgesehen, bei der vom transmittierten Licht­ strahl drei Meßstrahlen abgetrennt werden, die jeweils einem Polarisationsstrahlteiler zugeführt werden. Dabei ist wenig­ stens einem Polarisationsstrahlteiler eine λ/4-Platte vorge­ schaltet. Die komplette Information über den Polarisationszu­ stand läßt sich aus den Intensitäten der aus den Polarisations­ strahlteilern austretenden polarisierten Teilstrahlen er­ mitteln. Mit dieser Anordnung ist eine Bestimmung des Polari­ sationszustandes ohne mechanisch bewegliche Teile möglich.
Besonders einfache Verhältnisse für die Ermittlung des Polari­ sationszustandes aus den Intensitäten der Teilstrahlen ergeben sich dann, wenn die λ/4-Platte und der ihr nachgeschaltete Po­ larisationsstrahlteiler bezüglich ihrer Hauptachsen um 45° zu­ einander gekreuzt sind. Die beiden anderen Polarisationsstrahl­ teiler sind vorzugsweise ebenfalls zueinander um 45° gekreuzt, wobei die Lage der Hauptachsen eines dieser Polarisations­ strahlteiler vorzugsweise mit der Lage der Hauptachsen des der λ/4-Platte nachgeschalteten Polarisationsstrahlteilers über­ einstimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Magnetfeld­ sensors sind die zur Berechnung des Polarisationszustandes aus den gemessenen Intensitäten erforderlichen Mittel in der Analysatoreinrichtung enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind außerdem Mittel zur Drehung der Polarisationsebene des in die magnetfeldempfindliche Meßstrecke eingekoppelten polarisierten Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Ergebnis der Polarisations­ analyse vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann die Rest­ elliptizität verringert und die Korrektur des gemessenen Dreh­ winkels vereinfacht werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren
Fig. 1 ein optischer Magnetfeldsensor gemäß der Erfindung in einem Blockschaltbild veranschaulicht ist.
Fig. 2 zeigt eine für den optischen Magnetfeldsensor gemäß der Erfindung besonders bevorzugte Analysatoreinrich­ tung zur vollständigen Polarisationsanalyse, deren Funktionsweise anhand einer in
Fig. 3 schematisch dargestellten bevorzugten Anordnung von Polarisationsstrahlteilern und der in
Fig. 4 dargestellten Polarisationsellipse des Meßstrahls näher erläutert wird. In
Fig. 5 ist eine Einrichtung zur Verarbeitung der von dem opti­ schen Teil der Analysatoreinrichtung zur Verfügung ge­ stellten Signale schematisch veranschaulicht.
Gemäß Fig. 1 enthält ein optischer Magnetfeldsensor eine Lichtquelle 1 zum Erzeugen eines linear polarisierten Licht­ strahls 2, beispielsweise eine Laserdiode mit nachgeschaltetem Polarisator. Der linear polarisierte Lichtstrahl 2 durchquert einen Strahlteiler 4 und wird in eine magnetfeldempfindliche Meßstrecke 6 eingekoppelt, die ein magnetooptisches Bauteil, beispielsweise ein Kristall, beispielsweise Bi12SiO20 oder ZnSe, oder ein Glas mit hoher Verdet-Konstante, enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist als magnetooptisches Bau­ teil eine Lichtleitfaser vorgesehen, die beispielsweise zur Messung des Magnetfeldes eines stromdurchflossenen Leiters zu einer Meßspule aufgewickelt ist, deren Wicklungen den Leiter konzentrisch umgeben.
Der Lichtstrahl 2 durchquert die magnetfeldempfindliche Meß­ strecke 6, wird an einem Spiegel 8 reflektiert und durchquert die Meßstrecke 6 erneut. Der Spiegel 8 kann beispielsweise durch eine Verspiegelung der Endfläche des magnetooptischen Bauteils realisiert werden. Die reflexive Anordnung gemäß der Figur hat dabei gegenüber der transmissiven Anordnung den Vor­ teil, daß intrinsische zirkulare Doppelbrechungsanteile des in der magnetfeldempfindlichen Meßstrecke 6 verwendeten magneto­ optischen Bauteils nahezu vollständig eliminiert werden.
Nach erneuter Durchquerung der Meßstrecke 6 wird der trans­ mittierte Lichtstrahl 10 über den Strahlteiler 4 einer Analysa­ toreinrichtung 20 zur vollständigen Polarisationsanalyse zuge­ führt. In der Analysatoreinrichtung 20 wird der Polarisations­ zustand des Meßstrahls 10 ermittelt und einem Magnetfeld oder Strom zugeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine Lichtquelle 1 vorgesehen sein, die linear polarisiertes Licht mit steuerbarer Polarisationsebene emittiert. Die Pola­ risationsebene kann dann in dieser bevorzugten Ausführungs­ form von der Analysatoreinrichtung 20 in Abhängigkeit vom Ergebnis der Polarisationsanalyse beispielsweise so eingestellt werden, daß die gemessene Restelliptizität des Meßstrahls 10 minimal wird.
Der optische Teil der Analysatoreinrichtung 20 enthält ent­ sprechend Fig. 2 ein Fokussierobjektiv 21, das den Meßstrahl 10 über eine Lochblende 22 auf eine Kollimatorlinse 23 projiziert. Der von der Kollimatorlinse 23 parallel gebündelte Meßstrahl 10 beleuchtet eine Zylinderlinse 24, die den Meß­ strahl auf mehrere parallel zueinander angeordnete Polarisa­ tionsstrahlteiler 26a, 26b, 26c, vorzugsweise Wollastonprismen, bündelt. Dem Polarisationsstrahlteiler 26c ist eine λ/4-Platte 25c vorgeschaltet. Der transmittierte Lichtstrahl 10 wird somit durch diese Anordnung in drei Meßstrahlen 10a, 10b, 10c aufge­ trennt, die wiederum durch die Polarisationsstrahlteiler 26a, 26b und 26c jeweils in zwei Teilstrahlen 11a, 12a, 11b, 12b bzw. 11c, 12c aufgespalten werden. Diese Teilstrahlen werden jeweils einem Lichtempfänger 27 zugeführt, der die Intensität dieser Teilstrahlen in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Die Information über den Polarisationszustand des transmittierten Lichtstrahles 10 kann durch Auswertung der Intensitäten der Teilstrahlen 11a, 12a, 11b, 12b und 11c, 12c ermittelt werden.
Eine besonders bevorzugte Orientierung der Hauptachsen der Polarisationsstrahlteiler 26a, 26b und 26c und der λ/4-Platte ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die beiden Polarisationsstrahl­ teiler 26a und 26b sind dabei bezüglich ihrer Hauptachsen zu­ einander vorzugsweise um 45° verdreht. Der mit der λ/4-Platte 25c versehene Polarisationsstrahlteiler 26c hat im Ausführungs­ beispiel gemäß der Figur die gleiche Orientierung wie der Pola­ risationsstrahlteiler 26a. Die vorgeschaltete λ/4-Platte 25c ist jedoch gegenüber dem Polarisationsstrahlteiler 26c gekreuzt, wie es in der Figur durch die eingezeichnete Dia­ gonale, die beispielsweise die schnelle Hauptachse der λ/4- Platte 25c repräsentiert, veranschaulicht ist.
Die Aufgaben der einzelnen Polarisationsstrahlteiler bei der Analyse können am einfachsten für die beiden Grenzfälle linear und zirkular polarisiertes Licht veranschaulicht werden. Ist beispielsweise der auf die Analysatoreinrichtung auftreffende Lichtstrahl linear polarisiert, so kann die Winkellage α der Polarisationsebene aus den mit dem Lichtempfänger 27 gemessenen Intensitäten I11a und I12a der Teilstrahlen 11a und 12a über die Beziehung
ermittelt werden. Dies reicht aber wegen der Gleichheit von cos2α und cos-2α zur vollständigen Lagebestimmung noch nicht aus. Die Festlegung des Vorzeichens von α erfolgt dann mit Hilfe des Polarisationsstrahlteilers 26b, für dessen Teilstrah­ len 11b, 12b dann bei einer um 45° gekreuzten Anordnung die Beziehung
gilt. Die Beziehung (1) legt somit den Betrag von α und die Beziehung (2) entsprechend ihrem Vorzeichen ebenfalls das Vor­ zeichen von α fest. Dabei kann wahlweise die Beziehung (1) oder (2) zur Bestimmung des Betrages von α herangezogen wer­ den. Zweckmäßigerweise wird dabei der Betrag von α mit der Be­ ziehung ermittelt, die für ein gegebenes α empfindlicher von α abhängt. Für -π/4 < α < π/4 ist dies beispielsweise die Beziehung (2).
Die aus der λ/4-Platte 25c und dem Polarisationsstrahlteiler 26c bestehende Strahlteilerkombination hat die Aufgabe, bei zir­ kular polarisiertem Licht eine Unterscheidung von links- und rechtszirkular polarisiertem Licht zu ermöglichen. Zirkular po­ larisiertes Licht wird von der λ/4-Platte in linear polari­ siertes Licht umgewandelt, dessen Polarisationsebene, je nach dem ob es sich um rechts- oder linkszirkular polarisiertes Licht handelt, um ±π/4 zu einer Hauptachse der λ/4-Platte 25c geneigt ist. Mit Hilfe eines bezüglich seiner Hauptachsen ge­ genüber den Hauptachsen der λ/4-Platte 25c verdreht angeord­ neten Polarisationsstrahlteilers 26c kann dann der Drehsinn des zirkular polarisierten Lichtes bestimmt werden. Bei einer vor­ zugsweise unter 45° gekreuzten Anordnung ergibt sich der Dreh­ sinn unmittelbar daraus, welcher der beiden den Polarisations­ strahlteilern 26c nachgeschalteten Lichtempfänger ein von Null verschiedenes Signal empfängt.
Zur Erläuterung der Polarisationsanalyse für den allgemeinen Fall eines elliptisch polarisierten Lichtstrahls ist in Fig. 4 eine Polarisationsellipse in ein Koordinatensystem eingetragen, dessen Achsen x, y beispielsweise in den Hauptachsen des Pola­ risationsstrahlteilers 26a zusammenfallen. Der Polarisations­ zustand des transmittierten Lichtes wird dann durch die Elliptizität ε und die Winkellage α der großen Achse der Ellipse charakterisiert. Die Länge a der großen Halbachse ist dabei ein Maß für die Intensität I=a2+b2=a2(1+tan2ε). Der Polarisationszustand kann durch die normierten Stokes­ parameter
S₀ = I (3)
S₁/S₀ = cos2α cos2ε (4)
S₂/S₀ = sin2α cos2ε (5)
S₃/S₀ = sin2ε (6)
beschrieben werden. Bezeichnet man mit Ax und Ay die Komponen­ ten des elektrischen Feldes in x- bzw. y-Richtung, so lassen sich die normierten Stokesparameter durch folgende Beziehungen ausdrücken
Mit Hilfe des um π/4 gekreuzten Polarisationsstrahlteilers 26b erhält man mit den Komponenten des elektrischen Feldes Ax′ und Ay′ in x′- bzw. y′-Richtung für den normierten Stokesparameter S2/S0 die Beziehung
und der norminierten Stokesparameter S3/So ergibt sich zu
Dabei bedeuten Ax′ und Ay′ die Komponenten des elektrischen Feldes in Richtung der Hauptachsen des Polarisationsstrahltei­ lers 26c nach Durchqueren der Kombination aus λ/4-Platte 25c und Polarisationsstrahlteiler 26c. Diese Hauptachsen stimmen dabei in der Anordnung gemäß Fig. 3 mit der x- bzw. y-Achse überein. Mit Hilfe der von den Lichtempfängern 27 gemessenen Intensitäten läßt sich somit die Elliptizität ε und die Win­ kellage α der Polarisationsellipse errechnen.
Die von den Lichtempfängern 27 bereitgestellten, den Inten­ sitäten der Teilstrahlen 11a, 12a, 11b, 12b und 11c, 12c ent­ sprechenden elektrischen Signale werden nach einer analogen Signalverarbeitung, beispielsweise einer Strom-Spannungswand­ lung und Verstärkung, gemäß Fig. 5 einer Auswerteeinheit 40 zugeführt, die aus den gemessenen Intensitäten das Magnetfeld B oder den Strom I berechnet. Die Auswerteeinheit 40 enthält hier­ zu beispielsweise einen Multiplexer 42, dessen Ausgang über einen Analog-Digital-Wandler 44 mit einem Mikroprozessor 46 verbunden ist, der die zur Berechnung der Orientierung α und Elliptizität ε erforderlichen Rechenoperationen durchführt. Dem Mikroprozessor 46 ist dabei ein Speicher 48 zugeordnet, der für die gemessenen Wertepaare α und ε die korrigierte Faraday-Drehung α0 in Form von Tabellen enthält. In einer vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit 40 zusätzlich über eine Steuerleitung 50 mit der Lichtquelle 1 (Fig. 1) zur Steuerung der Polarisationsebene des von der Lichtquelle emittierten linear polarisierten Lichtstrahls verbunden.
(1) Bargmann, W.-D., Winterhoff, H., Techn. Messen, 1983 2, Seiten 69-77
(2) Forman, P.R., Jahoda, F.C., Applied Optics, Vol. 27, No. 15, 1988, Seiten 3008-3096
(3) Li L. Qian J.-R. Payne D.N., Electron Lett., 1986, 22 No. 21, S. 1142-1144
(4) Donati, S., Annovazzi-Lodi, V., Tombasso, T., IEE Proc. Vol. 135, Pt. J, No. 5, 1988, S. 372-382
(5) Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band III, Optik, 8. Auflage, Berlin, New York 1987, S. 573 ff.

Claims (6)

1. Optischer Magnetfeldsensor zur Messung eines Magnetfeldes (B) mit Hilfe des Faraday-Effektes mit
  • a) einer Lichtquelle (1) zum Erzeugen eines linear polarisier­ ten Lichtstrahls (2),
  • b) einer magnetfeldempfindlichen Meßstrecke (6), die dieser Lichtstrahl (2) durchquert,
  • c) eine Analysatoreinrichtung (20) für den transmittierten Lichtstrahl (10) zur Ermittlung der vom Magnetfeld hervorge­ rufenen Drehung der Polarisationsebene, dadurch gekennzeichnet, daß
  • d) die Analysatoreinrichtung (20) Mittel zur vollständigen Polarisationsanalyse des transmittierten Lichtstrahls (10) enthält.
2. Optischer Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine Analysatoreinrichtung (20) mit den folgenden Merkmalen:
  • a) In der Analysatoreinrichtung (20) werden vom transmittier­ ten Lichtstrahl (10) wenigstens drei Meßstrahlen (10a, 10b, 10c) abgetrennt,
  • b) den Meßstrahlen ist jeweils ein Polarisationsstrahlteiler (26a, 26b, 26c) zur Aufteilung des Meßstrahls in zwei zu­ einander senkrecht polarisierten Teilstrahlen (11a, 12a, 11b, 12b bzw. 11c, 12c) zugeordnet,
  • c) wenigstens einem Polarisationsstrahlteiler (26c) ist eine λ/4-Platte (25c) vorgeschaltet,
  • d) den polarisierten Teilstrahlen (11a, 12a, 11b, 12b, 11c, 12c) ist jeweils ein Lichtempfänger (27) zur Intensitäts­ messung zugeordnet.
3. Optischer Magnetfeldsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die λ/4-Platte (25c) und der ihr nachgeschaltete Polarisationsstrahlteiler (26c) bezüg­ lich ihrer Hauptachsen zueinander um 45° gekreuzt sind.
4. Optischer Magnetfeldsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden anderen Polari­ sationsstrahlteiler (26a und 26b) zueinander ebenfalls um 45° gekreuzt sind, wobei die Lage der Hauptachsen eines dieser Po­ larisationsstrahlteiler mit der Lage der Hauptachsen des der λ/4-Platte (25c) nachgeschalteten Polarisationsstrahlteilern (26c) übereinstimmt.
5. Optischer Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ana­ lysatoreinrichtung (20) Mittel zur Berechnung des Polarisations­ zustandes aus den an den Lichtempfängern (27) gemessenen Inten­ sitäten enthält.
6. Optischer Magnetfeldsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Drehung der Po­ larisationsebene des in die magnetfeldempfindliche Meßstrecke (6) eingekoppelten polarisierten Lichtstrahls in Abhängigkeit vom Ergebnis der Polarisationsanalyse vorgesehen sind.
DE19893931542 1989-09-21 1989-09-21 Optischer magnetfeldsensor Withdrawn DE3931542A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19893931542 DE3931542A1 (de) 1989-09-21 1989-09-21 Optischer magnetfeldsensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19893931542 DE3931542A1 (de) 1989-09-21 1989-09-21 Optischer magnetfeldsensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3931542A1 true DE3931542A1 (de) 1991-04-04

Family

ID=6389897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19893931542 Withdrawn DE3931542A1 (de) 1989-09-21 1989-09-21 Optischer magnetfeldsensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3931542A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19515267B4 (de) * 1993-11-05 2006-11-30 Lios Technology Gmbh Verfahren und Anordnung für die Auswertung der Drehung der Polarisationsebene eines Meßwandlers
WO2007121592A1 (en) * 2006-04-25 2007-11-01 Abb Research Ltd Fiber-optic current sensor with polarimetric detection scheme
KR20160102023A (ko) * 2013-12-20 2016-08-26 에이비비 테크놀로지 아게 광 센서

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4442350A (en) * 1981-08-17 1984-04-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber optic sensor with enhanced immunity to random environmental perturbations
US4564754A (en) * 1982-03-08 1986-01-14 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for optically measuring a current
DE3326736C2 (de) * 1982-07-27 1986-10-02 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Magnetfeld-Meßvorrichtung
DE3726411A1 (de) * 1987-08-07 1989-02-16 Siemens Ag Faseroptischer magnetfeldsensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4442350A (en) * 1981-08-17 1984-04-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Fiber optic sensor with enhanced immunity to random environmental perturbations
US4564754A (en) * 1982-03-08 1986-01-14 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for optically measuring a current
DE3326736C2 (de) * 1982-07-27 1986-10-02 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Magnetfeld-Meßvorrichtung
DE3726411A1 (de) * 1987-08-07 1989-02-16 Siemens Ag Faseroptischer magnetfeldsensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARGMANN, W.D., WINTERHOFF, H.: Meßverfahren zur Strommessung in Hochspannungsanlagen, In: tm, 1983, H. 2, S. 69-77 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19515267B4 (de) * 1993-11-05 2006-11-30 Lios Technology Gmbh Verfahren und Anordnung für die Auswertung der Drehung der Polarisationsebene eines Meßwandlers
WO2007121592A1 (en) * 2006-04-25 2007-11-01 Abb Research Ltd Fiber-optic current sensor with polarimetric detection scheme
US7692420B2 (en) 2006-04-25 2010-04-06 Abb Research Ltd. Fiber-optic current sensor with polarimetric detection scheme
CN101427142B (zh) * 2006-04-25 2011-11-23 Abb研究有限公司 采用极化测定检测方法的光纤电流传感器
KR20160102023A (ko) * 2013-12-20 2016-08-26 에이비비 테크놀로지 아게 광 센서
KR102159420B1 (ko) 2013-12-20 2020-09-24 에이비비 슈바이쯔 아게 광 센서

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0430060B1 (de) Faseroptischer Stromwandler
DE3049033C2 (de)
EP0799426B1 (de) Verfahren und anordnung zum messen eines magnetfeldes unter ausnutzung des faraday-effekts mit kompensation von intensitätsänderungen und temperatureinflüssen
WO1995010046A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum messen einer elektrischen wechselgrösse mit temperaturkompensation
DE19601727C1 (de) Optisches Meßverfahren und optische Meßanordnung zum Messen eines magnetischen Wechselfeldes mit erweitertem Meßbereich und guter Linearität
EP0776477B1 (de) Verfahren und anordnung zum messen von elektrischen strömen aus wenigstens zwei messbereichen
US4070622A (en) Magneto-optical high voltage current measuring transducer
DE3924369A1 (de) Verfahren zur messung eines elektrischen feldes oder einer elektrischen spannung und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
EP0523048B1 (de) Faseroptische anordnung zum messen der stärke eines elektrischen stromes
DE2541072B2 (de) Magnetooptischer Meßwandler zur Herstellung von Hochspannungsströmen
EP0477415B1 (de) Optischer Stromwandler
DE3726411A1 (de) Faseroptischer magnetfeldsensor
EP0811170B1 (de) Verfahren und anordnung zum messen eines magnetfeldes unter ausnutzung des faraday-effekts mit kompensation von intensitätsänderungen
EP1421393B1 (de) Optische stromsensoren
DE3931542A1 (de) Optischer magnetfeldsensor
EP0864098B1 (de) Verfahren und anordnung zum messen einer messgrösse, insbesondere eines elektrischen stromes, mit hoher messauflösung
EP1358492B1 (de) Verfahren zur temperaturkompensierten elektro-optischen messung einer elektrischen spannung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE4436454A1 (de) Optisches Meßverfahren und optische Meßvorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechselspannung oder eines elektrischen Wechselfeldes mit Temperaturkompensation durch AC/DC-Trennung
DE3931540A1 (de) Analysatoreinrichtung zur optischen polarisationsanalyse
CH671638A5 (en) Optical fibre current transducer using Sagnac interferometer - has two polarised partial beams fed through current sensor coil in opposing directions
EP0786092B1 (de) Optisches messverfahren und optische messvorrichtung zum messen einer elektrischen wechselspannung oder eines elektrischen wechselfeldes mit temperaturkompensation
DE112012002258B4 (de) Faseroptischer Spannungssensor
DE3816950A1 (de) Vorrichtung zur optischen messung einer weglaenge oder einer weglaengenaenderung
EP0963557A1 (de) Anordnung zur messung einer elektrischen messgrösse mittels lichtsignale unterschiedlicher wellenlänge
DE69232546T2 (de) Stromfühler

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8139 Disposal/non-payment of the annual fee