DE4443948A1 - Verfahren und Anordnung zum Messen eines Magnetfeldes mit zwei gegenläufigen Lichtsignalen unter Ausnutzung des Faraday-Effekts mit Kompensation von Intensitätsänderungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen eines Magnetfeldes.

Es sind optische Meßanordnungen und Meßverfahren zum Messen eines Magnetfeldes unter Ausnutzung des magnetooptischen Faraday-Effekts bekannt. Unter dem Faraday-Effekt versteht man die Drehung der Polarisationsebene von linear polarisier­ tem Licht in Abhängigkeit von einem Magnetfeld. Der Drehwin­ kel ist aber proportional zum Wegintegral über das Magnetfeld entlang des von dem Licht zurückgelegten Weges mit der soge­ nannten Verdet-Konstanten als Proportionalitätskonstante. Die Verdet-Konstante ist im allgemeinen material-, temperatur- und wellenlängenabhängig. Zum Messen des Magnetfeldes wird eine Faraday-Sensoreinrichtung aus einem optisch transparen­ ten Material wie beispielsweise Glas in dem Magnetfeld ange­ ordnet. Das Magnetfeld bewirkt eine Drehung der Polarisati­ onsebene von durch die Faraday-Sensoreinrichtung gesendetem linear polarisiertem Licht um einen Drehwinkel, die für ein Meßsignal ausgewertet werden kann. Eine bekannte Anwendung finden solche magnetooptischen Meßverfahren und Meßanordnun­ gen beim Messen elektrischer Ströme. Die Faraday-Sensorein­ richtung wird dazu in der Nähe eines Stromleiters angeordnet und erfaßt das von einem Strom in dem Stromleiter erzeugte Magnetfeld. Im allgemeinen umgibt die Faraday-Sensoreinrich­ tung den Stromleiter, so daß das Meßlicht den Stromleiter in einem geschlossenen Weg umläuft. Der Betrag des Drehwinkels ist in diesem Fall in guter Näherung direkt proportional zur Amplitude des zu messenden Stromes. Die Faraday-Sensorein­ richtung kann als massiver Glasring um den Stromleiter ausge­ bildet sein oder auch den Stromleiter in Form einer Meßwick­ lung aus einer lichtleitenden Faser (Faserspule) mit wenig­ stens einer Windung umgeben.

Vorteile dieser magnetooptischen Meßanordnungen und Meßver­ fahren gegenüber herkömmlichen induktiven Stromwandlern sind die Potentialtrennung und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Probleme bereiten bei dem Einsatz von magnetooptischen Stromwandlern jedoch Einflüsse von mechanischen Vibrationen auf die Sensoreinrichtung und die optischen Zuleitungen, die zu die Messung verfälschenden Intensitätsänderungen führen können.

Um Vibrationseinflüsse auf die Messung zu reduzieren, ist bekannt, zwei gegenläufige, d. h. in entgegengesetzten Rich­ tungen sich ausbreitende, Lichtsignale durch eine Faraday- Sensoreinrichtung zu senden. Dieser bekannten Maßnahme liegt der Gedanke zugrunde, daß die von den beiden Lichtsignalen auf ihrem gemeinsamen Lichtweg erfahrene lineare Doppelbre­ chung infolge von Vibrationen als reziproker Effekt von dem nicht-reziproken Faraday-Effekt durch geeignete Signalverar­ beitung unterschieden werden kann.

In einer ersten bekannten Ausführungsform werden zwei gegen­ läufige, linear polarisierte Lichtsignale durch eine optische Faserspule als Faraday-Sensoreinrichtung gesendet, die einen Stromleiter umgibt. Nach Durchlaufen der Sensoreinrichtung wird jedes der beiden Lichtsignale von einem polarisierenden Strahlteiler in zwei senkrecht zueinander polarisierte An­ teile zerlegt. Mit den insgesamt vier Lichtanteilen wird von einer Signalverarbeitung ein Meßsignal für einen elektrischen Strom in dem Stromleiter abgeleitet. Die optische Faser weist neben dem Faraday-Effekt auch eine im Vergleich zum Faraday- Effekt hohe zirkulare Doppelbrechung auf, die als Eichgröße für ein Temperaturkompensationsverfahren verwendet wird. Als optische Faser ist eine mechanisch tordierte Faser (Twisted fibre) oder eine während des Ziehprozesses tordierte Faser mit einer hohen linearen Doppelbrechung (Spun-HiBi-fibre) vorgesehen. Die beiden gegenläufigen Lichtsignale durchlaufen in dieser bekannten Ausführungsform nur die Faraday-Sen­ soreinrichtung auf einem gemeinsamen Lichtweg und werden beim Austritt aus der Faraday-Sensoreinrichtung wieder durch optische Koppler voneinander getrennt (WO 92/13280).

In zwei weiteren bekannten Ausführungsformen durchlaufen zwei Lichtsignale eine optische Reihenschaltung aus einer ersten Lichtleitfaser, einem ersten Polarisator, einer Faraday-Sen­ soreinrichtung, einem zweiten Polarisator und einer zweiten Lichtleitfaser in zueinander entgegengesetztem Umlaufsinn. Beide Lichtsignale werden nach Durchlaufen der optischen Rei­ henschaltung von entsprechenden photoelektrischen Wandlern in jeweils ein elektrisches Intensitätssignal umgewandelt.

Bei der ersten, aus der US 4,916,387 bekannten Ausführungs­ form ist als Faraday-Sensoreinrichtung ein massiver Glasring vorgesehen, der den Stromleiter umgibt. Die Polarisations­ achsen der beiden Polarisatoren sind um einen Winkel von 450 zueinander gedreht. Zur Kompensation von unerwünschten Inten­ sitätsänderungen in den optischen Zuleitfasern wird bei die­ sem aus US 4,916,387 bekannten Meßsystem davon ausgegangen, daß sich die unerwünschten Intensitätsänderungen (noise) und die Intensitätsänderungen aufgrund des Faraday-Effekts addi­ tiv überlagern mit unterschiedlichen Vorzeichen in den beiden elektrischen Intensitätssignalen und damit voneinander ge­ trennt werden können. Eine genauere physikalische Betrachtung führt jedoch zu dem Ergebnis, daß mechanischen Bewegungen der beiden Lichtleitfasern zum Übertragen der beiden Lichtsignale sich im wesentlichen als zeitlich veränderliche Dämpfungsfaktoren in den Lichtintensitäten der beiden Licht­ signale auswirken. Wie solche unterschiedlichen Dämpfungsfak­ toren in den beiden Lichtleitfasern ausgeglichen werden kön­ nen, geht aus der US 4,916,387 nicht hervor.

Bei der zweiten, aus Journal of Lightwave Technology, Vol. 12. No. 10, October 1994, Seiten 1882 bis 1890 bekannten Ausfüh­ rungsform ist eine Faserspule aus einer Single-Mode-Faser mit einer niedrigen Doppelbrechung als Faraday-Sensoreinrichtung vorgesehen. Die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren schließen einen von 0° verschiedenen Polarisatorwinkel mit­ einander ein, der vorzugsweise 45° beträgt. Licht einer ein­ zigen Lichtquelle wird in die zwei Lichtsignale aufgeteilt, und diese Lichtsignale werden jeweils über einen optischen Koppler in die zugeordnete Lichtleitfaser eingekoppelt. Aus den beiden elektrischen Intensitätssignalen, die den Licht­ intensitäten der zugeordneten Lichtsignale nach Durchlaufen der Reihenschaltung entsprechen, wird ein Meßsignal abgelei­ tet, das dem Quotienten aus der Differenz und der Summe der beiden Intensitätssignale entspricht. Damit können die Dämp­ fungsfaktoren der beiden Lichtleitfasern im wesentlichen kom­ pensiert werden. Die Lichtintensitäten der beiden Licht­ signale beim Einkoppeln in die Reihenschaltung müssen aller­ dings genau gleich eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren und eine Meßanordnung zum Messen eines Magnetfeldes und ins­ besondere zum Messen eines elektrischen Stromes durch Messen dessen Magnetfeldes anzugeben, bei denen Intensitätsänderun­ gen in den optischen Übertragungsstrecken für zwei gegenläu­ fige Lichtsignale praktisch vollständig eliminiert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4. Zwei Lichtsignale durchlaufen eine optische Reihenschaltung aus einer ersten optischen Übertragungsstrecke, einem ersten Polarisator, einer Faraday-Sensoreinrichtung, einem zweiten Polarisator und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke in zueinander entgegengesetzten Durchlaufrichtungen. Als Meßsignal für das Magnetfeld wird ein zu einem Quotienten aus den beiden Licht­ intensitäten der beiden Lichtsignale jeweils nach deren Durchlaufen der optischen Reihenschaltung proportionales Signal gebildet. Dieses Meßsignal ist im wesentlichen unab­ hängig von Intensitätsänderungen in den beiden Übertragungs­ strecken. Zum Herleiten des Meßsignals sind entsprechende Auswertemittel vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfah­ rens und der Anordnung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.

Die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren werden bezogen auf die Durchlaufrichtung eines der beiden Licht­ signale unter einem vorgegebenen Polarisatorwinkel zueinander eingestellt, der ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 180° oder π ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Polarisatorwinkel zwischen den Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren auf ein ganzzahliges Vielfaches von etwa 45° oder π/4 eingestellt. Damit wird der Arbeitspunkt des Meßverfahrens und der Meßanordnung so eingestellt, daß die Meßempfindlichkeit maximal ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

Fig. 1 eine Meßanordnung zum Messen eines Magnetfeldes mit einer Faraday-Sensoreinrichtung und Auswertemitteln

Fig. 2 die Abhängigkeit des Meßsignals vom Faraday- Meßwinkel in einem Diagramm jeweils schematisch dargestellt sind.

In der Fig. 1 sind eine Faraday-Sensoreinrichtung mit 3, zwei optische Übertragungsstrecken mit 4 und 7 zwei Polarisatoren mit 5 und 6, eine Lichtquelle mit 10, zwei optische Strahl­ teiler mit 14 bzw. 17 und Auswertemittel mit 20 bezeichnet.

Die Faraday-Sensoreinrichtung 3 besteht aus wenigstens einem den magnetooptischen Faraday-Effekt zeigenden Material. Unter dem Einfluß eines die Sensoreinrichtung 3 wenigstens teil­ weise durchdringenden Magnetfeldes H wird die Polarisation von durch die Sensoreinrichtung 3 laufendem polarisierten Licht aufgrund des Faraday-Effekts geändert. Die Sensorein­ richtung 3 kann in an sich bekannter Weise mit einem oder mehreren massiven Körpern, vorzugsweise aus Glas, oder auch mit mindestens einer optischen Faser ausgebildet sein. Die Sensoreinrichtung 3 weist zwei optische Anschlüsse 3A und 3B derart auf, daß an einem Anschluß 3A oder 3B eingekoppeltes Licht die Sensoreinrichtung 3 durchläuft und am jeweils ande­ ren Anschluß 3B bzw. 3A wieder ausgekoppelt wird. Der erste Anschluß 3A der Sensoreinrichtung 3 ist über den ersten Pola­ risator 5 mit einem Ende der ersten optischen Übertragungs­ strecke 4 optisch gekoppelt. Der zweite Anschluß 3B der Sen­ soreinrichtung 3 ist über den zweiten Polarisator 6 mit einem Ende der zweiten optischen Übertragungsstrecke 7 optisch ge­ koppelt.

Die Polarisationsachsen (polarization axis, transmission axis) der beiden Polarisatoren 5 und 6 sind unter einem vor­ gegebenen Polarisatorwinkel α zueinander eingestellt, der ungleich einem ganzahligen Vielfachen von π ist. Als Polari­ satoren 5 und 6 können alle bekannten Ausführungsformen ver­ wendet werden, beispielsweise Polfilter oder polarisierende Strahlteiler wie Wollaston-Prismen.

Das von der Sensoreinrichtung 3 abgewandte andere Ende der ersten Übertragungsstrecke 4 ist über den Strahlteiler 14 so­ wohl mit der Lichtquelle 10 als auch mit den Auswertemitteln 20 optisch verbunden. Das von der Sensoreinrichtung 3 abge­ wandte andere Ende der zweiten Übertragungsstrecke 7 ist über den Strahlteiler 17 ebenfalls sowohl mit der Lichtquelle 10 als auch mit den Auswertemitteln 20 optisch verbunden. Die beiden Strahlteiler 14 und 17 sind ebenfalls optisch mitein­ ander gekoppelt. Der Strahlteiler 14 teilt das Licht L der Lichtquelle 10 in zwei Lichtanteile. Der erste Lichtanteil bildet ein erstes Lichtsignal L1′, das in die Übertragungs­ strecke 4 eingekoppelt wird. Aus dem zweiten Lichtanteil des Lichts L koppelt der zweite Strahlteiler 17 einen Teil aus als zweites Lichtsignal L2′, das in die zweite Übertragungs­ strecke 7 eingekoppelt wird. Beide Lichtsignale L1′ und L2′ durchlaufen die optische Reihenschaltung aus erster Über­ tragungsstrecke 4, erstem Polarisator 5, Sensoreinrichtung 3, zweitem Polarisator 6 und zweiter Übertragungsstrecke 7 in zueinander entgegengesetzten Durchlaufrichtungen und werden als nun mit L1 bzw. L2 bezeichnete Lichtsignale wieder aus der Reihenschaltung ausgekoppelt. Die Lichtquelle 10 und die zwei Strahlteiler 14 und 17 bilden somit Mittel zum Senden von zwei gegensinnig die Reihenschaltung durchlaufenden Lichtsignalen durch die Reihenschaltung.

Die beiden Strahlteiler 14 und 17 können wenigstens teilweise auch durch optische Koppler ersetzt werden. Ferner kann auch ein weiterer Strahlteiler oder Koppler vorgesehen sein, der das Licht L der Lichtquelle 10 in zwei Lichtsignale teilt, die dann getrennt dem Strahlteiler 14 bzw. dem Strahlteiler 17 zugeführt werden. Die beiden Lichtsignale können dann ins­ besondere mit gleichen Ausgangslichtintensitäten in die Rei­ henschaltung eingekoppelt werden. Außerdem können auch an­ stelle des Kopplers 11 und der einen Lichtquelle 10 auch zwei Lichtquellen vorgesehen sein, die jeweils ein Lichtsignal L1′ bzw. L2′ senden. Schließlich können die Mittel zum Senden von zwei gegensinnig die Reihenschaltung durchlaufenden Licht­ signalen L1 und L2 durch die Reihenschaltung auch mit zwei abwechselnd als Sender und Empfänger betriebenen pho­ toelektrischen Wandlern gebildet sein.

Das erste Lichtsignal L1′ wird nach Durchlaufen der ersten Übertragungsstrecke 4 von dem ersten Polarisator 5 linear po­ larisiert und als nunmehr linear polarisiertes Lichtsignal L1′ am Anschluß 3A in die Sensoreinrichtung 3 eingespeist. Beim Durchlaufen der Sensoreinrichtung 3 wird die Polarisati­ onsebene des linear polarisierten ersten Lichtsignals L1′ um einen vom Magnetfeld H abhängigen Faraday-Meßwinkel ρ ge­ dreht. Ein positiver Winkelwert entspricht dabei und im fol­ genden dem mathematisch positiven Drehsinn, also dem Gegen­ uhrzeigersinn, ein negativer Winkelwert dagegen dem mathema­ tisch negativen Drehsinn, d. h. dem Uhrzeigersinn, bezogen auf die Ausbreitungsrichtung des betrachteten Lichtsignals. Das in seiner Polarisationsebene um den Faraday-Meßwinkel p ge­ drehte erste Lichtsignal L1′ wird nun dem zweiten Polarisator 6 zugeführt. Der zweite Polarisator 6 läßt nur den auf seine Polarisationsachse projizierten Anteil des ankommenden ersten Lichtsignals L1′ durch und hat somit für das erste Lichtsi­ gnal L1′ die Funktion eines Polarisationsanalysators. Der vom zweiten Polarisator 6 transmittierte Anteil des ersten Licht­ signals L1′ ist nun mit L1 bezeichnet und wird über die zwei­ te Übertragungsstrecke 7 und den Koppler 13 zu den Auswerte­ mitteln 20 übertragen.

Das zweite Lichtsignal L2′ passiert zunächst die zweite Über­ tragungsstrecke 7 und wird sodann von dem ersten Polarisator 5 linear polarisiert. Das linear polarisierte zweite Licht­ signal L2′ wird nun am Anschluß 3A in die Sensoreinrichtung 3 eingekoppelt. Beim Durchlaufen der Sensoreinrichtung 3 wird die Polarisationsebene des linear polarisierten zweiten Lichtsignals L2′ um einen vom Magnetfeld H abhängigen Faraday-Meßwinkel -ρ gedreht, der wegen der nicht-reziproken Eigenschaft des Faraday-Effekts das entgegengesetzte Vorzei­ chen und den gleichen Betrag wie beim ersten Lichtsignal L1′ hat. Das in seiner Polarisationsebene um den Meßwinkel ρ ge­ drehte zweite Lichtsignal L2′ wird nun dem zweiten Polarisa­ tor 6 zugeführt. Der zweite Polarisator 6 läßt nur den auf seine Polarisationsachse projizierten Anteil des ankommenden zweiten Lichtsignals L2′ durch und wirkt somit für das zweite Lichtsignal L2′ als Polarisationsanalysator. Der vom zweiten Polarisator 6 transmittierte Anteil des zweiten Lichtsignals L2′ ist nun mit L2 bezeichnet und wird über die erste Über­ tragungsstrecke 4 und den Koppler 12 zu den Auswertemitteln 20 übertragen.

Die Meßanordnung gemäß Fig. 1 ist vorzugsweise zum Messen eines elektrischen Stromes I in wenigstens einem Stromleiter 2 vorgesehen. Die Faraday-Sensoreinrichtung 3 erfaßt das von diesem Strom I induktiv erzeugte Magnetfeld H und dreht die Polarisationsebenen der beiden Lichtsignale L1′ und L2′ um einen vom Magnetfeld H und damit vom Strom I abhängigen Meß­ winkel ρ bzw. -ρ. In der dargestellten, besonders vorteilhaf­ ten Ausführungsform umgibt die Sensoreinrichtung 3 den Strom­ leiter 2, so daß beide Lichtsignale L1′ und L2′ den Strom I in einem praktisch geschlossenen Lichtpfad umlaufen. Der Meß­ winkel ρ ist in diesem Fall im wesentlichen direkt propor­ tional zum elektrischen Strom I. Die Sensoreinrichtung 3 kann als massiver Glasring mit die Lichtsignale L1′ und L2′ umlen­ kenden inneren Reflexionsflächen oder auf eine andere bekann­ te Art und Weise, beispielsweise als Faserspule, ausgebildet sein.

Die Lichtintensitäten I1′ und I2′ der beiden Lichtsignale L1′ und L2′ vor dem Einkoppeln in die Reihenschaltung werden vor­ zugsweise in einem fest vorgegebenen Verhältnis zueinander eingestellt, also I1′ = K·I2′ = K·I0 mit einer vorgegebenen konstanten Ausgangsintensität I0. Der das Verhältnis der bei­ den Lichtintensitäten I1′ und I2′ definierende Kopplungsfak­ tor K ergibt sich in der dargestellten Ausführungsform aus den beiden Kopplungsverhältnissen der beiden Strahlteiler 14 und 17. Wenn die Kopplungsverhältnisse der beiden Strahltei­ ler 14 und 17 beispielsweise jeweils 1 : 1 betragen, ergibt sich ein Kopplungsfaktor K = 2.

Die beiden Lichtsignale L1′ bzw. L1 und L2′ bzw. L2 erfahren in den beiden Übertragungsstrecken 4 und 7 jeweils die glei­ chen Intensitätsänderungen beispielsweise infolge von Dämp­ fungsverlusten. Diese Intensitätsänderungen gehen im wesent­ lichen in Form von Dämpfungsfaktoren ein. Der reelle, im all­ gemeinen zeitabhängige Dämpfungsfaktor einer optischen Über­ tragungsstrecke ist definiert als das Verhältnis der Licht­ intensität von an einem Ende der Übertragungsstrecke ankom­ mendem Licht zu der Ausgangslichtintensität des Lichts beim Einkoppeln in das andere Ende der Übertragungsstrecke. Seien A der reelle Dämpfungsfaktor der ersten Übertragungsstrecke 4 und B der Dämpfungsfaktor der zweiten Übertragungsstrecke 7. Dann gelten für die Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 und L2 nach Durchlaufen der optischen Reihen­ schaltung die allgemeinen Beziehungen:

I1 = I0·A·B·cos²(ρ+α) (1)

I2 = K·I0·B·A·cos²(ρ-α) (2).

Die Ausdrücke cos²(ρ+α) in der Gleichung (1) für I1 und cos²(ρ-α) in der Gleichung (2) für I2 beschreiben die Inten­ sitätsänderungen der beiden Lichtintensitäten I1 und I2 in Abhängigkeit vom Faraday-Meßwinkel ρ und dem Polarisatorwin­ kel α. Aus den beiden Gleichungen (1) und (2) kann man er­ kennen, daß sich die Faktoren vor den cos²-Termen für-beide Lichtintensitäten I1 und I2 nur in dem konstanten Kopplungs­ faktor K unterscheiden.

Die Auswertemittel 20 leiten aus den Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 und L2 nach Durchlaufen der Reihenschaltung ein Meßsignal M für das Magnetfeld H ab, das proportional zu einem Quotienten I1/I2 oder I2/I1 der beiden Lichtintensitäten I1 und I2 der gegenläufigen Lichtsignale L1 und L2 nach Durchlaufen der Reihenschaltung ist. Dieses Meß­ signal M ist dann unter Berücksichtigung der Beziehungen (1) und (2) für die Lichtintensitäten I1 und I2

M ∼ I1/I2 = cos²(ρ+α)/(K·cos²(ρ-α)) (3)

oder

M ∼ I2/I1 = (K·cos²(ρ-α))/cos²(ρ+α) (4)

Die Dämpfungsfaktoren A und B erscheinen nicht mehr in den Beziehungen (3) und (4). Das so gebildete Meßsignal M für das Magnetfeld H ist somit von beispielsweise durch Vibrationen verursachten Intensitätsänderungen in den Übertragungs­ strecken 4 bzw. 7 praktisch unabhängig.

Deshalb können in allen Ausführungsformen auch einfache, ver­ gleichsweise preiswerte Telekommunikationslicht fasern (Multimode-Fasern) als Übertragungsstrecken 4 und 7 verwendet werden, da deren relativ hohe Dämpfungen und Vibrationsemp­ findlichkeiten im Meßsignal M kompensiert sind. Als Übertra­ gungsstrecken 4 und 7 können aber auch andere Lichtwellenlei­ ter oder Freistrahlanordnungen verwendet werden.

Die Auswertemittel 20 enthalten in der dargestellten Ausfüh­ rungsform zum Ableiten des Meßsignals M aus den beiden Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden gegenläufigen Lichtsi­ gnale L1 und L2 zwei photoelektrische Wandler 21 und 22 und eine Recheneinheit 27. Jedes der beiden Lichtsignale L1 und L2 wird von dem jeweils zugeordneten Wandler 21 bzw. 22 in jeweils ein elektrisches Intensitätssignal P1 bzw. P2 umge­ wandelt, das ein direktes Maß für die Lichtintensität I1 bzw. I2 des jeweiligen Lichtsignals L1 bzw. L2 ist. Diese beiden elektrischen Intensitätssignale P1 und P2 werden zwei Eingän­ gen der Recheneinheit 27 zugeführt. Die Recheneinheit 27 bil­ det den Quotienten P1/P2 oder P2/P1 aus den beiden elektri­ schen Intensitätssignalen P1 und P2, der als Meßsignal M an einem Ausgang der Recheneinheit 27 ansteht.

Die Recheneinheit 27 enthält in einer Ausführungsform zum Bilden des Meßsignals M einen Analog/Digital-Wandler zum Digitalisieren der beiden elektrischen Intensitätssignale P1 und P2 und einen Mikroprozessor oder einen digitalen Signal­ prozessor zum Bilden des Quotienten aus den beiden digita­ lierten Intensitätssignalen P1 und P2.

Die Recheneinheit 27 kann aber auch einen analogen Dividierer enthalten, dessen beide Eingänge jeweils mit dem Ausgang eines der photoelektrischen Wandler 21 und 22 elektrisch verbunden sind und an dessen Ausgang das Quotientensignal P1/P2 oder P2/P1 ansteht.

Ein besonderer Vorteil der Meßsignalauswertung gemäß den Beziehungen (3) und (4) bzw. gemäß M = P1/P2 oder M = P2/P1 besteht darin, daß die Ausgangslichtintensitäten I1′ und I2′ für die beiden Lichtsignale L1′ und L2′ beim Einkoppeln in die optische Reihenschaltung nicht identisch sein müssen im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Signal­ auswertung mit einem Meßsignal, das dem Quotienten (I1-I2)/(I1+I2) aus Differenz und Summe der beiden Lichtin­ tensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 und L2 nach Durchlaufen der Reihenschaltung entspricht. Wenn die Aus­ gangslichtintensitäten I1′ und I2′ voneinander abweichen, der Kopplungsfaktor K also nicht gleich 1 ist, kann dies beim Verfahren und der Anordnung gemäß der Erfindung einfach durch Anpassen der Verstärkung des Meßsignals M, also durch einfa­ ches Multiplizieren des Meßsignals M mit einem Anpassungsfak­ tor, an eine geeichte Signalhöhe kompensiert werden.

Das Meßsignal M gemäß den Beziehungen (3) und (4) hängt in vergleichsweise komplizierter, jedoch eindeutiger Weise von dem Meßwinkel ρ und damit vom Magnetfeld H ab und kann des­ halb auch elektronisch auf eine lineare Meßskala transfor­ miert werden, falls dies gewünscht ist. Die Fig. 2 veran­ schaulicht in einem Diagramm die Abhängigkeit des Meßsignals M = I1/I2 vom Faraday-Meßwinkel ρ nochmals graphisch für einen Polarisatorwinkel α = π/4.

Ein Polarisatorwinkel α zwischen den beiden Polarisations­ achsen der beiden Polarisatoren 5 und 6 von wenigstens an­ nähernd ±45° bzw. ±π/4 ist besonders vorteilhaft, da der Arbeitspunkt dann bei einer maximalen Meßempfindlichkeit liegt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes (H) mit einer den Faraday-Effekt zeigenden Sensoreinrichtung (3), bei dem

• a) ein erstes Lichtsignal (L1) eine optische Reihenschaltung aus einer ersten optischen Übertragungsstrecke (4), einem ersten Polarisator (5), der Sensoreinrichtung (3), einem zweiten Polarisator (6) und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke (7) durchläuft,
• b) ein zweites Lichtsignal (L2) diese optische Reihenschal­ tung in zur Durchlaufrichtung des ersten Lichtsignals (L1) entgegengesetzter Richtung durchläuft,
• c) ein Meßsignal (M) für das Magnetfeld (H) gebildet wird, das proportional zu einem Quotienten (I1/I2) der Licht­ intensitäten (I1, I2) der beiden Lichtsignale (L1, L2) jeweils nach deren Durchlaufen der optischen Reihen­ schaltung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polarisationsachsen (P1, P2) der beiden Polarisatoren (5, 6) in einem Polarisator­ winkel (α) zueinander eingestellt werden, der wenigstens annähernd einem ungeradzahligen Vielfachen von 45° oder π/4 entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Magnetfeld (H) eines elektrischen Stromes (I) gemessen wird und das Meßsignal (M) als Maß für den elektrischen Strom (I) herangezogen wird.

4. Anordnung zum Messen eines Magnetfeldes (H) mit

• a) einer optischen Reihenschaltung aus einer ersten opti­ schen Übertragungsstrecke (4), einem ersten Polarisator (5), einer den Faraday-Effekt zeigenden Sensoreinrichtung (3), einem zweiten Polarisator (6) und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke (7),
• b) Mitteln (10, 11, 12, 13) zum Senden von zwei Lichtsignalen (L1, L2) durch die Reihenschaltung, die die Reihenschal­ tung gegensinnig durchlaufen,
• c) Auswertemitteln (20) zum Ableiten eines Meßsignals (M) für das Magnetfeld (H), das proportional zu einem Quotienten (I1/I2) der Lichtintensitäten (I1, I2) der beiden Lichtsignale (L1, L2) nach deren Durchlaufen der Reihenschaltung ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Polarisationsachsen (P1, P2) der beiden Polarisatoren (5, 6) einen Polarisator­ winkel (α) zueinander einschließen, der wenigstens annähernd einem ungeradzahligen Vielfachen von 45° oder π/4 entspricht.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei der die beiden optischen Übertragungsstrecken (4, 7) mit Multimode- Lichtleitern gebildet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die Sensoreinrichtung (3) im Magnetfeld (H) eines elektrischen Stromes (I) angeordnet ist und die Auswertemittel (20) das Meßsignal (M) als Maß für den elektrischen Strom (1) ab­ leiten.