DE4334469C2 - Anordnung zur Auswertung des Meßwerts eines Meßwandlers - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung geht aus der DE-AS 2042560 hervor.

Darüber hinaus sind weitere Auswerteverfahren und -anordnungen für Meßwandler auf der Basis des magnetooptischen oder des elektrooptischen Effekts zur Auswertung einer Drehung der Polarisationsebene bekannt.

In der Veröffentlichung von Valente et al. in SPIE 1584 (1991) 96-102 ist ein Meßsystem beschrieben, welches aufgebaut ist aus einem optischen Stromsensor (Modulator), aus einer den Sensor durchstrahlenden Lichtquelle (Laser), einem aus zwei Analysatoren bestehenden Empfänger und einer die Empfangssignale auswertenden, elektronischen Anordnung.

In der Regel werden die Analysatoren der zu einem Meßwandler gehörenden optischen Analysatoreinrichtung auf einen Festwert symmetrisch zur Schwingungsrichtung des ungeteilten Lichtbündels für den Wert Null der Meßgröße eingestellt. So auch in der DE-AS 2042560, wo der Festwert vorzugsweise mit +π/8 gewählt ist.

Große Drehungen der Polarisationsebene können mit einem Meßwand­ ler für magnetooptische Effekt nach der EP-B1-0125329 festge­ stellt werden. Bei diesem Meßwandler besteht der Meßfühler aus einer Lichtwellenleiter-Spule als Modulator und einer sich daran anschließenden Auswerteinrichtung, die die Durchlaufrichtung der Polarisationsebene erkennt, wobei unter Verwendung einer Logik­ schaltung ein Meßwert ausgegeben wird. Die Auswertung des Meß­ werts geschieht durch Zählen. Die Auflösung liegt nur in der Größenordnung von 30°.

In der Veröffentlichung S. Donati et al. IEE Proc. Pt. J 135 (1988) 372-282 werden 4 Analysatoren eingesetzt.

Nachteile der Lösungen des Standes der Technik sind einerseits der hohe optische Aufwand, zum anderen sind mit den bekannten Anordnungen keine hohen Auflösungen bzw. Empfindlichkeiten zu erreichen. So erlaubt der Vorschlag gemäß der DE-AS 2042560 nur die Messung eines Werts innerhalb einer Periode der das Meßsignal erzeugenden Größe (dort Magnetfeld eines von einem Wechselstrom durchflossenen Leiters). Die Messungen von Momentanwerten ist mit der Anordnung nach der DE-AS 2042560 nicht möglich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Auswertung des Meßwertes eines Meßwandlers der eingangs genannten Art für magnetooptische bzw. elektrooptische Sen­ sorelemente, vorzugsweise zur Strom- und/oder Spannungsmessung, zu verbessern, so daß ein höherer Dynamikbereich und eine höhere Empfindlichkeit bei geringerem Aufwand sowohl im optischen Auf­ bau als auch in der elektronischen Auswertung erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Un­ teransprüchen.

Sensoranordnung

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Auswertung der optischen Sig­ nale des Sensorelements wird am Beispiel eines polarimetrischen, faseroptischen Stromwandlers beschrieben. Ein solcher Stromwand­ ler wurde schon in der Veröffentlichung SPIE 1584 (1991) 96-102 vorgestellt.

Der wesentliche Aufbau besteht aus einem Sensorkopf, der sich auf Hochspannungspotential in unmittelbarer Nähe des Stromlei­ ters befindet und einem Auswerteteil, der in der Station (oder Leitwarte) positioniert ist. Die optischen Wellen eines Lasers werden in den Sensorkopf eingekoppelt. Der Laser kann in der Nähe des Sensorkopfs oder ebenfalls in der Station angeordnet sein. In letzterem Fall werden die optischen Wellen dem Sensor­ kopf mit einem polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter zuge­ führt. Über einen Polarisator und einem Strahlteiler wird das Licht in den Sensor-Lichtwellenleiter eingekoppelt, wo sie - be­ dingt durch den Faraday-Effekt - eine Polarisationsebenendrehung erfahren.

Es werden Sensoren mit endseitiger Verspiegelung des Sensor- Lichtwellenleiters eingesetzt. Hierbei sind Sender und Empfänger auf nur einer Seite. Das Verfahren ist auch einsetzbar, wenn Sensoren eingesetzt werden, deren Ende nicht verspiegelt ist. Man benötigt dann Zugang zu beiden Enden und das Licht wird am Ende der Sensoren in die Analysatoren ausgekoppelt. Allerdings ist dann Voraussetzung, daß der Wert der intrinsischen Doppel­ brechung bekannt ist und diese keinen Störungen (Temperatur, mechanische Kräfte) unterliegt. Diese Bedingung wird jedoch nur in wenigen Fällen vorliegen.

Das polarisationsmodulierte Signal wird durch einen Strahlteiler ausgekoppelt und über einen zweiten Strahlteiler mit nachge­ schalteten Analysatoren der Orientierungen a₁, a₂ relativ zur Polarisation der austretenden Lichtwellen bei unmodulierter Lichtwelle (Strom I = 0) in zwei phasenverschobene intensitäts­ modulierte Signale transformiert. Die Analysatoren werden in einer symmetrischen Stellung zu einem Festwert a₀ betrieben, der je nach Realisierung der Übertragungsstrecke zu einer der beiden erfindungsgemäßen Bedingungen für die Orientierung führt.

An den Sensor-Lichtwellenleiter werden technologisch hohe Anfor­ derungen gestellt. Er muß einerseits die eingekoppelte Polarisa­ tion unabhängig von den Umgebungsbedingungen wie z. B. mechani­ sche Kräfte oder Temperatur führen, andererseits muß er Änderun­ gen des Polarisationszustandes aufgrund des Faraday-Effektes zu­ lassen. Solche Eigenschaften sind nur möglich, wenn der Sensor- Lichtwellenleiter eine hohe intrinsische optische Aktivität oder zirkulare Doppelbrechung aufweist.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen des Sensor-Lichtwellen­ leiters. Die notwendige zirkulare Doppelbrechung läßt sich durch die Torsion eines Monomode-Lichtwellenleiters erzielen. Eine an­ dere Möglichkeit wäre der Einsatz von Lichtwellenleitern mit in­ trinsisch vorhandener zirkularer Doppelbrechung. In einer einfa­ chen und praktischen Ausgestaltung wird eine mechanisch tordier­ ter Monomode-Lichtwellenleiter eingesetzt. Die Torsionsrate, beispielsweise 80 m^-1 (wie in EP-B1-0108671), sollte so gewählt werden, daß sie einen guten Kompromiß zwischen zu erwartenden Meßabweichungen und der mechanischen Bruchgrenze des Lichtwel­ lenleiters darstellt. Zur mechanischen Stützung des tordierten Lichtwellenleiters kann ein zweiter Lichtwellenleiter eingesetzt werden. Wichtig ist, daß zur mechanischen Stützung möglichst ein Medium mit zum Lichtwellenleiter vergleichbarem thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten verwendet wird. Das zweite Medium ist mit derselben Torsionsrate jedoch entgegengesetztem Drehsinn tordiert und wird mit dem optisch genutzten Lichtwellenleiter verseilt, so daß sich die Rückstellkräfte aufheben. Durch die Doppeltor­ dierung bildet sich ein mechanisch und thermisch stabiles Sy­ stem. In der Regel wird aus wirtschaftlichen Gründen ein dop­ pelttordierter Lichtwellenleiter nur als Sensorelement nicht aber zur Übertragung der Meßinformation zur Station eingesetzt. Für diese Aufgabe werden gewöhnliche Gradienten-Lichtwellenlei­ ter verwendet.

Für größere Entfernungen zwischen Sensorkopf und Auswertestation wird vorgeschlagen, die Signalübertragung vorzugsweise mittels Standard-Gradienten-Lichtwellenleiter vorzunehmen. Dieser Licht­ wellenleitertyp ist wirtschaftlicher einsetzbar als polarisati­ onserhaltende Lichtwellenleiter. Die zur Übertragung eingesetz­ ten Lichtwellenleiter sind dämpfungsbehaftet. Der Dämpfungsein­ fluß läßt sich erfindungsgemäß eliminieren, wobei dann jedoch die Messung nur auf Wechselströme bzw. transiente Ströme begrenzt bleibt.

Da Energieversorgungssysteme als Konstantspannungssystem aufge­ baut sind, wird von einem Stromwandler gerade im Fehlerfall (Kurzschluß) eine sehr große Dynamik erwartet. Mit der Erfindung kann eine nahezu unbegrenzte Dynamik erzielt werden.

Obwohl Filter höherer Ordnung mit Butterworth-Charakteristik und einer kleinen Grenzfrequenz verwendet werden, ergibt sich durch die nichtlinearen Normierungsstufen sowohl eine untere Grenzfre­ quenz als auch ein Ansteigen des Klirrfaktors bei niedrigen Fre­ quenzen.

Der höchstzulässige Gesamtfehler für Schutzwandler ist in der Regel genormt. Legt man beispielsweise die Vorschrift VDE 0414 mit einer maximal erlaubten Meßabweichung von 0,1% (Klasse 0,1- Wandler) zugrunde, ergibt sich eine untere Grenzfrequenz für den Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Anordnung als Wandler zu 16 Hz. Die untere Grenzfrequenz läßt sich jedoch durch Variation der Filtergrenzfrequenz dem Anwendungsfall entsprechend ändern. So wird eine Grenzfrequenz (etwa 15 Hz) bei der Anwendung der Erfindung in der Energieübertragung vorgesehen, die unter der Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) liegt, für Hochfrequenzanwendungen können die Frequenzen entsprechend höher liegen.

Es wurde das Ausgangssignal des faseroptischen Stromwandlers mit dem gleichgerichteten Ausgangssignal eines induktiven Klasse- 0,1-Wandlers verglichen. Dabei wurde eine ausgezeichnete Linea­ rität des faseroptischen Stromwandlers bis 17 kA_eff festge­ stellt.

Das vorgestellte Auswerteverfahren ist generell auf sämtliche polarimetrische Sensoren anwendbar. Sämtliche Polarisationsef­ fekte lassen sich durch geeignete optische Beschaltungen in eine äquivalente zirkulare Doppelbrechung transformieren. So ist bei­ spielweise ein Spannungssensor auf Basis des elektrooptischen Effekts einsetzbar, der an die gleiche Auswertestation ange­ schlossen werden kann. Die lineare Doppelbrechung kann bei be­ kannten, festen Hauptachsen der linearen Doppelbrechung durch eine lambda/4-Platte in zirkulare Doppelbrechung überführt wer­ den. Es muß lediglich eine Anpassung an den Meßbereich erfolgen, die bei der signalprozessorgestützten Variante durch Modifika­ tion des Programms möglich ist. Da ohnehin im Falle eines Ein­ satzes der Erfindung als Schutzwandler ein umfangreicher Algo­ rithmus zur Berechnung der Meßgröße notwendig ist, wird auch vorgeschlagen, die Funktion eines Schutzgerätes direkt in den Algorithmus einzuarbeiten. Es ergeben sich dann Anwendungsfälle für Differentialschutz oder Distanzschutz. Mit solcher Erweite­ rung des Erfindung kann die bislang scharf abgegrenzte Grenze zwischen Wandler und der eigentlichen Schutz- und Leittechnik überschritten werden. Die Schnittstelle ist jeweils die optische Verbindung.

Als Anwendungsfälle der Erfindung können Strommeßeinrichtungen vorgesehen werden, wie sie in der DE-C1-42 27 903 bzw. DE-C1-42 27 904 vorgeschlagen worden sind. Für den Einsatz als verteilter Stromsensor (ebenfalls in den beiden Schriften erwähnt) wird der Lichtwellenleiter auf die gesamte Länge des Kabels gestreckt ("verteilter" Sensor) gewickelt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine faseroptische Strommeßanordnung mit direkter optisch-elektrischer Wandlung,

Fig. 2 schematisch den Ablauf der Auswertung für die Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Strommeßanordnung mit optischer Übertragung der Signale an eine ferne Auswertestation,

Fig. 4 den Ablauf der Auswertung für die Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 die Form der Detektorausgangssignale und

Fig. 6 den Strom und das Ausgangssignal des faseroptischen Stromwandlers.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt blockschaltartig die Lichtquel­ le (Laser LD), den Sensorkopf SK, die Auswertestation AT mit Fo­ todetektoren oder opto-elektronischen Signalwandlern F1, F2 und den elektronischen Prozessorelementen P1, P2, P3. Am Ausgang der Auswertestation AT steht das Signal W3 an.

Die optischen Wellen eines leistungsgeregelten, mit einer Wel­ lenlänge von 830 nm betriebenen Halbleiterlasers LD werden dem Sensorkopf dem Polarisator P zugeführt. Der Halbleiterlaser ist über eine entsprechende Schutzbeschaltung vor Überspannungen und transienten Impulsen geschützt.

Über einen ersten Strahlteiler ST1 werden die optischen Wellen in den polarisationserhaltenden Sensor-Lichtwellenleiter LWL des Sensorkopfes eingekoppelt, wo sie durch den Strom I beispiels­ weise eines Hochenergiekabels L aufgrund des Faraday-Effekts eine Polarisationsebenendrehung ϕ erfahren.

Nach Reflexion am Spiegel S am Lichtwellenleiter-Ende wird die Polarisationsebene wegen der Nichtreziprozität des Faraday-Ef­ fektes wiederum um ϕ gedreht, so daß sich insgesamt eine Pola­ risationsebenendrehung um den doppelten Wert ergibt. Das polari­ sationsmodulierte Signal wird durch den zweiten Strahlteiler ST2 und zwei Analysatoren A1, A2 in zwei phasenverschobene intensi­ tätsmodulierte Signale I_p1, I_p2 transformiert. Für den Fall, daß verschiedene Auswerteverfahren bei variierenden Parametern be­ nutzt werden sollen, wird vorgesehen, daß die Analysatoren A1, A2 von außen justierbar sind. Im Einsatz bei unveränderlichen Be­ dingungen werden die Analysatoren auf feste Werte eingestellt und fest eingebaut. Zur Aus- bzw. Einkopplung der optischen Strahlung in die verschiedenen Lichtwellenleiter dienen Gradien­ tenindexprofil-Linsen GR.

Die von den Fotodioden der Fotodetektoren F1, F2 optisch-elektro­ nisch gewandelten Signale, werden von Transimpedanzverstärkern verstärkt und ergeben die Meßsignale I_m1, I_m2.

Die Auswerteelektronik (P1, P2, P3 bzw. N1, DI, PR, IN) in der Sta­ tion AT ist vorzugsweise in einem standardmäßigen Einschubge­ häuse integriert, wobei jeweils eine Steckkarte für die Laser- Steuerung LD, die optischen Empfänger F1, F2 mit der Meßwandler­ auswertung P1, P2, P3 und die Schutzwandlerelektronik (Analogtech­ nik) vorgesehen ist. Zur Erhöhung der Flexibilität kann die Aus­ werteelektronik mit einer Signalprozessorkarte bestückt werden, die einen Analog-Digital- und/oder einen Digital-Analog-Wandler umfaßt. Hiermit kann sowohl die Meßwandler- als auch die Schutz­ wandlerkarte ersetzt werden.

In Fig. 2 wird das Verfahren der Signalaufbereitung einer faser­ optischen Strommeßanordnung nach Fig. 1 dargestellt.

Die die Sensoranordnung SK verlassenden Signale I_p1, I_p2 werden unmittelbar in die Fotodetektoren F₁, F₂ eingespeist. Für die Orientierungen a₁, a₂ der Analysatoren A1, A2 müssen folgende Bedingungen gelten:

cos2a₁ = - cos2a₂ = cos2a und
sin2a₁ = sin2a₂.

Vorzugsweise werden die Winkel a₁ = 22,5° und a₂ = 67,5° einge­ stellt. Die Stellung ist zum Winkel a₀ = 45° symmetrisch.

• 1.1 Normierung der Meßsignale (Schritt 1.1):
  Im ersten Schritt 1.1 werden die Foto-Detektor-Signale I_m1, I_m2 normiert.

Die Normierung besteht aus folgenden Einzelschritten.

• 1.1.1 Die Signale I_m2 und I_m1 werden jeweils in zwei Pfade auf­ gezweigt.
• 1.1.2 Im ersten Pfad werden die Signale I_m2 und I_m1 als Dividend je einer Dividiereinrichtung DE1, bzw. DE2 zugeführt.
• 1.1.3 Im zweiten Pfad werden die Signale I_m2 und I_m1 im Addierer A11 addiert anschließend tiefpaßgefiltert (Tiefpaß TP) und mit einem Faktor 1/2 (Verstärkungsfaktor) beaufschlagt. Das Ergebnis ist I₀. Die Größe I₀ wird als Divisor beiden Dividiereinrichtun­ gen DE1, DE2 zugeführt. Die Dividiereinrichtungen sind inte­ grierte analoge Divierbausteine.
• 1.1.4 Die jeweiligen Divisionen ergeben die normierten Größen oder Meßsignale I_n1 (= I_m1/I₀) und I_n2 (= I_m2/I₀).
• 1.2 Zusammenführen der normierten Signale I_n1 und I_n2 in einem Rechenschritt 1.2 zu einem Zwischenwert W2, wobei eine Verknüpfung nach folgender Beziehung (I_n1 - 1) d/dt(I_n2) - (I_n2 - 1) d/dt(I_n1) = W2vorgenommen wird (Schritt 1.2).

Die Rechenoperation 1.2 setzt sich aus folgenden Teilschritten zusammen.

• 1.2.1 Die Signale I_n1 und I_n2 werden jeweils in zwei Pfade auf­ gezweigt.
• 1.2.2 Im ersten Pfad werden die Signale I_n1 und I_n2 je einem Ad­ dierer AD1, bzw. AD2 zugeführt, wo jeweils die Beziehungen I_n1 - 1 und I_n2 - 1 ermittelt werden.
• 1.2.3 Im zweiten Pfad wird jeweils das Signal I_n1, bzw. I_n2 dif­ ferenziert: d/dt(I_n1) und d/dt(I_n2).
• 1.2.4 Die Signale I_n1 - 1 und d/dt(I_n2), bzw. I_n2 - 1 und d/dt(I_n1) werden je an einen Multiplizierer M1, bzw. M2 weiterge­ geben.
• 1.2.5 Die durch Multiplikation entstandenen Größen (I_n1 - 1) d/dt (I_n2), bzw. (I_n2 - 1) d/dt (I_n1) werden subtrahiert (Addie­ rer A11), das Ergebnis ist W2. Die Bauelemente Addierer AD1, AD2, A11 und Multiplizierer M1, M2 und sind vorzugsweise in einem in­ tegrierten Prozessorbaustein PR zusammengefaßt.

Das Ergebnis W2 der Rechenoperation 1.2 entspricht dem Differen­ tialquotienten des Faraday-Drehwinkels ϕ. Bei gleichgroß ge­ wählten Zeitintervallen (beispielsweise dt = delta t = 10 msec), kann die Differentiation auf eine Division vereinfacht werden.

• 1.3 Integration des Zwischenwerts W2 (Schritt 1.3):
  Der abschließende Verfahrensschritt 1.3, besteht in einer Inte­ gration des zuvor gewonnenen Zwischenwerts W2. Aus der Integration im Integrator IN ergibt sich ein dem Stromwert I proportionaler Wert als Meßwert des Meßwandlers aufgrund der Beziehung: W3 = 4 sin2a cos2a.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die elektrische Größe detektierbar, die charakteristisch für den Faradaydrehwinkel ϕ ist. Inbesondere kann über die Beziehung ϕ = V N I der Strom I unabhängig von Sättigungserscheinungen gewonnen werden (V = Ver­ det-Konstante, N = Wicklungszahl des faseroptischen Sensors).

Die Anordnung gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Anord­ nung nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die optischen Signale vom Laser LD mit einem polarisationserhaltenden Lichtwellenlei­ ter HiBi herangeführt und die Meßsignale I_p1, I₂ an die ent­ fernt liegende Station AT mittels Standard-Gradienten-Lichtwel­ lenleiter G1, G2 zur Auswertung übertragen werden. Zur Aus- bzw. Einkopplung der optischen Strahlung in die verschiedenen Licht­ wellenleiter dienen wiederum Gradientenindexprofil-Linsen GR.

In Fig. 4 wird die Signalaufbereitung einer faseroptischen Strommeßanordnung nach Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Anordnung werden die Meßsignale optisch/analog von der Sensoranordnung SK über Gradienten-Lichtwellenleiter G1, G2 an die Einrichtung zur Signalaufbereitung (N2, DI, PR, IN) weitergeleitet.

Hierbei sind die Orientierungen a₁, a₂ der Analysatoren A1, A2 nach folgende Bedingungen einzuhalten:

cos2a₁ = cos2a₂ und
sin2a₁ = - sin2a₂ = sin2a.

Die Winkel a₁, a₂ müssen also symmetrisch zur Polarisationsrich­ tung der Lichtwelle im unmodulierten Zustand (0°) gewählt wer­ den. Es werden vorzugsweise gewählt a₁ = +22,5° und a₂ = -22,5°. Die Stellung ist zum Winkel a₀ = 0° symmetrisch.

Die Auswertung besteht aus folgenden Schritten:

• 3.1 Dämpfungsbereinigung; Schritt 3.I:
  Die von der Sensoranordnung SK über Gradienten-Lichtwellenleiter G1, G2 geleiteten Signale I_p1′ und I_2′ unterliegen einer gewis­ sen Dämpfung, wobei im allgemeinen Fall die beiden Gradienten- Lichtwellenleiter unterschiedlich dämpfen. Wegen der Forderung nach Unabhängigkeit von Verstärkungsfaktoren, Dämpfungseinflüsse auf die übertragenen Signale oder Schwankungen der detektierten Strahlungsintensitäten I_p1, I₂ werden die übertragenen Signale I_p1′, I_2′, bzw. von den Fotodetektoren F₁, F₂ gelieferten Signale I_g1, I_g2 dämpfungsbereinigt.

Im ersten Schritt der Signalaufbereitung wird in einem Pfad je­ weils der Gleichstromanteil I_DC1, bzw. I_DC2 der Signale I_g1 und I_g2 bestimmt und im anderen Pfad das übertragene Signal I_g1, bzw. I_g2 einem Dividierer DE11, DE21 zugeführt. Die Division (Divisor = Gleichstromanteil I_DC1, bzw. I_DC2; Dividend = das übertragene Signal I_g1, bzw. I_g2) liefert jeweils ein Signal I₁, bzw. I₂. Der Gleichstromanteil I_DC1, bzw. I_DC2 wird vorzugsweise durch Tief­ paßfilterung gewonnen.

Das Ergebnis des ersten Auswerteschritts 3.1 sind dämpfungsberei­ nigte Meßsignale I₁, bzw. I₂.

• 3.2 Normierung; Schritt 3.2:
  Im weiteren Verfahrensschritt werden die Signale I₁, I₂ auf einen festen Wert, vorzugsweise auf 1 normiert. Die Rechenope­ ration 3.2 setzt sich aus folgenden Teilschritten zusammen.
• 3.2.1 Die Signale I₁ und I₂ werden jeweils in zwei Pfade aufge­ zweigt.
• 3.2.2 Im ersten Pfad werden die Signale I₁ und I₂ als Dividend je einer Dividiereinrichtung DE12, bzw. DE22 zugeführt.
• 3.2.3 Im zweiten Pfad wird die Summe der Signale I₁ + I₂ gewon­ nen (Addierer A22).
• 3.2.4 Von der Summe der Signale I₁ + I₂ wird (vorzugsweise durch Spitzenwertgleichrichtung SG) der Maximalwert der Summe der Sig­ nale gebildet: max. (I₁ + I₂).
• 3.2.5 Der Maximalwert der Summe wird mit dem Faktor f(a) (2 + 2cos2a)^-1multipliziert (entspricht einer Verstärkung)
• 3.2.6 Das Ergebnis G der Multiplikation wird als Divisor beiden Dividiereinrichtungen DE12, bzw. DE22 zugeführt. Die jeweiligen Divisionen ergeben die normierten Meßsignale I_n1 und I_n2 I₁/G = I_n1
  I₂/G = I_n2.
• 3.3 Zusammenführen der normierten Signale I_n1 und I_n2 in einem Rechenschritt 3.3 zu einem Zwischenwert W2, wobei eine Verknüpfung nach folgender Beziehung (I_n1 - 1) d/dt(I_n2) - (I_n2 - 1) d/dt(I_n1) = W2vorgenommen wird. Der Schritt 3.3 entspricht dem Rechenschritt 1.2.
• 3.4 Integration; Schritt 3.4:
  Im weiteren Verfahrensschritt 3.4 werden die normierten Meßsig­ nale I_N1 und I_n2 so wie nach dem in Fig. 2 beschriebenen Ver­ fahren ab Schritt 1.3 integriert.

Bei der schaltungstechnischen Realisierung werden die Zeitkon­ stanten der Differenzierer DI und die Realisierung einer Off­ setkompensation des Ausgangsintegrierers IN besonders beachtet. Differenzierer weisen das Problem auf, daß sie unvermeidbare hochfrequente Rauschanteile des Eingangssignals besonders ver­ stärken. Daher wird die Schaltung so ausgelegt, daß die Diffe­ rentiation in einem nach oben begrenzten Frequenzbereich vorge­ nommen wird, vorzugsweise in der Größenordnung einige 10 kHz. Die Zeitkonstante wird daher vorzugsweise so gewählt, daß die schon erwähnte Grenzfrequenz ebenfalls nicht überschritten wird.

Die Anordnung kann - wie erwähnt - aus integrierten Bauelementen aufgebaut sein. Eine besonders flexible Lösung ergibt sich, wenn die Anordnung aus einem programmierbaren Mikroprozessor aufge­ baut wird. Da die eingesetzten aktiven Filter eine bestimmte Verstärkung aufweisen, wird besonders darauf geachtet, daß die Parallelzweige 1, 2 mit demselben Verstärkungsfaktor ausgestattet werden.

Fig. 5 zeigt die Detektorausgangssignale I_m1, I_m2 über die Zeit t von 2,5 Perioden bei 50 Hz. Es handelt sich um periodische, pha­ senverschoben Signale mit im wesentlichen sinusoidalem Charak­ ter.

Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stroms I und das Aus­ gangssignal W3 der Auswerteeinrichtung AT. Die Signale sind strikt proportional zueinander.

Claims (11)

1. Anordnung zur Auswertung des Meßwerts eines Meßwandlers (SK) auf der Basis des magnetooptischen und/oder elektrooptischen Effekts umfassend:

• - einen Modulator als Meßfühler (LWL), in dem das beeinflus­ sende magnetische oder elektrische Feld eine Drehung der Polarisationsebene hervorruft,
• - eine optische Analysatoreinrichtung zur Feststellung des Winkels der Polarisationsebene, wobei die Analysatoren (A₁, A₂) je auf zu einem Festwert (a_o) symmetrischen Winkelwert eingestellt sind,
• - je einen opto-elektronischen Signalwandler (F₁, F₂) und eine Auswertestation (AT) zur Ermittlung einer Drehung und Durchlaufrichtung der Polarisationsebene für jeden Analysatorzweig (A₁, A₂), gekennzeichnet durch
• ein Normierungsglied (N1, N2), welches die opto-elektronisch gewandelten Meßsignale (I_m1, I_m2) durch einen von der Summe der momentanen Meßsignale (I_m1, I_m2) abhängigen Vergleichswert (I_o) dividiert,
• - einen Rechnerbaustein (DI, PR), welcher die im Normierungsglied (N1, N2) gebildeten normierten Meßsignale (I_n1, I_n2) nach der Beziehung (I_n1 - 1) ^d/_dt(I_n2) - (I_n2 - 1) ^d/_dt(I_n1) = W2zu einem Zwischenwert (W2) zusammengeführt und
• - einen Integrator (IN), in dem der Zwischenwert (W2) integriert wird, wodurch der Meßwert (W3) des Meßwandlers (SK) entsteht.

2. Auswerteanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler Lichtwellenleiter (LWL) eingesetzt sind.

3. Auswerteanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Analysatoren (A1, A2) und der Auswertestation (AT) zur Ermittlung der Drehung und Durchlaufrichtung der Polarisationsebene Gradienten-Lichtleitfasern (G1, G2) für die Weiterleitung der Meßsignale (I_p1, I_p2) angeordnet sind und daß dem Normierungsglied (N2) Bauelemente (DE11, TP1, DE21, TP2) zur Dämpfungsbereinigung vorgeschaltet sind.

4. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzobergrenze von Tiefpässen (TP, TP1, TP2) des Normierungsglieds (N1, N2) unter der Betriebs- oder Netzfrequenz der zu messenden oder überwachenden, ein magnetisches oder elektrisches Feld erzeugende Anordnung (L) liegt.

5. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle parallelen Signalzweige (1, 2) mit untereinander gleichen Verstärkungsfaktoren versehen sind.

6. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektronischen Bausteine des Meßwandlers (DE11, DE21, DE1, DE2, DI, A11, A22, AD1, AD2, M1, M2, IN) als integrierte analoge Elektronikelemente aufgebaut sind.

7. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Auswerte- und Rechen-Bausteine des Meßwandlers (DE11, DE1, DE21, DE2, DI, A11, A22, AD1, AD2, M1, M2, IN) in einem programmierbaren Mikroprozessor nachgebildet sind.

8. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleinstellung (a₁, a₂) der Analysatoren (A1, A2) unverdrehbar fixiert ist.

9. Auswerteanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (a₁, a₂) der Analysatoren (A1, A2) mit den Bedingungen cos2a₁ = -cos2a₂ und sin2a₁ = sin2a₂,fixiert sind.

10. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (LWL) nur in einer Richtung durchstrahlt wird, daß das Ende des Modulators (LWL) unverspiegelt ist und sich die Lichtauskopplung (ST2, A1, A2) an das Ende des Modulators (LWL) anschließt.

11. Auswerteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertestation (AT) als Stromsensor in einem Hochspannungsschutzwandlers integriert ist.