JP2000512386A

JP2000512386A - 光学的な磁界測定装置の温度較正のための方法およびこの方法により較正される測定装置

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Publication number: JP2000512386A
Application number: JP10502056A
Authority: JP
Inventors: ボッセルマン、トーマス; メンケ、ペーター
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2000-09-19
Also published as: DE19623810C1; EP0904550B1; EP0904550A1; CA2258231A1; WO1997048987A1; DE59704377D1

Abstract

(57)【要約】第１の光学的伝送路（４）と、第１の偏光器（５）と、ファラデー‐センサ装置（３）と、第２の偏光器（６）と、第２の光学的伝送路（７）とから成る光学的直列回路（１）が、両偏光器（５、６）の偏光角度が特別な仕方で設定されることによって温度較正される。本較正方法はセンサ装置のなかの直線的な複屈折の固有軸線が知られていない際にも機能する。

Description

【発明の詳細な説明】光学的な磁界測定装置の温度較正のための方法およびこの方法により較正される測定装置本発明は磁界を測定するための光学的測定装置を温度較正するための方法および磁界を測定するための光学的測定装置に関する。磁気光学的ファラデー効果を利用して磁界を測定するための光学的な測定装置および測定方法は知られている。ファラデー効果とは磁界に関係しての直線偏光された光の偏光面の回転をいう。回転角はいわゆるベルデ定数を比例定数としての光路に沿う磁界の線積分に比例している。ベルデ定数は一般に材料、温度および波長に関係している。磁界を測定するためには、たとえばガラスのような光学的に透明な材料から成るファラデー‐センサ装置が磁界のなかに配置される。磁界はファラデー‐センサ装置から送られた直線偏光光の偏光面を、測定信号として評価され得る回転角だけ回転させる。このような磁気光学的な測定方法および測定装置の公知の応用は、電流の測定である。ファラデー‐センサ装置はそのために電流導体の付近に配置され、電流導体のなかの電流により発生される磁界を検出する。一般にファラデー‐センサ装置は、測定光が電流導体を閉じられた光路で巡るように、電流導体を包囲する。回転角の大きさはこの場合、測定すべき電流の振幅に直接に比例している。ファラデー‐センサ装置は、電流導体の周りの中実なガラスリングとして構成されることができ、または電流導体を少なくとも１ターンを有する光伝導ファイバから成る測定コイルの形態で囲み得る。従来の電磁誘導式変流器にくらべて磁気光学的測定装置および測定方法の利点は、電位絶縁と電磁的干渉に対する不敏感性とである。しかし問題点として、センサ装置と測定光を伝送するための光学的伝送路、特に光ファイバとにおける温度の影響および機械的な曲げおよび振動の影響がある。ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１２巻、第１０号、１９９４年１０月、第１８８２〜１８９０頁から、２つの光信号が第１の光ファイバ、第１の偏光器、ファラデー‐センサ装置、第２の偏光器および第２の光ファイバから成る光学的直列回路を、互いに逆の回転方向に通過する磁気光学的測定システムは知られている。両光信号は、光学的直列回路を通過した後に、相応の光電変換器によりそれぞれ電気的な強度信号に変換される。ファラデー‐センサ装置としては低い屈折率を有する単一モードファイバから成るファイバコイルが設けられている。両偏光器の偏光軸は、互いに０°と異なる偏光角度、好ましくは４５°の偏光角度、をなしている。光源の光は２つの光信号に分けられ、これらの両光信号はそれぞれ光学的結合器および対応付けられている伝送‐光ファイバを介して反対側の端においてファラデー‐ファイバコイルのなかに入結合される。直列回路を通過した後の両光信号の光強度に相当する２つの電気的強度信号Ｉ１およびＩ２から、両強度信号の差および和からの比（Ｉ１ −Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）に相当する強度正規化された測定信号が導き出される。それによって逆方向の両光信号に対する共通の光路のなかの強度損失および特に両光ファイバのなかの振動に起因する減衰が本質的に補償され得る。測定信号への温度の影響の補償は、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１２巻、第１０号、１９９４年１０月、第１８８２〜１８９０頁には記載されていない。それどころかセンサ装置として温度不敏感性のファイバコイルが使用される。しかし、このようなファイバコイルの製造には問題がある。米国特許第5,008,611号明細書から、測定光信号が第１の偏光器、ファラデー素子および第２の偏光器（検光子）から成る直列回路を通過する磁気光学的な測定装置は公知である。ファラデー素子のなかの直線的複屈折の温度依存性による温度の影響を最小化するため、第１の偏光器の透過軸線とファイバ素子のなかの複屈折固有軸線との間の角度が１０．３°に、また第２の偏光器の透過軸線とファイバ素子のなかの複屈折固有軸線との間の角度が５５．３°に設定される。角度値のこの設定は経験的に求められ、ファラデー素子の複屈折固有軸線（特性方向）の知識を前提としている。いま本発明の課題は、温度変化の影響が実際上消去されているように、磁界を測定するための光学的な測定装置を較正するための方法およびこの較正される測定装置を提供することである。この課題は、本発明によれば、請求項１または請求項２または請求項６の特徴により解決される。較正すべき測定装置は第１の光学的伝送路、第１の偏光器、ファラデー効果‐ センサ装置、第２の偏光器および第２の光学的伝送路から成る光学的直列回路を含んでいる。第１の偏光器の偏光軸線は予め定められた参照軸線に対して第１の偏光角度θをなしている。第２の偏光器の偏光軸線はこの参照軸線に対して第２の偏光角度ηをなしている。光学的測定装置の温度較正のための方法では、これらの両偏光角度θおよびηが測定装置の温度不敏感性に関して最適に設定される。先ずセンサ装置が較正磁界のなかに配置される。測定装置の光学的直列回路を通して少なくとも１つの光信号が送られ、また直列回路を通過後の少なくとも１つの光信号の光強度から較正磁界に対する測定信号が導き出される。いま次々と４つの較正ステップが実行される：第１の較正ステップでは、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝１またはｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝−１が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₁に、また第２の偏光角度η が値η₁に設定され、また生ずる測定信号が予め定められた、少なくとも２つの温度値を含む温度範囲にわたる第１の較正信号Ｍ₁として求められる。第２の較正ステップでは、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝１またはｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝−１およびｓｉｎ（２θ₂＋２η₂）＝−ｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₂に、また第２の偏光角度η が値η₂に設定され、また生ずる測定信号が予め定められた温度範囲にわたる第１の較正信号Ｍ₂として求められる。第３の較正ステップでは較正係数Ｋが、第１の較正信号Ｍ₁、第１の較正信号Ｍ₂および較正係数Ｋが較正関数Ｍ_K＝（２・Ｍ₁・Ｍ₂）／（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｋ・（Ｍ₁−Ｍ₂））が予め定められた温度範囲にわたって本質的に一定であるように求められる。請求項１による方法では、第４の較正ステップで、両偏光器の偏光角度θおよびηが本質的に関係式ｓｉｎ（２θ−２η）＝１またはｓｉｎ（２θ−２η）＝−１およびｓｉｎ（２θ＋２η）＝Ｋ・ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）が満足されているように、設定される。それに対して、請求項２による方法では、第４の較正ステップで、両偏光器の偏光角度θおよびηが、生ずる測定信号が予め定められた温度範囲からの少なくとも１つの温度値において本質的に較正関数Ｍ_Kに等しいように、設定される。請求項１による方法でも請求項２による方法でも、測定装置を最小の温度ドリフトに較正し得る偏光角度θおよびηが得られる。本較正方法は、測定装置のセンサ装置が不均等な直線的な複屈折を有するときにも、さらにはセンサ装置のなかの直線的な複屈折の固有軸線が求められ得ないときにも、機能する。本発明による方法および測定装置の有利な実施例は請求項１、２および６に従属する請求項にあげられている。有利な実施例では、測定装置の光学的直列回路は２つの光信号により互いに逆の通過方向に通過される。次いで、測定信号としてそれぞれ光学的直列回路の通過後の両光信号の光強度の２つの直線的な関数の比信号または好ましくは両光強度の差および和の比に比例する信号またはこの信号の実効値が利用される。他の実施例では光学的直列回路がただ光信号により通過される。その場合、較正磁界は本質的に一定の交流磁界、すなわち予め定められた周波数の上側で本質的に一定の周波数スペクトルを有する交流磁界である。測定信号として、直列回路の通過後の光信号の光強度の交流成分およびこの光強度の直流成分の比に比例している信号が利用される。交流成分は本質的に較正磁界のすべての周波数スペクトルを含んでおり、他方において直流成分は較正磁界の周波数スペクトルからの周波数を有していない、すなわち較正磁界に関係していない。この測定信号は強度正規化されている。以下、図面を参照して本発明を説明する。図１にはファラデー‐センサ装置を有する磁界を測定するための較正すべき測定装置、図２には光信号を有する磁界を測定するための較正すべき測定装置、図３には２つの光信号を有する電流を測定するための測定装置がそれぞれ概要を示されている。互いに相応する部分には同一の参照符号が付されている。図１による測定装置は、第１の光学的伝送路４、第１の偏光器５、センサ装置３、第２の偏光器６および第２の光学的伝送路７から成る光学的直列回路１を含んでいる。センサ装置３は２つの光学的な端子３Ａおよび３Ｂを有し、端子３Ａまたは３Ｂにおいて入結合された光はセンサ装置３を通過し、それぞれ他の端子３Ｂまたは３Ａにおいて再び出結合される。センサ装置３の第１の端子３Ａは、第１の偏光器５を介して第１の光学的伝送路４の一方の端と光学的に結合されている。センサ装置３の第２の端子３Ｂは、第２の偏光器６を介して第２の光学的伝送路７の一方の端と光学的に結合されている。第１の偏光器５と反対向きの第１の光学的伝送路４の端は、直列回路１の第１の端子１Ａを形成する。第２の偏光器６と反対向きの第２の光学的伝送路７の端は、直列回路１の第２の端子１Ｂを形成する。端子１Ａまたは１Ｂにおいて測定光を入結合すると、測定光は直列回路１を通して伝送され、それぞれ他方の端子１Ｂまたは１Ａにおいて再び直列回路１から出結合される。センサ装置３は、磁気光学的ファラデー効果を呈する少なくとも１つの材料から成っており、それ自体は公知の仕方で、好ましくはガラスから成る１つまたは複数の中実のブロックにより、または少なくとも１つの光ファイバにより構成され得る。図１による測定装置による磁界の測定の際の問題は、いまセンサ装置３のなかの温度の影響である。これらの温度の影響はセンサ装置３のなかの温度Ｔの関数 δ（Ｔ）として直線的な複屈折δを誘導し、これが磁界の測定を誤らせ得る。さらに温度変化はベルデ定数、従ってまた測定感度を変化させ得る。これらの温度の影響を可能なかぎりわずかに保つため、測定装置は較正方法により温度較正される。そのためにセンサ装置３は較正磁界Ｈ₀のなかに配置される。図２中に示されている較正方法の第１の実施例では、単一の光信号Ｌのみが光学的直列回路１を通して送られる。そのためにたとえば直列回路１の端子１Ａが光源と光学的に結合される。較正磁界Ｈ₀として予め定められた周波数の上側の本質的に一定の周波数スペクトルを有する交流磁界が使用される。直列回路１の通過後に評価手段３０により光信号Ｌから、直列回路の通過後の光信号の光強度の交流成分とこの光強度の直流成分との比に比例している測定信号Ｍが導き出される。交流成分は本質的に較正磁界のすべての周波数スペクトルを含んでおり、他方において直流成分は較正磁界の周波数スペクトルからの周波数を有していない、すなわち較正磁界に関係していない。そのために直列回路１の端子１Ｂに対応付けられている光検出器３１により、光信号Ｌが光信号Ｌの光強度に対する尺度としての電気的強度信号Ｉに変換される。この電気的強度信号Ｉから、高域通過フィルタ３２により、交流信号成分Ａが光強度の交流成分に対する尺度として、また低域通過フィルタ３３により直流信号成分Ｄが光強度の直流成分に対する尺度として形成される。除算器３４が、測定信号Ｍとして強度信号Ｉの交流信号成分Ａと直流信号成分Ｄとの比Ａ／Ｄを形成する。こうして形成された測定信号Ｍは強度正規化されているが、まだ温度に関係している。較正方法の他の実施例では、２つの光信号が互いに逆の方向に直列回路１を通して送られ、その後に信号評価を受ける。測定信号として、それぞれ光学的直列回路の通過後の両光信号の光強度の２つの直線的な関数の比信号および好ましくは両光強度の差および和の比に比例している信号またはこの信号の実効値が決定される。この測定信号も強度正規化されているが、まだ温度に関係している。較正磁界Ｈ₀として、この実施例では好ましくは時間的に一定な磁界が使用される。２つの光信号を有するこのような較正方法に対する測定装置の有利な実施例は、図３中に示されている。図３による測定装置は、２つの互いに逆向きに直列回路を通過する光信号Ｌ１ ’およびＬ２’を、直列回路１の通過後の光信号Ｌ１およびＬ２を評価するため、直列回路１および評価手段２０を通して送るための手段を含んでいる。両光信号Ｌ１’およびＬ２’を送るための手段は、光源１０および３つの光結合器１１、１２および１３を含んでいる。センサ装置３と反対側の第１の伝送路４の他端（直列回路１の端子１Ａ）は、光結合器１２を介して、別の光結合器１１とも評価手段２０とも光学的に結合されている。センサ装置３と反対側の第２の伝送路７の他端（直列回路１の端子１Ｂ）は、光結合器１３を介して、同じく別の光結合器１１とも評価手段２０とも光学的に結合されている。光結合器１１は光源１０と光学的に結合されており、光源１０の光を２つの光信号Ｌ１’およびＬ２’ に分け、これらの光信号は結合器１２または１３に供給され、次いで第１または第２の伝送路４または７に入結合される。両光信号Ｌ１’およびＬ２’は、第１の伝送路４、第１の偏光器５、センサ装置３、第２の偏光器６および第２の伝送路７から成る光学的直列回路１を互いに逆向きの通過方向に通過し、参照符号Ｌ１またはＬ２を付されている光信号として再び直列回路１から出結合される。結合器１１、１２および１３は少なくとも部分的に光学的ビームスプリッタによっても置換され得る。さらに、結合器１１および光源１０の代わりに、それぞれ光信号Ｌ１’またはＬ２’を送る２つの光源が設けられていてもよい。さらに、直列回路を通して２つの逆向きに直列回路を通過する光信号Ｌ１およびＬ２を送るための手段は、２つの交互に送信器および受信器として作動させられる光電変換器により形成されていてもよく、これらの光電変換器はその場合に同時に直列回路の通過後の光信号Ｌ１およびＬ２を電気的強度信号に変換するためにも設けられている。第１の光信号Ｌ１’は第１の伝送路４の通過後に第１の偏光器５により直線偏光され、いまや直線偏光された光信号Ｌ１’としてセンサ装置３のなかの端子３Ａに入結合される。センサ装置３の通過の際に、直線偏光された第１の光信号Ｌ１’の偏光平面は、較正磁界Ｈ₀に関係するファラデー‐測定角度だけ回転される。その偏光平面のなかで測定角度だけ回転された第１の光信号Ｌ１’はいま第２の偏光器６に供給される。第２の偏光器６は、到来する第１の光信号Ｌ１’のその偏光軸線の上に投影された成分のみを通過させ、こうして第１の光信号Ｌ１ ’に対して偏光検光子の機能を有する。第２の偏光器６により透過された第１の光信号Ｌ１’の成分は参照符号Ｌ１を付して示されており、第２の伝送路７および結合器１３を介して評価手段２０に伝送される。第２の光信号Ｌ２’は先ず第２の伝送路７を通過し、その後に第１の偏光器５により直線偏光される。直線偏光された第２の光信号Ｌ２’はいまセンサ装置３のなかの端子３Ａにおいて入結合される。センサ装置３の通過の際に、直線偏光された第２の光信号Ｌ２’の偏光平面は較正磁界Ｈ₀に関係するファラデー‐測定角度だけ回転される。このファラデー‐測定角度はファラデ‐効果の非相反特性のゆえに第１の光信号Ｌ１’の際と逆の符号および等しい大きさを有する。その偏光平面のなかで測定角度だけ回転された第２の光信号Ｌ２’はいま第２の偏光器６に供給される。第２の偏光器６はその偏光軸線の上に投影された、到来する第２の光信号Ｌ２’の成分のみを通過させ、またこうして第２の光信号Ｌ２’ に対して偏光検光子として作用する。第２の偏光器６により透過された第２の光信号Ｌ２’の成分はいま参照符号Ｌ２を付して示されており、また第１の伝送路４および結合器１２を介して評価手段２０に伝送される。直列回路のなかに入結合する前の両光信号Ｌ１’およびＬ２’の光強度信号Ｉ１’およびＩ２’は、一般に固定的に予め定められた比に互いに設定される。好ましくは両光強度は等しい、すなわちＩ１’＝Ｉ２’である。図示されている実施例では、結合器１１が光源１０の光Ｌを結合比５０％：５０％を有する２つの等しい部分に分ける。両伝送路４および７の通過の際に、両光信号Ｌ１’またはＬ１およびＬ２’またはＬ２は、それぞれ、特に機械的振動の結果としての減衰損失により惹起され得る等しい強度変化を受ける。これらの強度変化は本質的に減衰率の形態で光強度Ｉ１およびＩ２のなかに入る。光学的伝送路の実の、一般に時間に関係する減衰率は、伝送路の一方の端に到来する光の光強度と伝送路の他方の端のなかに入結合する際の光の入力光強度との比として定義されている。伝送路４および７の減衰率は、評価手段２０が一般に較正磁界Ｈ₀に対する測定信号Ｍとして、実の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆを有する両光強度信号Ｉ１およびＩ２の２つの直線的関数ａ・Ｉ１＋ｂ・Ｉ２＋ｃおよびｄ・Ｉ１＋ｅ・Ｉ２＋ｆからＭ＝（ａ・Ｉ１＋ｂ・Ｉ２＋ｃ）／（ｄ・Ｉ１＋ｅ・Ｉ２＋ｆ）（１）の形態の比信号を導き出すことによって、消去される。その際に少なくとも係数ａおよびｅもしくは係数ｂおよびｄは零とは異なっている。この測定信号Ｍは、特に振動により惹起される伝送路４または７のなかの強度変化に実際上無関係である。こうしてすべての実施例で、簡単な比較的買い得な通信用光ファイバ（マルチモードファイバ）も伝送路４および７として使用され得る。なぜならば、その比較的高い減衰および振動敏感性が測定信号Ｍのなかで補償されるからである。しかし伝送路４および７としては他の光導波路または自由伝搬デバイスも使用され得る。式（１）の分子および分母のなかの直線的関数の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは、特に直列回路への入結合の際の両光信号の相い異なる入結合強度に適合され得る。式（１）による比の分母のなかの直線的関数ｄ・Ｉ１＋ｅ・Ｉ２＋ｆの係数ｄ、ｅおよびｆは、好ましくは、直線的関数ｄ・Ｉ１＋ｅ・Ｉ２＋ｆが実際上一定であり、従ってまた磁界Ｈ₀に無関係であるように設定される。特に両光信号Ｌ１’およびＬ２’の少なくとも近似的に等しい入結合強度Ｉ１ ’およびＩ２’の際には、図３中に示されている有利な実施例では測定信号Ｍとして、直列回路の通過後の両光強度Ｉ１およびＩ２の差Ｉ１−Ｉ２（またはＩ２ −Ｉ１）および和Ｉ１＋Ｉ２の比Ｍ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）も使用され得る。示されている実施例では、測定信号Ｍを導き出すための評価手段２０は２つの光電変換器２１および２２、減算器２３、加算器２４および除算器２５を含んでいる。第１の変換器２１は光学的に結合器１３と接続されており、第１の光信号Ｌ１をその直列回路の通過後に第１の電気的強度信号Ｓ１に変換し、その信号強度は第１の光信号Ｌ１の光強度Ｉ１に相当する。第２の変換器２２は光学的に結合器１２と接続されており、第２の光信号Ｌ２をその直列回路の通過後に第２の光信号Ｌ２の光強度Ｉ２に対する尺度としての第２の電気的強度信号Ｓ２に変換する。両電気的強度信号Ｓ１およびＳ２は、それぞれ減算器２３および加算器２４の入力端に供給される。減算器２３の出力端における差信号Ｓ１−Ｓ２（またはＳ２−Ｓ１）および加算器２４の出力端における和信号Ｓ１＋Ｓ２はそれぞれ除算器２５の入力端に供給される。除算器の出力信号（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）は測定信号Ｍとして利用され、評価手段２０の出力端に与えられる。この実施例は、アナログ構成要素が一般にディジタル構成要素よりも速く動作するという利点を有する。しかし、図示されていない実施例では、両電気的強度信号は先ずアナログ‐ディジタル変換器を用いてディジタル化され、次いでディジタル化された信号がマイクロプロセッサまたはディジタル信号プロセッサによりその後の処理をされてもよい。一般的な測定信号Ｍ＝（ａ・Ｉ１＋ｂ・Ｉ２＋ｃ）／（ｄ・Ｉ１＋ｅ・Ｉ２＋ｆ）のなかの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆの適合により、特に両光電変換器２１および２２の相い異なる感度も補整され得る。図３による較正すべき測定装置は、好ましくは少なくとも１つの電流導体２のなかの電流Ｉを測定するために備えられている。センサ装置３は、その場合にこの電流Ｉにより電磁誘導作用により発生された磁界を検出する。好ましくはセンサ装置３は、両光信号Ｌ１’およびＬ２’が電流Ｉを実際上閉じられた光路で巡るように、電流導体２を囲んでいる。測定角度はこの場合に電流Ｉに直接的に比例している。センサ装置３は光信号Ｌ１’およびＬ２’を反射させる内側反射面を有する中実なガラスリングとして、または他の公知の仕方で構成され得る。一定の較正磁界Ｈ₀は電流導体２のなかの一定の電流Ｉの設定により設定され得る。測定信号Ｍの温度依存性は、以下に説明される温度補償のための較正方法により本質的に除かれる。較正は両偏光器５および６の偏光角度の最適な設定により行われる。図４ないし６は、偏光器５および６のこの最適な偏光角度を設定するための３つの可能な較正ステップを示す。図４ないし６には第１の偏光器５の偏光軸線（透過軸線、特性軸線、固有軸線）は参照符号Ｐ１を付して、また第２の偏光器６の偏光軸線は参照符号Ｐ２を付して示されている。偏光軸線Ｐ１およびＰ２は、偏光器５および６を通過する光の光伝搬方向に対して垂直に向けられている平面のなかに位置している。同じくこの平面のなかに位置している、任意に予め定め得る参照軸線は参照符号Ｒを付されている。第１の偏光器５の偏光軸線Ｐ１は予め定められた参照軸線Ｒと第１の偏光角度θをなしており、他方において第２の偏光器６の偏光軸線Ｐ２は第２の偏光角度ηのもとに参照軸線Ｒに対して向けられている。第１の較正ステップで、両偏光器５または６の偏光角度θおよびηが、最高の小信号感度が達成されるように、設定される。そのために第１の偏光角度θは第１の較正値θ₁に、また第２の偏光角度ηは第１の較正値η₁に本質的に条件ｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝１（１ａ）またはｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝−１（１ｂ）に従って設定される。このように調節された偏光角度θ＝θ₁およびη＝η₁により生ずる測定信号Ｍが、予め定められた、少なくとも２つの温度値を含んでいる温度範囲にわたる第１の較正信号Ｍ₁として受け入れられ、また記憶される。温度範囲は測定装置の期待されるべき使用温度に従って選ばれる。条件（１ａ）または（１ｂ）のそれぞれ１つは特に、偏光軸線Ｐ１およびＰ２が互いに±４５° （±π／４）を挟んでいるならば満足されている。図４は、偏光角度θおよびηが条件（１ａ）を満足する較正値θ₁またはη₁に設定されている実施例を示す。第２の偏光器６の偏光軸線Ｐ２は、第１の偏光器５の偏光軸線Ｐ１に対して角度θ₁−η₁＝＋４５°だけ傾けられている。正の角度はその際に、また以下の説明中で、数学的に正の回転方向（逆時計廻り方向）に相当する。第２の較正ステップで、第１の偏光角度θは第２の較正値θ₂に、また第２の偏光角度ηは第２の較正値η₂に設定され、したがって、本質的に一方では条件ｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝１（２ａ）またはｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝−１（２ｂ）が、また同時に他方では条件ｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）＝−ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）（３）が満足される。このように設定された偏光角度θ＝θ₂およびη＝η₂により生ずる測定信号Ｍが予め定められた温度範囲にわたる第２の較正信号Ｍ₂として求められ、同じく記憶される。偏光角度θおよびηをそれらの第２の較正値θ₂またはη₂に設定するため、たとえば第１の較正値θ₁またはη₁にくらべて両偏光器５または６の一方の偏光軸線Ｐ１またはＰ２を９０°だけさらに回転させ、または両偏光軸線Ｐ１およびＰ２をそれぞれ４５°だけさらに回転させ得る。図５は第２の較正ステップの特に簡単に調節すべき実施例を示す。第１の偏光器５の偏光軸線Ｐ１は図４中の設定に比較して不変にとどまる、すなわちθ₁＝ θ₂であり、また第２の偏光器６のみが参照軸線Ｒにくらべて−９０°だけ回転される、すなわちη₂＝η₁＋９０°である。両偏光軸線Ｐ１およびＰ２の間に挟まれる角度はその場合にθ₂−η₂＝−４５°である。第１の較正ステップおよび第２の較正ステップから得られる較正信号Ｍ₁およびＭ₂は、予め定められた温度範囲にわたる温度Ｔの関数Ｍ₁（Ｔ）またはＭ₂（Ｔ）であり、良好な近似で下記のように解析的に記述され得る：Ｍ₁（Ｔ）＝ｆ₁（Ｔ）／（１＋ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）ｆ₂（Ｔ））（４）Ｍ₂（Ｔ）＝−ｆ₁（Ｔ）／（１＋ｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）ｆ₂（Ｔ））＝−ｆ₁（Ｔ）／（１−ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）ｆ₂（Ｔ））（５）ｆ₁ （Ｔ）に関して、またｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）ｆ₂（Ｔ）に関して両式（４）および（５）を解くことにより、実の補正係数Ｋの挿入のもとに較正関数に対する式Ｍ_K（Ｔ）＝２Ｍ₁Ｍ₂／（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｋ（Ｍ₁−Ｍ₂））（６）が得られる。補正係数Ｋは第３の較正ステップで好ましくは簡単な数値的方法によりディジタル信号プロセッサまたはマイクロプロセッサを用いて、付属の較正関数Ｍ_K（Ｔ）が最小になるように決定される。このことは、第１の較正信号Ｍ₁、第２の較正信号Ｍ₂および補正係数Ｋに関係する較正関数Ｍ_K＝（２Ｍ₁Ｍ₂）／（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｋ・（Ｍ₁−Ｍ₂））が予め定められた温度範囲にわたって本質的に一定であることを意昧する。予め定められた温度範囲（較正範囲）がただ２つの温度値Ｔ_aおよびＴ_bを含んでいるならば、そのために簡単に相応の較正信号値Ｍ₁（Ｔ_a）およびＭ₂（Ｔ_a）ならびにＭ₁（Ｔ_b）およびＭ₂（Ｔ_b）を用いて式Ｍ_K（Ｔ_a）＝Ｍ_K（Ｔ_b）（７）が補正係数Ｋに関して解かれる。それに対して予め定められた温度範囲が２つより多い温度測定点を含んでいるならば、グラフｙ＝ｆ₁（Ｔ）＝２Ｍ₁Ｍ₂／（Ｍ₂−Ｍ₁）対ｘ＝ｃｏｓ（２θ＋２η）ｆ₂（Ｔ）のなかに記入し得る。これらのグラフにフィット‐パラメータＭ_KおよびＫを有する関数ｙ（ｘ）＝Ｍ_K（１＋Ｋｘ）（８）を直線的にフィットし得る。第４の較正ステップでは両偏光器５または６の偏光角度θおよびηが図６により、生ずる測定信号Ｍが最小の温度ドリフトを有するように設定される。この第４の較正ステップの第１の実施例では両偏光器５または６の偏光角度θ およびηが、本質的に関係式ｓｉｎ（２θ−２η）＝１（９ａ）またはｓｉｎ（２θ−２η）＝−１（９ｂ）およびｃｏｓ（２θ＋２η）＝Ｋ・ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）（１０）が満足されているように、設定される。そのためにたとえば偏光軸線Ｐ１およびＰ２は図５中の設定にくらべて等しい方向に同じ角度だけ偏光軸線Ｐ１およびＰ２により挟まれている−４５°の角度を維持しつつ、条件式（１０）が満足されているかぎり、回転され得る。それに対して第４の較正ステップの第２の実施例では、両偏光器５および６の偏光角度θおよびηが、生ずる測定信号Ｍが予め定められた温度範囲からの少なくとも温度値Ｔ₀において本質的に較正関数Ｍ_Kに等しいように、すなわちＭ（Ｔ₀）＝Ｍ_K（Ｔ₀）（１１）が成り立つように、設定される。第４の較正ステップの式（９ａ）、（９ｂ）および（１０）による第１の実施例においても、式（１１）による第２の実施例においても、両偏光器５または６の偏光角度θおよびηは、予め定められた温度範囲のなかの測定信号Ｍの最小の温度依存性に対して最適に調節されている。測定信号Ｍ自体の代わりに温度較正のためにすべての実施例で、交番磁界が測定されるべきであれば、測定信号Ｍの実効値も使用され得る。偏光角度θおよびηの設定による温度補償の基本的な利点は、磁界Ｈまたは電流Ｉの測定の際の広い帯域幅である。すなわち測定すべき磁界Ｈまたは電流Ｉの周波数スペクトルは、温度補償のための措置により原理的に制限されない。

Claims

【特許請求の範囲】１．第１の光学的伝送路（４）と、予め定められた参照軸線（Ｒ）に対して第１の偏光角度θをなしている偏光軸線（Ｐ１）を有する第１の偏光器（５）と、ファラデー効果を呈するセンサ装置（３）と、参照軸線（Ｒ）に対して第２の偏光角度ηをなしている偏光軸線（Ｐ２）を有する第２の偏光器（６）と、第２の光学的伝送路（７）とから成る光学的直列回路（１）を有する、磁界を測定するための光学的測定装置の温度較正のための方法において、ａ）センサ装置（３）が較正磁界（Ｈ₀）のなかに配置され、ｂ）少なくとも１つの光信号（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）が光学的直列回路（１）を通過し、ｃ）直列回路（１）を通過後の少なくとも１つの光信号（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）の光強度（Ｉ、Ｉ１、Ｉ２）から較正磁界（Ｈ₀）に対する測定信号（Ｍ）が求められ、ｄ）第１の較正ステップで、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝１またはｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝−１が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₁に、また第２の偏光角度ηが値η₁に設定され、生ずる測定信号が予め定められた、少なくとも２つの温度値を含む温度範囲にわたる第１の較正信号Ｍ₁として求められ、ｅ）第２の較正ステップで、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝１またはｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝−１およびｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）＝−ｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₂に、また第２の偏光角度ηが値η₂に設定され、生ずる測定信号が予め定められた温度範囲にわたる第２の較正信号Ｍ₂として求められ、ｆ）第３の較正ステップでは較正係数Ｋが、第２の較正信号Ｍ₁、第１の較正信号Ｍ₂および較正係数Ｋに関係する較正関数Ｍ_K＝（２・Ｍ₁・Ｍ₂）／（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｋ・（Ｍ₁−Ｍ₂））が予め定められた温度範囲にわたって本質的に一定であるように求められ、ｇ）第４の較正ステップで、両偏光器（５、６）の偏光角度θおよびηが、本質的に関係式ｓｉｎ（２θ−２η）＝１またはｓｉｎ（２θ−２η）＝−１およびｃｏｓ（２θ＋２η）＝Ｋ・ｃｏｓ（２θ₁＋２η₁）が満足されているように、設定されることを特徴とする光学的測定装置の温度較正のための方法。２．第１の光学的伝送路（４）と、予め定められた参照軸線（Ｒ）に対して第１の偏光角度θをなしている偏光軸線（Ｐ１）を有する第１の偏光器（５）と、ファラデー効果を呈するセンサ装置（３）と、参照軸線（Ｒ）に対して第２の偏光角度ηをなしている偏光軸線（Ｐ２）を有する第２の偏光器（６）と、第２の光学的伝送路（７）とから成る光学的直列回路（１）を有する、磁界を測定するための光学的測定装置の温度較正のための方法において、ａ）センサ装置（３）が較正磁界（Ｈ₀）のなかに配置され、ｂ）少なくとも１つの光信号（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）が光学的直列回路（１）を通過し、ｃ）直列回路（１）を通過後の少なくとも１つの光信号（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）の光強度（Ｉ、Ｉ１、Ｉ２）から較正磁界（Ｈ₀）に対する測定信号（Ｍ）が求められ、ｄ）第１の較正ステップで、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝１またはｓｉｎ（２θ₁−２η₁）＝−１が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₁に、また第２の偏光角度ηが値η₁に設定され、生ずる測定信号が予め定められた、少なくとも２つの温度値を含む温度範囲にわたる第１の較正信号Ｍ₁として求められ、ｅ）第２の較正ステップで、本質的に条件ｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝１またはｓｉｎ（２θ₂−２η₂）＝−１およびｃｏｓ（２θ₂＋２η₂）＝−ｃｏｓ（２θ₂＋２η₂) が満足されているように、第１の偏光角度θが値θ₂に、また第２の偏光角度ηが値η₂に設定され、生ずる測定信号が予め定められた温度範囲にわたる第２の較正信号Ｍ₂として求められ、ｆ）第３の較正ステップでは較正係数Ｋが、第１の較正信号Ｍ₁、第２の較正信号Ｍ₂および較正係数Ｋに関係する較正関数Ｍ_K＝（２・Ｍ₁・Ｍ₂）／（Ｍ₁＋Ｍ₂＋Ｋ・（Ｍ₁−Ｍ₂））が予め定められた温度範囲にわたって本質的に一定であるように求められ、ｇ）第４の較正ステップで、両偏光器（５、６）の偏光角度θおよびηが、生ずる測定信号（Ｍ）が予め定められた温度範囲からの少なくとも１つの温度値において本質的に較正関数Ｍ_Kに等しいように、設定されることを特徴とする光学的測定装置の温度較正のための方法。３．ａ）光学的直列回路（１）が２つの光信号（Ｌ１、Ｌ２）により互いに逆の通過方向に通過され、ｂ）測定信号（Ｍ）がそれぞれ光学的直列回路（１）の通過後の両光信号（Ｌ１、Ｌ２）の光強度（Ｉ１、Ｉ２）の２つの直線的な関数の比またはこの比の実効値に相当することを特徴とする請求項１または２記載の方法。４．測定信号（Ｍ）がそれぞれ光学的直列回路（１）の通過後の両光信号（Ｌ１、Ｌ２）の光強度（Ｉ１、Ｉ２）の差および和の比（（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２））またはこの比の実効値に比例していることを特徴とする請求項３記載の方法。５．ａ）光学的直列回路（１）が光信号（Ｌ）により通過され、ｂ）予め定められた周波数の上側の本質的に一定な周波数スペクトルを有する較正磁界（Ｈ₀）が使用され、ｃ）測定信号（Ｍ）がそれぞれ光学的直列回路（１）の通過後の光信号（Ｌ）の光強度（Ｉ）の交流成分（Ｉ_AC）およびこの光強度（Ｉ）の直流成分（Ｉ_D _C）の比に比例しており、その際に交流成分（Ｉ_AC）が本質的に較正磁界（Ｈ₀）の周波数スペクトルを含んでおり、直流成分（Ｉ_DC）が較正磁界（Ｈ₀）の周波数スペクトルからの周波数を有していないことを特徴とする請求項１または２記載の方法。６．第１の光学的伝送路（４）と、予め定められた参照軸線（Ｒ）に対して第１の偏光角度θをなしている偏光軸線（Ｐ１）を有する第１の偏光器（５）と、ファラデー効果を呈するセンサ装置（３）と、参照軸線（Ｒ）に対して第２の偏光角度ηをなしている偏光軸線（Ｐ２）を有する第２の偏光器（６）と、第２の光学的伝送路（７）とから成る光学的直列回路（１）を有する、磁界（Ｈ）を測定するための光学的測定装置において、両偏光角度θおよびηが請求項１ないし５の１つによる方法に従って設定されることを特徴とする光学的測定装置。７．センサ装置（３）が不均等な直線的な複屈折を有することを特徴とする請求項６記載の測定装置。