DE68905965T2

DE68905965T2 - Verfahren und Anordnung zur optischen Messung von elektrischen und magnetischen Grössen.

Info

Publication number: DE68905965T2
Application number: DE89306996T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Minamikazoku Apart Abe; Ltd Kakizaki; Yoshinari Kozuka; Takayuki Sekiya
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-07-09
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2009-07-11
Also published as: EP0351171B1; EP0351171A3; JPH0670651B2; EP0351171A2; DE68905965D1; US4933629A; JPH0221272A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und ein Gerat zum optischen Messen oder Bestimmen elektrischer und magnetischer Größen, und im spezielleren ein verbessertes Verfahren und Gerät, das dafür ausgebildet ist, ein elektrisches Wechselfeld oder eine Spannung, die das elektrische Wechselfeld erzeugt, ein magnetisches Wechselfeld oder einen elektrischen Strom, der das magnetische Wechselfeld erzeugt, und eine elektrische Leistung gemeinsam mit diesen Größen zu messen, indem Polarisierung eines Lichtstrahls verwendet wird.

Besprechung des Standes der Technik

In letzter Zeit haben Techniken, bei denen der elektrooptische Effekt oder der Pockel's-Effekt und der magnetooptische Effekt oder der Faradayeffekt verwendet werden, die Aufmerksamkeit der Industrien auf sich gezogen, die sich mit der dem Messen oder Bestimmen elektrischer und magnetischer Größen oder Mengen beschäftigen, wie eine Spannung oder ein elektrisches Feld, ein elektrischer Strom oder ein magnetisches Feld und/oder eine elektrische Leistung. Bei diesen Techniken wird ein Lichtstrahl als ein Medium fiir die Messung verwendet, und sie gewährleisten folglich ein hohes Maß an Isolierung von elektromagnetischen Induktionsgeräuschen. Dieses Merkmal des optischen Meßverfahrens ist auf dem Gebiet der Elektrizität weitverbreitet eingesetzt worden, um die mit Starkstromkabeln, elektrischen Drahtleitungen und anderen elektrischen Teilen in Verbindung stehenden elektrischen/magnetischen Größen zu messen.
Derartige optische Messungen elektrischer und/oder magnetischer Größen durch den Einsatz eines Lichtstrahls können von einem Gerät, einem sogenannten optischen Meßfühler, bewirkt werden. Beispielsweise sind ein optischer Meßfühler zum Bestimmen der Spannung (einer elektrischen Feldstärke) unter Verwendung des Pockel's-Effekt und ein Meßfühler zum Detektieren eines optischen Meßfühlers zum Bestimmen eines elektrischen Stroms (einer magnetischen Feldstärke) unter Verwendung des Faradayeffekts bekannt. Jedoch ist jeder dieser optischen Meßfühler nur in der Lage, eine dieser beiden Größen, Spannung oder Stromstärke, zu bestimmen bzw. zu detektieren.
Andererseits schlagen die offengelegten Veröffentlichungen Nrs. 58-99761 und 59-50369 ungeprüfter japanischer Patentanmeldungen ein optisches Gerät vor, bei dem ein einzelner optischer Meßfuhler eingesetzt wird, der fähig ist, sowohl eine Spannung (elektrische Feldstärke) als auch eine Stromstärke (magnetische Feldstärke) zu messen. Im spezielleren beschrieben wird beim optischen Meßfühlgerät zum Bestimmen der Stärken eines elektrischen Felds und eines magnetischen Felds, wie in der Veröffentlichung Nr. 58-99761 geoffenbart, ein optisches Material verwendet, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist. Dieses optische Material wird zwei Lichtstrahlen ausgesetzt, sodaß diese beiden Lichtstrahlen durch das optische Material in jeweilige Richtungen Übertragen werden, die zueinander senkrecht stehen. Die Stärke eines elektrischen Feldes, dem das optische Material ausgesetzt ist, wird ausgehend vom Pockel's-Effekt des optischen Materials gemessen, während die Stärke eines magnetischen Feldes, dem das Material ausgesetzt ist, durch den Faradayeffekt des Materials gemessen wird. Das optische Meßfühlgerät zum Bestimmen elektrischer Größen, wie in der Veröffentlichung Nr. 59-50369 geoffenbart, verwendet zwei Lichtquellen, die jeweilige Lichtstrahlen aussenden, die durch ein jeweiliges Pockel's-Effekt-Element (ein optisches Material, das den Pockel's-Effekt aufweist) und Faradayeffekt-Element (ein optisches Material, das den Faradayeffekt aufweist) übertragen werden. Das Pockel's-Effekt-Element und das Faradayeffekt-Element erzeugen optische Ausgangssignale, die verschiedene Wellenlängen anzeigen. Die Mengen an Strom und Spannung, die auf die Elemente angelegt werden, werden auf Basis der Intensitäten der optischen Ausgangssignale gemessen.
Ein optisches Gerät zum Bestimmen einer elektrischen Leistung wird in der offengelegten Veröffentlichung Nr. 61-172069 einer ungeprüften japanischen Patentanmeldung geoffenbart, worin ein von einer geeigneten Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl durch einen Polarisator durchgelassen wird und ein Pockel's-Effekt-Element und ein Faradayeffekt-Element in Serie angeordnet sind. Der Lichtstrahl, der durch diese beiden Elemente übertragen worden ist, fällt auf einen Analysator auf, der den übertragenen Strahl in zwei Komponenten teilt. Diese beiden Komponenten des modulierten Lichtstrahls werden von jeweiligen zwei lichtempfindlichen Elementen empfangen, die die empfangenen optischen Signale in äquivalente elektrische Signale umwandeln. Dieses Gerät bestimmt die Menge bzw. den Betrag an auf das Pockel's- und das Faradayeffektelement angelegtem elektrischer Wechselstromleistung auf der Basis des Pockel's- und Faradayeffekts, der auf den einfallenden Lichtstrahl ausgeübt wurde.
Somit weisen die herkömmlichen optischen Meßfühler eine relativ komplizierte Konstruktion auf. Die herkömmlichen Meßfühler zum Durchführen gleichzeitiger Messungen einer Spannung und einer Stromstärke verwenden nämlich zwei Lichtquellen oder zwei Lichtstrahlen, die zu einer relativ großen Anzahl an optischen Bestandteilen des Meßfühlkopfs führen, was in einem ingesamt beträchtlich komplizierten Meßfühlsystem resultiert. Ähnlich ist auch der herkömmliche optische Sensor zum Messen der Menge an elektrischer Leistung kompliziert aufgrund der Verwendung von zwei lichtempfindlichen Elementen zum Empfangen von zwei Komponenten eines optisch modulierten Lichtstrahls.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das für optische Messungen einer Spannung (oder einer elektrischen Feldstärke) und eines Stroms (oder einer magnetischen Feldstärke) und eine opitische Messung einer elektrischen Leistung, gemeinsam mit der Spannungsund der Strommessung geeignet ist, indem ein einzelner optischer Meßfühlkopf verwendet wird, ohne zwei Lichtquellen oder zwei Lichtstrahlen zu verwenden, wie das bei den herkömmlichen Meßfühlern erforderlich ist.
Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen optischen Geräts, das einen einzelnen Meßfühlkopf aufweist und das zum Ausführen des oben angegebenen Verfahrens geeignet ist.
Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
Das Gerät gemäß vorliegender Erfindung ist in Anspruch 3 dargelegt.
Das Gerät kann weiters Einrichtungen zum Bestimmen einer Menge an elektrischer Leistung auf Basis der Spannung umfassen, die durch die eine Komponente bestimmt wird, die durch eine der Erstkomponenten- und Zweitkomponenten-Wiedergewinnungseinrichtungen wiedergewonnen wird, und durch die andere Komponente, die durch die andere der Erstkomponenten- und Zweitkomponenten-Wiedrgewinnungseinrichtungen wiedergewonnen wird.
Beim optischen Meßverfahren und -gerät gemäß vorliegender Erfindung wird der Lichtstrahl durch die optische Meßfühleinrichtung gemäß den Stärken der elektrischen und magnetischen Wechselfelder, denen die optische Meßfühleinrichtung ausgesetzt ist, optisch moduliert. Der modulierte Lichtstrahl wird in ein äquivalentes elektrisches Signal umgewandelt, dessen erste und zweite Komponenten wiedergewonnen werden. Die erste Komponente hat eine Frequenz, die der des elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes gleich ist, während die zweite Komponente eine Frequenz aufweist, die zweimal so hoch ist wie die des elektrischen oder magnetischen Feldes. Die Stärke des elektrischen Feldes oder der äquivalenten Spannung und die Stärke des magnetischen Feldes oder des äquivalenten Stroms werden durch eine und die andere dieser ersten und zweiten Komponenten des elektrischen Signals bestimmt. Des weiteren kann die Menge an elektrischer Leistung, die an die Meßfühleinrichtung angelegt wird, auf Basis der bestimmten Spannungs- und Stromstärkenwerte bestimmt werden. So werden beim vorliegenden Verfahren und Gerät nicht zwei Lichtquellen zum Erzeugen von zwei Lichtstrahlen verwendet, und sie erlauben gleichzeitige Messungen elektrischer und magnetischer Größen durch eine relativ einfache strukturelle Anordnung. In dieser Beziehung ist die vorliegende Erfindung von Bedeutung für die Industrie.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Betriebsprinzipien und zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
die Figuren 1 und 2 Ansichten sind, die die Prinzipien des Messens der Stärken eines elektrischen Feldes und eines magnetischen Feldes gemäß vorliegender Erfindung erklären;
die Figuren 3 und 4 schematische Blockdiagramme sind, die verschiedene Ausführungsformen eines optischen Geräts gemäß der Erfindung zum Messen elektrischer und magnetischer Größen veranschaulichen;
die Figuren 5, 6 und 7 Graphen sind, die in Beispiel 1 erhaltene Spektren zeigen, während die Stärke eines magnetischen Feldes und die Spannung verändert wurden;
die Figuren 8(a)-8(c) und die Figuren 9(a)-9(c) Graphen sind, die Beziehungen zwischen einer 50Hz-Komponente oder einer Quadratwurzel aus einer 100Hz-Komponente des in Beispiel 1 erhaltenen Outputs und der magnetischen Feldstärke oder Spannung angeben.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Messungsprinzipien

Wie oben beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung ein System zum optischen Messen der Stärke eines elektrischen Wechselfeldes, das auf optische Meßfühleinrichtungen wirkt, die den Pockel's-Effekt und den Faradayeffekt aufweist, an einem polarisierten Lichtstrahl, oder einer Spannung, die den elektrischen Wechselstrom erzeugt, und der Stärke eines magnetischen Wechselfeldes, das auf die optische Meßfühleinrichtung wirkt, oder einer Stromstärke, die das magnetische Wechselfeld erzeugt. Das Betriebsprinzip wird unten beschrieben.
Der Faradayeffekt ist ein Phänomen, bei dem die Polarisationsebene eines polarisierten Lichtstrahls, der durch ein Faradayeffektelement hindurchgeht, gedreht wird, wenn das Element einem magnetischen Feld ausgesetzt wird. Ein Drehwinkel φ der Polarisationsebene des Lichtstrahls wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt:
φ = v.H.L... (1)
worin v: Verdet's Konstante
H: Stärke des an das Faradayeffekt-Element angelgten magnetischen Feldes
L: Länge des Faradayeffekt-Elements
Auf Figur 1 bezugnehmend wird eine Anordnung zum Messen der Stärke eines magnetischen Feldes durch Verwendung eines Faradayeffekt-Elements gezeigt. An den gegenüberliegenden Seiten des Faradayeffekt-Elements in der Fortpflanzungsrichtung eines Lichtstrahls sind ein Polarisator und ein Analysator so angebracht, daß der Polarisator einer Lichtquelle (lichtaussendenden Einrichtung) näher angeordnet ist. Der von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl wird durch den Polarisator linear polarisiert planpolarisiert), und der linear polarisierte Strahl wird durch das Faradayeffekt-Element übertragen. Als Ergebnis wird die Polarisationsebene des Strahls, der vom Faradayeffekt-Element ausgestrahlt worden ist, um einen Winkel gedreht, der proportional zur Stärke eines magnetischen Feldes ist, dem das Faradayeffekt-Element ausgesetzt ist. Der Lichtstrahl, dessen Polarisationsebene gedreht worden ist, wird dann durch den Analysator übertragen, dessen Lichteinfallsebene sich von der des Polarisators unterscheidet. Der Winkel der Drehung des Lichtstrahls durch das Faradayeffekt-Element wird vom Analysator in die Menge der Veränderung der Größe des Lichtstrahls umgewandelt, der durch den Analysator übertragen worden ist. Angenommen, die Lichteinfallsebenen des Polarisators und Analysators weisen eine relative Winkeldifferenz θ auf, wird eine Intensität P des magnetooptisch modulierten Ausgangsstrahls, der vom Analysator ausgestrahlt wird, durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt, die nach dem Stand der Technik wohlbekannt ist:
P = cPo.cos² (φ + θ) ... (2)
worin c: Proportionskonstante
Po: Intensität des einfallenden Strahls
Hier wird angemerkt, daß H = Ho sinωt, worin Ho sinωt ein magnetisches Wechselstromfeld darstellt, daß eine Frequenz ω und eine Amplitude Ho aufweist, und t die Zeit darstellt. Demgemäß kann aus den Gleichungen (1) und (2) die folgende Gleichung (3) erhalten werden:
P = cPo cos² (vLHo sinωt + θ)
= cPo/2[1 + cos(2vLHo sinωt + 2θ)]
= cPo/2[1 + cos(2vLHo sinωt) cos(2θ) - sin(2vLHo sinωt) sin(2θ)] ... (3)
Wenn der Wert vLHo in der Gleichung (3) ausreichend kleiner als 1 ist, kann der Wert folgendermaßen angenähert werden:
cos(2vLHo sinωt) = 1 - 1/2(2vLHo sinωt)²
= 1 + (vLHo)² cos2ωt
sin(2vLHo sinωt) = 2vLHo sinωt
Daher kann die Gleichung (3) in die folgende Gleichung (4) umgewandelt werden:
P=cPo/2[1 + cos(2θ) - 2vLHo sinωt sin(2θ) + (vLHo)².
cos2ωt.cos(2θ)] ... (4)
So wird die Intensität P des Ausgangsstrahls durch eine Funktion ausgedruckt, die eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω und eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz 2ω einschließt.
Allgemein wird die oben angesprochene relative Winkeldifferenz θ zwischen dem Polarisator und dem Analysators bei 45º festgelegt, um ein großes Maß an Strahlmodulation zu erhalten und die Linearität zwischen der Ausgangsstrahlintensität P und der Stärke des magnetischen Feldes zu verbessern. In diesem Fall wird die obige Gleichung (4) als die folgende Gleichung (5) angegeben:
P = cPo/2[1 + 2vLHo sinωt] ... (5)
So wird die Ausgangsstrahlintensität P durch eine Funktion ausgedrückt, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω einschließt, die zur magnetischen Feldstärke proportional ist.
Wenn die relative Winkeldifferenz θ bei 0º festgelegt wird, kann die obige Gleichung (4) als die folgende Gleichung (6) angenähert werden:
P = cPo/2[2 + (vLHo)² cos2ωt] ... (6)
In diesem Fall wird die Intensität P des Ausgangsstrahls durch eine Funktion ausgedrückt, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz 2ω einschließt.
Aus den Gleichungen (5) und (6) wird deutlich, daß die Intensität P des vom Analysator ausgestrahlten Ausgangsstrahls durch eine Funktion ausgedrückt wird, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω oder der Frequenz 2ω einschließt, abhängig von der relativen Winkeldifferenz θ zwichen polarisierten Achsen des Polarisators und des Analysators. Die Gleichung (4) ist eine Funktionsgleichung, die die Wechselstromkomponenten mit den Frequenzen ω und 2ω einschließt.
Andererseits ist der Pockel's-Effekt ein Phänomen, bei dem die Phase eines Lichtstrahls, der durch ein Pockel's-Effekt-Element übertragen wird, entsprechend der Intensität eines elektrischen Feldes moduliert wird, dem das Pockel's-Effekt-Element ausgesetzt ist. Ein elektrischer Feldmeßfühler, bei dem der Pockel's-Effekt verwendet wird, wird nach einem Prinzip betrieben, das dem oben unter Bezugnahme auf einen Meßfühler unter Einsatz des Faradayeffekt-Elements beschriebenen ähnlich ist. Die Intensität P des Ausgangsstrahls, der durch ein Verzögerungsplättchen wie in Figur 2 angegeben optisch verzerrt bzw. schräg gemacht wird, kann nämlich durch eine Funktion ausgedrückt werden, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω oder 2ω oder die beiden Wechselstromkomponenten mit den Frequenzen ω und 2ω einschließt.
In der Anordnung von Figur 2, bei der ein Pockel's-Effekt-Element zum Messen einer elektrischen Feldstärke verwendet wird, wird ein Lichtstrahl von der Lichtquelle durch den Polarisator linear polarisiert, wie in der Anordnung von Figur 1. Der linear polarisierte Strahl wird dann durch das Pockel's-Effekt-Element übertragen, während es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Als Ergebnis entsteht eine Phasendifferenz zwischen den beiden Ausbreitungsmodi des linear polarisierten Strahls, wodurch der Ausgangsstrahl vom Pockel's-Effekt-Element elliptisch polarisiert wird. Der elliptisch polarisierte Strahl wird durch das zwischen dem Pockel's-Effekt-Element und dem Analysator angeordnete Verzögerungsplättchen optisch in einen zirkular polarisierten Strahl verzerrt. Der zirkular polarisierte Strahl fällt auf den Analysator auf, sodaß die Intensität des vom Analysator ausgesandten Strahls die Stärke des elektrischen Feldes darstellt, dem das Pockel's-Effekt-Element ausgesetzt ist. Der Ausgangsstrahl vom Analysator wird von einem geeigneten lichtempfindlichen Detektor empfangen, der ein elektrisches Signal erzeugt, das für die elektrische Feldstärke repräsentativ ist.
Wenn die relative Winkeldifferenz θ zwischen den polarisierten Achsen des Polarisators und Analysators des eletrischen Feldmeßfühlers auf 0º festgelegt ist (wenn der Polarisator und der Analysator parallele polarisierte Achsen aufweisen), wie in Figur 2 angegeben, wird die Intensität P des Ausgangsstrahls durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt, worin der einfallende Strahl sich durch einen Kristall aus Lithiumniobat (LiNbO&sub3;) als das Pockel's-Effekt-Element in Richtung der Z-Achse des Kristalls fortpflanzt:
P = cPo cos [(θ + ψ)/2] ... (7)
Die Gleichung (7) kann in die folgende Gleichung (8) weiterentwickelt werden:
P = cPo cos²[(π/Vπ V + ψ)/2]
= cPo/2[1 + cos(π/Vπ V + ψ )]
= cPo/2[1 + cos(π/Vπ V) cos(ψ) - sin(π/Vπ V) sin(ψ)]
= cPo/2[1 + cos(ψ) - π/Vπ Vo sinωt sin(ψ) + l/4 (π/vπ)² Vo² cos2ωt cos(ψ)] ... (8)
worin P: Intensität des Ausgangsstrahls
c: Proportionalitätskonstante
P0: Intensität des einfallenden Strahls
0 : Verzögerung
: optische Verzerrung
Vπ: Halbwellenspannung (= λ d/2no³γ&sub2;&sub2;L)
V: an das Pockel's-Effekt-Element angelegte Spannung
Vosinωt: Wechselspannung der Frequenz ω, angelegt an das Pockel's-Effekt-Element, worin Vo: Amplitude, t: Zeit
λ: Wellenlänge des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahls
d: Abstand zwischen den Elektroden, durch welche die Spannung an das
Pockel's-Effekt-Element angelegt wird
no: Brechungsindex gewöhnlicher Strahlen
γ&sub2;&sub2;: Pockel's Konstante
L: Länge des Pockel's-Effekt-Elements
Im allgemeinen wird die oben angeführte optische Verzerrung ψ auf 90º eingestellt, um einen hohen Grad an Strahlmodulation zu erhalten und die Linearität zwischen der Intensität P des Ausgangsstrahls und der angelegten Spannung zu verbessern. In diesem Fall wird die obige Gleichung (8) als die folgende Gleichung (9) angegeben:
P = cPo/2[1 - π/Vπ Vo sinωt] ... (9)
So wird die Intensität P des Ausgangsstrahls durch eine Funktion ausgedrückt, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω einschließt, die zur an das Pockel's-Effekt-Element angelegten Spannung proportional ist.
Wenn das Phasenplättchen nicht vorgesehen ist, d.h. wenn die optische Verzerrung ψ auf 0º eingestellt ist, kann die obige Gleichung (8) in die folgende Gleichung (10) umgewandelt werden:
P = cPo/2[2 + 1/4 (π/Vπ)² Vo² cos2ωt] ... (10)
In diesem Fall wird die Intensität P des Ausgangsstrahls durch eine Funktion ausgedrückt, die nur eine Wechselstromkomponente mit der Frequenze 2ω einschließt.
Aufgrund der obigen Analyse wird verstanden werden, daß die Wechselstromkomponente des mudulierten Strahls mit der Frequenz ω und die Wechselstromkomponente mit der Frequenz 2ω auf geeignete Weise für einen einzelnen optischen Meßfühler verwendet werden können, um eine magnetische Feldstärke und eine Spannung zu messen, die auf das Faradayeffekt- oder das Pockel's-Effekt-Element angelegt werden, indem die relative Winkeldifferenz θ zwichen dem Polarisator und dem Analysator oder die durch die Verzögerung gegebene optische Verzerrung ψ verändert werden. Zum Beispiel kann die Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω als eine Ausgangsgröße wiedergewonnen werden, die mit der Höhe der magnetischen Feldstärke variiert, während die Wechselstromkomponente der Frequenz 2 ω als eine Ausgangsgröße wiedergewonnen werden kann, die mit der Höhe der Spannung variiert. Das geht aus den obigen Gleichungen (5) und (10) hervor. Aus den obigen Gleichungen (6) und (9) geht auch hervor, daß die Wechselstromkomponente mit der Frequenz ω als eine Ausgangsgröße verwendet werden kann, die mit der Spannung variiert, während die Wechselstromkomponente mit der Frequenz 2 ω als eine Ausgangsgröße verwendet werden kann, die mit der magnetischen Feldstärke variiert.
Zusammenfassend wird der modulierte Strahl, der aus den zwei Komponenten mit den Frequenzen ω und 2ω besteht, durch eine geeignete lichtempfindliche Einrichtung in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird dann in eine Komponente mit der Frequenz ω und eine Komponente der Frequenz 2 geteilt. Die Größen dieser Komponenten werden gemessen, um die Stärke des an den optischen Meßfühler angelegten magnetischen Wechselfeldes oder eine Stromstärke, die das magnetische Wechselfeld erzeugt, und/oder eine Spannung oder die Stärke eines elektrischen Wechselfeldes, das die Spannung erzeugt, zu bestimmen. Bei der Messung dieser Größen wird es bevorzugt, die Komponente mit der Frequenz 2ω elektrisch zu verarbeiten, um eine Quadratwurzel der Komponente zu erhalten, sodaß der Meßfühler eine Ausgangsgröße schafft, die zur elektrischen Größe proportional ist, der der Meßfühler ausgesetzt ist. Weiters kann durch Multiplizieren der Mengen der so bestimmten Stromstärke und Spannung eine Menge an elektrischer Leistung erhalten werden. Wie oben beschrieben schafft die vorliegende Erfindung einen optischen Meßfühler, der fähig ist, Messungen einer Spannung (elektrische Feldstärke) und einer Stromstärke (magnetische Feldstärke) und eine gleichzeitige Messung einer elektrischen Leistung unter Verwendung eines einzelnen Lichtstrahls durchzuführen.

Bevorzugte Ausführungsformen

Als nächstes auf die Figuren 3 und 4 bezugnehmend werden zwei verschiedene zur Zeit bevorzugte Beispiele eines Geräts zum optischen Messen elektrischer und magnetischer Größen nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beim in Figur 3 dargestellten optischen Meßfühler bezeichnet die Bezugszahl einen optischen Meßfühlkopf, der optische Meßfühleinrichtungen in der Form eines optischen Elements 4 einschließt, das aus einem optischen Material gebildet ist, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist. Der Meßfühlkopf 2 umfaßt weiters einen Polarisator 6 und einen Analysator 8, die an den gegenüberliegenden Seiten (an der rechten und an der linken Seite, wie in Figur 3 zu sehen) des optischen Elements 4 in der Richtung angeordnet sind, in der sich ein Lichtstrahl durch das Element 2 fortpflanzt, wie unten beschrieben. Ein Faserkollimator 10 ist jeweils an der äußeren Seite des Polarisators 6 und des Analysators 8 angeordnet, nämlich an der vom optischen Element 4 entfernten Seite. Beim Betrieb des Geräts wird das optische Element 4 des Meßfühlkopfs 2 einem magnetischen Wechselfeld 12 ausgesetzt, dessen Stärke durch das Gerät gemessen wird. Das optische Element 4 wird auch einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt, dessen Stärke gemessen wird. Das elektrische Wechselfeld wird durch zwei transparente Elektrodenfilme 14, 14 angelegt, die auf den gegenüberliegenden Oberflächen des optischen Elements 4 gebildet sind, die dem Polarisator und dem Analysator 6, 8 zugewandt sind. Im spezielleren sind die Elektrodenfilme 14, 14 durch elektrische Leitungsdrähte 16, 16 mit einem Wechselspannungsgenerator 18 verbunden.
Das Gerät weist lichtausstrahlende Einrichtungen in Form eines lichtausstrahlenden Elements 20 und eine Antriebsschaltung 22 zum Aktivieren des lichtaustrahlenden Elements 20 auf. Das Element 20 erzeugt einen Lichtstrahl mit einer auf geeignete Weise eingestellten Intensität. Der vom lichtaustrahlenden Element 20 ausgestrahlte Lichtstrahl wird durch eine Lichtleitfaser 24 zum Faserkollimator 10 auf der Eingangsseite gelenkt und durch den optischen Meßfühlerkopf 2 übertragen. Das lichtaustrahlende Element 20 kann eine lichtaustrahlende Diode oder eine He-Ne-Laserquelle sein.
Während der Lichtstrahl vom lichtaustrahlenden Element 20 durch das optische Element 4 übertragen wird, wird der Lichtstrahl optisch durch das magnetische Wechselfeld 12 und durch das durch die transparenten Elektrodenfilme 14, 14 angelegte elektrische Wechselfeld je nach den Stärken dieser magnetischen und elektrischen Felder moduliert.
Der Lichtstrahl, der durch den Meßfühlkopf 2 übertragen und so moduliert wird, wird vom Faserkollimator 10 auf der Ausgangsseite ausgestrahlt und durch eine Lichtleitfaser 26 zur lichtempfindlichen Einrichtung in der Form eines lichtempfindlichen Elements 28 wie einer PIN-Photodiode gelenkt. Das lichtempfindliche Element 28 wandelt den empfangenen Lichtstrahl, d.h. das optische Signal, in ein elektrisches Signal um, das dem optischen Signal äquivalent ist.
Das vom lichtempfindlichen Element 28 erzeugte elektrische Signal wird auf einen Detektor 30 für die erste Komponente und einen Detektor 32 für die zweite Komponente angelegt, die jeweils aus einem geeigneten phasenempfindlichen Detektor bestehen. Diese Detektoren 30, 32 sind so ausgebildet, daß sie jeweilige Frequenzkomponenten des empfangenen elektrischen Signals als ihre Ausgangssignale erzeugen. Detaillierter beschrieben dient der Detektor 30 für die erste Komponente als die Erstkomponenten-Wiedergewinnungseinrichtung zum Wiedergewinn einer ersten Komponente Pω des empfangenen elektrischen Signals, das eine Frequenz aufweist, die der des magnetischen Wechselfeldes oder elektrischen Wechselfeldes gleich ist, das an das optische Element 4 angelegt wird. Andererseits dient der zweite Detektor 32 als eine Zweitkomponenten-Wiedergewinnungseinrichtung zum Wiedergewinnen einer zweiten Komponente P2ω - des empfangenen elektrischen Signals, das eine Frequenz aufweist, die doppelt so hoch wie die des magnetischen oder elektrischen Wechselfeldes ist, das an das optische Element 4 angelegt wird. Der Detektor 32 für die zweite Komponente enthält eine Schaltung zum Erhalten einer Quadratwurzel [P2ω] des Zweitkomponentensignals P2ω. So erzeugen diese beiden Detektoren 30, 32 das Erst- und das Zweitkomponentensignal, die proportional zu den elektrischen und magnetischen Größen sind, die an das optische Element 4 des optischen Meßfühlkopfs 2 angelegt sind.
Beim wie oben beschrieben konstruierten Gerät wird die Stärke des magnetischen Wechselfeldes, oder die Strommenge, die das magnetische Wechselfeld erzeugt, auf der Basis eines des Erst- und des Zweitkomponentensignals P und gemessen oder bestimmt, während die Stärke des elektrischen Wechselfeldes, oder die Höhe der Spannung, die das elektrische Wechselfeld erzeugt, auf Basis des anderen des Erst- und des Zweitkomponentensignals gemessen oder bestimmt wird. Zum Beispiel wird die Stärke des magnetischen Wechselfeldes auf Basis des Erstkomponentensignals P gemessen, das vom Detektor 30 für die erste Komponente erzeugt wird, während die Spannung auf Basis des Zweitkomponentensignals gemessen wird, das vom Detektor 32 für die zweite Komponente erzeugt wird.
Das Erst- und das Zweitkomponentensignal, die von den Detektoren 30, 32 für die erste und die zweite Komponente erzeugt werden, werden an arithmetische Einrichtungen in der Form eines Multiplikators 34 angelegt, der so ausgebildet ist, daß er das Erstkomponentensignal P ω mit dem Zweitkomponentensignal [P2ω] multipliziert. Der Multiplikator 34 erzeugt ein elektrisches Signal, das ein Indikator für ein als ein Ergebnis der Multiplikation erhaltenes Produkt ist, d.h. die Menge an elektrischer Leistung, die an ein optisches Element 4 angelegt wird.
Auf Figur 4 bezugnehmend wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Meßfühlers gezeigt, die sich von der vorhergehenden Ausführungsform von Figur 3 dadurch unterscheidet, daß die optische Meßfühleinrichtung des Meßfühlkopfs 2 aus zwei getrennten optischen Elementen 36 und 38 besteht. Im spezielleren ist das optische Element 36 ein Pockel's-Effekt-Element, das aus einem optischen Material gebildet ist, das den Pockel's-Effekt aufweist, während das optische Element 38 ein Fradayeffekt-Element ist, das aus einem optischen Material gebildet ist, das den Faradayeffekt aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die transparenten Elektrodenfilme 14, 14 zum Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an den gegenüberliegenden Oberflächen des Pockel's-Effekt-Elements 36 ausgebildet, die einander in der zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls durch den Meßfühlkopf 2 senkrechten Richtung entgegengesetzt sind. Mit anderen Worten, die Richtung des elektrischen Feldes ist senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls.
Beim wie oben beschrieben konstruierten optischen Meßfühler wird der vom lichtaustrahlenden Element 20 ausgestrahlte und durch den Meßfühlkopf 2 übertragene Lichtstrahl durch das elektrische Wechselfeld optisch moduliert, das durch die Elektrodenfilme 14 an das Pockel's-Effekt-Element 36 angelegt ist, und weiter durch das magnetische Wechselfeld 12 moduliert, das an das Faradayeffekt-Element 38 angelegt ist.
Um eine Variation in der Menge des Lichtstrahls zu kompensieren, während er durch den optischen Weg des Geräts wandert, ist es wünschenswert, daß die von den Detektoren 30, 32 für die erste und die zweite Komponente erzeugten Wechselkomponentensignale Pω und (P2ω)durch die Gleichstromkomponenten geteilt werden. Alternativ dazu kann das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Elements 28 zur Antriebsschaltung 22 zurückgeführt werden, um das an das lichtaustrahlende Element 20 angelegte Antriebssignal zu steuern, um den optischen Output des Elements 20 zu regulieren, sodaß die Ausgangsgrößen von den Detektoren 30, 32 unabhängig von der Variation des Lichtstrahls in Verbindung mit dem optischen Weg stabilisiert werden.
Während die Detektoren 30, 32 für die erste und die zweite Komponente, die gemäß obiger Ausführungsformen verwendet werden, jeweils aus einem phasenempfindlichen Detektor zum Wiedergewinnen der ersten und der zweiten Komponente ω und 2 ω des vom lichtempfindlichen Element 28 erzeugten elektrischen Signals bestehen, kann der phasenempfindliche Detektor durch andere geeignete elektrisch filternde Einrichtungen wie eine Bandpaßfilterschaltung ersetzt werden.
Die optische Meßfühleinrichtung 4, oder 36 und 38 des Meßfühlkopfes 2 ist zwischen dem Polarisator 6 und dem Analysator 8 angeordnet, wie oben beschrieben. Wenn notwendig und erwünscht, kann ein Phasenplättchen an einer geeigneten Position angebracht sein. Die optische Meßfühleinrichtung kann entweder aus einer Masse (Kristall) aus einem optischen Material, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist, bestehen, wie in der Ausführungsform von Figur 3, oder zwei getrennten Massen (Kristallen) aus jeweiligen optischen Materialien, die den Pockel's- und den Faradayeffekt aufweisen, wie in der Ausführungsform von Figur 4. Beispielsweise kann das Pockel's-Effekt-Element 36 aus LiNbO&sub3;, LiTaO&sub3;, KDP, ADP, Quarz oder PLZT gebildet sein, und das Faradayeffekt-Element 38 kann aus YIG, ZnSe oder Faradaygläsern gebildet sein. Beispiele für die optischen Materialien, die den Pockel's- und den Faradayeffekt aufweisen, umfassen BSO (Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;) und BGO (Bi&sub1;&sub2;GeO&sub2;&sub0;).
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die beschrieben worden sind, werden durch die folgende Beschreibung von Beispielen weiter geklärt.

Beispiel 1

Messungen wurden unter Verwendung des nach der Ausführungsform von Figur 3 konstruierten optischen Meßfühlers durchgeführt. Eine LED (lichtausstrahlende Diode), die so ausgebildet ist, daß sie einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 0,85 um austrahlt, wurde als das lichtaustrahlende Element 20 verwendet, und eine PIN-Photodiode wurde als das lichtempfindliche Element 28 verwendet. Ein einzelner Kristall aus BSO wurde als die optische Meßfühleinrichtung 4 des Meßfühlkopfs 2 verwendet, während polarisierende Strahlzerleger (PBS) als der Polarisator und Analysator 6, 8 verwendet wurden. Dieser Polarisator und dieser Analysator wurde so angeordnet, daß die relative Winkeldifferenz polarisierter Achsen 0º betrug. Der einzelne BSO-Kristall als die optische Meßfühleinrichtung 4 war so ausgerichtet, daß der Lichtstrahl in die Richtung der kristallographischen Achse [100] übertragen wurde. Die Länge des BSO-Kristalls 4 in der Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls betrug 4 mm. Die Elektrodenfilme 14, 14, durch die eine Spannung an den BSO-Kristall angelegt wurde, waren auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Kristalls ausgebildet, die einander in der Fortpflanzungsrichtung des Strahls entgegengesetzt sind.
Der von der LED 20 ausgestrahlte Lichtstrahl wurde durch den Meßfühlkopf 2 moduliert, und der modulierte Strahl wurde von der PIN-Photodiode 28 aufgenommen, die das empfangene optische Signal in ein äquivalentes elektrisches Signal umwandelte. Das durch die Photodiode 28 erzeugte elektrische Signal wurde von einem Spektrumanalysator überwacht. Im spezielleren beschrieben wurde der Meßfühlkopf 2 in einer Zylinderspulenwindung angeordnet und wurde einem magnetischen Wechselfeld mit 0-100 Oe (50 Hz) und einer Wechselspannung von 0-100V (50 Hz) ausgesetzt. Die Spektren des elektrischen Signals von der Photodiode 28 wurden durch den Spektrumanalysator beobachtet, und die Höhen der 50Hz-Komponente (erste Komponente) und der 100Hz-Komponente (zweite Komponente) des elektrischen Signals wurden gemessen.
Die Spektren des elektrischen Outputs der Photodiode 28 wurden beobachtet, während keine magnetischen und elektrischen Felder an den BSO-Kristall 4 angelegt wurden. Die beobachteten Spektren werden in Figur 5 gezeigt. Dann wurde die Zylinderspule durch einen konstanten Strom mit Energie versorgt, um ein magnetisches Feld mit 50 Oe (Oersted) zu bilden. Die unter dieser Bedingung beobachteten Spektren werden in Figur 6 gezeigt, die ein 50Hz-Signal angibt. Unter der gleichen Bedingung wurde eine Spannung von 50V an den Meßfühlkopf 2 angelegt. Die beobachteten Spektren deuten auf die Gegenwart eines 100Hz-Peak- bzw. Spitzensignals zusätzlich zum 50Hz-Signal hin, wie in Figur 7 angegeben.
Dann wurde die Spannung in drei Schritten verändert, d.h. 0V, 50V und 100V. Für jede dieser drei Spannungshöhen wurde die magnetische Feldstärke von 0 Oe bis 100 Oe variiert. Die 50Hz-Komponente P&sub5;&sub0; der erhaltenen elektrischen Ausgangssignale der Photodiode 28 und die Quadratwurzel der 100Hz-Komponente wurden gemessen. Die Messungen sind in den Figuren 8(a), 8(b) und 8(c) angegeben, worin die 50Hz-Komponente in durchgehenden Linien dargestellt ist, während die Quadratwurzel der 100Hz-Komponente in gestrichelten Linien dargestellt ist. Es wird verstanden werden, daß die 50Hz-Komponente in Proportion zur Stärke des magnetischen Feldes zunahm, während die Quadratwurzel der 100Hz-Komponente der Spannungshöhe entsprach und unabhängig von der Veränderung der magnetischen Feldstärke konstant war.
Des weiteren wurde der elektrische Strom (magnetische Feldstärke) in drei Schritten geändert, d.h. 0 Oe, 50 Oe und 100 Oe. Für jeden dieser drei Stromwerte wurde die Spannung von 0V bis 100V variiert. Die 50Hz-Komponente P&sub5;&sub0; des Ausgangssignals der Photodiode 28 und die Quadratwurzel [P100] der 100Hz-Komponente wurden gemessen. Die Messungen sind in den Figuren 9(a), 9(b) und 9(c) dargestellt. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, nahm die in gestrichelten Linien dargestellte Quadratwurzel [P100] der 100Hz-Komponente proportional zur Spannungshöhe zu, während die in durchgehenden Linien dargestellte 50Hz-Komponente P&sub5;&sub0; der magnetischen Feldstärke entsprach und unabhängig von der Veränderung der magnetischen Feldstärke konstant war.
Die Ergebnisse der Messungen zeigten, daß die Outputs der Photodiode 28 bezüglich der variierenden Spannungshöhe und magnetischen Feldstärke voneinander unabhängig waren. Es wurde angenommen, daß dies durch die folgenden Gründe verursacht wurde:
Diese sind, daß der BSO-Kristall 4 nicht nur den Faraday- und den Pockel's-Effekt aufweist, sondern auch eine Fähigkeit zur optischen Drehkraft des durch diesen übertragenen Lichtstrahls aufweist. Diese Fähigkeit verursacht die Drehung der Polarisationsebene des Strahls um einen Winkel von etwa 45º, wenn die Länge des BSO-Kristalls 14 in der Richtung der kristallographischen Achse [100] etwa 4mm beträgt. Folglich schafft der Meßfühlkopf 2 ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die der Frequenz des an den BSO-Kristall 4 angelegten magnetischen Feldes gleich ist, wie durch die obige Gleichung (5) angegeben. Weiters schafft der Meßfühlkopf 2 ein Ausgangsignal mit einer Frequenz, die zweimal so hoch ist wie die Frequenz der angelegten Spannung, wie in der obigen Gleichung (10) angegeben, da das Anlegen einer Spannung einen Zustand bewirkt, in dem keine optische Verzerrung auf das Pockel's-Effekt-Element ausgeübt wird (Figur 2).
Aus der obigen Beschreibung wird erkannt werden, daß der Meßfühlkopf 2, der eine einfache Konstruktion aufweist, fähig ist, genaue Spannungs- und Stromstärkenmessungen durchzuführen, sodaß die Messung der Spannung von der Messung der Stromstärke unabhängig ist.

Beispiel 2

Ähnliche Messungen wie in Beispiel 1 wurden unter Verwendung eines optischen Meßfühlers durchgeführt, der nach der Ausführungsform von Figur 4 konstruiert war. Ein einzelner YIG-Kristall wurde als das Faradayeffekt-Element 38 verwendet, während ein einzelner LiNbO&sub3;-Kristall als das Pockel's-Effekt-Element 36 verwendet wurde. Der LiNbO&sub3;-Kristall war so ausgerichtet, daß der Lichtstrahl in der Richtung der kristallographischen Z-Achse übertragen wurde. Die Länge des LiNbO&sub3;-Kristalls in Richtung der Z-Achse betrug 7mm. Die Elektrodenfilme 14 waren auf den gegenüberliegenden X-Achsen-Oberflächen des LiNbO&sub3; ausgebildet, um eine Spannung an den Kristall anzulegen. Die Länge des YIG-Kristalls 38 in der Z-Achse betrug 1 mm. Polarisierende Strahlzerleger (PBS) wurden als der Polarisator 6 und Analysator 8 verwendet. Ähnliche Ergebnisse der Messungen, wie sie in Beispiel 1 erhalten wurden, wurden in Beispiel 2 erhalten.
Die 50Hz-Komponente und die Quadratwurzel der 100Hz-Komponente wurden aus den jeweiligen phasenempfindlichen Dektektoren 30, 32 für die erste und die zweite Komponente erhalten, die das Äusgangssignal der Photodiode 28 aufnahmen. So wurden die Spannung und das magnetische Feld gemessen, die an den Meßfühlkopf 2 angelegt wurden. Weiters wurde das Ausmaß an elektrischer Leistung auf Basis eines Produkts gemessen, das durch Multiplikation mit dem Multiplikator 34 der Outsputs der beiden phasenempfindlichen Detektoren 30, 32 erhalten wurden, die Indikatoren für die Spannung und die magnetische Feldstärke (Strom) sind. So wurden mit dem in Figur 4 gezeigten optischen Meßfühler die Spannung (elektrische Feldstärke), der Strom (magnetische Feldstärke) und die elektrische Leistung gleichzeitig gemessen.

Claims

1. Verfahren zum optischen Messen der Stärke eines elektrischen Wechselfeldes oder einer Spannung, die ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, und der Stärke eines magnetischen Wechselfeldes oder einer Stromstärke, die das magnetische Wechselfeld erzeugt, basierend auf einem Lichtstrahl, der durch optische Meßfühleinrichtungen (4, 36, 38) übertragen und so aufgrund des Pockel's-Effekts und des Faradayeffekts moduliert wird, während die optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38) dem elektrischen Wechselfeld und dem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist, wobei die optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38) ein optisches Material, das den Pockel's-Effekt aufweist, und ein weiteres optisches Material, das den Faradayeffekt aufweist, umfaßt, oder ein optisches Material umfaßt, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist, wobei das genannte Verfahren folgenden Schritt umfaßt:

das Anwenden des genannten, durch die genannte optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38) modulierten Lichtstrahls auf lichtempfindliche Einrichtungen (28);

dadurch gekennzeichnet, daß es weiters folgende Schritte umfaßt:

das Wiedergewinnen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente eines durch die genannte lichtempfindliche Einrichtung erzeugten Ausgangssignals, wobei die genannte erste Komponente eine Frequenz aufweist, die jener des genannten elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes gleich ist, während die genannte zweite Komponente eine Frequenz aufweist, die zweimal so groß wie die des genannten elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes ist; und

das Bestimmen der Stärke des genannten elektrischen Wechselfeldes oder der genannten Spannung auf Basis von einer der genannten ersten und zweiten Komponenten, und der Stärke des genannten magnetischen Wechselfeldes oder der genannten Stromstärke auf Basis der anderen der genannten ersten und zweiten Komponenten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiters einen Schritt des Bestimmens des Ausmaßes an elektrischer Leistung auf Basis der bestimmten Spannung und Stromstärke umfaßt.

3. Gerät zum optischen Messen der Stärke eines elektrischen Wechselfeldes oder einer Spannung, die das elektrische Wechselfeld erzeugt, und der Stärke eines magnetischen Wechselfeldes oder einer Stromstärke, die das magnetische Wechselfeld erzeugt, wobei das Gerät (a) eine lichtaustrahlende Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Lichtstrahls einschließt, (b) einen Polarisator (6), der den genannten Lichtstrahl aufnimmt, (c) eine optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38), durch die der genannte Lichtstrahl, der durch den genannten Polarisator (6) durchgegangen ist, übertragen wird, welche optische Meßfühleinrichtung (4,36,38), ein optisches Material, das den Pockel's-Effekt aufweist und ein anderes optisches Material umfaßt, das den Faradayeffekt aufweist, oder ein optisches Material umfaßt, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist, wobei der genannte Lichtstrahl je nach den Stärken des genannten elektrischen und magnetischen Wechselfeldes, dem die genannte optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38) ausgesetzt ist, moduliert wird, während er durch die genannte optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38) übertragen wird, (d) einen Analysator (8), durch den der modulierte Lichtstrahl übertragen wird, und (e) eine lichtempfindliche Einrichtung (28), die den genannten modulierten Lichtstrahl vom genannten Analysator empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

Erstkomponentenwiedergewinnungseinrichtungen (30) zum Wiedergewinnen einer ersten Komponente eines elektrischen Ausgangssignals, das von der genannten lichtempfindlichen Einrichtung (28) erzeugt wird, wobei die genannte erste Komponente eine gleiche Frequenz wie jene des genannten elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes aufweist;

Zweitkomponentenwiedergewinnungseinrichtungen (32) zum Wiedergewinnen einer zweiten Komponente des genannten elektrischen Ausgangssignals der genannten lichtempfindlichen Einrichtung (28), wobei die genannte zweite Komponente eine Frequenz aufweist, die zweimal so groß wie jene des genannten elektrischen oder magnetischen Wechselfeldes ist; und

Bestimmungseinrichtungen zum Bestimmen der Stärke des genannten elektrischen Wechselfeldes oder der genannten Spannung auf Basis einer der genannten ersten und zweiten Komponenten, und der Stärke des genannten magnetischen Wechselfeldes oder der genannten Stromstärke auf der Basis der anderen der genannten ersten und zweiten Komponenten.

4. Gerät nach Anspruch 3, das weiters Einrichtungen (34) zum Bestimmen eines Ausmaßes an elektrischer Leistung auf Basis der Spannung umfaßt, die durch die genannte eine Komponente bestimmt wird, die von einer der genannten Erstkomponenten- und Zweitkomponentenwiedergewinnungseinrichtungen (30, 32) wiedergewonnen wird, sowie durch die genannte andere Komponente, die durch die andere der genannten Erstkomponenten- und Zweitkomponentenwiedergewinnungseinrichtung wird.

5. Gerät nach Anspruch 3, worin die genannte Zweitkomponentenwiedergewinnungseinrichtung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das eine Quadratwurzel der genannten zweiten Komponente angibt.

6. Gerät nach Anspruch 3, worin die genannte optische Meßfühleinrichtung (4, 36, 38), der genannte Polarisator (6) und der genannte Analysator (8) einen Abschnitt eines optischen Meßfühlkopfs (2) darstellen.

7. Gerät nach Anspruch 6, das weiters eine Lichtleitfaser (26) zum optischen Verbinden des genannten Meßfühlkopfs (2) und der genannten lichtempfindlichen inrichtung (28) umfaßt.

8. Gerät nach Anspruch 6, das weiters eine Lichtleitfaser (24) zum optischen Verbinden der genannten lichtaustrahlenden Einrichtung (20) und des genannten optischen Meßfühlkopfs (2) umfaßt.

9. Gerät nach Anspruch 3, worin die genannte optische Meßfühleinrichtung (4) aus einem einzelnen Kristall aus einem Material besteht, das sowohl den Pockel's-Effekt als auch den Faradayeffekt aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 9, worin der genannte einzelne Kristall aus Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0; oder Bi&sub1;&sub2;GeO&sub2;&sub0; besteht.

11. Gerät nach Anspruch 3, worin die genannte optische Meßfühleinrichtung aus einem ersten Kristall aus einem Material, das den Pockel's-Effekt aufweist, und einem zweiten Kristall aus einem Material, das den Faradayeffekt aufweist, besteht.

12. Gerät nach Anspruch 11, worin der genannte erste einzelne Kristall aus LiNbO&sub3;, LiTaO&sub3;, KDP, ADP, Quarz oder PLZT besteht.

13. Gerät nach Anspruch 11, worin der genannte zweite einzelne Kristall aus VIG, ZnSe oder Faradaygläsern besteht.