DE69728700T2 - Anordnung zur optischen Messung einer physikalischen Grösse in einer Stromanlage und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Anordnung zur optischen Messung einer physikalischen Grösse in einer Stromanlage und Herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Strommessvorrichtung, die auf ein Leistungs- bzw. Energiesystem angewandt wird, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe wie Temperatur, elektrisches Feld, Magnetfeld, Strom oder Spannung in einem Leistungsgerät sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Wie bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Messen von Strom als physikalische Größe in einem Leistungsgerät wie einem GCB (Gas Circuit Breaker = Gas-Schaltkreis-Unterbrecher), einem CT (Current Transformer = Stromwandler) unter Anwendung elektromagnetischer Induktion, ist erhältlich. Zusätzlich zu einem solchen Stromwandler mittels elektromagnetischer Induktion ist ein Strommessgerät, das eine auf der Polarisierung von Licht basierende Faser einsetzt, verfügbar. Dieses Strommessgerät mittels einer Polarisierung von Licht (optisches Strommessgerät) misst polarisiertes Licht unter Verwendung des Faraday-Effekts, dass sich der Drehwinkel von polarisiertem Licht bei Vorhandensein eines Magnetfelds ändert, des optischen Elastizitätseffekts, dass infolge einer Belastung oder dergleichen eine Doppelbrechung (birefringence) auftritt, wodurch eine physikalische Größe, z. B. ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, Spannung, Strom, Belastung oder Temperatur gemessen werden.
  • 1 zeigt einen Zustand, in dem ein Stromwandler 101 als Strommessgerät unter Verwendung elektromagnetischer Induktion und ein Strommessgerät (optisches Strommessgerät) 102, das auf ähnliche Weise eine elektromagnetische Induktion verwendet, an/auf einem GCB 100 angebracht sind. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Strommessgerät 102, das eine ringförmige Optikfaser einsetzt, kleiner als der Stromwandler 101, und so trägt es weitgehend zu Platzeinsparungen für eine (Strom-)Erzeugungsstation, beispielsweise eine Nebenstation bei.
  • Bei dieser optischen Strommessvorrichtung hängt die Stromsignalausgabe nicht von der Lichtsignalintensität ab. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung eine hochpräzise Strommessung vornehmen, ohne irgendeinen Fehler, beispielsweise infolge einer Änderung der Lichtmenge zu verursachen, die entsteht, wenn eine Fehlausrichtung oder eine Abschwächung der Lichtquelle auftritt. Zusätzlich zu dem obigen Verdienst der Platzeinsparung hat eine solche optische Strommessvorrichtung ausgezeichnete Isoliereigenschaften und eine kompakte Struktur. Aus diesem Grund steht zu erwarten, dass die Vorrichtung eine bessere Performance haben wird und vor allem als Strommessvorrichtung speziell für Hochspannungseinrichtungen in einem Leistungssystem dienen wird.
  • Herkömmlicherweise hat das optische System, das von der optischen Übertragungsfaser bis zur optischen Aufnahmefaser in der obigen optischen Strommessvorrichtung reicht, einen Aufbau wie den in den 2 und 3 gezeigten. Wie in 2 gezeigt ist, sind mehrere optische Teile, die ein von einer Übertragungsfaser 3 bis zu zwei Aufnahmefasern 8 reichendes optisches System bilden, an einer länglichen Optiksystem-Montageplatte 13 außer den optischen Fasern angebracht. Ein kreisförmiger Montageabschnitt 13a, durch den sich ein Leiter 6 erstreckt, ist an einem Ende der Optiksystem-Montageplatte 13 in der Längsrichtung angebracht. Der zu messende Strom fließt durch den Leiter 6. Eine Sensor-Optikfaser (Sensorfaser) 5 ist um den Montageabschnitt 13a herum gelegt. Die beiden Endabschnitte der Sensorfaser 5 sind parallel zueinander angeordnet und befinden sich an der gleichen Position entlang der Längsrichtung der Optiksystem-Montageplatte 13. Ein Polarisierer 4, eine Linse 2 und der Austritts-Endabschnitt der Übertragungsfaser 3 sind in einer Reihe an der Erstreckungslinie des Auftreff-Endabschnitts der Sensorfaser 5 angeordnet. Ein Analysierer 7, eine Linse 2 und der Auftreff-Endabschnitt der ersten Aufnahmefaser 8 sind in einer Reihe an der Erstreckungslinie des Austritts- Endabschnitts der Sensorfaser 5 angeordnet. Der Polarisierer 4 ist so angeordnet, dass sein Polarisierungs-Azimut 45° mit der Horizontal- oder Vertikalrichtung bildet. Der Analysierer 7 ist ein optisches Teil zum Splitten von in einer willkürlichen Richtung polarisiertem auftreffendem Licht in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen, die in der Horizontal- und Vertikalrichtung polarisiert sind, und gibt die Strahlen in unterschiedlichen Richtungen ab. In der in 2 gezeigten Struktur ist der Analysierer so angeordnet, dass er die obigen Strahlen in der Longitudinalrichtung der Optiksystem-Montageplatte 13 und in einer hierzu senkrechten Richtung abgibt (zum Polarisierer 4).
  • Der Auftreff-Endabschnitt der zweiten Empfangs- bzw. Aufnahmefaser 8 ist zwischen dem Austritts-Endabschnitt der Übertragungsfaser 3 und dem Auftreff-Endabschnitt der ersten Empfangsfaser 8 parallel zu dieser angeordnet. Um aus dem Analysierer 7 unter 90° zu dem Auftreff-Endabschnitt der zweiten, auf diese Weise angeordneten Linse 2 zu leiten, ist ein Ablenkspiegel 14 zum Ablenken des Strahlengangs um 90° zwischen dem Analysierer 7 und dem Polarisierer 4 angeordnet.
  • Faserverbinder 15 sind an den jeweiligen Endabschnitten der Fasern 3, 5 und 8 angebracht, die in dieser Weise angeordnet sind, um die Faser-Endabschnitte zu haltern. Die jeweiligen Faserverbinder 15 und die jeweiligen mit den Fasern 3, 5 und 8 gekoppelten Linsen 2 sind an verschiedenen Montageelementen 16 in einer vorbestimmten Positionsbeziehung angebracht, wobei die jeweiligen optischen Achsen miteinander koinzidieren. Jedes Montageelement 16 ist aus Metall gefertigt und an der Optiksystem-Montageplatte 13 mit einem Klebemittel 17 befestigt, wie in 3 gezeigt ist. Auf ähnliche Weise sind der Polarisierer 4, der Analysierer 7 und der Ablenkspiegel 14 an der Optiksystem-Montageplatte 13 mit dem Klebemittel 17 befestigt. Die Oberfläche der Optiksystem-Montageplatte 13, auf der die optischen Teile auf diese Weise befestigt sind, ist mit einer leichtgewichtigen, einfachen Abdeckung bedeckt, deren Gewicht kein Problem darstellt, wodurch insgesamt ein Optiksystem-Gehäusekasten gebildet wird.
  • Das in den 2 und 3 gezeigte Optiksystem mit der obigen Anordnung arbeitet wie folgt: Bei diesem Optiksystem dient jede der Strukturen, die aus den Faserverbindern 15 für die Fasern 3, 5 und 8, den Montageelementen 16 und der Linse 2 gebildet sind, als Kollimator zum Umwandeln von Licht aus der Faser in einen parallelen Lichtstrahl oder zum Fokussieren eines parallelen Strahls, um ihn auf die Faser auftreffen zu lassen.
  • Von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) emittiertes Licht wird durch die Übertragungsfaser 3 geleitet und in einen parallelen Lichtstrahl durch den Kollimator am Austritts-Endabschnitt der Übertragungsfaser 3 angeordnet. Der parallele Lichtstrahl erreicht den Polarisierer 4. Da in diesem Fall nach obiger Beschreibung der Polarisierer 4 so angeordnet ist, dass sein Polarisierungs-Azimut 45° mit der Horizontal- oder Vertikalrichtung bildet, wird durch den Polarisierer 4 das Licht in linear polarisiertes Licht eines Azimutwinkels von 45° umgewandelt. Dieses Licht wird durch den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der Sensorfaser 5 fokussiert. Dieser fokussierte Lichtstrahl trifft auf die Sensorfaser 5 auf.
  • Das auf die Sensorfaser 5 auftreffende Licht erfährt infolge eines Magnetfelds, das durch einen (zu messenden) Strom erzeugt wird, welcher durch den Leiter 6 fließt, während er sich durch die Sensorfaser 5 ausbreitet, eine Faraday'sche Drehung. Infolgedessen ändert sich der Azimut des Lichts. Anschließend wird das Licht durch den Kollimator in einen parallelen Lichtstrahl am Austritts-Endabschnitt der Sensorfaser 5 umgewandelt und trifft auf den Analysierer 7 auf. Der Analysierer 7 spaltet das Licht in eine linear polarisierte Lichtkomponente (x-Komponente), die in der Horizontalrichtung polarisiert ist, und eine linear polarisierte Lichtkomponente (y-Komponente), die in der Vertikalrichtung polarisiert ist. Von den zwei auf diese Weise gespaltenen Lichtkomponenten trifft eine Lichtkomponente auf einen der Kollimatoren am Auftreff-Endabschnitt der zwei Empfangsfasern 8 auf. Die andere Lichtkomponente trifft auf den anderen Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der anderen Empfangsfaser 8 über den Ablenkspiegel 14 auf. Die auf die Kollimatoren auftreffenden Lichtkomponenten werden fokussiert, und die fokussierten Lichtstrahlen treffen auf die jeweiligen Empfangsfasern 8 auf. Beim Betrieb des obigen Optiksystems muss jeder optische Teil mit hoher Präzision positioniert sein bzw. werden. In diesem Fall dient die Optiksystem-Montageplatte 13 zum genauen Halten/Befestigen jedes optischen Teils an einer vorbestimmten Position. Wie oben beschrieben wurde, wird jedes optische Teil an der Optiksystem-Montageplatte 13 mit dem Klebemittel 17 angebracht. Im einzelnen wird jedes optische Teil durch die folgende Prozedur angebracht. Beim Anbringen eines optischen Teils wird die untere Oberfläche des optischen Teils mit einem Klebemittel überzogen. In diesem Zustand wird das optische Teil auf die Optiksystem-Montageplatte 13 positioniert, während sie durch eine Feineinstelleinheit gehalten wird. Das optische Teil wird dann an der Position gebondet/befestigt.
  • Eine weitere herkömmliche optische Strommessvorrichtung ist beispielsweise in FR 2613838 beschrieben.
  • Bei der in den 2 und 3 gezeigten herkömmlichen optischen Strommessvorrichtung stellen sich jedoch die folgenden Probleme.
    • (1) Infolge des Klebemittels kann es zu Positionsverschiebungen oder zu einem Ablösen der optischen Teile kommen.
    • (2) Eine Positionsverschiebung kann zwischen der Optikfaser und dem optischen Fokussiersystem zum Senden von Licht zu der Optikfaser auftreten, und dann kann eine Änderung der Lichtmenge aufgrund der Positionsverschiebung erfolgen.
    • (3) Es kann zu einer Beeinträchtigung der Präzision infolge der Einflüsse von Umweltbedingungen, wie Temperatur, Feuchtigkeit, und von externen Magnetfeldern und Belastung kommen.
    • (4) Eine Änderung der Lichtmenge kann infolge von an der Endfläche der Optikfaser anhaftenden Fremdstoffen auftreten.
    • (5) Ein Lichtverlust kann durch eine Biegung in der Empfangsfaser verursacht werden.
  • Nachstehend werden die Inhalte der Probleme (1) bis (5) im Detail beschrieben.
  • (1) Positionsverschiebungen oder Ablösen von optischen Teilen infolge des Klebemittels
  • Wie in 2 und 3 gezeigt ist, wird herkömmlicherweise jedes optische Teil eines Optiksystems nur mit einem Klebemittel an die Optiksystem-Montageplatte 13 als Teil des Optiksystem-Gehäusekastens befestigt, indem ein Befestigungselement, beispielsweise das Montageelement 16, verwendet wird. Da in diesem Fall der Wärmedehnungskoeffizient des Klebemittels allgemein das Zehnfache oder mehr beträgt als der von Metall oder Glasmaterialien, wenn sich die Umgebungstemperatur stark verändert, kontrahiert das Klebemittel stark. Infolgedessen verschieben sich die Positionen der optischen Teile zueinander. Wenn außerdem das Optiksystem wiederholten Temperaturänderungen oder Vibrationen ausgesetzt ist, verschlechtert sich das Klebemittel infolge des Synergieeffekts der obigen starken Zusammenziehung und externer mechanischer Kraft. Aus diesem Grund können sich optische Teile nach einer langen Einsatzzeit loslösen.
  • (2) Positionsverschiebung zwischen optischer Faser und optischem Fokussiersystem zum Senden von Licht zur optischen Faser und Änderung der Lichtmenge infolge der Positionsverschiebung
  • Da der Kerndurchmesser der optischen Faser sehr klein ist, ist eine Ausrichtung mit sehr hoher Genauigkeit zwischen einer Optikfaser und dem optischen Fokussiersystem zum Senden von Licht zu der optischen Faser-erforderlich. Da jedoch Vibrationen oder Temperaturänderungen vorkommen oder es zu einer Zusammenziehung des Klebemittels kommt, ist die Ausrichtung zwischen dem Sensor und dem optischen Fokussiersystem gestört und die auf den Sensor auftreffende Lichtmenge kann sich stark verändern. Eine solche Änderung der Lichtmenge führt zu einer Minderung der Messgenauigkeit. Eine optische Faser, die eine Sensorfaser darstellt, insbesondere eine Einmoden-Optikfaser wird verwendet, da Polarisierungsinformation durch sie übertragen werden muss. Da jedoch der Kerndurchmesser einer solchen Einmoden-Optikfaser nur etwa 2 bis 10 μm beträgt, verschlechtert sich die Ausrichtung leicht infolge von Vibrationen, Temperaturänderungen, einer Kontraktion des Klebemittels oder dergleichen. Falls sich die Ausrichtung erheblich verschlechtert, kann das Auftreffen von Licht auf die Sensorfaser unterbrochen werden.
  • Angenommen, es käme zu einer Änderung in der Lichtmenge an jedem Abschnitt des Optiksystems. Auch in diesem Fall kann, wenn eine gewisse Lichtmenge sichergestellt werden kann, die an einem vor dem Analysierer befindlichen Abschnitt des Optiksystems bewirkte Änderung der Lichtmenge durch eine elektronische Schaltung korrigiert werden. Es ist jedoch schwierig, eine Lichtmengenänderung an einem nach dem Analysierer gelegenen Abschnitt durch Verwendung der elektronischen Schaltung zu korrigieren, da x- und y-Komponenten sich nicht in Phase befinden. Eine solche Lichtmengenänderung verursacht daher einen Fehler.
  • Da in diesem Fall eine Mehrmoden-Optikfaser als eine empfangsfaserbildende Optikfaser benutzt werden kann, ist es relativ leicht, im Vergleich mit der Sensorfaser, welche die obige Einmoden-Optikfaser benutzt, Licht auf die Faser auftreffen zu lassen. Da es jedoch nach obiger Beschreibung schwierig ist, Lichtmengenänderungen zu korrigieren, die nach dem Analysierer verursacht werden, führt selbst eine geringfügige Änderung in der auf die Empfangsfaser auftreffenden Lichtmenge direkt zu einem Fehler.
  • (3) Minderung der Präzision infolge von Einflüssen von Umweltbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und von externen Magnetfeldern und Belastung
  • Optische Teile sind grundsätzlich empfindlich gegenüber Einflüssen von Umweltbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und externen Magnetfeldern. Das optische System kann von diesen Umweltbedingungen mit der in 2 und 3 gezeigten Struktur nicht ausreichend geschützt werden, bei der die optischen Teile an der Optiksystem-Montageplatte 13 angebracht sind und die Optiksystem-Montageplatte 13 mit einer einfachen Abdeckung bedeckt ist. Aus diesem Grund ändern sich speziell die optischen Eigenschaften von anderen optischen Teilen als der Sensorfaser infolge der Einflüsse von Umweltbedingungen. Infolgedessen kann bei Licht, das diese optischen Teile passiert, ein Fehler auftreten.
  • In der optischen Strommessvorrichtung gemäß den 2 und 3 ist die Sensorfaser um das Befestigungselement (den Montageabschnitt 13a der Optiksystem-Montageplatte 13 in den 2 und 3) gewickelt, das um den Leiter, durch den der zu messende Strom fließt, angeordnet ist. Falls jedoch die Sensorfaser fest an dem Befestigungselement angebracht ist, wirkt von dem Befestigungselement auf die Sensorfaser eine starke Belastung mit einer Temperaturänderung ein, was zu einem Fehler führt.
  • (4) Änderung der Lichtmenge infolge von an der Endfläche der Optikfaser haftenden Fremdstoffen
  • Da der Kerndurchmesser der Optikfaser sehr klein ist, kommt es bei Anhaften eines Fremdstoffs an der Endfläche der Faser zu einem Lichtmengenverlust. Wie oben beschrieben wurde, hat die Einmoden-Optikfaser, welche die Sensorfaser bildet, einen Durchmesser von nur 2 bis 10 μm. Aus diesem Grund verursacht sogar ein winzig kleiner Fremdstoff, der an der Endfläche haftet, einen starken Lichtmengenverlust, was zu einem Fehler führt.
  • (5) Durch eine Biegung in der Empfangsfaser verursachter Lichtverlust
  • Es ist erwünscht, dass die Empfangsfaser 100% des auftreffenden Lichts zu einem Detektor leitet. Das Licht leckt jedoch teilweise aus einem Biegungsabschnitt der Faser, was zu einem Lichtverlust führt. Es ist aber allgemein schwierig, die Empfangsfaser anzuordnen, ohne sie zu biegen, und zwar in Anbetracht des Faser-Layouts der Vorrichtung. Aus diesem Grund verursacht eine Biegung in der Empfangsfaser unweigerlich einen solchen Lichtverlust.
  • Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Probleme (1) bis (5) nicht auf die optische Strommessvorrichtung gemäß 2 und 3 beschränkt sind, sondern allgemein bei optischen Messvorrichtungen zum Messen verschiedener Arten physikalischer Größen unter Verwendung von Optiksystemen und Optikfasern auftreten.
  • Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine äußerst praktische optische Messvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Präzision und Stabilität über einen langen Zeitraum hinweg zeigt.
  • Genauer gesagt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die folgende Zielsetzung zu erfüllen. D. h., es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe bereitzustellen, die ein Optiksystem aufweist, das eine hohe Präzision und Stabilität für einen langen Zeitraum bietet und eine einfache und zuverlässige Befestigung der optischen Teile des optischen Systems mit ausreichender Dauerhaftigkeit ermöglicht.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe bereitzustellen, die ein optisches System aufweist, das durch Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und externe Magnetfelder nicht beeinflusst wird und eine hohe Präzision und Stabilität über lange Zeit bietet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe bereitzustellen, die ein hochpräzises optisches System aufweist, das in der Lage ist, eine Änderung in der auf eine Optikfaser auftreffenden Lichtmenge sowie ein Anhaften von Fremdstoffen an den Optikfaser-Endflächen zu verhindern und die eine hohe Stabilität der Lichtmenge aufweist.
  • Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe bereitzustellen, die ein hochpräzises optisches System aufweist, das in der Lage ist, den Lichtverlust infolge einer Biegung in einer Empfangsfaser zu reduzieren, und das eine hohe Stabilität der Lichtmenge aufweist.
  • Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe in einem Leistungsgerät bereitgestellt, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer optischen Faser, die dem Leistungsgerät zugeordnet ist, Bereitstellen eines optischen Teils zum Übertragen/Empfangen von Licht an die/von der optischen Faser, Bereitstellen eines Berechnungsmittels zum Berechnen einer physikalischen Größe in dem Leistungsgerät durch Erfassen eines Polarisierungszustands von Licht, das durch das Leistungsgerät auf der Basis einer Ausgabe des optischen Teils polarisiert ist bzw. wird, Bereitstellen eines Gehäusekastens zur Aufnahme des optischen Teils, Anbringen des optischen Teils an einem Befestigungselement, Befestigen des Befestigungselements an dem Gehäusekasten durch Laserschweißen.
  • Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, wird eine Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Größe in einem Leistungsgerät bereitgestellt, mit einer optischen Faser, die dem Leistungsgerät zugeordnet ist, einem optischen Teil zum Übertragen/Empfangen von Licht an die/von der optischen Faser, Berechnungsmitteln zum Berechnen einer physikalischen Größe in dem Leistungsgerät durch Erfassen eines Polasierungszustands von Licht, das von dem Leistungsgerät auf der Basis einer Ausgabe von dem optischen Teil polarisiert wird, einem Gehäusekasten zur Aufnahme des optischen Teils, und einem Befestigungselement, an dem das optische Element angebracht ist und das am Gehäusekasten durch Laserschweißen befestigt ist.
  • Die obigen Verfahren und Vorrichtungen sind ferner durch die folgenden Konzeptionen definiert. Die Konzeptionen ergeben konkrete Formen der vorliegenden Erfindung und abstrahieren sie auch. Die Konzeptionen 1 bis 8 hängen mit Verbesserungen des Verfahrens zur Herstellung eines Optiksystems und der Anordnung des Optiksystems zusammen. Die Konzeptionen 9 bis 13 hängen mit Verbesserungen der Optikfaser und der Anordnung eines Fokussiermittels zum Senden von Licht zu der Optikfaser zusammen. Die Konzeptionen 14 bis 17 hängen mit Verbesserungen in der Anordnung der Empfangs-Optikfaser zusammen.
  • Die jeweiligen Konzeptionen werden nachstehend der Reihe nach beschrieben.
  • Verfahren zur Herstellung eines Optiksystems und dessen Anordnung
  • Die Konzeptionen 1 bis 8 umfassen die folgenden neuartigen Aufbauten bei einem optischen Messgerät, welche ein Optiksystem aufweisen, das durch mehrere optische Teile einschließlich eines optischen Sensorelements, mehrerer Befestigungselemente, an denen jeweils mindestens ein aus den mehreren optischen Teilen des Optiksystems ausgewähltes optisches Teil angebracht ist, sowie einen Optiksystem-Gehäusekasten, an dem die mehreren Befestigungselemente befestigt sind, um die optischen Teile aufzunehmen, gebildet ist, und das so gestaltet ist, dass eine physikalische Größe als ein zu messendes Objekt durch Erfassen des Polarisierungszustands von Licht erhalten wird, das durch das optische Sensorelement hindurchgeht, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Gemäß Konzeption 1 werden bei dem Verfahren zur Herstellung der obigen optischen Messvorrichtung das Befestigungselement und der Optiksystem-Gehäusekasten aneinander durch Laserschweißen befestigt.
  • Gemäß der Konzeption 1 mit der obigen Anordnung können die optischen Teile fest und stabil durch Laserschweißen angebracht werden. Da außerdem Laserschweißen ein kontaktloser Prozess ist und der Wärmezuwachs gering ist, können die optischen Teile ohne Aufbringen irgendeiner Kraft zusammengebaut werden, und die Wärmebelastung des gesamten Optiksystems kann ausreichend reduziert werden. Daher besteht keine Möglichkeit von Positionsverschiebungen oder einer Loslösung der optischen Teile, und das hochpräzise Optiksystem kann im Gegensatz zum Stand der Technik über lange Zeit in einem stabilen Zustand gehalten werden.
  • Gemäß der Konzeption 2 sind in der optischen Messvorrichtung mindestens die Befestigungsabschnitte des Befestigungselements und des Optiksystem-Gehäusekastens aus einem keinen Phosphor enthaltenden Metall gefertigt und durch Laserschweißen befestigt.
  • Gemäß der Konzeption 3 ist in der optischen Messvorrichtung der Optiksystem-Gehäusekasten aus einem magnetischen Metall gefertigt und das Befestigungselemnt sowie der optische Gehäusekasten sind durch Laserschweißen aneinander befestigt.
  • Gemäß der Konzeption 4 sind mindestens die Befestigungsabschnitte des Befestigungselements und des Optiksystem-Gehäusekastens der Konzeption 3 aus einem keinen Phosphor enthaltenden Metall gefertigt. Gemäß der Konzeption 5 ist das keinen Phosphor enthaltende Metall der Konzeption 2 oder 4 ein Nickellegierungsstahl.
  • Gemäß der Konzeption 6 ist das magnetische Metall der Konzeption 3 ein Nickellegierungsstahl.
  • Gemäß der Konzeption 7 beträgt der Nickelgehalt des Nickellegierungsstahls in Konzeption 5 oder 6 30 bis 40%.
  • Gemäß der Konzeption 8 umfassen die mehreren optischen Teile des Optiksystems der Konzeptionen 2 bis 7 eine optische Faser, und der Optiksystem-Gehäusekasten nimmt die mehreren optischen Teile des Optiksystems, außer der optischen Faser, auf.
  • Da gemäß den Konzeptionen 2 bis 8 mit der obigen Anordnung, die Vorrichtung durch das Verfahren gemäß Konzeption 1 hergestellt ist, können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den durch Konzeption 1 erhaltenen Wirkungen erzielt werden.
  • Da gemäß den Konzeptionen 2 und 4 mindestens die Befestigungsabschnitte des Befestigungselements und der Optiksystem-Gehäusekasten aus Metall gefertigt sind, können sehr zuverlässige Befestigungsteile ohne Anhaften von Fremdstoffen oder ohne Entstehung von Rissen gebildet werden, wodurch die Befestigungsstärke der optischen Teile erhöht und ihre Stabilität verbessert wird.
  • Da gemäß der Konzeption 3 und 4 der Optiksystem-Gehäusekasten aus einem magnetischen Metall hergestellt ist, können in dem Kasten untergebrachte optische Teile von externen Magnetfeldern abgeschirmt werden. Daher können die Einflüsse von Fehlern und Rauschen, die durch die externen Magnetfelder verursacht werden, verringert werden.
  • Der in den Konzeptionen 5 bis 7 eingesetzte Nickellegierungsstahl ist ein magnetisches Metall, das keinen Phosphor enthält und zum Laserschweißen geeignet ist. In der Konzeption 7 wird im einzelnen ein Nickellegierungsstahl mit 30 bis 40% Nickel verwendet. Da der Wärmedehnungskoeffizient dieses Nickellegierungsstahls viel geringer ist als die Wärmedehnungskoeffizienten anderer Metalle, kann eine hohe Temperaturstabilität des gesamten optischen Systems gewährleistet werden.
  • Da gemäß der Konzeption 8 die optischen Teile des optischen Systems außer der Optikfaser in dem Optiksystem-Gehäusekasten untergebracht sind, kann der Optiksystem-Gehäusekasten in der Größe reduziert und vereinfacht werden.
  • Anordnungen der Optikfaser und der Fokussiermittel zum Senden von Licht zu der Optikfaser
  • Die Konzeptionen 9 bis 13 umfassen die folgenden neuartigen Aufbauten in einer optischen Messvorrichtung, welche eine Optikfaser zum Leiten von Licht, ein durch mehrere optische Teile einschließlich eines Fokussiermittels zum Senden von Licht zu der Optikfaser gebildetes Optiksystem und einen an einem Abschnitt des Optiksystems ausgebildeten Sensorabschnitt umfassen, und die so gestaltet ist, dass eine zu messende physikalische Größe durch Erfassen des Polarisierungszustands von durch den Sensorabschnitt passierendem Licht erhalten wird. Gemäß der Konzeption 9 ist die Fleckgröße des auf die Endfläche der Optikfaser des Fokussiermittels auftreffenden Lichts auf 21/2 oder mehr des Kerndurchmessers der Optikfaser festgesetzt.
  • Gemäß der Konzeption 10 ist die Fleckgröße des an der Endfläche der Optikfaser des Fokussiermittels auftreffenden Lichts auf 2–1/2 oder weniger des Kerndurchmessers der Optikfaser festgesetzt.
  • Gemäß den Konzeptionen 9 und 10 ist die Fleckgröße des an der Endfläche der Optikfaser auftreffenden Lichts größer oder kleiner als der Kerndurchmesser der Optikfaser festgelegt, um eine Änderung in der auf die Faser auftreffenden Lichtmenge mit einer Änderung in der Ausrichtung zu reduzieren.
  • Gemäß der Konzeption 11 mit der obigen Anordnung kann durch Verwendung einer Verteilungsindexlinse für ein Fokussiermittel zum Senden von Licht zu der Optikfaser eine hohe Koaxialität einfach zwischen dem Umfang der Linse und dem optischen Zentrum der Linse erhalten werden, und eine gegebene Distanz kann einfach zwischen der Linsenendfläche und der Faserendfläche durch einen mechanischen Prozess eingestellt werden. Daher kann eine Verbesserung der Ausrichtungspräzision erzielt werden.
  • Gemäß der Konzeption 12 ist das Fokussiermittel aus einer Linse gebildet, wobei der Brennpunkt der Linse so eingestellt ist, dass er mit der Linsenendfläche koinzidiert.
  • Gemäß der Konzeption 12 mit der obigen Anordnung können die Optikfaser und die Linse in einer Stoß- bzw. Anlageanordnung angeordnet werden, da die Anordnung so gestaltet ist, dass eine Linse als Fokussiermittel zum Senden von Licht zu der Optikfaser verwendet wird und der Brennpunkt der Linse so eingestellt ist, dass er mit der Linsenendfläche koinzidiert. Da diese Komponenten aneinanderliegen, kann die Optikfaser der Linse unter der gleichen Vibrationsbedingung eingestellt werden. Daher kann eine Änderung der Lichtmenge vermieden und eine Verbesserung der Stabilität der Lichtmenge erzielt werden.
  • Gemäß der Konzeption 13 ist ein Faserverbinder zum Haltern des Faser-Endabschnitts am Endabschnitt der optischen Faser angeordnet, und die Linse hat den gleichen Durchmesser wie der des Faserverbinders.
  • Gemäß der Konzeption 13 mit der obigen Anordnung kann zusätzlich zu den Wirkungen der Konzeptionen 11 und 12 eine Verbesserung der Koaxialität zwischen der Optikfaser und der Linse erreicht werden, und eine weitere Verbesserung der Ausrichtungspräzision kann durch Einstellen des Durchmessers des Faserverbinders gleich dem der Linse erreicht werden.
  • Optische Empfangsfaser
  • Die Konzeptionen 14 bis 17 weisen die folgenden neuartigen Aufbauten in einer optischen Messvorrichtung auf, welche ein optisches Sensorelement, einen Analysierer, durch den übertragenes Licht eine Mengenänderung je nach dem Polarisierungszustand des aus dem optischen Sensorelement austretenden Lichts erfährt, eine optische Empfangsfaser zum Leiten des durch den Analysierer übertragenen Lichts sowie ein durch mehrere optische Teile einschließlich eines Fokussiermittels zum Senden von Licht zu der optischen Empfangsfaser gebildetes optisches System umfasst und so gestaltet ist, dass eine zu messende physikalische Größe durch Erfassen der von der optischen Empfangsfaser geleiteten Lichtmenge erhalten wird.
  • Gemäß der Konzeption 14 ist die optische Empfangsfaser aus einer Mehrmoden-Optikfaser mit einem Kerndurchmesser von 100 μm oder mehr gebildet.
  • Gemäß der Konzeption 14 mit der obigen Anordnung kann durch Einsatz einer Mehrmoden-Optikfaser mit einem großen Durchmesser als Empfangs-Optikfaser eine Änderung in der auf die Faser auftreffenden Lichtmenge mit einer Änderung in der Ausrichtung reduziert werden.
  • Gemäß der Konzeption 15 ist die Empfangs-Optikfaser aus einer Mehrmoden-Optikfaser mit einer NA von 0,25 oder mehr gebildet.
  • Gemäß der Konzeption 15 der obigen Anordnung kann durch Einsatz einer Mehrmoden-Optikfaser mit einer hohen NA als Empfangs-Optikfaser ein Lichtverlust infolge einer Biegung in der Faser reduziert werden, und eine Änderung in der den Detektor erreichenden Lichtmenge kann verringert werden.
  • Gemäß der Konzeption 16 ist die Mehrmoden-Optikfaser der Konzeption 14 oder 15 aus Mehrkomponentenglas hergestellt.
  • Gemäß der Konzeption 16 mit der obigen Anordnung kann zusätzlich zu den Wirkungen der Konzeption 14 oder 15 eine weitere Zunahme der NA und eine Verringerung des Verlusts durch Verwendung einer Mehrmoden-Optikfaser, die aus Mehrkomponentenglas gefertigt ist, beider Empfangs-Optikfaser erzielt werden.
  • Gemäß der Konzeption 17 ist der Kern der Mehrmoden-Optikfaser in der Konzeption 14 und 15 aus Quarz hergestellt, und die Verkleidung ist aus einem Kunststoffmaterial gefertigt.
  • Gemäß der Konzeption 17 mit der obigen Anordnung kann zusätzlich zu den Wirkungen der Konzeption 14 oder 15 eine hohe Lichtdurchlässigkeit im Infrarotbereich realisiert werden, da der Kern der Empfangs-Optikfaser aus Quarz und die Verkleidung aus Kunststoffmaterial hergestellt ist, und eine hohe NA kann aufgrund der Kunststoffverkleidung realisiert werden.
  • Optische Strommessvorrichtung
  • Die Konzeptionen umfassen die folgenden neuartigen Aufbauten bei einer optischen Strommessvorrichtung, welche eine optische Sensorfaser aufweist, die nahe einem Leiter platziert ist, durch den ein zu messender Strom fließt, und die so gestaltet ist, dass durch Erfassen des Polarisierungszustandes von durch die Sensor-Optikfaser passierendem Licht ein im Leiter fließender Stromwert) erhalten werden kann.
  • Eine weitere Konzeption umfasst die Anordnung einer optischen Messvorrichtung, die aus den genannten optischen Messvorrichtungen ausgewählt ist. Ein ringförmiges Montageelement ist um den Leiter herum angeordnet.
  • Gemäß einer anderen Konzeption mit der obigen Anordnung können die gleichen Wirkungen erzielt werden. Außerdem kann der zu messende Strom, der durch den Leiter fließt, mit hoher Präzision gemessen werden.
  • Gemäß einer weiteren Konzeption ist die Sensor-Optikfaser so gestaltet, dass die Abnahme der Strommessempfindlichkeit auf 10% oder weniger eingestellt ist.
  • Gemäß einer weiteren Konzeption mit der obigen Anordnung können die gleichen Wirkungen erzielt werden. Außerdem wird durch Einstellen der Abnahme der Strommessempfindlichkeit der Sensor-Optikfaser auf 10% oder weniger die Faser weniger empfindlich gegenüber externen Umständen gestaltet. Genauer gesagt ist eine Strommessempfindlichkeit S der Optikfaser an einem Messstromlimit von 0 A durch die folgende Gleichung gegeben: S = sinδ/δ,wobei δ (Radian) die Doppelbrechung der Optikfaser ist.
  • Um in diesem Fall die Strommessempfindlichkeit auf 90% oder mehr einzustellen; muss der Doppelbrechungsfaktor δ in den Bereich δ < 0,80 Radian fallen, d. h. 45° oder weniger. Im allgemeinen beträgt die für einen zur Messung eingesetzten optischen Stromwandler erforderliche Präzision ±1% oder weniger bei dem eingestellten Stromwert. Falls die Strommessempfindlichkeit S 91° (δ = 0,74) bei Abwesenheit der äußeren Umwelteinflüsse beträgt, kann die erforderliche Präzision erfüllt werden, wenn die Doppelbrechung δ = 0,70 bis 0,80 beträgt. Die durch die obige Gleichung gegebene Funktion wird mehr durch Abweichungen von δ beeinflusst, wenn die Strommessempfindlichkeit S abnimmt. Aus diesem Grund kann eine hohe Präzision für die Sensor-Optikfaser durch Einstellen der Abnahme in der Strommessempfindlichkeit S auf 10% oder weniger realisiert werden.
  • Um eine hohe Präzision und hohe Stabilität zu erreichen, wird die zulässige Präzisionsbreite gleich der Breite der Strommessempfindlichkeit S eingestellt, und die Strommessempfindlichkeit S wird vorzugsweise auf 98% oder mehr eingestellt. Der Bereich von δ, der in diesem Fall erforderlich ist, beträgt 0 bis 0,35 Radian.
  • Man beachte, dass die in diesem Fall beschriebene Strommessempfindlichkeit S angibt, dass der Faraday'sche Drehwinkel, der durch eine Verdet-Konstante V bestimmt ist, abnimmt, wenn er mit S multipliziert wird. D. h., ein Faraday'scher Drehwinkel θ ist durch die folgende Gleichung gegeben: θ = S – m·nVI,wobei n die Anzahl von Wicklungen der Optikfaser um den Leiter ist, und I der Wert des durch den Leiter fließenden Stroms ist.
  • In diesem Fall beträgt m für einen Einweg-Strahlengang 1, und bei einem Zweiweg-Strahlengang 2.
  • Gemäß einer weiteren Konzeption ist der Leiter in einem mit Isoliergas gefüllten Behälter platziert, und die Sensor-Optikfaser ist außerhalb des Isoliergasbereichs und innerhalb des Stromwegs in dem Behälter platziert.
  • Gemäß der anderen Konzeption mit der obigen Anordnung können die gleichen Wirkungen erzielt werden. Da außerdem die Sensor-Optikfaser außerhalb des Isoliergasbereichs und innerhalb des Stromwegs im Behälter platziert ist, können die Einflüsse einer Wärmeerzeugung vom Leiter die Einflüsse von anderen Strömen als dem zu messenden Strom verringert werden. Aus diesem Grund kann der durch den Leiter fließende Strom genau gemessen werden. Da ferner die Sensor-Optikfaser außerhalb des Gasbereichs platziert ist, kann die Faser einfach gehandhabt werden.
  • Gemäß der anderen Konzeption ist der Leiter in dem mit Isoliergas gefüllten Behälter platziert, und der Behälter ist aus mehreren über einen Isolier-Abstandhalter miteinander verbundenen Behältern gebildet, wobei das ringförmige Befestigungselement der Isolier-Abstandhalter ist.
  • Gemäß einer weiteren Konzeption mit der obigen Anordnung können die gleichen Wirkungen erzielt werden. Außerdem kann durch Verwendung der Isolier-Abstandhalter zum Verbinden der Behälter miteinander als Montageelement für die Sensor-Optikfaser das Leistungssystem in der Größe verringert und vereinfacht werden.
  • Gemäß der anderen Konzeption ist die Sensor-Optikfaser aus einer Quarzfaser gebildet.
  • Da eine Quarzfaser als Sensor-Optikfaser verwendet wird, kann außerdem eine Messung bis zu einem Maximalstrom von 2 × 21/2 × 63 kA = 178 kA ausgeführt werden, die zur Messung in dem Leistungssystem erforderlich ist, und zwar innerhalb des Wellenlängenbereichs (1,55 μm oder weniger), der für eine Kommunikationsfaser verwendet wird, indem die Anzahl von Wicklungen der Faser auf ein ganzzahliges Vielfaches von 1 oder mehr und der Faraday'sche Drehwinkel θ auf 45° oder weniger eingestellt wird. D. h., die Bedingung für eine Strommessvorrichtung, die für ein Leistungssystem erforderlich ist, kann erfüllt werden.
  • Diese Erfindung ist aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen zeigen:
  • 1 eine Ansicht zur Darstellung eines Stromwandlers und einer optischen Strommessvorrichtung, die auf einen Gas-Schaltkreisunterbrecher angewandt sind,
  • 2 eine Draufsicht zur Darstellung der detaillierten Anordnung eines optischen Systems, das für eine optische Strommessvorrichtung eingesetzt wird,
  • 3 eine Schnittansicht von 2,
  • 4 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung einer optischen Strommessvorrichtung,
  • 5 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung eines optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 6A und 6B eine Darstellung eines zur Montage eines Kollimators verwendeten Gestells, wobei 6A eine perspektivische Ansicht des Gestells ist, betrachtet von der Vorderseite, 6B eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des Gestells, betrachtet in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung,
  • 7 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser gemäß einer zweiten Vorrichtung,
  • 8 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser gemäß einer dritten Vorrichtung,
  • 9 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser gemäß einer vierten Vorrichtung,
  • 10 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung einer Modifikation des Kopplungsabschnitts in 9,
  • 11 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Sensorfaser und zwei Empfangsfasern gemäß einer fünften Vorrichtung,
  • 12 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung einer optischen Strommessvorrichtung gemäß einer sechsten Vorrichtung,
  • 13 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Befestigungsstruktur für eine Sensorfaser gemäß einer siebten Vorrichtung,
  • 14 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Modifikation einer Befestigungsstruktur in 13,
  • 15A bis 15C eine Befestigungsstruktur für eine Sensorfaser gemäß einer achten Vorrichtung, wobei 15A eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung ist, 15B eine Schnittansicht längs einer Linie XVB-XVB in 15A ist, und 15C eine Schnittansicht längs einer Linie XVC-XVC in 15A ist,
  • 16A bis 16C Darstellungen einer Modifikation der Befestigungsstruktur in 15A bis 15C, wobei 16A eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung ist, 16B eine Schnittansicht längs einer Linie XVIB-XVIB in 16A ist, und 16C eine Schnittansicht längs einer Linie XVIC-XVIC in 16A ist,
  • 17A bis 17C eine weitere Modifikation der Befestigungsstruktur in 15A bis 15C, wobei 17A eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung ist, 17B eine Schnittansicht längs einer Linie XVIIB-XVIIB in 17A ist, und 17C eine Schnittansicht längs einer Linie XVIIC-XVIIC in 17A ist,
  • 18A bis 18C eine Befestigungsstruktur für eine Sensorfaser gemäß einer neunten Vorrichtung, wobei 18A eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung ist, 18B eine Schnittansicht längs einer Linie XVIIIB-XVIIIB in 18A ist, und 18C eine Schnittansicht längs einer Linie XVIIIC-XVIIIC in 18A ist,
  • 19 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Befestigungsstruktur für eine Sensorfaser gemäß einer zehnten Vorrichtung, und
  • 20 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur Montage der Sensorfaser in der Befestigungsstruktur der 19.
  • Vor einer Beschreibung der Ausführungsformen wird im folgenden zuerst das Prinzip einer optischen Strommessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 4 gezeigt ist, wird Licht von einer Lichtquelle 1, die aus einer Laserdiode oder einer lichtemittierenden Diode gebildet ist, durch eine Linse 2 fokussiert, um auf eine Übertragungsfaser 3 aufzutreffen. Die Lichtausbreitung durch die Übertragungsfaser 3 wird durch eine Linse 2 in einen parallelen Strahl umgewandelt. Der parallele Strahl passiert einen Polarisierer 4, um in linear polarisiertes Licht umgewandelt zu werden. Dieses Licht wird durch eine Linse 2 fokussiert, um auf eine Sensorfaser 5 aufzutreffen. Die Sensorfaser 5 ist um einen Leiter 6 gewickelt, durch den ein zu messender Strom fließt. Das Licht wird einer Faraday'schen Drehung in Proportion zu dem von dem durch den Leiter 6 fließenden Strom erzeugten Magnetfeld ausgesetzt, während es sich durch die Sensorfaser 5 ausbreitet. Das resultierende, linear polarisierte Licht wird um einen Winkel θ gedreht und abgegeben. Durch Messen dieses Drehwinkels θ kann daher der Stromwert agieren.
  • Als Verfahren zum Messen dieses Drehwinkels θ wird ein Erfassungsverfahren des Splittens des obigen Lichts in zwei polarisierte Lichtkomponenten unter Verwendung eines von einem um 45° in Bezug auf den Polarisierer 4 in 4 gedrehtes Wollaston-Prisma gebildeten Analysierers benutzt. Genauer gesagt wird das aus der Sensorfaser austretende Licht 5 wieder durch eine Linse 2 in einen parallelen Strahl umgewandelt und in zwei Lichtkomponenten x und y durch den vom Wollaston-Prisma gebildeten Analysierer 7 aufgespalten. Diese beiden Lichtkomponenten treffen jeweils auf zwei Empfangsfasern 8 über verschiedene Linsen 2 auf. Die beiden Lichtkomponenten x und y, die sich durch die Empfangsfaser 8 ausbreiten, werden jeweils von zwei Detektoren 9 geleitet.
  • Die beiden auf den Lichtkomponenten x und y basierenden Lichtsignale werden jeweils in elektrische Signale Vx und Vy durch die beiden Detektoren 9 umgewandelt. In diesem Fall werden die elektrischen Signale Vx und Vy durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt: Vx = b·sin2(45° + θ) = b/2(1 + sin2θ) Vy = b·cos2(45° + θ) = b/2(1 – sin2θ)wobei b ein proportionaler Koeffizient ist.
  • Die elektrischen Signale Vx und Vy, die von den Detektoren 9 auf diese Weise erhalten werden, werden weiter an zwei AGC-Verstärker 10 gesendet, um mit den Gleichstromkomponenten gemäß der folgenden Gleichungen normalisiert zu werden:
    Figure 00230001
    Vy' = Vy/∫2π0 Vy·ωt = 1 – sin2θ
  • Diese elektrischen Signale Vx' und Vy' werden durch einen Teiler 11 und eine ROM-Tabelle 12 behandelt und ein Stromwert I wird durch Berechnen der Bogensehne der Division der Summe und der Differenz gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
  • Figure 00230002
  • Bei dem obigen optischen Strommessgerät hängt der Stromsignalausgang nicht von der Lichtsignalintensität ab. Aus diesem Grund kann das Gerät eine hochpräzise Strommessung ausführen, ohne irgendeinen Fehler, beispielsweise infolge einer Änderung der Lichtmenge zu verursachen, die bei Auftreten einer Fehlausrichtung oder einer Minderung der Lichtquelle verursacht wird. Eine solche optische Strommessvorrichtung hat ausgezeichnete Isoliereigenschaften und eine kompakte Struktur. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass die Vorrichtung eine höhere Performance aufweist und als Strommessgerät speziell für eine Hochspannungseinrichtung in einem Leistungssystem dient.
  • Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der optischen Strommessvorrichtung der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 5 ist eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung einer optischen Strommessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist dem optischen System zugeordnet, auf das die Konzeptionen 1 bis 8 angewandt sind. Bei dem in 2 und 3 gezeigten Stand der Technik basiert das optische System auf dem Schema, bei dem Licht nur in einer Richtung durch die Sensorfaser wandert. In dieser Ausführungsform jedoch basiert das optische System auf einem Schema, bei dem Licht in zwei Richtungen durch die Sensorfaser wandert. Die Verwendung solcher unterschiedlicher Schemata ist einfach eine Angelegenheit der Auswahl in der Gestaltung, sie ist aber im wesentlichen nicht der vorliegenden Erfindung zugeordnet, und daher fällt eine Beschreibung derselben weg.
  • Wie in 5 gezeigt ist, sind mehrere optische Teile, die ein optisches System bilden, das von einer Übertragungsfaser 3 bis zu zwei Empfangsfasern 8 reicht, die in einem Optiksystem-Gehäusekasten 21 außer den optischen Faserteilen untergebracht sind. Diese Teile sind an dem Optiksystem-Gehäusekasten 21 durch Laserschweißen befestigt. Das Bezugssymbol WL in 5 bezeichnet einen solchen lasergeschweißten Abschnitt. Die Anordnung der jeweiligen Abschnitte wird nachstehend der Reihe nach beschrieben.
  • Der Optiksystem-Gehäusekasten 21 ist durch Zusammenfügen von drei Blöcken, von denen jeder aus einem Nickellegierungsstahl aus 30 bis 40% Nickel gefertigt ist, durch Laserschweißen gebildet. Diese drei Blöcke sind gemäß den zu befestigenden optischen Teilen gebohrt.
  • Ein Kollimator mit einem Faserverbinder 18, der an einem Endabschnitt einer Sensorfaser 5 angebracht ist, und einer mit diesem gekoppelten Linse 2 ist an einem Endabschnitt eines Blocks in der Blockstapelrichtung des Optiksystem- Gehäusekastens 21 durch Laserschweißen gekoppelt (lasergeschweißter Abschnitt WL). Der Kollimator für diese Sensorfaser 5 wird mittels eines Linsenhalters 22, einer Einstellhülse 23 und eines Verbinderhalters 24 statt einem einzigen Montageelement 16 zusammengebaut.
  • In diesem Fall ist der Linsenhalter 22 ein Befestigungselement, an dem die Linse 2 angebracht ist. Der Verbinderhalter 24 ist ein Befestigungselement zum Halten des Faserverbinders 15. Die Einstellhülse 23 ist ein Befestigungselement, das zwischen dem Linsenhalter 22 und dem Verbinderhalter 24 angeordnet ist, um eine Ausrichtung zwischen der Linse und dem Faserverbinder 15 zu erreichen. D. h., beim Zusammenbau dieses Kollimators wird eine Ausrichtung in der Optikachsrichtung durch Verschieben der Einstellhülse 23 und des Verbinderhalters 24 durchgeführt. Um die optischen Achsen der Linse 2 und der Sensorfaser 5 miteinander koinzidieren zu lassen, wird die Ausrichtung durch Verschieben des Linsenhalters 22 und der Einstellhülse 23 in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse durchgeführt. Beispielsweise werden diese Ausrichtvorgänge mit dem in 6A und 6B gezeigten Gestell durchgeführt. Wenn die Positionierung abgeschlossen ist, werden die jeweiligen Elemente durch Laserschweißen befestigt. Das in den 6A und 6B gezeigte Gestell umfasst einen Montageabschnitt 200, Drehknöpfe 201 und 202 zum Drehen des Montageabschnitts 200 in der α- und β-Richtung, und Knöpfe 203, 204 und 205 zur Feinbewegung des Montageabschnitts 200 in der X-, Y- und Z-Richtung. Da der Optiksystem-Gehäusekasten 21 an drei Positionen am Montageabschnitt 200 in der X-Richtung befestigt ist, muss der Optiksystem-Gehäusekasten 21 stark in der X-Richtung bewegt werden (über eine lange Distanz bewegt werden). Aus diesem Grund umfasst das Gestell einen Knopf 206 für eine starke Bewegung (Bewegung über eine lange Strecke) in der X-Richtung.
  • Der Linsenhalter 22, die Einstellhülse 23, der Verbinderhalter 24 und der Faserverbinder 15 bestehen jeweils aus dem gleichen Nickellegierungsstahl mit 30 bis 40% Nickel wie dem für den oben beschriebenen Optiksystem-Gehäusekasten 21 benutzten. Der Linsenhalter 22 ist am Optiksystem-Gehäusekasten 21 durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL). Der Linsenhalter 22, die Einstellhülse 23, der Verbinderhalter 24 und der Faserverbinder 15 sind aneinander durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißte Abschnitte WL). Man beachte, dass ein Reflexionsspiegel 18 zum Reflektieren von ankommendem Licht, das sich durch die Sensorfaser 5 ausgebreitet hat, am anderen Endabschnitt der Sensorfaser 5 angebracht ist, um dessen Ausbreitung als rückkehrendes Licht in der entgegengesetzten Richtung zu bewirken.
  • Ein Strahlteiler 19, ein Polarisierer 4, eine Linse 2 und ein Kollimator für die Übertragungsfaser 3 sind in einer Reihe auf der Erstreckungslinie des Kollimators für die Sensorfaser 5 angeordnet.
  • Von diesen Komponenten überträgt der Strahlteiler 19 einen Teil des linear polarisierten Lichts vom Polarisierer 4, um es zur Sensorfaser 5 zu leiten, und reflektiert einen Teil des aus der Sensorfaser 5 austretenden Lichts in der 90°-Richtung. Der Strahlteiler 19 und der Polarisierer 4 sind in den Block in der Mitte des Optiksystem-Gehäusekastens 21 aufgenommen.
  • Der Kollimator für die Übertragungsfaser 3, der den Faserverbinder 15 und die an diesen gekoppelte Linse 2 aufweist, ist an einen Endabschnitt des Blocks auf der entgegengesetzten Seite des Optiksystem-Gehäusekastens 21 an der Sensorfaser 5 durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL). Dieser Kollimator für die Übertragungsfaser 3 wird mittels eines einzelnen Montageelements (Befestigungselements) 16 im Gegensatz zu dem Kollimator für die Sensorfaser 5 zusammengebaut.
  • Dieses Montageelement 16 des Kollimators und der Faserverbinder 15 bestehen jeweils aus dem gleichen Nickellegierungsstahl mit 30 bis 40% Nickel wie dem oben beschriebenen, für den Optiksystem-Gehäusekasten 21 verwendeten. Das Montageelement 16 ist am Optiksystem- Gehäusekasten 21 durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL). Das Montageelement 16 und der Faserverbinder 15 sind aneinander durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL). Ein Analysierer 7 und der Ablenkspiegel 14 sind in einer Reihe im Strahlengang des von dem Strahlteiler 19 reflektierten Lichts angeordnet. Außerdem ist die erste Empfangsfaser 8 im Strahlengang von aus dem Analysierer 7 in der 90°-Richtung austretenden Licht angeordnet, und die zweite Empfangsfaser 8 ist in den Strahlengang von von dem Ablenkspiegel 14 abgelenktem Licht angeordnet.
  • Ähnlich dem oben beschriebenen Strahlteiler 19 und Polarisierer 4 sind der Analysierer 7 und der Ablenkspiegel 14 in den Block in der Mitte des Optiksystem-Gehäusekastens 21 aufgenommen.
  • Die Kollimatoren für die beiden Empfangsfasern 8 sind parallel zum Kollimator für die Übertragungsfaser 3 angeordnet. Ähnlich dem Kollimator für die Übertragungsfaser 3 wird jeder der Kollimatoren für die beiden Empfangsfasern 8 aus einem Faserverbinder 15, einer Linse 2 und einem Montageelement (Befestigungselement) 16 zusammengebaut und an dem Optiksystem-Gehäusekasten 21 durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL).
  • Das Montageelement 16 und der Faserverbinder 15 jedes der Kollimatoren für die beiden Empfangsfasern 8 besteht jeweils aus dem gleichen Nickellegierungsstahl mit 30 bis 40% Nickel wie dem für den Optiksystem-Gehäusekasten 21 verwendeten. Das Montageelement 16 ist am Optiksystem-Gehäusekasten 21 durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL), und das Montageelement 16 und der Faserverbinder 15 sind aneinander durch Laserschweißen befestigt (lasergeschweißter Abschnitt WL).
  • Das Optiksystem gemäß der ersten Ausführungsform, das die obige Anordnung aufweist, arbeitet wie folgt. Zunächst wird von einer Lichtquelle (nicht dargestellt), emittiertes Licht durch die Übertragungsfaser 3 geleitet und in einem parallelen Strahl über den Kollimator am Austritts- Endabschnitt der Übertragungsfaser 3 aufgebracht. Der parallele Strahl erreicht den Polarisierer 4. Da in diesem Fall nach obiger Beschreibung der Polarisierer 4 so platziert ist, dass sein Polarisierungs-Azimut 45° mit der Horizontal- oder Vertikalrichtung bildet, wird das Licht in unter einem Azimutwinkel von 45° linear polarisiertes Licht umgewandelt. Dieses Licht tritt in den Strahlteiler 19 ein. Ein Teil des Lichts passiert zuerst den Strahlteiler 19 und wird dann durch den Kollimator in einen fokussierten Lichtstrahl am Endabschnitt der Sensorfaser 5 umgewandelt. Dieser Lichtstrahl trifft auf ein Ende der Sensorfaser 5 auf.
  • Das an einem Ende der Sensorfaser 5 eintretende Licht breitet sich durch die Sensorfaser 5 aus und wird durch den Reflexionsspiegel 18 am anderen Ende reflektiert, um zum Kollimator zurückzukehren. Während es in der Sensorfaser 5 auf diese Weise zwei Strecken zurücklegt, wird dieses Licht aufgrund eines durch einen (zu messenden), durch den Leiter 6 fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld einer Faraday'schen Drehung unterzogen. Infolgedessen ändert sich der Azimut des Lichts. Anschließend wird das Licht in einen parallelen Strahl durch den Kollimator am Endabschnitt der Sensorfaser 5 umgewandelt und kehrt zum Strahlteiler 19 zurück. Ein Teil des zum Strahlteiler 19 zurückgekehrten Lichts wird reflektiert, um auf den Analysierer 7 aufzutreffen. Das Licht wird in einen linear polarisierten Lichtstrahl (x-Komponente), der in der Horizontalrichtung polarisiert ist, und einen linear polarisierten Lichtstrahl (y-Komponente), der in der Vertikalrichtung polarisiert ist, durch den Analysierer 7 aufgespalten. Einer der auf diese Weise aufgespaltenen Lichtstrahle trifft direkt auf den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt einer der beiden Empfangsfasern 8 auf, während der andere Lichtstrahl auf dem Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der anderen Empfangsfaser 8 über dem Ablenkspiegel 14 auftrifft. Die Lichtstrahlen werden dann in fokussierte Lichtstrahlen umgewandelt und treffen auf die jeweiligen Empfangsfasern 8 auf.
  • Die auf diese Weise auf die Empfangsfasern 8 auftreffenden Lichtstrahlen werden durch ein Signalverarbeitungsmittel mit Detektoren und dergleichen wie bei der herkömmlichen optischen Strommessvorrichtung, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, durch die gleiche Prozedur wie die des Standes der Technik verarbeitet.
  • Wie oben beschrieben wurde, bestehen in dieser Ausführungsform die Befestigungselemente wie beispielsweise die Faserverbinder 15, die Montageelemente 16, der Linsenhalter 22, die Einstellhülse 23 und der Verbinderhalter 24 sowie der Optiksystem-Gehäusekasten 21 jeweils aus einem keinen Phosphor enthaltenden Nickellegierungsstahl. Da die Befestigungselemente und der Optiksystem-Gehäusekasten mittels einer keinen Phosphor enthaltenden Legierung hergestellt und durch Laserschweißen zusammengebaut werden, können sehr zuverlässige Befestigungsabschnitte ohne Vermischen irgendwelcher Fremdmaterialien oder ohne Verursachen von Sprüngen gebildet werden. Die optischen Teile können daher fest und stabil befestigt werden. Infolgedessen besteht keine Möglichkeit von Positionsverschiebungen und einer Loslösung der jeweiligen optischen Teile, und das hochpräzise Optiksystem kann für eine lange Zeit in stabilem Zustand gehalten werden.
  • Da außerdem das Laserschweißen ein Nicht-Kontakt-Prozess ist, können die optischen Teile ohne Aufbringen irgendeiner Kraft zusammengebaut werden. Aus diesem Grund besteht keine Möglichkeit, dass das Laserschweißen die optischen Eigenschaften der optischen Teile beeinflusst. Da ferner das Laserschweißen ein Schweißverfahren mit geringem Wärmezuwachs ist, kann die thermische Belastung des gesamten optischen Systems auf einen praktisch vernachlässigbaren Grad reduziert werden.
  • Da der Optiksystem-Gehäusekasten 21, in dem die optischen Teile außer den optischen Fasern untergebracht sind, beispielsweise die Übertragungsfaser 3, die Sensorfaser 5 und die Empfangsfasern 8, aus Nickellegierungsstahl als magnetischem Metall gefertigt ist, können die im Kasten 21 untergebrachten optischen Teile vor externen Magnetfeldern abgeschirmt werden, um so zu verhindern, dass die optischen Teile außer der Sensorfaser einer unerwünschten Faraday'schen Drehung ausgesetzt sind. Infolgedessen können Fehler aufgrund von externen Magnetfeldern und von Einflüssen von Rauschen reduziert werden. Da außerdem die optischen Teile außer den Optikfasern in dem Optiksystem-Gehäusekasten 21 untergebracht sind, kann der Optiksystem-Gehäusekasten 21 im Vergleich zu dem vorbekannten, in den 2 und 3 gezeigten Gehäusekasten, in dem die Sensorfaser 5 angebracht ist, verkleinert werden.
  • Der in dieser Ausführungsform verwendete, 30 bis 40% Nickel enthaltende Nickellegierungsstahl hat einen sehr niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten, etwa 1/10 von dem anderer Metalle. Durch Verwendung des Nickellegierungsstahles mit einem so niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten als Material für die Befestigungselemente und dem Optiksystem-Gehäusekasten kann die hohe Temperaturstabilität des gesamten optischen Systems beibehalten werden.
  • In der ersten Ausführungsform wird als Material für die Befestigungselemente und den Optiksystem-Gehäusekasten der 30 bis 40% Nickel enthaltende Nickellegierungsstahl verwendet. Es kann aber auch Nickellegierungsstahl mit einem unterschiedlichen Nickelgehalt eingesetzt werden. Außerdem kann ein anderes Metall als die obigen Nickellegierungsstähle oder ein keinen Phosphor enthaltendes Metall verwendet werden. Auch in diesem Fall können ausgezeichnete Wirkungen erzielt werden, obwohl die Wirkungen mehr oder minder je nach den verwendeten Materialien variieren.
  • Ferner können, falls ein kein Phosphor enthaltendes Metall zumindest für die Befestigungsabschnitte zwischen den Befestigungselementen und dem Optiksystem-Gehäusekasten verwendet werden, bestimmte Wirkungen erzielt werden. Der Optiksystem-Gehäusekasten muss nicht aus einem magnetischen Metall gefertigt sein. Ein solcher Kasten ist hinsichtlich der Wirkung der Abschirmung des optischen Teils vor externen Magnetfeldern gegenüber dem obigen Optiksystem-Gehäusekasten unterlegen. Es können aber zufriedenstellende Wirkungen ähnlich den oben beschriebenen durch Befestigen der optischen Teile am Kasten durch Laserschweißen erzielt werden.
  • In der ersten Ausführungsform ist der Optiksystem-Gehäusekasten durch Schweißen der drei Blöcke aneinander gebildet. In der Praxis jedoch kann die Anordnung des Optiksystem-Gehäusekastens willkürlich geändert werden. Beispielsweise kann dieser Kasten durch Schweißen von zwei Blöcken aneinander oder durch Schweißen von vier oder mehr Blöcken aneinander gebildet werden. Alternativ kann der Kasten durch Bohren eines einzigen Blocks gebildet werden. Außerdem kann der Optiksystem-Gehäusekasten durch plattenartige Elemente oder eine Kombination aus plattenartigen Elementen und Blöcken gebildet werden.
  • Zweite Vorrichtung
  • 7 zeigt eine optische Strommessvorrichtung und insbesondere die Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser, auf den die Konzeption 9 angewandt ist. Wie in 7 gezeigt ist, sind eine erste Linse 2a, ein Polarisierer 4 und eine zweite Linse 2b in einer Reihe am Kopplungsabschnitt zwischen dem Austritts-Endabschnitt einer Übertragungsfaser 3 und dem Auftreff-Endabschnitt einer Sensorfaser 5 angeordnet. Bei dieser Anordnung wird aus der Übertragungsfaser 3 austretendes Licht in einem parallelen Strahl, der auf den Polarisierer 4 auftrifft, durch die erste Linse 2a umgewandelt. Das Licht wird durch den Polarisierer 4 linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird durch die zweite Linse 2b fokussiert, um in die Sensorfaser 5 einzutreten. Die Übertragungsfaser 3 und die Sensorfaser 5 sind Einmoden-Optikfasern mit dem gleichen Kerndurchmesser.
  • Bei dieser Vorrichtung werden die ersten und zweiten Linsen 2a und 2b im einzelnen wie folgt ausgewählt. Die ersten und zweiten Linsen 2a und 2b werden so ausgewählt, dass die Brennweiten fa und fb der ersten und zweiten Linsen 2a und 2b fb ≥ 21/2fa erfüllen. Die Austritts-Endseite der Übertragungsfaser 3 und die Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 werden an den Fokalpositionen der Linsen 2a und 2b platziert. Die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 wird auf das fb/fa-fache, d. h. das 21/2-fache oder mehr des Kerndurchmessers der Übertragungsfaser 3 auf der Basis der Beziehung zwischen den Brennweiten fa und fb der Linsen 2a und 2b und der Positionen der Fasern 3 und 5 eingestellt. Da in diesem Fall der Kerndurchmesser der Übertragungsfaser 3 gleich demjenigen der Sensorfaser 5 ist, wird die Fleckgröße des Strahls auf der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 auf das 21/2-fache oder mehr des Kerndurchmessers der Sensorfaser 5 eingestellt.
  • In der Vorrichtung mit der obigen Anordnung können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Angenommen, die Übertragungsfaser 3 und die Sensorfaser 5 sind Einmoden-Optikfasern mit dem gleichen Kerndurchmesser. Wenn in diesem Fall fa = fb ist, wird die Kopplungseffizienz zwischen der Übertragungsfaser 3 und der Sensorfaser 5 maximiert. Wenn es infolge von Vibrationen oder Temperaturänderungen zu einer Fehlausrichtung kommt, fällt die Kopplungseffizienz stark ab. Im Gegensatz hierzu ist in dieser Vorrichtung die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 auf das 21/2-fache oder mehr des Kerndurchmessers der Sensorfaser 5 eingestellt. Die Differenz zwischen dem Kerndurchmesser und der Fleckgröße bietet einen Spielraum für eine Fehlausrichtung und verringert damit die Änderung der Lichtmenge infolge einer Fehlausrichtung, wodurch die Stabilität der Lichtmenge verbessert wird. Da bei dieser Vorrichtung die Fleckgröße größer als die Kerngröße eingestellt ist, kann ein großer Spielraum für die Fehlausrichtung eingestellt werden.
  • In dieser Vorrichtung kann daher die Stabilität der auf die Sensorfaser 5 auftreffenden Lichtmenge verbessert werden und die Präzision des optischen Systems kann verbessert werden, indem die Fleckgröße des auftreffenden Lichtstrahls größer eingestellt wird als der Kerndurchmesser der Sensorfaser 5. Infolgedessen kann die Messgenauigkeit der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
  • In der Praxis ist das Verfahren des Einstellens der Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endfläche der Sensorfaser 5 größer als die Kerngröße der Sensorfaser 5 nicht auf das Verfahren beschränkt, das Linsen mit unterschiedlichen Brennweiten einsetzt, wie bei dieser Vorrichtung. D. h., eine Modifikation der Vorrichtung setzt Linsen mit der gleichen Brennweite ein. Die Auftreff-Endfläche der Sensorfaser 5 ist an einer Position angeordnet, die geringfügig von der Brennpunktposition der zweiten Linse 2b verschoben ist. Mit dieser Anordnung ähnlich der zweiten Ausführungsform kann die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 groß eingestellt werden, und folglich können die gleichen Wirkungen wie die oben beschriebenen erzielt werden.
  • Bei der zweiten Vorrichtung wird die Konzeption 9 auf den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der Sensorfaser angewandt. Die Konzeption 9 kann aber auch auf den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der Empfangsfaser angewandt werden. In diesem Fall kann ähnlich der zweiten Ausführungsform die Änderung der Lichtmenge bei Auftreten einer Fehlausrichtung reduziert werden.
  • Dritte Vorrichtung
  • 8 zeigt eine optische Messvorrichtung und insbesondere die Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser, auf den die Konzeption 10 angewandt ist. Wie in 8 gezeigt ist, ist die Basisanordnung dieser Vorrichtung die gleiche wie die der zweiten Vorrichtung. D. h., eine erste Linse 2a, ein Polarisierer 4 und eine zweite Linse 2b sind in einer Reihe am Kopplungsabschnitt zwischen dem Austritts-Endabschnitt einer Übertragungsfaser 3 und dem Auftreff-Endabschnitt einer Sensorfaser 5 angeordnet. Bei dieser Anordnung wird aus der Übertragungsfaser 3 austretendes Licht durch die erste Linse 2a in einen parallelen Strahl umgewandelt, der auf den Polarisierer 4 auftrifft. Das Licht wird durch den Polarisierer 4 linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird dann durch die zweite Linse 2b fokussiert und tritt in die Sensorfaser 5 ein. Die Übertragungsfaser 3 und die Sensorfaser 5 sind Einmoden-Optikfasern mit dem gleichen Kerndurchmesser.
  • In dieser Vorrichtung werden die ersten und zweiten Linsen 2a und 2b im einzelnen wie folgt ausgewählt. Im Gegensatz zu der zweiten Vorrichtung werden die ersten und zweiten Linsen 2a und 2b so ausgewählt, dass die Brennweiten fa und fb der ersten und zweiten Linsen die Gleichung fb ≥ 21/2fa erfüllen. Die Austritts-Endseite der Übertragungsfaser 3 und die Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 sind an den Fokalpositionen dieser Linsen 2a und 2b platziert. Die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endfläche der Sensorfaser 5 ist auf fb/fa eingestellt, d. h. das 2–1/2-fache oder weniger des Kerndurchmessers der Übertragungsfaser 3 auf der Basis der Beziehung zwischen den Brennweiten fa und fb der Linsen 2a und 2b an den Positionen der Fasern 3 und 5. Da in diesem Fall nach obiger Beschreibung der Kerndurchmesser der Übertragungsfaser 3 gleich demjenigen der Sensorfaser 5 ist, ist die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 auf das 2–1/2-fache oder weniger des Kerndurchmessers der Sensorfaser 5 eingestellt.
  • Bei der dritten Vorrichtung mit der obigen Anordnung ist die Fleckgröße des Lichtstrahls an der Auftreff-Endseite der Sensorfaser 5 auf nur das 2–1/2-fache oder weniger des Kerndurchmessers der Sensorfaser 5 eingestellt. Der Unterschied zwischen dem Kerndurchmesser und der Fleckgröße bietet Spielraum für eine Fehlausrichtung. In diesem Fall trifft das Licht auf die Sensorfaser 5 mit einer größeren NA auf als der der Sensorfaser 5, was zu einem Verlust führt. Es kommt aber zu keiner Änderung der Lichtmenge, falls die Fehlausrichtung in den Bereich des Kerndurchmessers fällt.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann bei dieser Vorrichtung, da die Fleckgröße kleiner eingestellt ist als der Kerndurchmesser, der Spielraum für eine Fehlausrichtung nicht so groß eingestellt werden wie bei der zweiten Vorrichtung. Die Lichtmenge erfährt jedoch keine Änderung bei Auftreten einer Fehlausrichtung. D. h., selbst wenn eine Fehlausrichtung auftritt, kann der gesamte Strahl zum Kern der Sensorfaser 5 gesendet werden. Aus diesem Grund erfährt die Lichtmenge keine Änderung. Die Ausführungsform kann daher wirksam auf eine Vorrichtung angewandt werden, die leicht durch. Änderungen der Lichtmenge beeinträchtigt wird.
  • Gemäß dieser Vorrichtung kann daher durch Einstellen der Fleckgröße des auftreffenden Lichtstrahls so, dass er kleiner ist als der Kerndurchmesser der Sensorfaser 5, die Stabilität der auf die Sensorfaser 5 auftreffenden Lichtmenge verbessert werden, und die Genauigkeit des optischen Systems kann verbessert werden. Infolgedessen kann die Messgenauigkeit der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
  • Bei der dritten Vorrichtung wird die Konzeption 10 auf den Kollimator an dem Auftreff-Endabschnitt der Sensorfaser angeordnet. Die Konzeption 10 kann aber gleichermaßen auf den Kollimator vom Auftreff-Endabschnitt einer Empfangsfaser angewandt werden. In diesem Fall können ähnlich wie bei der dritten Vorrichtung Änderungen der Lichtmenge bei Auftreten einer Fehlausrichtung verhindert werden.
  • Vierte Vorrichtung
  • 9 zeigt eine optische Messvorrichtung, und insbesondere die Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Übertragungsfaser und einer Sensorfaser, auf welche die Konzeptionen 11 bis 13 angewandt sind. Wie in 9 gezeigt ist, ist bei der vierten Vorrichtung eine Linse 2 ähnlich der Linse 2a in der zweiten und dritten Vorrichtung als Linse zum Umformen von aus einer Übertragungsfaser 3 austretendem Licht in einen parallelen Strahl und zu dessen Auftreffenlassen auf einen Polarisierer 4 angeordnet. Eine Linse mit verteiltem Index (GRIN-Linse) 31 ist als Linse zum Fokussieren von durch den Polarisierer 4 linear polarisiertem Licht angeordnet, um dieses zu einer Sensorfaser 5 zu leiten.
  • Die GRIN-Linse 31 ist so gestaltet, dass sie eine Fokalposition aufweist, welche mit der Linsen-Endseite koinzidiert, sowie einem Durchmesser, der gleich dem Durchmesser eines Faserverbinders 15 ist, der am Auftreff-Endabschnitt der Sensorfaser 5 angeordnet ist. Die GRIN-Linse 31 und die Sensorfaser 5 sind so angeordnet, dass die Linsen-Endseite der GRIN-Linse 31 der Faser-Endseite der Sensorfaser 5 in Kontakt gegenüberliegt. In diesem Fall befindet sich die Linsen-Endseite der GRIN-Linse 31 auch in Kontakt mit der Endseite des Faserverbinders 15. In diesem Zustand sind die GRIN-Linse 31 und der Faserverbinder 15 an einem einzigen Montageelement 16 angebracht.
  • Bei der vierten Vorrichtung mit der obigen Anordnung kann eine hohe Koaxialität zwischen dem Umfang der Linse und der optischen Achse der Linse erzielt werden, da die GRIN-Linse 31 als Linse zum Fokussieren von Licht verwendet wird, das auf die Sensorfaser 5 auftreffen soll. Aus diesem Grund kann die optische Achse der GRIN-Linse 31 genau mit der optischen Achse der Sensorfaser 5 ohne Verwendung irgendwelcher Einstell- bzw. Anpassungsmechanismen der optischen Achse ausgerichtet werden, wodurch die Stabilität der Lichtmenge verbessert wird. Bei dieser Vorrichtung hat im einzelnen der Faserverbinder 15 zum Tragen des Endabschnitts der Sensorfaser 5 den gleichen Durchmesser wie die GRIN-Linse 31. Aus diesem Grund kann eine Ausrichtung der optischen Achse leicht erfolgen, wenn diese Komponenten am Montageelement 16 angebracht sind.
  • Da die GRIN-Linse 31 genau gestaltet werden kann, so dass die Fokalposition mit der Linsen-Endseite koinzidiert, können außerdem die Linsen-Endseite der GRIN-Linse 31 und die Faser-Endseite der Sensorfaser 5 so positioniert werden, dass sie in Kontakt miteinander stehen, wie oben beschrieben wurde. Durch Positionieren dieser Komponenten mit ihren einander gegenüberliegenden Endseiten an der Fokalposition auf diese Weise kann die GRIN-Linse 31 und die Sensorfaser 5 unter den gleichen Vibrationszustand versetzt werden, um irgendeine Verschlechterung der Kopplungseffizienz infolge von Vibrationen auszuschalten, wodurch die Stabilität der Lichtmenge verbessert wird.
  • Zusätzlich müssen Reflexionslose Schichten an den Endflächen bzw. Endseiten optischer Teile wie beispielsweise von Linsen und Optikfasern durch Aufdampfen oder dergleichen ausgebildet werden, um das Reflexionsvermögen zu reduzieren. Da jedoch bei dieser Ausführungsform die Linsen-Endseite der GRIN-Linse 31 sich in Kontakt mit der Faser-Endseite der Sensorfaser 5 befindet, müssen solche Reflexionslose Schichten nicht ausgebildet werden. Ferner wird der Strahldurchmesser an der Faser-Endseite der Sensorfaser 5 minimiert, und es kommt leicht zu Änderungen der Lichtmenge infolge eines Anhaftens von Fremdstoffen, beispielsweise Staub, Verunreinigungen und Kondensation. Da aber bei dieser Ausführungsform die Linsen-Endseite der GRIN-Linse 31 sich in Kontakt mit der Faser-Endseite der Sensorfaser 5 befindet, kann verhindert werden, dass solche Fremdstoffe eindringen und an der Faser-Endseite anhaften, wodurch auch aufgrund dieses Vorteils die Stabilität der Lichtmengen verbessert werden kann.
  • Da gemäß dieser Vorrichtung die GRIN-Linse 31 als Linse zum Senden von Licht zur Sensorfaser 5 verwendet wird, und die Linsen-Endseite in Kontakt mit der Faser-Endseite angeordnet ist, kann die Stabilität der auf die Sensorfaser 5 auftreffenden Lichtmenge sowie die Präzision des optischen Systems verbessert werden. Infolgedessen kann die Messgenauigkeit der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
  • Bei der vierten Vorrichtung wird die GRIN-Linse als Linse zum Senden von Licht zur Sensorfaser 5 verwendet. Es kann aber auch eine sphärische Linse anstelle der GRIN-Linse verwendet werden. 10 zeigt eine Anordnung, die eine sphärische Linse 32 anwendet, die so gestaltet ist, dass die Fokalposition mit der Linsen-Endseite koinzidiert. Auch mit dieser Anordnung können die gleichen Wirkungen wie die der vierten Vorrichtung erhalten werden.
  • Bei der vierten Vorrichtung sind die Konzeptionen 11 bis 13 auf den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt der Sensorfaser angewandt. Die Konzeptionen 11 bis 13 können aber auch auf den Kollimator am Auftreff-Endabschnitt einer Empfangsfaser angewandt werden. In diesem Fall kann ähnlich der vierten Vorrichtung die Stabilität der Lichtmenge verbessert werden.
  • Fünfte Vorrichtung
  • 11 zeigt eine optische Messvorrichtung und insbesondere die Anordnung des Kopplungsabschnitts zwischen einer Sensorfaser und zwei Empfangsfasern. Wie in 11 gezeigt ist, ist der Kopplungsabschnitt zwischen dem Austritts-Endabschnitt einer Sensorfaser 5 und den Auftreff-Endabschnitten von zwei Empfangsfasern so gestaltet, dass aus der Sensorfaser 5 austretendes Licht von einer Linse 2 in einen parallelen Strahl umgewandelt wird und an einem durch ein Wollaston-Prisma gebildeten Analysierer 7 ankommt, dass Licht in zwei Lichtkomponenten x und y durch den Analysierer 7 aufgespalten wird, und die beiden Lichtkomponenten jeweils durch zwei Linsen 2 fokussiert werden, um auf die zwei Empfangsfasern 8 aufzutreffen. Bei dieser Vorrichtung wird im einzelnen jeweils eine Schrittindex-Mehrmoden-Optikfaser mit einem Kerndurchmesser von 100 μm oder mehr und einer NA von 0,25 oder mehr als Empfangsfaser 8 eingesetzt.
  • Bei der fünften Vorrichtung mit der obigen Anordnung können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Wenn der Verlust am Kopplungsabschnitt für jede Empfangsfaser 8 sich wegen Vibrationen oder dergleichen ändert, kann es zu einem Fehler kommen. Daher wird im allgemeinen jeweils eine Mehrmoden-Optikfaser als Empfangsfaser 8 verwendet. Eine allgemeine Faser mit verteiltem Index (GI-Typ) hat jedoch einen Kerndurchmesser von nur 50 μm, und die Kopplungseffizienz variiert je nachdem, ob Licht an einem zentralen Abschnitt des Kerns oder an einem Umfangsabschnitt des Kerns fokussiert wird. Aus diesem Grund wird durch Vibrationen ein Lichtmengenverlust verursacht. Außerdem beträgt die NA einer solchen Faser mit verteiltem Index (GI-Typ) nur etwa 0,2. Wenn es zu einer Winkelverschiebung zwischen Licht aus der Linse und der Faser kommt, erhöht sich aus diesem Grund der Verlust und ergibt einen Fehler.
  • Da bei dieser Ausführungsform hingegen die Mehrmoden-Optikfasern mit einem jeweiligen Kerndurchmesser von 100 μm oder mehr verwendet werden, können Änderungen in der Kopplungseffizienz infolge einer Fehlausrichtung ausgeschaltet werden. Da jede Faser eine NA von 0,25 oder mehr aufweist, kann außerdem der Lichtfluss infolge einer Biegung in der Optikfaser reduziert werden.
  • Da gemäß dieser Vorrichtung eine Mehrmoden-Optikfaser mit einem großen Kerndurchmesser und einer hohen NA als jeweilige Empfangsfaser 8 verwendet wird, kann die Stabilität der auf die Empfangsfaser 8 auftreffenden Lichtmenge verbessert werden, um den Lichtverlust zu reduzieren, und die Genauigkeit des Optiksystems kann verbessert werden. Infolgedessen kann die Messgenauigkeit der optischen Messvorrichtung verbessert werden.
  • Unter Anwendung der Konzeption 16 kann eine jeweils als Empfangsfaser 8 eingesetzte Optikfaser als eine aus Mehrkomponenten-Glasmaterial gefertigte Mehrmoden-Optikfaser verwendet werden. Mit dieser Anordnung kann eine höhere NA und ein geringerer Verlust realisiert werden. Ferner kann eine Mehrmoden-Optikfaser mit einem Quarzkern und einer Kunststoffverkleidung eingesetzt werden. Mit dieser Anordnung kann eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine hohe NA im Infrarotbereich realisiert werden.
  • Sechste Vorrichtung
  • 12 zeigt eine optische Messvorrichtung und insbesondere die Anordnung einer optischen Strommessvorrichtung, auf die bestimmte Konzeptionen angewandt sind. Bei dieser Vorrichtung wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die vorliegende Vorrichtung auf ein Optiksystem angewandt, das auf dem Schema beruht, bei dem Licht durch eine Sensorfaser auf zwei Wegen wandert. Wie in 12 gezeigt ist, verwendet die optische Strommessvorrichtung eine Sensorfaser (eine optische Faser als Sensor) 5 als einen Sensor. Dieses Sensorfaser 5 ist um ein ringförmiges Montageelement 51 gewickelt, welches um einen Leiter 6 angeordnet ist, durch den ein zu messender Strom fließt, und ist teilweise am ringförmigen Montageelement 51 befestigt. Genauer gesagt hat das ringförmige Montageelement 51 einen Befestigungsabschnitt (nicht dargestellt) mit einem Nuten- bzw. Rillenabschnitt, der entlang der Außenumfangsfläche des Elements ausgebildet ist und einen größeren Durchmesser aufweist als der der Sensorfaser 5, sowie einen Pressabschnitt zum Abdichten der Öffnung des Nuten- bzw. Rillenabschnitts. Die Sensorfaser 5 ist im Nutenabschnitt des Befestigungsabschnitts mit einem Spielraum untergebracht und ist lose an dem ringförmigen Montageelement 51 befestigt. Es ist anzumerken, dass eine Quarzfaser als Sensorfaser 5 eingesetzt wird, und die Faser verdrallt ist, um gegenüber äußeren Bedingungen weniger empfindlich zu sein. Außerdem ist die Sensorfaser 5 so gestaltet, dass die Abnahme in der Strommessempfindlichkeit auf 10% oder weniger eingestellt ist. Die optische Messvorrichtung mit der obigen Sensorfaser 5 ist hauptsächlich aus einem Sensor-Optikabschnitt 41, einem Signalverarbeitungsabschnitt 42 und einem Übertragungsfaserabschnitt 43 gebildet, wie 12 zeigt. Der Signalverarbeitungsabschnitt 42 umfasst eine Lichtquelle 1 zum Emittieren von zu messendem Licht, Detektoren 44a und 44b zum Erfassen zweier Lichtstrahlen von dem Sensor-Optikabschnitt 41 und zum Umwandeln der Lichtstrahlen in elektrische Signale, die den Intensitäten der Lichtstrahlen entsprechen, eine Signalverarbeitungsschaltung 45 zum Verarbeiten der durch die Detektoren 44a und 44b erhaltenen Signale sowie eine Ausgabe-Endstation 46 zum Ausgeben des Verarbeitungsergebnisses. Der Signalverarbeitungsabschnitt 42 mit einer solchen Anordnung ist in ausreichendem Abstand (mindestens 10 m oder mehr) von dem Sensor-Optikabschnitt 41 platziert.
  • Der Übertragungsfaserabschnitt 43 umfasst eine Übertragungsfaser 3 zum Senden von Licht von der Lichtquelle 1 im Signalverarbeitungsabschnitt 42 zu dem Sensor-Optikabschnitt 41, sowie zwei Empfangsfasern 8a und 8b zum Senden von Lichtstrahlen von dem Sensor-Optikabschnitt 41 zu den beiden Detektoren 44a und 44b in dem Signalverarbeitungsabschnitt 42. In diesem Fall ist die Lichtquelle 1 aus einer Laserdiode, einer superlumineszenten Diode oder dergleichen gebildet. Der Sensor-Optikabschnitt 41 umfasst die obige Sensorfaser 5 und ein optisches Kopplungssystem 47. Das optische Kopplungssystem 47 umfasst einen optischen Kopplungskasten 21 und mehrere optische Teile, die in dem optischen Kopplungskasten 21 untergebracht sind, beispielsweise vier Linsen 2a bis 2d, zwei Strahlteiler 19a und 19b sowie zwei Analysierer 7a und 7b.
  • Der Übertragungsfaserabschnitt 43 umfasst eine Übertragungsfaser 3 zum Senden von Licht von der Lichtquelle 1 in dem Signalverarbeitungsabschnitt 42 zu dem Sensor-Optikabschnitt 41 sowie zwei Empfangsfasern 8a und 8b zum Senden von Lichtstrahlen von dem Sensor-Optikabschnitt 41 zu den zwei Detektoren 44a und 44b in dem Signalverarbeitungsabschnitt 42. In diesem Fall besteht die Lichtquelle 1 aus einer Laserdiode, einer superlumineszenten Diode oder dergleichen. Der Sensor-Optikabschnitt 41 umfasst die vorherige Sensorfaser 5 und ein optisches Kopplungssystem 47. Das optische Kopplungssystem 47 umfasst einen optischen Kopplungskasten 21 sowie mehrere in dem optischen Kopplungskasten 21 untergebrachte optische Teile, beispielsweise vier Linsen 2a bis 2d, zwei Strahlteiler 19a und 19b sowie zwei Analysierer 7a und 7b.
  • In diesem Fall werden die Linsen 2a bis 2d dazu verwendet, Licht von der Optikfaser in einen parallelen Strahl umzuwandeln oder parallele Strahlen zu fokussieren, um sie zu den Optikfasern zu senden. Der Polarisierer 4 wird dazu verwendet, Licht aus der Linse 2a in linear polarisiertes Licht umzuwandeln, das in Bezug auf die Horizontalrichtung in der 45°-Richtung polarisiert ist. Der erste Strahlteiler 19a wird dazu verwendet, vom Polarisierer 4 auf die Sensorfaser 5 auftreffendes Licht sowie aus der Sensorfaser 5 austretendes Licht in einen zu übertragenden Lichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl gemäß den Auftreffrichtungen aufzuteilen. Der zweite Strahlteiler 19b wird dazu verwendet, einen reflektierten Lichtstrahl vom ersten Strahlteiler 19a in einen Übertragungslichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl aufzuteilen. Die beiden Analysierer 7a und 7b werden dazu verwendet, orthogonal polarisierte Lichtkomponenten x und y durch Übertragungslichtstrahlen von dem zweiten Strahlteiler 19b, die in der Horizontal- bzw. Vertikalrichtung polarisiert sind, zu extrahieren.
  • D. h., das optische Kopplungssystem 47 ist so gestaltet, dass es Licht von der Übertragungsfaser 3 zum Vorderendabschnitt der Sensorfaser 5 über die erste Linse 2a, den Polarisierer 4, den ersten Strahlteiler 19a und die zweite Linse 2b leitet. Außerdem wird aus der Sensorfaser 5 austretendes Licht durch die zweite Linse 2b übertragen, vom ersten Strahlteiler 19a reflektiert, um zum zweiten Strahlteiler 19b geschickt zu werden, und in zwei Lichtstrahlen in zwei Richtungen aufgeteilt. Ein aufgeteilter Lichtstrahl wird einer Empfangsfaser 8a über den ersten Analysierer 7a und die dritte Linse 2c gesendet, und der andere Lichtstrahl wird der anderen Empfangsfaser 8b über den zweiten Analysierer 7b und die vierte Linse 2d gesendet.
  • Ein Reflexionsspiegel 18 ist am Hinterendabschnitt der Sensorfaser 5 auf der zum Vorderendabschnitt entgegengesetzten Seite angeordnet. Der Reflexionsspiegel 18 reflektiert sich durch die Sensorfaser 5 ausbreitendes Licht, um es in die Sensorfaser 5 zurückzuleiten, wodurch er bewirkt, dass es in der entgegengesetzten Richtung wandert.
  • Der (zu messende) Strom, der durch den Leiter 6 fließt, wird in der sechsten Vorrichtung mit der obigen Anordnung wie folgt gemessen.
  • Zunächst wird aus der Lichtquelle 1 des Signalverarbeitungsabschnitts 42 emittiertes Licht dem optischen Kopplungssystem 47 des Optiksensorabschnitts 41 über die Übertragungsfaser 3 gesendet. Das Licht aus der Übertragungsfaser 3 wird in einen parallelen Strahl durch die erste Linse 2a umgewandelt und durch den Polarisierer 4 linear polarisiert. Danach wird das Licht durch den ersten Strahlteiler 19a übertragen und durch die zweite Linse 2b fokussiert, um in einen Vorderendabschnitt der Sensorfaser 5 einzutreten.
  • Das auf die Sensorfaser 5 auftreffende Licht verbreitet sich über die Sensorfaser 5 und wird durch den Reflexionsspiegel 18 am Hinterendabschnitt der Sensorfaser 5 reflektiert. Das reflektierte Licht kehrt zur Sensorfaser 5 zurück, um sich in der entgegengesetzten Richtung auszubreiten, und tritt aus dem Vorderendabschnitt zur Seite des optischen Kopplungssystems 47 hin aus. In diesem Fall ist die Polarisierungsebene des Lichts, das durch die Sensorfaser 5 auf zwei Wegen wandert, infolge des dem durch den Leiter 6 fließenden Strom zuzuschreibenden Faraday'schen Effekts gedreht.
  • Das aus der Sensorfaser 5 austretende Licht wird in einem parallelen Lichtstrahl durch die zweite Linse 2b des optischen Kopplungssystems 47 umgewandelt. Dieser parallele Lichtstrahl wird durch den ersten Strahlteiler 19a reflektiert und in Lichtstrahlen in zwei Richtungen durch den zweiten Strahlteiler 19b aufgeteilt. Ein aufgeteilter Lichtstrahl wird zum ersten Analysierer 7a geschickt. Der erste Analysierer 7a extrahiert die in der x-Richtung polarisierte Lichtkomponente aus dem Licht. Das resultierende Licht wird einem Detektor 44a des Signalverarbeitungsabschnitts 42 über die dritte Linse 2c und die Empfangsfaser 8a gesendet. Der andere aufgeteilte Lichtstrahl wird dem zweiten Analysierer 7b gesendet. Der zweite Analysierer 7b extrahiert die in der y-Richtung polarisierte Lichtkomponente. Das resultierende Licht wird dem anderen Detektor 44b des Signalverarbeitungsabschnitts 42 über die vierte Linse 2d und die Empfangsfaser 8b gesendet. Die jeweiligen Lichtsignale, welche die in der x- und y-Richtung polarisierten Lichtkomponenten darstellen und zu den Detektoren 44a und 44b gesendet werden, werden durch die Detektoren 44a und 44b in elektrische Signale umgewandelt. Diese elektrischen Signale werden verstärkt. Die elektrischen Signale werden dann der Signalverarbeitungsschaltung 45 zugesandt, um verarbeitet zu werden. Das erhaltene Verarbeitungsergebnis, d. h. das Messergebnis, wird von dem Ausgabe-Endgerät 46 ausgegeben. Da diese Signalverarbeitung auf die gleiche Weise wie beim Stand der Technik durchgeführt werden kann, fällt eine Beschreibung derselben weg.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird bei dieser Ausführungsform die Sensorfaser 5 als Sensor verwendet, wobei diese Sensorfaser lose an dem ringförmigen Montageelement 51 befestigt ist. Aus diesem Grund wird keine starke Belastung wie beim Stand der Technik, bei dem die Sensorfaser fest angebracht ist, erzeugt. Daher können Zunahmen in dem Doppelbrechungsbetrag infolge einer solchen Belastung ausgeschaltet werden, und eine Verbesserung der Messgenauigkeit kann erreicht werden. Da außerdem die Sensorfaser 5 in einem Raum um den Leiter 6 herum angebracht werden kann, kann die gesamte Vorrichtung in der Größe reduziert und vereinfacht werden. D. h., diese Ausführungsform ist auch hinsichtlich der Kosten von Vorteil.
  • Da bei dieser Vorrichtung die Abnahme der Strommessempfindlichkeit, die durch die Summe der der Sensorfaser 5 innewohnenden Doppelbrechung und der spezifischen angewandten Befestigungsmethode gegeben ist, auf 10% oder weniger eingestellt ist, kann die Vorrichtung gegenüber äußeren Umständen weniger empfindlich gemacht werden. Eine Verbesserung der Messgenauigkeit kann daher erzielt werden. Wenn die Strommessempfindlichkeit auf 98% oder mehr eingestellt ist, d. h. die Minderung der Strommessempfindlichkeit auf 2% oder weniger eingestellt ist, kann im einzelnen eine höhere Genauigkeit und Stabilität realisiert werden. In diesem Fall ist der auf äußeren Bedingungen basierende und zur Realisierung einer vorbestimmten Präzision erforderliche, zulässige Doppelbrechungsbereich weiter.
  • Da außerdem eine Quarzfaser mit einer angemessenen Verdet-Konstante als für ein Leistungssystem erforderliches Strommessgerät benutzt wird, kann die zur Messung in dem Leistungssystem erforderliche maximale Stromstärke gemessen werden. In diesem Fall hat die Quarzfaser eine hohe optische Elastizitätskonstante und ist folglich gegenüber externen Bedingungen relativ empfindlich. Durch loses Befestigen der Faser an dem ringförmigen Montageelement 51 kann jedoch wie bei dieser Vorrichtung die Faser zufriedenstellend gegenüber äußeren Bedingungen geschützt werden.
  • Siebte Vorrichtung
  • 13 ist eine Schnittansicht zur Darstellung einer optischen Messvorrichtung und insbesondere einer Befestigungsstruktur für die Sensorfaser einer optischen Strommessvorrichtung, auf die die Konzeptionen angewandt sind. Es ist anzumerken, dass die siebte Vorrichtung durch die Befestigungsstruktur für die Sensorfaser gekennzeichnet ist, und die Sensorfaser die gleiche Anordnung wie die Sensorfaser in der sechsten Vorrichtung hat.
  • Wie in 13 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform eine Sensorfaser 5 um ein ringförmiges Montageelement 51 gewickelt, das um einen Leiter 6 herum angeordnet ist, durch den ein zu messender Strom fließt, und mit einem am Außenumfang des ringförmigen Montageelements 51 befestigten Sensor-Befestigungselement (Befestigungsabschnitt) 52 befestigt. Dieses Sensor-Befestigungselement 52 umfasst einen Nuten- bzw. Rillenabschnitt mit einem größeren Durchmesser als dem der Sensorfaser 5, und einen Pressabschnitt zum Abdichten der Öffnung des Nutenabschnitts. Die Sensorfaser 5 ist in diesem Nutenabschnitt mit einem Spielraum angebracht und lose befestigt.
  • Der Leiter 6 ist in einem Behälter 53 untergebracht, der als Gas-Isoliereinheit für ein Leistungssystem dient, und in dem ein Isoliergas versiegelt ist. Das ringförmige Montageelement 51, an dem die Sensorfaser 5 angebracht ist, ist zwischen zwei Behälterflanschen 54a und 54b angeordnet, die an gegenüberliegenden Endabschnitten des Behälters 53 ausgebildet sind. In diesem Fall sind O-Ringe 55a und 55b an den Verbindungsflächen zwischen dem ringförmigen Montageelement 51 und den Behälterflanschen 54a und 54b angebracht. Die Sensorfaser 5 ist von einem Gasbereich 56 mit dem Leiter 6 über die O-Ringe 55a und 55b und das ringförmige Montageelement 51 isoliert.
  • Das ringförmige Montageelement 51 ist aus einem Isoliermaterial gefertigt und dient als Isolierflansch. Ein Metallflansch 57 zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Behälterflansche 54a und 54b ist außerhalb des Sensor-Befestigungselements 52 des ringförmigen Montageelements 51 angeordnet. Der Metallflansch 57 und die Behälterflansche 54a und 54b sind mit einem Bolzen 58 fest miteinander verbunden/aneinander befestigt. D. h., der Metallflansch 57 bildet einen Teil des Stromwegs des Behälters 53, und somit ist die in dem Sensor-Befestigungselement 52, das innerhalb des Metallflansches 57 platziert ist, untergebrachte Sensorfaser 5 in dem Stromweg des Behälters 53 angeordnet. Die Sensorfaser 5 in dieser Vorrichtung hat die gleiche Anordnung wie die Sensorfaser 5 in der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der obigen Befestigungsstruktur.
  • Gemäß dieser Vorrichtung mit der obigen Anordnung können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den durch die Sensorfaser in der sechsten Vorrichtung erzielten Wirkungen erreicht werden. Da die Sensorfaser 5 in einem Raum im Behälter 53 angeordnet ist, der von dem Gasbereich 56 isoliert ist, selbst wenn die Temperatur des Gases im Behälter 53 bei Anregung des Leiters 6 steigt, beeinflusst dieser Temperaturanstieg wahrscheinlich nicht die Sensorfaser 5. Da außerdem die Sensorfaser 5 in dem Stromweg des Behälters 53 platziert ist, wird die Sensorfaser 5 kaum durch einen anderen Strom als einen durch den Leiter 6 fließenden Strom (zu messenden Strom) beeinflusst. Da ferner die Luftdichtheit des Behälters 53 dieses Leistungssystems hoch ist, können die Einflüsse von Umweltbedingungen so stark verringert werden, dass sich keine Probleme stellen. Außerdem kann ein Anhaften von Fremdstoffen wie Feuchtigkeit zuverlässig verhindert werden. D. h., diese Struktur bietet eine hermetische Umgebung, die für die Sensorfaser 5 geeignet ist.
  • Gemäß dieser Vorrichtung können daher Einflüsse von Umweltbedingungen auf die Sensorfaser 5 ausreichend reduziert werden, und es kann eine Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht werden.
  • In der siebten Vorrichtung ist das ringförmige Montageelement 51 als Isolierflansch ausgebildet. Das ringförmige Montageelement 51 kann aber auch als Metallflansch ausgebildet sein. In diesem Fall muss ein Isolierelement zwischen das ringförmige Montageelement 51 und den Behälter 53 eingefügt werden, um die Bildung eines Stromwegs zu vermeiden.
  • Ein isolierender Abstandhalter 59, der allgemein dazu verwendet wird, eine Verbindung für den Tank 53 oder eine Isolierung eines Gasbereichs in einem Leistungssystem zu schaffen, kann als ringförmiges Montageelement verwendet werden, wie 14 zeigt. Gemäß 14 ist das Sensor-Befestigungselement 52 an der Außenumfangsfläche des isolierenden Abstandhalters 59 befestigt, und die Sensorfaser 5 ist mit dem Sensor-Befestigungselement 52 wie bei der siebten Vorrichtung befestigt. In diesem Fall kann ein Sensor auf einfache Weise lediglich durch Hinzufügen des Sensor-Befestigungselements 52, der Sensorfaser 5 und dergleichen ohne Ausbildung irgendeines neuen Flansches gebildet werden. Außerdem wird eine Strommessung erleichtert. Daher kann das Leistungssystem in der Größe reduziert und vereinfacht werden, und es kann eine Kostensenkung erzielt werden.
  • Achte Vorrichtung
  • Die 15A bis 15D zeigen eine optische Messvorrichtung und insbesondere eine Befestigungsstruktur für die Sensorfaser einer optischen Strommessvorrichtung, auf die die Konzeptionen angewandt sind. Es ist anzumerken, dass die achte Vorrichtung durch die Befestigungsstruktur für die Sensorfaser gekennzeichnet ist, und die Sensorfaser die gleiche Anordnung wie bei der Sensorfaser der sechsten Vorrichtung hat.
  • Wie in den 15A bis 15D gezeigt ist, ist eine Sensorfaser 5 in dieser Vorrichtung mit einem Sensor-Befestigungselement 52 befestigt, das an der Außenumfangsfläche eines ringförmigen Montageelements 51 befestigt ist. Dieses Sensor-Befestigungselement 52 umfasst einen mit Nuten bzw. Rillen versehenen Befestigungsabschnitt 61 mit mehreren isolierten Nuten- bzw. Rillenabschnitten, die jeweils größer sind als der Durchmesser der Sensorfaser 5 sowie einen Pressabschnitt 62 zum Abdichten der Öffnung der Nutenabschnitte des Nuten- bzw. Rillen-Befestigungsabschnitts 61. Ein Bereich 63, in dem kein Sensor-Befestigungselement 52 vorhanden ist, ist für einen Abschnitt des ringförmigen Montageelements 51 in dessen Umfangsrichtung vorgesehen. Da bei dieser Vorrichtung die mehreren Nuten- bzw. Rillenabschnitte voneinander isoliert sind, statt in der Form einer Spirale geschnitten zu sein, ist der Bereich 63, in dem ein Sensor-Befestigungselement 52 vorhanden ist, vorgesehen, um eine Verschiebung der Sensorfaser 5 von einem gegebenen Nutenabschnitt zu einem benachbarten Nutenabschnitt zu ermöglichen, wenn die Faser in mehreren Wicklungen herumzuwickeln ist. Es ist anzumerken, dass der gerillte Befestigungsabschnitt 61 und der Pressabschnitt 62 jeweils aus einem metallischen Stoff wie Silikongummi, einem Isoliermaterial oder Aluminium bestehen.
  • In dieser Vorrichtung sind zwei Sensorfasern 5a und 5b, welche die beiden Sensoren bilden, an dem Sensor-Befestigungselement 52 befestigt. Genauer gesagt ist die erste Sensorfaser 5a viermal herumgewickelt, und die den jeweiligen Wicklungen entsprechenden Faserabschnitte sind der Reihe nach in vier Rillen bzw. Nuten des gerillten Befestigungsabschnitts 61 untergebracht. Diese erste Sensorfaser 5a bildet einen ersten Sensor zusammen mit einem optischen Kopplungssystem 47a und einem an den beiden Enden der Faser angebrachten Reflexionsspiegel 18a. Die zweite Sensorfaser 5b ist nur einmal herumgewickelt und in einer Nut bzw. Rille des gerillten Befestigungsabschnitts 61 untergebracht. Die zweite Sensorfaser 5b bildet einen zweiten Sensor zusammen mit einem optischen Kopplungssystem 47b und einem an den beiden Enden der Faser angebrachten Reflexionsspiegel 18b.
  • In diesem Fall sind die Sensorfasern 5a und 5b an den Reflexionsspiegeln 18a und 18b und den optischen Kopplungssystemen 47a und 47b befestigt, und die beiden Endabschnitte jeder Faser sind mit einem Klebemittel teilweise an dem gerillten Befestigungsabschnitt 61 befestigt. Das Befestigen der Sensorfasern 5a und 5b an dem gerillten Befestigungsabschnitt mit einem Klebemittel wird im einzelnen unter Verwendung eines flexiblen Silikongummimaterials mit einem geringen Elastizitätsmodul als Klebemittel durchgeführt.
  • Gemäß dieser Vorrichtung mit der obigen Anordnung können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den durch die Sensorfaser in der sechsten Vorrichtung erzielten Wirkungen erreicht werden.
  • Mit der Verwendung des gerillten Befestigungsabschnitts 61 mit den mehreren Rillen bzw. Nuten können die beiden Sensorfasern 5a und 5b in geeigneter Weise und einfach angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu stören, während die jeweiligen Fasern lose bzw. locker angeordnet sind. Da die beiden Sensoren zusammen auf dem einzelnen ringförmigen Montageelement 51 ausgebildet werden können, kann die Gesamtsensorstruktur in der Größe reduziert und im Vergleich mit einem Fall, bei dem mehrere Sensoren auf verschiedenen Montageelementen angeordnet sind, vereinfacht werden.
  • Gemäß dieser Vorrichtung können daher die beiden die zwei Sensoren bildenden Sensorfasern 5a und 5b lose bzw. locker angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu stören, und eine Verbesserung der Messgenauigkeit jedes Sensors kann erreicht werden.
  • Wenn die Sensorfasern an dem gerillten Befestigungsabschnitt 61 mit dem Klebemittel wie bei der achten Ausführungsform befestigt werden, kann der Druckabschnitt 62 wegfallen. In diesem Fall kann die Anordnung weiter vereinfacht werden. Wenn demgegenüber der Pressabschnitt 62 wie bei der achten Vorrichtung verwendet wird, verhindert der Pressabschnitt 62, dass sich die Sensorfasern aus dem gerillten Befestigungsabschnitt 61 loslösen.
  • Wenn der Pressabschnitt 62 eingesetzt wird, können aus diesem Grund nur der Reflexionsspiegel und das optische Kopplungssystem an den beiden Endabschnitten jeder Sensorfaser mit dem Klebemittel befestigt werden. Durch Verringern der Anzahl von Befestigungsabschnitten der Sensorfasern mit dem Klebemittel auf diese Weise können die Sensorfasern lockerer bzw. loser befestigt werden. Außerdem können die Pressabschnitte 62 an dem ringförmigen Montageelement 51 in dessen Umfangsrichtung verteilt werden. Da Zunahmen der Doppelbrechung, die durch eine Belastung im Zusammenhang mit einem Befestigungsprozess entstehen, ausgeschaltet werden können, kann auf jeden Fall eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht werden.
  • Die 16A bis 16D zeigen eine Modifikation der achten Vorrichtung und insbesondere eine Anordnung, bei der Nuten- bzw. Rillenabschnitte direkt in dem ringförmigen Montageelement 51 ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung können die gleichen Wirkungen wie in der achten Vorrichtung erhalten werden. Außerdem kann die Anzahl von Elementen verringert werden, um eine einfache Anordnung im Vergleich mit dem Fall, bei dem das Sensor-Befestigungselement 52 eingesetzt wird, zu realisieren.
  • Die 17A bis 17B zeigen eine weitere Modifikation der achten Vorrichtung und insbesondere eine Modifikation, bei der Sensor-Befestigungselemente 52 an dem ringförmigen Montageelement 51 in dessen Umfangsrichtung verteilt sind. Bei dieser Anordnung muss der Bereich 63, in dem kein Sensor-Befestigungselement 52 vorhanden ist, nicht vorgesehen sein, wobei die Sensorfaser 5 einfach von einem gegebenen Rillenabschnitt zu einem benachbarten Rillenabschnitt unter Verwendung der Abschnitte zwischen den Sensor-Befestigungselementen 52 verschoben werden kann. Auch bei dieser Modifikation können die gleichen Wirkungen wie die der achten Vorrichtung erzielt werden.
  • Zusätzlich können drei oder mehr Sensorfasern, welche drei oder mehr Sensoren bilden, an dem einzelnen ringförmigen Montageelement 51 angebracht werden, oder es kann eine einen Sensor bildende Sensorfaser an diesem angebracht werden. In beiden Fällen können ausgezeichnete Wirkungen erzielt werden.
  • Neunte Vorrichtung
  • Die 18A bis 18D zeigen eine optische Messvorrichtung und insbesondere eine Befestigungsstruktur für die Sensorfasern einer optischen Strommessvorrichtung, auf welche die Konzeptionen angewandt sind. Die neunte Ausführungsform ist durch die Befestigungsstruktur für die Sensorfaser gekennzeichnet. Die Sensorfaser hat die gleiche Anordnung wie die Sensorfaser gemäß der sechsten Vorrichtung.
  • Wie in den 18A bis 18D gezeigt ist, ist in dieser Vorrichtung ein Nuten- bzw. Rillenabschnitt 64 mit einer Öffnung an der Endfläche eines ringförmiges Montageelements 51 in dessen Axialrichtung in diesem ausgebildet, um sich in der Axialrichtung zu erstrecken. Zwei Sensorfasern 5a und 5b, welche die beiden Sensoren bilden, sind in dem Rillenabschnitt 64 befestigt. Genauer gesagt ist die erste Sensorfaser 5a viermal herumgewickelt und um die zweite Sensorfaser 5b einmal herumgewickelt. Diese Sensorfasern sind insgesamt in den Rillenabschnitten 64 untergebracht. Die Faserabschnitte, die den jeweiligen Wicklungen entsprechen, sind voneinander unter Verwendung mehrere zylindrischer Führungen 65 isoliert, die in den Rillenabschnitt 64 eingesetzt sind. Die zylindrischen Führungen 65 sind aus einem Fluorkunststoff, wie z. B. Polytetrafluorethylen, einem Isoliermaterial wie Silikongummi oder einem Metall wie Aluminium gefertigt und sind um die Umfangsrichtung des ringförmigen Montageelements 51 herum verteilt.
  • Faserauslässe/-einlässe 66 sind in Abschnitten des ringförmigen Montageelements 51 ausgebildet, um die beiden Endabschnitte jeder der Sensorfasern 5a und 5b einzuführen bzw. herauszuführen. Die Öffnung des Rillenabschnitts 64 ist durch ein Presselement 52 abgedichtet. In dieser Vorrichtung sind die Sensorfasern 5a und 5b nur an den Reflexionsspiegeln 18a und 18b und den optischen Kopplungssystemen 47a und 47b, an den beiden Endabschnitten jeder Sensorfaser mit einem Klebemittel befestigt, aber die restlichen Abschnitte sind nicht mit einem Klebemittel befestigt.
  • Gemäß dieser Vorrichtung können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den durch die Sensorfaser 5 in der sechsten Vorrichtung erzielten Wirkungen erreicht werden.
  • Die beiden Sensorfasern 5a und 5b können in geeigneter Weise einfach angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu stören, während sie lose bzw. locker angeordnet sind, indem der direkt in dem ringförmigen Montageelement 51 ausgebildete Rillen- bzw. Nutenabschnitt 64 und die mehreren zylindrischen Führungen 65, die teilweise in den Rillenabschnitt 64 eingesetzt sind, verwendet werden. Ähnlich der achten Ausführungsform kann die Gesamtanordnung der Sensoren gleich mit einem Fall, bei dem mehrere Sensoren auf verschiedenen Montageelementen angebracht sind, verkleinert und vereinfacht werden, da die beiden Sensoren insgesamt an dem ringförmigen Montageelement 51 angebracht werden können.
  • Gemäß dieser Vorrichtung können daher ähnlich der achten Vorrichtung die beiden Sensorfasern 5a und 5b, die die beiden Sensoren bilden, lose bzw. locker angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu stören, und die Messgenauigkeit jedes Sensors kann verbessert werden. Da außerdem die Sensorfasern 5a und 5b nur mit dem Klebemittel an den beiden Endabschnitten jeder Sensorfaser befestigt sind, können die Sensorfasern 5a und 5b lockerer befestigt werden. Daher kann die Messgenauigkeit weiter verbessert werden. Ferner ist die Anordnung mit Faserführungen wie den zylindrischen Führungen 65 einfach und erlaubt einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung. Beispielsweise kann die neunte Vorrichtung so modifiziert werden, dass die Sensorfasern 5a und 5b mit einem Klebemittel unter Einsatz der zylindrischen Führungen 65 befestigt werden. Die Anordnung jeder Faserführung kann willkürlich geändert werden. Beispielsweise können mehrere Fasern durch eine einzelne Faserführung geführt werden.
  • Zehnte Vorrichtung
  • Die 19 und 20 zeigen eine optische Messvorrichtung und insbesondere eine Befestigungsstruktur für die Sensorfaser einer optischen Strommessvorrichtung, auf die die Konzeptionen angewandt sind. Die zehnte Vorrichtung ist durch die Befestigungsstruktur für die Sensorfaser gekennzeichnet. Die Sensorfaser hat die gleiche Anordnung wie die der Sensorfaser in der sechsten Vorrichtung.
  • Wie in 19 gezeigt ist, sind bei dieser Vorrichtung mehrere scheibenartige Gehäuseabschnitte 67 an der Außenumfangsfläche eines ringförmigen Montageelements 51 in der Axialrichtung geschichtet/angeordnet. In diesem Fall hat jeder scheibenartige Gehäuseabschnitt 67 einen Nuten- bzw. Rillenabschnitt 68 in einer Endfläche in der Axialrichtung. Eine Sensorfaser 5 ist um das ringförmige Montageelement 51 in mehreren Wicklungen gewickelt. Die Faserabschnitte, die den jeweiligen Wicklungen entsprechen, sind in den beiden Rillenabschnitten 68 untergebracht.
  • Genauer gesagt ist gemäß 20 ein Einkerbungsabschnitt 69 in einem Abschnitt jeder der scheibenartigen Gehäuseabschnitte 67 in der Umfangsrichtung aus dem gleichen Grund ausgebildet wie bei der achten Vorrichtung in dem Bereich 63, in dem kein Sensor-Befestigungselement 52 ausgebildet ist. D. h., die Einkerbungsabschnitte 69 sind ausgebildet, um zu gestatten, dass die in dem Rillenabschnitt 68 eines gegebenen scheibenartigen Gehäuseabschnitts 67 untergebrachte Sensorfaser 5 in den Rillenabschnitt 68 eines benachbarten scheibenartigen Gehäuseabschnitts 67 verschoben werden kann. Ähnlich der neunten Vorrichtung ist die Sensorfaser 5 nur mit einem Klebemittel an ihren beiden Endabschnitten befestigt, wogegen die restlichen Abschnitte nicht mit einem Klebemittel befestigt sind.
  • Gemäß dieser Vorrichtung mit der obigen Anordnung können die gleichen Wirkungen zusätzlich zu den bei der sechsten Vorrichtung durch die Sensorfaser 5 erzielten Wirkungen erreicht werden. Wie in 20 gezeigt ist, sind die scheibenartigen Gehäuseabschnitte 67 der Reihe nach aufeinander geschichtet, während die Faserabschnitte der Sensorfaser 5, die den jeweiligen Wicklungen entsprechen, in den betreffenden Rillenabschnitten 68 untergebracht sind. Bei dieser Anordnung können die Faserabschnitte der Sensorfaser 5, die den jeweiligen Wicklungen entsprechen, in geeigneter Weise und einfach angeordnet werden, ohne einander zu stören, während sie locker angeordnet sind.
  • Gemäß dieser Vorrichtung können daher ähnlich der achten und neunten Vorrichtung die Faserabschnitte der Sensorfaser 5, die den jeweiligen Wicklungen entsprechen, locker bzw. lose angeordnet werden, ohne einander zu stören, wodurch eine Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht wird. Da außerdem ähnlich der neunten Vorrichtung die Sensorfaser 5 nur mit dem Klebemittel an den beiden Endabschnitten befestigt ist, kann die Sensorfaser 5 lockerer befestigt werden, wodurch eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht wird. Da ferner diese scheibenartigen Gehäuseabschnitte 67 standardisiert werden können, kann die Befestigungsstruktur vereinfacht werden. Da die Gestaltung einfach durch Erhöhen/Verringern der Anzahl aufeinanderzuschichtender scheibenartiger Gehäuseabschnitte 67 geändert werden kann, besticht diese Struktur in der praktischen Ausführung. Beispielsweise kann die zehnte Vorrichtung so modifiziert werden, dass die jeweiligen scheibenartigen Gehäuseabschnitte 67 mit einem Klebemittel aneinander befestigt werden. Ferner können ähnlich der achten und neunten Vorrichtung mehrere Sensorfasern, die mehrere Sensoren bilden, integral angebracht werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Formen in die Praxis umgesetzt werden. Beispielsweise wird die vorliegende Erfindung auf das optische System angewandt, das auf dem Schema basiert, bei dem Licht auf zwei Wegen durch eine Sensorfaser wandert. Die vorliegende Erfindung kann aber auch auf ein optisches System angewandt werden, das auf einem Schema basiert, bei dem Licht nur auf einem Weg durch eine Sensorfaser wandert. Auch in diesem Fall können ausgezeichnete Wirkungen erzielt werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine optische Strommessvorrichtung beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf verschiedene Arten optischer Messvorrichtungen zum Messen verschiedener Arten physikalischer Größen unter Verwendung optischer Systeme mit Optikfasern eingesetzt werden. Auch in einem solchen Fall können ausgezeichnete Wirkungen erzielt werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden das Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems und die Anordnung eines optischen Systems verbessert, die Anordnungen einer Optikfaser, eines Fokussiermittels zum Senden von Licht zu der Optikfaser und einer Empfangsfaser verbessert, und die Befestigungsstruktur für eine Sensorfaser verbessert, wodurch eine äußerst praktische optische Messvorrichtung bereitgestellt wird, die im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung eine hohe Präzision und Stabilität über lange Zeit aufweist.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Quantität in einem Leistungsgerät, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer optischen Faser (5), die dem Leistungsgerät zugeordnet ist, Bereitstellen eines optischen Teils (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) zum Übertragen/Empfangen von Licht an die/von der optischen Faser (5), Bereitstellen eines Berechnungsmittels (9, 10, 11, 12) zum Berechnen einer physikalischen Quantität in dem Leistungsgerät durch Erfassen eines Polarisierungszustands von Licht, das durch das Leistungsgerät auf der Basis einer Ausgabe des optischen Teils (1, 2, 3, 4, 6,7, 8) polarisiert ist bzw. wird, Bereitstellen eines Gehäusekastens 21 zur Aufnahme des optischen Teils (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8), Anbringen des optischen Teils (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) an einem Befestigungselement (16, 22, 23, 24), Befestigen des Befestigungselements (16, 22, 23, 24) an dem Gehäusekasten (21), dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung ein Laser-Schweißvorgang angewandt wird.
  2. Vorrichtung zum optischen Messen einer physikalischen Quantität in einem Leistungsgerät, mit: einer optischen Faser (5) die dem Leistungsgerät zugeordnet ist, einem optischen Teil (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) zum Übertragen/Empfangen von Licht an die/von der optischen Faser (5) Berechnungsmitteln zum Berechnen einer physikalischen Quantität in dem Leistungsgerät durch Erfassen eines Polarisierungszustands von Licht, das von dem Leistungsgerät auf der Basis einer Ausgabe von dem optischen Teil (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) polarisiert wird, einem Gehäusekasten (21) zur Aufnahme des optischen Teils (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8), und einem Befestigungselement (16, 22, 23, 24), an dem das optische Teil (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) angebracht ist und das am Gehäusekasten (21) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement am Gehäusekasten durch Laser-Schweißen befestigt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt, an dem das Befestigungselement (16, 22, 23, 24) und der Gehäusekasten (21) befestigt sind, ein Metall umfasst, das keinen Phosphor enthält.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekasten (21) aus magnetischem Metall gefertigt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das keinen Phosphor enthaltende Metall ein Nickellegierungsstahl ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Metall ein Nickellegierungsstahl ist.
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