KR100310373B1

KR100310373B1 - 온도 보상으로 교류 전기량을 측정하기 위한 방법및장치

Info

Publication number: KR100310373B1
Application number: KR1019960701812A
Authority: KR
Inventors: 토마스 보쎌만; 페터 멩케; 요아힘 니뷔쉬
Original assignee: 칼 하인쯔 호르닝어; 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2001-12-15
Also published as: DE59403050D1; ATE154138T1; US5811964A; CA2173142C; EP0721589B1; WO1995010046A1; KR960705216A; NO961308D0; NO961308L; JP2818302B2; CA2173142A1; JPH08510056A; EP0721589A1; NO314915B1

Abstract

센서 엘리먼트(3)에서 편광된 측정광(2)의 편광이 교류량(X)에 따라 변경된다. 상기 센서 엘리먼트(3)를 통과한 후 상기 측정광(2)은 두 개의 상이한 직선으로 편광된 신호 성분(LS1, LS2)으로 분할되고, 이것은 전기의 세기 신호(S1, S2)로 변환된다. 그 다음 이 신호의 세기가 규격화되고나서 상기 신호가 P = (S1 = S2)/(S1 + S2)에서 형성된다. 규격화된 신호(P)의 이 교류 성분(PAC)과 직류 성분(PDC)으로부터 온도 보상된 신호(S)가 S = (a^*PAC+b^*1)/(c^*PDC+d^*1)에서 유출된다. 따라서 상기 온도 감도가 팩터 10만큼 감소된다.

Description

온도 보상으로 교류 전기량을 측정하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 교류 전기량(alternating electrical quantity)을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 교류 전기량이라는 것은 교류 전류, 교류 전압 또는 교번 자계이다.

전류, 전압 또는 자계와 같은 전기량을 측정하기 위한 광학적인 측정 방법 및 측정 장치가 공지되어 있고, 이에서 편광된 측정광의 편광의 변경은 전기 크기에 따라 평가되었다. 전류를 측정하기 위해 이 경우 자기 광학적인 패러데이-효과(faraday-effect)가 이용되었고, 그에 반해 전압 및 자계를 측정하기 위해 전기 광학적인 포켈스-효과(pockels-effect)가 이용되었다.

이 패러데이-효과라는 것은 자계에 따라 직선 편광된 광의 편광면의 회전을 의미한다. 이 회전 각도는 비례 상수로서 베르데(verdet) 상수를 가지는 상기 광에 의해 덮이는 경로를 따라 상기 자계에 대해 경로 적분값에 비례한다. 이 베르데-상수는 광이 통과하는 재료와 상기 광의 파장에 따른다. 이 패러데이-효과의 이용하에 컨덕터에서 전류를 측정하기 위해 이 컨덕터의 근처에 패러데이-엘리먼트가 배열되고, 이것은 광 투과선 재료로 이루어지고 그리고 일반적으로 유리로 이루어진다. 이 패러데이-엘리먼트를 통해 직선 편광된 광이 보내진다. 이 전류에 의해 만들어지는 자계는, 상기 자계의 세기에 대한 그리고 상기 전류의 세기에 대한 크기로서 평가 유니트에 의해 평가될 수 있는 회전 각도만큼 상기 패러데이-엘리먼트에서 광의 편광면의 회전을 야기시킨다. 일반적으로 이 패러데이-엘리먼트는 상기 컨덕터를 에워싸므로, 이 편광된 광이 준(quasi) 페쇄된 경로에서 상기 컨덕터를 돌아간다. 이 경우에 이 편광 회전 각도의 크기는 양호한 근접에서 이 측정 전류의 진폭에 비례한다.

WO 91/01501에 공지된 전류를 측정하기 위한 광 측정 장치의 실시예에서 상기 패러데이-엘리먼트는, 측정 코일의 형태인 컨덕터를 에워싸는 광학 단일 모드-섬유의 일부로서 형성되어 있다. 따라서, 이 편광된 측정광은 통과시에 이 컨덕터를 N-번 에워싼다(N은 이 측정 코일의 권선의 수임). 소위 전송형에서는 이 측정광은 측정 코일을 단 한 번 통과한다. 그에 반해 반사형에서는 측정광이 통과된 이후 다른 단부에서 반사되어 측정 코일을 다시 역방향으로 통과한다. 따라서 이 패러데이-효과의 비상호성 때문에 동일한 측정 코일인 경우 반사 종류에서의 이 회전 각도는 전송 종류에서보다 두 배가된다.

EP-B-O 088 419에 전류를 측정하기 위한 광 측정 장치가 공지되어 있다. 이 경우에 상기 패러데이-엘리먼트는 매씨브(massive)한 유리 링으로서 상기 컨덕터 둘레에 형성되어 있다. 광원의 광은 편광기로 직선 편광되고 그후 이 패러데이-엘리먼트에 커플링된다. 이 직선으로 편광된 광은 이 패러데이-엘리먼트를 한 번 통과하고 그 다음 편광시키는 빔 스플릿터로서 월라스톤(wollaston)-프리즘으로 직선 편광된 두 개의 광 성분 신호(A와 B)로 분할된다. 이 양 광 성분 신호(A와 B) 각각은 해당 광 전송 섬유에 의해 해당 광검출기로 전송되고 그에 상응하는 전기 신호(PA 및 PB)로 변환된다. 이 양 전기 신호(PA 및 PB)로부터 계산 유니트에서 세기 규격화된 측정 신호 M = (PA-PB)(PA+PB)이 형성된다. 이 측정 신호 M은 상기 광원의 세기 요동 또는 광 공급선에서의 흡수에 독립적이다.

상기 전기 광학 포켈스-효과는 포켈스-효과를 가지는 재료에서 이 재료에 유도된 직선의 복굴절 때문에 편광된 측정광의 편광의 변경을 의미한다. 상기 복굴절은 전기 광학 계수에 의해 상기 재료를 투과하는 전계에 따라 직선이 된다. 전계를 측정하기 위해, 포켈스-효과를 나타내는 재료로 이루어지는 포켈스-엘리먼트가 이 전계에 배열된다. 전압을 측정하기 위해, 이 측정되는 전압은 이 포켈스-엘리먼트에 할당된 두 개의 전극에 인가되고 그에 상응하는 인가되는 전계가 측정된다. 이 포켈스-엘리먼트에 의해 편광된 측정광이 전송되고, 그리고 측정되는 전압 또는 측정되는 계(field)에 따라 상기 편광된 측정광의 편광의 변경은 편광 검광기로 평가된다.

DE-C-34 04 608에 전계 세기의 측정을 위한 그와 같은 측정 장치가 공지되어 있다. 측정되는 전계에 배열된 센서 장치가 제 1광도파관에 의해 광원에 연결되고 그리고 두 개의 그 외 광도파관에 의해 측정 장치와 광학적으로 연결된다. 이 센서 장치는 제 1렌즈, 편광기, λ/4-판, 포켈스-엘리먼트, 검광기로서 편광작용을 하는 빔 스플릿터의 광학적인 직렬 회로로 이루어지고 및 그 외에도 이 검광기에 할당된 그 외 두 개의 렌즈로 이루어진다. 이 광원의 광은 제 1광도파관과 제 1렌즈에 의해 상기 편광기에 제공되며, 이 편광기에 의해 직선으로 편광된다. 그 다음, 직선으로 편광된 광이 λ/4-판에서 위상 이동을 π/2만큼 받아 원편광된다. 이 원편광된 광은 상기 포켈스-엘리먼트에 커플링되고 전계에 의해 일반적으로 타원 편광된다. 이 타원 편광된 광은 검광기에서 일반적으로 서로 직각인 편광면을 가지는 직선 편광된 두 개의 광 성분 빔(A, B)으로 분할된다. 이 양 광 성분 신호들(A, B) 각각은 그 외 양 렌즈 중 하나에 의해 그외 양 광도파관 중 하나에 결합되고, 측정 장치에서 해당하는 광전 변환기로 전송되고 그리고 거기에서 각각 전기 신호(PA, PB)로 변환된다. 이 양 전기신호(PA, PB)로부터 상기 측정 장치의 계산 유니트에 의해 세기 규격화된 측정 신호 M = (PA-PB)(PA+PB)이 유도된다. 이 세가 규격화된 측정 신호 M은 한 편으로 전계 세기에 대한 크기로서 변조 정도에 비례하며 다른 한편으로 상기 관원의 세기 요동

또는 전송 경로에서 세기 손실에 독립적이다. 이 때 변조 정도는 포켈스-엘리먼트의 정지-출력값 대 신호-출력값의 비로서 제한된다. 포켈스-엘리먼트로서 오일리타이트(eulytite)-구조를 가지는 Bi₄Si₃O₁₂또는 Bi₄Ge₃O₁₂로 된 크리스털이 이용되고, 이것은 광학적인 활동(진성 원형복굴절)을 나타내지 않고 비교적 약한 온도 감도만을 갖는다.

편광된 측정광의 변경이 이 측정값의 영향하에 있는 센서 엘리먼트에서 측정 효과로서 이용되는 모든 광학적인 측정 방법과 측정 장치에서의 문제는 이 센서 엘리먼트의 광학 재료 및 광학적인 전송 구간에서 부가적인 직선 복굴절에 의한 장애를 일으킨다. 이와 같은 부가의 직선 복굴절은, 예를 들어 휨 또는 진동으로 야기되는 기계적인 응력, 또는 온도 변경에 의해 야기된다. 이 장애에 의해 야기되는, 직선 복굴절은 동작점 및 측정 감도의 원하지 않던 변경으로 이어진다.

온도 영향을 보상하기 위해 이미 여러 온도 보상 방법이 공지되어 있다.

Proc. Conf. Opt. Fiber Sensors OFS 1988, New Orleans, pages 288 to 291에 및 해당하는 US 4 755 665에 교류 전류의 측정을 위한 자기 광학적인 측정 장치를 위한 온도 보상 방법이 제시된다. 이 방법에서 앞서 설명한, EP-B-0 088 419에 공지된 측정 장치에 대해 비슷하게 얻어진 전기 신호들(PA, PB)이 각각의 필터에서 직류 성분 PA(DC) 및 PB(DC)과 교류성분 PA(AC) 및 PB(AC)으로 분할된다. 이 직류 성분 PA(DC) 및 PB(DC)과 교류 성분 PA(AC) 및 PB(AC)으로부터 상기 광 신호(A, B)를 위한 양 전송 구간에서 여러 가지 세기 요동의 상쇄를 위해 각 신호(PA, PB)에 대해 이 직류 성분 PA(DC) 및 PB(DC)과 교류 성분 PA(AC) 및 PB(AC)으로 된상(quotient) QA = PA(AC)/PA(DC) 및 QB = PB(AC)/PB(DC)이 형성된다. 이 양 상들 QA 및 QB 각각으로부터 시간적인 평균값 MW(QA) 및 MW(QB)가 형성되고 이 양 평균값 MW(QA) 및 MW(QB)으로부터 상 Q =MW(QA)/MW(QB)가 형성된다. 반복 방법의 범위에서 값의 표시(Look-up-table)에 저장된, 교정값과의 비교를 통해 검출된 상 Q를 위한 보정팩터 K가 얻어진다. 이 보정 팩터 K만큼 보정되는 값 Q^*K은 측정되는 교류 전류를 위한 온도 보상되는 측정값으로서 유도된다. 이 방법으로 온도 감도가 약 1/50으로 줄어들 수 있다.

EP-A-0 557 090에는 교번 자계를 측정하기 위한 광 측정 방법을 위한 온도 보상 방법이 공지되어 있고, 이것은 상기 패러데이-효과를 이용하여 교류 전류를 측정하는데 알맞다. 이 공지된 방법에서 상기 직선 편광된 측정광이 상기 패러데이-엘리먼트의 통과 후에 검광기에서 두 개의 서로 다른 직선 편광된 광 성분 신호(A, B)로 분할되고, 그리고 상기 양 해당하는 전기 신호 PA와 PB 각각을 위한 세기 규격화를 위해 별도로 상기 해당하는 직류 성분 PA(DC) 및 PB(DC)과 상기 해당하는 교류 성분 PA(AC) 및 PB(AC)으로 된 상 QA = PA(AC)/PA(DC) 및 QB = PB(AC)/PB(DC)이 형성된다. 이 양 상들 QA 및 QB 각각으로부터 계산기 유니트에서, 관계 α+ β=1을 충족하는 실수 상수 α와 β를 가지고 측정 신호 M = 1/((α/QA)-(β/QB))이 형성된다. 이 측정 신호 M이 온도 변경에 의해 야기된 베르데-상수 및 패러데이-엘리먼트에서 원 복굴절의 변경에 독립하여 광범위하게 설명되어 있다. 온도 유도된 직선 복굴절의 보상에 대해서는 아무런 언급이 없다.

EP-A-0 486 226에는 온도 보상으로 교류 전압을 측정하기 위한 광학 측정 장치의 실시예가 공지되어 있다. 편광기, λ/4-판, 포켈스-엘리먼트 및 검광기로서 편광 빔 스플릿터로 이루어진 광학 직렬 회로가 광원과 평가 유니트 사이에 광학적으로 연결되어 있다. 그러나 상기 광학 직렬회로에서의 λ/40-판, 포켈스-엘리먼트의 순서는 바뀔 수 있다. 이 광원의 측정광이 이 편광기에서 직선 편광되고 이 포켈스-엘리먼트를 통과한 후 상기 검광기에서 상이한 편광면을 가지는 두 개의 광 성분 신호(A, B)로 분할된다. 이들 광성분 신호(A, B) 각각은 그에 상응하는 전기 세기 신호 PA 및 PB로 변환된다. 그 다음 광 성분 신호(A, B) 각각을 위한 세기 규격화를 위해 상기 해당하는 직류 성분 PA(DC) 및 PB(DC)과 상기 해당하는 교류 성분 PA(AC) 및 PB(AC)으로 된 상 QA = PA(AC)/PA(DC) 및 QB = PB(AC/PB(DC)이 형성된다. 이 양 세기 규격화된 상들 QA 및 QB 각각으로부터 계산기 유니트에서, 실수 상수 α와 β를 가지고 측정 신호 M =1/((α/QA)-(β/QB))이 형성된다. 이 상수 α와 β를 매칭시켜 이 측정 신호가 λ/4-판에서 온도 변경에 의해 야기된 직선 복굴절에 독립하여 있는 것이 설명되어 있다.

온도 보상을 위한 전술한 공지된 방법에 따라 직류 성분과 교류 성분에서 상기 양 신호들(PA, PB)의 분리를 통해 세기 요동의 보상은, 측정되는 교류 전기량의 제한된 주파수 대역의 단점을 갖는다. 따라서 상기 양 신호들(PA, PB)의 여과 시에 이 교류량에 대한 어떠한 정보도 상실하지 않기 위해, 직류 성분과 교류 성분 사이의 분리 주파수가, 일반적으로 50Hz 그리고 미국에서는 60Hz에 있는 교류량의 기본 주파수 아래에 있어야 한다. 그러나 예를 들어 진동으로 야기된 세기 요동이 상기 주파수에 거의 근접하는 주파수 범위에 있어 공지된 방법으로 제거될 수 없다. 50Hz보다 작은 주파수를 가지는 교류 전류 또는 교류 전압을 측정하려면, 감소하는 주파수를 가진 장애를 일으키는 진동 영향이 점점 커진다. 이는 특히 오프셋된 교류 신호, 즉 직류 신호 성분을 가진 교류 신호의 인식 시에 문제를 야기한다.

본 발명의 목적은 상기 측정 신호에 대한 온도 변경 및 세기 요동의 영향이 보상되는 교류 전기량의 측정을 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 제 1항 및 제 13항의 특징으로 달성된다. 상기 교류 전기량의 영향하에 있는 광 센서 엘리먼트에 편광된 측정광이 커플링된다. 이 센서 엘리먼트를 통과할 때, 이 측정광의 편광은 교류 전기량에 따라 변경된다. 이 센서 엘리먼트를 적어도 일회 통과한 후 이 측정광은 상이 한 편광면을 가지는 직선으로 편광된 두 개의 광 엘리먼트로 분할된다. 이 양 세기 성분 신호들은 각각 그에 상응하는 전기 세기 신호로 변환된다. 이 양 세기 신호로부터 세기 규격화된 신호(P)가 형성되고, 이것은 이 양 세기 신호들의 차 및 합에 상응하며 이 측정광을 위한 전송 구간에서의 또는 이 광원의 세기 요동이 없다. 이 세기 규격화된 신호 P는 교류 신호 성분 PAC과 직류 신호 성분PDC으로 분할된다. 이 세기 규격화된 신호 P의 형성과 함께 이미 모든 세기 요동이 보상되기 때문에, 이 교류 신호 성분 PAC과 직류 신호 성분PDC 사이의 분리 주파수가 매우 작게 선택된다. 측정되는 교류 전기량의 주파수를 위한 대역은 원칙적으로는 아래를 향해서는 제한 받지 않는다. 그러므로 예를 들어 진동에 의해 야기되는 저주파 세기 요동이 보상될 수 있다. 이 세기 규격화된 신호 P의 교류 신호 성분 PAC과 직류 신호 성분PDC으로부터, 광범위하게 보상이 이루어지는 상기 교류 전기량을 위한 측정 신호 S가 유도된다.

본 발명은, 상기 교류 신호 성분 PAC이 교류 전기량에 대한 정보를 포함하며, 그에 반해 상기 직류 신호 성분PDC가 이 온도에 대한 정보를 포함하는 데에 근거를 두고 있다. 따라서 이 교류 전기량과 온도에 대한 정보들은 온도 보상된 측정 신호 S의 유도를 위한 알맞은 신호 평가에 의해 이용된다.

본 발명에 따라 측정 방법 및 측정 장치의 바람직한 실시예들은 각각의 종속항에서 결과한다.

제 1의 유리한 실시예에서 이 측정 신호(S)가 식에 따라

S=(a^*PAC+b^*1/(C^*PDC+d^*1)

유도되고, 이 식에서, a, b, C 및 d는 실수 계수이며 a≠0, c≠0 및 d≠0이고, 상기 양 세기 신호(S1, S2) 중 하나가 사라지면, 1은 크기에 따라 상기 세기 규격화된 신호(P)와 동일한 유니트 신호이다. 이 교류 신호 성분 PAC 및 직류 신호 성분 PDC의 두 개의 일차 함수의 상 형성에 의해 측정신호 S를 얻으며, 이에서 온도 영향이 세기 규격화 된 신호 P와의 비교에서 줄어든다.

다른 실시예에서 이 세기 규격화된 신호 P의 이 교류 신호 성분 PAC 및 직류 신호 성분 PDC의 측정 신호 S가 앞서 검출된 값의 표 또는 교정 함수에 의해 유도된다.

본 발명은 하기에 도면에 의해 상술된다.

제 1도 교류 전기량을 측정하기 위한 장치의 원리도 ;

제 2도 그와 같은 측정 장치를 위한 규격화 유니트의 실시예 :

제 3도 그와 같은 측정 장치를 위한 필터의 실시예 ;

제 4도 및 제 5도 그와 같은 측정 장치를 위해 온도 보상을 위한 계산 유니트의 실시예,

제 6도 패러데이 엘리먼트로 교류 전기량을 측정하기 위한 장치의 실시예 ;

제 7도 포켈스-엘리먼트로 교류 전압을 측정하기 위한 실시예 :

제 8도 온도 보상을 가지는 및 가지지 않는 측정 에러의 다이어그램.

제 1도에는 원리도로 교류 전기량(X)의 측정을 위한 측정 장치의 실시예가 도시되어 있다. 하나의 센서 엘리먼트(3)가 제공되고, 이것은 상기 교류 전기량(X)의 영향하에서 이 센서 엘리먼트(3) 안으로 방사된 편광된 측정광의 편광을 이 교류 전기량(X)에 따라 변경시킨다. 상기 센서 엘리먼트(3)는 자기 광학 패러데이-효과의 이용하에 교류를 측정하기 위한 패러데이 엘리먼트 또는 자기 광학 포켈스-효과의 이용하에 전기 광학적인 교번 자계의 또는 교류 전압의 측정을 위한 포켈스-엘리먼트가 될 수도 있다. 이 센서 엘리먼트(3)에 편광된 측정광(L)이 커플링된다. 이 편광된 측정광(L)을 만들기 위해 하나의 광원(4) 및 그에 할당된 그러나 도시되지 않은 편광 수단 또는 자력 편광작용하는 광원(4)도, 예를 들어 레이저 다이오드, 및 경우에 따라 도시되어 있지는 않지만 부가적인 편광 수단이 제공될 수 있다. 상기 편광된 측정광(L)은 이 센서 엘리먼트(3)를 통해 적어도 한 번 지나가고 교류 전기량(X)에 의존하는 그의 편광 변동을 받는다. 이 센서 엘리먼트(3)를 통과한 후 상기 측정광(L)은 검광자(7)에 제공되고 이 검광자(7)에서 직선으로 편광된 두 개의 광성분 신호(LS1, LS2)로 쪼개지고, 이의 편광 평면들은 서로 다르다. 상기 양 광성분 신호(LS1, LS2)의 편광 평면들은 서로 직각으로 향하는 것이 바람직하다(직교 분할), 검광기(7)로서 편광의 빔 스플릿터, 예를 들어 월라스톤 프리즘, 또는 그에 상응하는 각도만큼 그리고 바람직하게는 90° 로 교차되는 2개의 편광 필터 및 부분 투과성 거울을 가진 간단한 빔 스플릿터가 제공될 수 있다. 이 센서 엘리먼트(3)와 상기 검광기(7)는 프리 젯(free jet) 장치에 의해 또는 편광 수용 광도파관, 바람직하게는 단일 모드-광섬유, 예를 들어 HiBi (High Birefringence)-섬유 또는 편광에 중립적인 LoBi(Low Birefringence)-섬유에 의해 광학적으로 서로 커플링된다.

그 다음, 상기 양 광성분 신호들(LS1, LS2)이 광전 변환기(12 및 22)에 제공된다. 상기 검광기(7)로부터 각각의 해당 변환기(12 및 22)로의 상기 양 광성분 신호들(LS1, LS2)의 전송은 프리 젯 장치 또는 광도파관에 의해 이루어질 수 있다. 상기 변환기(12, 22)에서 양 광성분 신호들(LS1, LS2)은, 이 해당 광성분 신호들(LS1, LS2)의 세기를 위한 크기인 전기 세기 신호(S1, S2로 변환된다. 이 양 광성분 신호들(LS1, LS2)은 규격화 유니트(30)의 입력에 제공된다. 이 규격화 유니트(30)는 상기 두 개의 전기 세기 신호(S1, S2)로 부터 세기 규격화 신호를 형성하고, 이것은 상기 양 세기 신호들(S1, S2)의 차 및 합으로부터의 상에 일치한다. 이 세기 규격화된 신호(P)는 본질적으로 상기 광원(4)의 세기 요동 또는 전송 경로에서의 세기 손실에 의존하지 않는다. 상기 세기 규격화된 신호(P)는 아날로그식 산술 콤포넌트에 의해 형성되는 것이 바람직하지만, 디지털 식으로 계산되거나 또는 저장된 값의 표에 의해 검출될 수 있다.

그러나 온도의 변동은 상기 광측정 장치 특히 센서 엘리먼트(3)의 광 재료에서 온도 유도된 직선 복굴절로 인한 온도의 변동, 및 이와 연결되는 작동점의 이동 및 상기 측정 장치의 측정 감도가 문제를 가져온다. 이 온도 유도 측정 에러는 다음에 설명되는 온도 보상 방법으로 필터(40)와 계산 유니트(50)에 의해 보상된다.

상기 규격화 유니트(30)의 출력에 있는 세기 규격화 신호(P)가 상기 필터(40)의 입력에 제공된다. 이 필터(40)는 세기 규격환 신호(P)를 그의 교류 신호(PAC)와 직류 신호(PDC)로 쪼개고, 이것들은 상기 필터(40)의 입력에 인가된다.

상기 교류 신호(PAC)와 직류 신호(PDC)는 상기 계산 유니트(50)의 입력에 제공된다. 이 계산 유니트(50)는 상기 교류 신호(PAC)와 직류 신호(PDC)로부터 하나의 측정 신호(2)를 다음 식에 따라 형성하며.

S= (a^*PAC+b^*1/(c^*PDC+d^*1) (1),

이 식에서, a, b, c 또는 d는 실계수이고, a≠0, b≠0 및 d≠0, 및 1은, p=1인 값에 상응하는 유니트 신호이다. 패러데이 엘리먼트에 의해 교류 전기량(X)으로서 교류를 측정할 때도 그리고 또한 포켈스-엘리먼트로 교류 전기량(X)으로서 교류 전압의 또는 교변 자계를 측정할 때에도 이 측정신호(5)에서 상기 광원의 세기 요동에 비해 그리고 광전송 구간에서도 그리고 또한 그의 동작점과 관련하여 가변 온도에서 그에 상응하는 변동량(X)을 위한 널리 안정된 측정 신호가 얻어진다. 상기 계수 a, b, c 그리고 d는 상기 측정 신호의 온도에 대한 독립성을 최적화하기 위해 실험적으로 검출될 수 있다. 식 (1)에 따른 측정 신호(5)의 산술적인 유도는 실행되는 산술 동작을 위한 아날로그 소자로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 실시예에서 온도 보상은 실제 시간에 가능하다. 그러나 이 측정 신호(S)가 마이크로프로세서 또는 컴퓨터로 디지털식으로 계산되거나 또는 저장된 값의 표로 검출된다. 상기 측정 신호(S)의 온도 감도는 보상되지 않은 신호의 그것보다 훨씬 작다. 이 측정 에러는 대략 10배만큼 감소된다.

제 2도에는 규격화 유니트의 실시예가 도시되어 있다. 감산기(31), 가산기(32) 및 분하기(33)가 제공된다. 이 감산기(31)와 가산기(32)의 각 두개의 입력에 상기 두 개의 전기 세기 신호(S1, S2)가 인가된다. 이 감산기(31)의 출력에 있는 차 신호(S1-S2)와 이 가산기(32)의 출력에 있는 합 신호(S1+S2)가 이 분할기(33)의 두 개의 입력에 제공된다. 이 분할기(33)의 출력에 세기 규격화된 신호 P = (S1-S2)/(S1+S2)가 인가된다. 이 실시예는, 아날로그 소자들이 이용되면 세기 규격화가 실제 시간에 이루어질 수 있는 장점을 갖는다.

제 3도에는 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)으로 세기 규격화된 신호(P)를 쪼개기 위한 필터(40)의 실시예가 도시되어 있다. 이 필터(40)는 저역 필터(47)와 감산기(41)를 포함한다. 이 세기 규격화된 신호(P)는 상기 저역 필터(47)의 입력에 인가된다. 이 저역 필터(47)의 출력에 상기 세기 규격화된 신호(P)의 직류 신호 성분(PDC)이 있고, 이것은 세기 규격화된 신호(P)의 주파수 성분에 상응한다. 이 주파수 성분들은 저역 필터(47)의 제공된 분리 주파수 아래에 있다. 이 저역 필터(47)의 분리 주파수가 낮게 조정되는데, 왜냐하면 세기 규격화기 앞서 있었을 경우 이 규격화 유니트(30)에서 세기 요동이 제거되어 장애를 일으키는 고주파수의 세기 요동 예를 들어 진동으로 인한 세기 요동이 더 이상 장애를 일으키지 않고 교류 신호성분(PAC)에 작용할 수 있기 때문이다. 이 교류 신호 성분(PAC)은 전체 신호(P)로부터 상기 직류 신호(PDC)의 감산을 통해 간단하게 상기 감산기(41)로 형성된다. 이 감산기(41)의 두 개의 입력에 상기 세가 규격화된 신호(P)와 이 세기 규격화된 신호(P)의 직류 신호 성분(PDC)이 인가된다.

제 3도에 도시된 필터(40)의 실시예 대신에 교류 신호 성분(PAC) 및 직류 신호 성분(PDC)의 여과를 위한 저역 필터와 고역 필터 역시 제공될 수 있거나 또는 이 교류 신호 성분(PAC)을 여과하기 위한 고역 필터와 전체 신호(P)로부터 교류 신호 성분(PAC)의 감산을 통해 이 직류 신호 성분(PDC)를 빼내는 감산기가 제공될 수 있다.

제 4도와 제 5도에는 계산 유니트(50) 및 이 계산 유니트(52)에서 실시되는 측정 신호(S)의 계산의 특히 간단한 두 개의 실시예가 도시되어 있다.

제 4도에 따른 실시예에서 이 계산 유니트(50)는 가산기(52)와 감산기(53)를 포함한다. 이 가산기(52)는 상기 세기 규격화된 신호(P)의 직류 신호성분(PDC)과 제공된 실제 보정 팩터(K')로 곱해지는 유니트 신호(1)로부터 합 신호 PDC + K'^*1을 형성한다. 직류 신호 성분(PDC)과 상기 보정 팩터(K')로 곱해지는 유니트 신호(1)가 입력 신호로서 상기 가산기(52)에 제공된다. 이 유니트 신호(1)의 크기는 상기 세기 규격화된 신호 P = ±1에 상응하고, 이 신호는 정확하게 상기 양 세기 신호들(S1 또는 S2) 중 하나가 사라질 때 생긴다. 예를 들면, S2 = 0이고, S1 ≠ 0인 경우가 그러하다. 상기 가산기(52)의 출력에 직류 신호 성분(PDC) 및 보정 팩터(K')로 곱해지는 유니트 신호(1)로부터 합 신호 PDC + K'^*1이 있다. 상기 교류 신호 성분(PAC)과 합 신호 PDC + K'^*1로 된 상 PAC/(PDC + K'^*1)가 상기 분할기(53)에 의해 형성된다. 상기 분할기(53)의 제 1 입력에 교류 신호 성분(PAC)이 그리고 상기 분하기(53)의 제 2 입력에 가산기(42)의 합 신호 PDC+K'^*1이 인가된다. 이 분할기(53)의 출력에 있는 상은 교류 전기량(X)을 위한 측정 신호로서

S=PAC/(PDC+K'^*1 (2)

유도된다. 실험적으로 검출된 알맞은 보정 팩터(K')의 선택에 의해 상기 측정 신호(S)의 온도 의존성이 최소화된다.

제 5도에 도시된 계산기 유니트(50)의 실시예에서 이 가산기(52) 대신에 증폭기(54)와 가산기(55)가 제공되고, 이것들은 제공된 실제 보정 팩터(K)로 곱해지는 직류 신호 성분(PDC)과 유니트 신호(1)로부터 합 신호 K^*PDC+1을 형성하기 위한 수단을 공통으로 형성한다. 이 직류 신호 성분(PDC)이 증폭기(54)에 입력 신호로서 제공되고 및 이 증폭기(54)에서 상기 보정 팩터(K)에 조정되는 증폭 팩터와 곱해진다. 이 증폭기(54)의 출력 신호K^*PDC가 제 1 입력 신호로서 상기 가산기(55)의 입력에 제공된다. 이 가산기(55)의 그 외 출력에서 제 2 입력 신호는 상기 유니트 신호(1)를 형성한다. 따라서 이 가산기(55)의 출력에 합 신호 K^*PDC+1이 있다. 이 분할기(53)의 제 1 입력에 다시 제 4도에서처럼 상기 교류 성분 신호(PAC)가 인가되는 반면, 이 분할기(53)의 제 2 입력은 상기 가산기(55)의 출력과 연결된다. 이 분할기(53)의 출력에 상기 교류 신호 성분 PAC과 상기 합 신호 K^*PDC+1로 된 상 PAC/(K^*PDC+1)이 있다. 이 상은 교류 전기량(X)을 위한 측정 신호로서

S=PAC/(K^*PDC+1) (3)

유도된다. 이 측정 신호(5)는 제 4도 및 식(2)에 따른 측정 신호(5)와 마찬가지로 온도 변동과 관련하여도 그리고 세기 변동과 관련하여서도 안정적이다.

이 보정 팩터(K)는, 상기 측정 신호(S)의 온도 의존성이 적어도 거의 최소가 되게 조정되는 것이 바람직하다.

이 측정 신호(S)의 계산은 모든 실시예에서 실제 시간에 이루어지는데, 이 계산 유니트(50)가 아날로그 소자로 실현될 수 있기 때문이다.

제 6도에서 센서 엘리먼트로서 컨덕터(2)에 할당된 페러데이-엘리먼트(3')를 가진 상기 컨덕터(2)에서 교류 전류(I)의 측정을 위한 측정 장치의 실시예가 도시되어 있다.

직선으로 편광된 광원(4)의 직선으로 편광된 측정광(L)이 바람직하게는 편광 수용 광도파관(34)에 의해 상기 패러데이-엘리먼트(3')와 연결되고, 이 패러데이-엘리먼트(3')를 적어도 한 번 통과한 후 다시 이 패러데이-엘리먼트(3')로부터 끊어지고 바람직하게는 편광 수용 광도파관(37)에 의해 상기 검광기(7)에 제공된다. 그러나 패러데이-엘리먼트(3')로부터 검광기(7)로의 끊어진 측정광의 전송은 프리 젯 장치에 의해 이루어질 수 있다. 상기 끊어진 측정광은 이 패러데이-효과로 인해 도시되지 않는 측정각 α만큼 회전된 편광을 갖는다. 이 측정광 α은 상기 컨덕터(2)에서 교류 전류(I)에 따른다.

제 6도에 따라 도시된 실시예에서 광도파관, 예를 들어 광섬유를 가진 패러데이-엘리먼트(3')가 형성되고, 이것은 적어도 하나의 측정 권선을 가지는 측정 코일에서 상기 컨덕터(2)를 에워싼다. 이 패러데이-엘리먼트(3')의 광도파관은 스플리스(35 및 39)에 의해 이 측정광(L)을 공급하는 광도파관(34) 및 이 측정광(L)의 유출을 위한 광도파관(37)과 커플링된다.

그러나 패러데이-엘리먼트(3')로서, 바람직하게는 상기 컨덕터(2)를 에워싸는, 측정광을 위한 광 경로를 형성하는 패러데이-재료로 이루어진 하나 또는 다수의 매씨브한 형체가, 예를 들어 유리 링, 제공될 수 있다. 이 패러데이-엘리먼트(3')는 상기 컨덕터(2)를 폐쇄된 광 경로에서 에워쌀 필요가 없고 가까운 곳에서만 이 컨덕터(2) 열에 배열될 수 있다. 그 외에도 측정광이 이 패러데이-엘리먼트(3')를 한 방향으로만 통과하는 도시된 형태의 전송 실시예와 더불어 상기 측정광(L)이 상기 패러데이-엘리먼트(3')를 한 번 통과한 후 재반사되고 이 패러데이-엘리먼트(3')를 역방향으로 다시 통과하는 반사형의 실시예도 가능하다.

이 패러데이-엘리먼트(3')로부터 디커플링된 광이 상기 검광기(7)에 의해 상이한, 바람직하게는 서로 직각인 편광면을 가지는 직선으로 편광된 두개의 광 신호(LS1, LS2)로 쪼개어진다. 검광기(7)로서는 바람직하게는 편광시키는 빔 스플릿터, 예를 들어 월라스톤-프리즘이 제공될 수 있다. 그러나 이 기능을 위해 상응하는 각도, 바람직하게는 90° 정도 교차되는 두 개의 극필터(pole filter)와 간단한 빔 스플릿터가 제공될 수 있다. 그 다음 상기 두 개의 광신호들(LS1, LS2)은, 바람직하게는 증폭기 회로에 연결된 포토다이오드를 위한 할당된 광 전기 변환기(12 및 22)에 제공되어, 전기 세기 신호(S1, S2)로 변환되고, 이것은 각각의 광 신호(LS1, LS2)의 광 세기를 위한 크기를 나타낸다.

이 전기 세기 신호(S1, S2)는 제 2도에 도시된 것처럼 구성된 규격화 유니트(30)에 제공된다. 이 규격화 유니트(30)의 출력에 상기 세기 규격화 신호 P = (S1-S2)/(S1+S2)가 있다. 이 세기 규격화된 신호(P)는 세기 요동 보상되는, 즉 진동 및 기타 기계적인 영향으로 인해 광도파관에서의 마이크로 벤딩 손실(micro bending loss)에 의해 및 광도파관(4)의 세기의 요동에 의해 광 세기에서의 요동이 실제로 제거된다.

온도 보상을 실시하기 위해, 이 세기 규격화된 신호(P)가 상기 필터(40)에 의해 교류 신호 성분 PAC과 직류 신호 성분 PDC로 쪼개진다. 제 3도에 따른 실시예에서처럼 다시 저역 필터(47)와 감산기(41)가 제공된다. 물론 필터(40)의 다른 실시예도 이용될 수 있다.

교류 신호 성부 PAC과 직류 신호 성분 PDC이 상기 계산 유니트(50)에 제공된다. 상기 도시된 계산 유니트(50)는 제 5도 및 식(3)에 따른 유리한 실시예에 상응하지만, 이 실시예에 국한되지 않으며 그리고 예를 들어 제4도 및 식(2)에 따라 또는 측정 신호(S)의 유도를 위해 식 (1)에 따라 형성된다. 교류 전류(I)를 위한 측정 신호(S)로서 도시된 실시예에서 상 PAC/(K^*PDC+1)이 유도된다.

측정 신호(S)의 이 온도에 대한 의존성은 상기 보정 팩터(K)의 알맞은 선택에 의해 최소화될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서 상기 패러데이-엘리먼트(3')에서 연결되는 직선으로 편광되는 측정광(L)의 편광면의 도시되지 않은 결합각η이 상기 패러데이-엘리먼트(3')의 직선 복굴절의 자체축에 대해 및 이 자체축과 검광기(7)의 자체축 사이의 도시되지 않은 디커플링 각 θ 및 보정 팩터 K로 조정되어, 적어도 거의 이 조건들이 충족된다:

cos(2·θ+ 2·η)=-2/(3·K) (4a)

sin(2·θ- 2·η)=1 (4b)

복굴절 재료의 자체축은 변함이 없이 다시 이 재료를 떠나는 편광 상태에 의해 제한된다. 상기 식들(4a) 및 (4b)의 답으로서 가능한 각도 값은 예를 들어 K=2에 대해 η = 10.45° 이다. 언급한 조건들(4a), (4b)를 정확하게 충족시키는 각도 값의 편차는 패러데이-엘리먼트(3')에서 직선의 및/또는 원형의 큰 복굴절에서 가능하며 약 5° 까지 달한다.

이 계산으로부터 보정 팩터(K)에 의존하여 선택된 커플링 각도η와 디커플링 각도 θ에서 이 재료(S)는 상기 패러데이-회전각 또는 측정각 α의 특히 간단한 의존성을 갖는 결과가 나온다. 이 관계는

S=sin(2·α) (5)

양호한 근접에서 유효하다.

이 측정신호(S)는 복굴절 효과 없는 측정각 α을 위한 이론적인 측정 신호에 상응한다. 그 때문에 이 평가 방법이 특히 간단하다. 제공된 커플링 및 디커플링 각도 η 및 θ에서 상기 보정 팩터 K는, 이 측정 장치의 상기 측정 신호(S)가 복굴절이 존재하지 않을 경유 상기 측정 신호에 상응하도록 조정된다. 이 보정 팩터 K로 상기 측정 장치는 최소의 온도 드리프트로 조정된다.

그에 반해 예를 들어 제 4도에 따른 계산 유니트(50)로 실시될 수 있는 식(2)에 따른 규정 S = PAC/(PDC+K'^*1)을 상기 측정 신호(S)의 계산에 근거하면, 보정 팩터 K'와 커플링 각도 η 및 디커플링 각도θ 사이의 관계는 다음과 같다:

cos(2·θ+ 2·η)=-(2/3)·K (6a)

sin(2·θ- 2·η)=1 (6b)

보정 팩터 K'에 따라 이 식들(6a) 및 (6b)에 따라 조절된 각도 η 및 θ을 가지고 측정 신호로서

S=(1/K')·sin(2·α) (7)

얻으며, 이것은 팩터 1/K'으로 조정할 때까지 복굴절 없이 이론적인 측정 신호 sin(2 ·α)에 상응한다.

언급한 식들(6a) 및 (6b)의 답으로서 가능한 각도 값은 예를 들어 K'=1에 대해 η=10.45° 및 θ=55.45° 이다. 이 조건들(6a) 및 (6b)을 정확하게 충족시키는 각도 값의 편차는 패러데이-엘리먼트(3')에서 직선의 및/또는 원형의 큰 복굴절에서 가능하며 약 5° 까지 달한다.

제 7도에는 포켈스-엘리먼트(3")로 교류량(X)으로서 교류 전압 U의 측정을 위한 장치의 실시예가 도시되어 있다. 측정되는 교류 전압 U는 두 개의 전극(35 및 36)에 의해 이 포켈스-엘리먼트(3")에 인가될 수 있다. 편광된 측정광(L)은 이 포켈스-엘리먼트(3")에 커플링 된다. 이 측정광(L)은 상기 포켈스-엘리먼트(3")를 통과하고 인가된 교류 전압 U에 의존하는 편광의 변동을 받는다. 이 교류 전압 U는 도시된 실시예에서 측정광(L)의 광확산 방향에 대해 직각으로 인가되지만(가로 방향 실시예), 광 확산 방향에 대해 평행하게도 인가될 수 있다(세로 방향 실시예). 이 측정광(L)을 상기 포켈스-엘리먼트(3")에 커플링시키는 수단으로서 광원, 예를 들어 발광 다이오드, 및 이 광원(4)의 광의 직선 편광을 위한 편광기(5)가 제공된다. 이 광원(4) 및 편광기(5)는 바람직하게는 광도파관(43)에 의해, 예를 들어 멀티모드-광섬유, 광학적으로 서로 커플링되지만, 프리 젯 커플링에 의해서도 광학적으로 서로 커플링될 수 있다. 광도파관(43)으로부터 편광기(5)로의 광의 커플링을 위해 바람직하게는 콜리메이터 렌즈(25)가 제공될 수 있다. 이 편광기(5)로부터 직선으로 편광되는 측정광(L)이 상기 포켈스-엘리먼트(3")로 커플링된다. 이 포켈스-엘리먼트(3)를 통과한 후 상기 측정광(L)이 λ/4-판(6)에 의해 상기 검광기(7)에 제공된다. 이 검광기(7)에서 상기 측정광(L)이 직선으로 편광되는 두 개의 광 성분 신호(LS1 및 LS2)로 쪼개지고, 그의 편광면이 서로 다르다. 바람직하게는 상기 양 광 성분 신호(LS1, LS2)의 편광면이 서로 직각이다(대각선 분할). 검광기(7)로서 편광작용하는 빔 스플릿터, 예를 들어 월라스톤-프리즘, 또는 제공된 각도만큼 바람직하게는 90° 만큼 교차되는 두 개의 편광 필터와 간단한 빔 스플릿터가 제공될 수 있다.

상기 양 광 성분 신호(LS1, LS2)가 바람직하게는 콜리메이터 렌즈(11, 21)에 의해 각각 광도파관(10, 20)에 커플링되고 그리고 이 광도파관(10, 20)에 의해 해당 광전 변환기(12, 22)에 제공된다. 이 변환기(12, 22)에서 상기 양 광 성분 신호(LS1, LS2)가 각각 전기 세기 신호(S1, S2)로 변환되고, 이것은 해당하는 광 성분 신호(LS1, LS2)의 세기를 위한 크기를 나타낸다. 양 광 성분 신호(LS1, LS2)는 규격화 유니트(30)의 입력들에 제공된다. 이 규격화 유니트(30)는 상기 양 전기 세기 신호(S1, S2)로부터 세기 규격화된 신호 P = (S1-S2)(Sl+S2)를 형성하고, 이것은 상기 양 전기 세기 신호(S1, S2)의 차 및 합으로부터의 상에 상응한다. 이 세기 규격화된 신호(P)는 전송 경로에서의 세기 손실 또는 광원의 세기 요동에 따르지 않는다.

이 측정 장치의 동작점은, 상기 포켈스-엘리먼트(3")에 전계가 인가되지 않으면, 검광기(7)에 원형으로 편광된 측정광이 제공되도록 조정되는 것이 바람직하다. 상기 포켈스-엘리먼트(3")에서의 직선 복굴절의 양 자체축은 이 경우에 이 측정광(L)에 의해 "균일하게 조광된다" 이는 이 양 자체축으로 투사된 측정광(L)의 콤포넌트가 균일한 세기를 갖는 것을 의미한다. 일반적으로 상기 양 광성분 신호(LS1, LS2)는 그의 세기에 있어서 같으며 세기 규격화된 신호(P)가 U=0에 대해 0과 같다. 교류 전압 U≠0V를 상기 포켈스-엘리먼트(3")에 인가할 때 이 측정광(L)의 콤포런트가 상기 포켈스-엘리먼트(3")의 직선 복굴절의 전기광학적으로 능동인 자체축을 따라 그의 세기에서 교류 전압 U에 따라 변한다.

그러나 이 측정광(L)의 편광의 그와 같은 변경은 상기 포켈스-엘리먼트(3") 또는 λ/4-판(6)에서의 온도 및 그것으로 야기된 온도 의존적인 직선의 복굴절의 변경에 의해 야기된다. 그러므로 온도 변경은 이 측정 장치의 동작점의 이동으로 이어진다. 이 온도 의존적인 동작점 드리프트(drift)는 이미 설명한 온도 보상 방법에 의해 필터(40) 및 계산 유니트(50)로 광범위하게 보상된다.

이 규격화 유니트(30)의 출력에 있는 세기 규격화된 신호(P)가 이 필터(40)의 입력에 제공된다. 이 필터(40)는 상기 세기 규격화된 신호(P)를 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)으로 쪼개고, 이것은 각각 이 필터(40)의 출력에 인가된다. 이 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)은 이 계산 유니트(50)의 입력에 제공된다. 이 계산 유니트(50)는 이 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)으로부터 이 식에 따른 측정신호(S)를 형성하고,

S = (a^*PAC + b^*1)/(c^*PDC + d^*1),

이 식에서 a, b, c 및 d는 실계수이며, a≠0, c≠0 및 d≠0이고 1은 유니트 신호이다.

상기 규격화 유니트(30)에서의 세기 규격화 및 필터(40)와 계산 유니트(50)로 온도 보상에 의해 교류 전압 U를 위한 측정 신호(S)가 얻어진다. 이것은 세기 요동도 그리고 또한 온도 영향도 없다.

제 7도에 도시된 편광기(5), 포켈스-엘리먼트(3"), λ/4-판(6) 및 검광기(7)의 광학적인 직렬 회로 대신에 편광기(5), λ/4-판(6) 포켈스-엘리먼트(3") 및 검광기(7)의 광학적인 직렬 회로 역시 제공될 수 있고, 따라서, λ/4-판(6) 및 포켈스-엘리먼트(3")의 광학적인 직렬 회로가 바뀔 수 있다. 이 경우에, 이 측정광(L)은 이 포켈스-엘리먼트(3")에 커플링 전에 원형 편광된다.

그 외에도 이 광원(4)과 편광기(5) 대신에 직선으로 편광되는 광을 전송하기 위한 광원이, 예를 들어 레이저 다이오드, 편광된 측정광(L)을 포켈스-엘리먼트(3") 및 λ/4-판(6)을 커플링하기 위해 제공될 수 있다. 그 다음으로, 이 광도파관(43)은 편광 수용 광도파관인 것이 바람직하다.

또한 이 광 성분 신호(LS1, LS2)의 전송은 프리 젯 장치에서 이루어질 수 있다. 이 검광기(7)는 편광 수용 광도파관에 의해 λ/4-판(6) 및 포켈스-엘리먼트(3")와 광학적으로 연결된다.

제 8도는 다이어그램에서 측정 신호(5) 및 보상되지 않은 신호(P)를 위한 측정된 곡선을 나타낸다. 상기 측정 에러 ε=ε(T)가 온도(T)에 대한 함수로서 그려진다. 상기 개개의 점들은 측정된 값들에 상응한다. εp로 표시되는 곡선은 아직 온도 보상되지 않은 신호(P)의 경우 이 온도에 따라 상기 측정 에러에 상응한다. 온도의 상승과 더불어 거의 직선적인 증가가 관찰된다. εS로 표시된 측정 곡선은 온도 보상된 측정 신호(S)의 경우 이 온도에 따라 상기 측정 에러에 상응한다. 그에 따라 이 측정 에러는 상기 온도에 대해 일정한다. 도시된 상기 측정값은 교류를 측정하기 위한 제 6도에 따른 장치로 측정된다.

이 측정 신호(S)는 상기 식들(1), (2) 또는 (3) 중 하나를 이용하는 것 외에도 도시되지 않은 실시예에서 앞서 측정된 그리고 적어도 메모리에 저장된 값의 표 또는 세기 규격화된 신호(P)의 교류 신호 성분(PAC)과 직류신호 성분(PDC)으로 된 앞서 검출된, 저장된 교정 함수(calibrating function)를 이용해 유도된다. 이 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)을 위한 각각의 값 쌍에 상기 값의 표 또는 교정 함수에 의해 상기 측정 신호(S)가 교류 신호 성분(PAC)과 직류 신호 성분(PDC)의 함수(F)(PAC, PDC)로서 할당되어 있다. 이 저장된 값들 사이에 있는 실제적인 신호들(PAC 및 PDC)에 대해 통상적으로 보간이 이루어진다. 이 해당 함수(F)(PAC와 PDC)는 실험적으로 검출되거나 또는 이론적으로 접근될 수 있다.

특별한 실시예에서 이 측정 신호(S)를 위한 함수(F)(PAC와 PDC)로서 교류 신호 성분(PDC)과 상기 직류 신호 성분(PDC)의 함수f(PDC)로 된 적(product) PAC^*f(PDC)가 이용될 수 있다. 이 함수f(PDC)는 상응하는 알맞은 계수를 가지는 FIT-함수로서 상기 직류 신호 성분 PDC의 일차 또는 이차함수에 의해 상기 필요한 교정 측정의 수를 줄이는데 접근될 수 있다.

Claims

교류 전기량을 측정하는 방법에 있어서,

a) 편광된 측정광(L)이 교류 전기량(X)의 영향하에 있는 센서 엘리먼트(3)에 커플링되고, 상기 측정광(L)의 편광이 상기 교류 전기량(X)에 따라 상기 센서 엘리먼트(3)를 통과하는 동안 변경되고;

b) 상기 측정광(L)은 센서 엘리먼트(3)를 통과한 후 상이한 편광면을 가지는 직선으로 편광된 두 개의 광 성분 신호(LS1 및 LS2)로 쪼개어지고:

c) 상기 두 개의 광성분 신호(LS1 및 LS2)로 전기 세기 신호(S1 및 S2)로 변환되어;

d) 상기 전기 세기 신호(S1, S2)로부터 세기 규격화된 신호가

P = (S1-S2)/(S1+S2)

유도되고,

e) 상기 세기 규격화 된 신호(P)는 교류 신호 성분(PAC) 및 직류 신호 성분(PDC)으로 쪼개지고;

f) 상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 및 직류 신호 성분(PDC)으로부터 상기 교류 전기량(X)을 위한 광범위하게 온도 보상된 측정 신호(S)가 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 그 직류 신호 성분(PDC)으로부터의 상기 측정 신호(S)가 이하의 식에 따라

S=(a^*PAC+b^*1)/(c^*PDC+d^*1)

유도되고, 상기 식에서 상기 a, b, c 및 d는 실수 계수이며, a≠0, c≠0 및 d≠0이고, 상기 세기 신호(S1, S2) 중 하나가 사라지면, 1은 크기에 따라 세기 규격화 된 상기 신호(P)와 동일한 유니트 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서,

상기 계수 a, b, c 및 d는, 상기 측정 신호의 온도 의존성이 적어도 최소가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 계수 a, b, c 및 d는 a=1, b=0, c=K 및 d=1인 식에 따라 조정되고, 상기 식에서 상기 K로 실수 보정 팩터인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 계수 a, b, c 및 d는 a=1, b=0, c=1 및 d=K'인 식에 따라 조정되고, 상기 식에서 상기 K'로 실수 보정 팩터인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 및 직류 신호 성분(PDC)으로부터의 상기 측정 신호(S)가 상기 검출된 값의 표 또는 교정 함수에 의해 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

교류 전압(U) 또는 교번 자계를 측정하기 위해 상기 센서 엘리먼트로서 포켈츠-엘리먼트(3")가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항, 제2항, 제3항 또는 제6항에 있어서,

컨덕터(2)에서 교류 전류(I)를 측정하기 위해 상기 센서 엘리먼트로서 상기 컨덕터(2)에 할당된 패러데이-엘리먼트(3")가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

상기 편광된 측정광(L)은 직선편광된 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

상기 편광된 측정광(L)은 원형편광로 것을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서,

상기 패러데이-엘리먼트(3")에 커플링 된 상기 측정광(L)의 상기 편광면들의 상기 보정 팩터(K) 및 커플링 각도(η)가 상기 측정광(L)을 상기 두 개의 광성분 신호(LS1, LS2)로 쪼개도록 제공되는 검광기(7)의 자체축과 직선 복굴절의 자체축 사이의 디커플링 각도(θ) 및 상기 패러데이-엘리먼트(3')에서 직선 복굴절의 자체축에 대해 조정되어, 적어도 이하의 조건들을

cos(2·θ+ 2·η) = -2/(3·K)

sin(2·η+ 2·θ)=1

충족시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 패러데이-엘리먼트(3')에 커플링 된 상기 측정광(L)의 상기 편광면의 상기 보정 팩터(K') 및 커플링 각도(η)가 상기 측정광(L)을 상기 두개의 광성분 신호(LS1, LS2)로 쪼개도록 제공되는 검광기(7)의 자체축과 상기 직선의 복굴절의 자체축 사이의 디커플링 각도(θ) 및 상기 패러데이-엘리먼트(3')에서의 직선 복굴절의 자체축에 대해 조정되어, 적어도 이하의 조건들을

cos(2·θ+ 2·η) = -(2/3)·K

sin(2·θ- 2·η)=1

충족시키는 것을 특징으로 하는 방법.
교류전기량(X)을 측정하는 장치에 있어서,

a) 상기 교류 전기량(X)의 영향하에 있는 광학 센서 엘리먼트(3)에 편광된 측정광(L)을 커플링하기 위한 수단(4, 5)을 포함하는데, 상기 측정광(L)은 상기 교류 전기량(X)에 따라 변경되고;

b) 상기 측정광(L)을 상기 센서 엘리먼트(3)를 통과시킨 후 상이한 편광면을 가지는 직선으로 편광된 두 개의 광 성분 신호(LS1, LS2)로 분할하기 위한 수단(7);

c) 상기 두 개의 광성분 신호(LS1, LS2)를 각각의 전기 세기 신호(S1 및 S2)로 변환하기 위한 수단(12, 22);

d) 상기 전기 세기 신호(S1 및 S2)로부터 세기 규격화된 신호 P =(S1-S2)/(S1+S2)를 유도하기 위한 수단(30);

e) 상기 세기 규격화된 신호(P)를 교류 신호 성분(PAC) 교 직류 신호성분(PDC)프로 분할하기 위한 수단(40); 및

f) 상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 그 직류신호 성분(PDC)으로부터 상기 교류 전기량(X)을 위한 측정 신호(S)를 유도하기 위한 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항에 있어서,

상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 그 직류 신호 성분(PDC)으로부터 상기 교류 전기량(X)을 위한 상기 측정 신호(S)를 유도하기 위한 상기 수단은 계산 유니트(50)를 구비하며, 이하의 식에 따라

S = (a^*PAC + b^*1)/(c^*PDC + d^*1)

상기 측정 신호(S)를 검출하고, 상기 식에서 상기 a, b, c 및 d는 실수 계수이며 a≠0, c≠0 및 d≠0이고, 상기 두 개의 세기 신호(S1, S2) 중 하나가 사라지면, 상기 1은 크기에 따라 세기 규격화 된 상기 신호(P)와 동일한 유니트 신호인 것을 특징으로 하는 장치.
제 14항에 있어서,

상기 계수 a, b, c 및 d는, 상기 측정 신호의 온도 의존성이 적어도 최소가 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14항 또는 제 15항에 있어서,

상기 계수 a, b, c 및 d는 a=1, b=0, c=K 및 d=1인 식에 따라 조정되고, 상기 식에서 상기 K로 실수 보정 팩터인 것을 특징으로 하는 장치.
제 14항 또는 제 15항에 있어서,

상기 계수 a, b. c 및 d는 a=1, b=0, c=1 및 d=K'인 식에 따라 조정되고, 상기 식에서 상기 K'는 실수 보정 팩터인 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서 엘리먼트로서 포켈스-엘리먼트(3")가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서 엘리먼트로서 컨덕터(2)에 할당된 패러데이-엘리먼트(3")가 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서,

원편광되는 측정광(L)을 커플링하기 위한 수단(4, 5, 6)이 상기 센서 엘리먼트(3)에 커플링하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서,

직선편광되는 측정광(L)을 커플링하기 위한 수단(4, 5)이 상기 센서 엘리먼트(3)에 커플링하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16항에 있어서,

패러데이-엘리먼트(3')에 커플링 된 상기 측정광(L)의 상기 편광면들의 상기 보정 팩터(K) 및 커플링 각도(η)가 상기 측정광(L)을 상기 두 개의 광성분(LS1, LS2)으로 쪼개도록 제공되는 검광기(7)의 자체축과 직선 복굴절의 자체축 사이의 디커플링 각도(θ) 및 상기 패러데이-엘리먼트(3')에서 직선 복굴절의 자체축에 대해 조정되어, 적어도 이하의 조건들을

cos(2·θ+ 2·η) = -2/(3·K)

sin(2·θ- 2·η)=1

충족시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17항에 있어서,

패러데이-엘리먼트(3')에 커플링되는 상기 측정광(L)의 상기 편광면의 상기 보정 팩터(K') 및 커플링 각도(η)가 상기 측정광(L)을 상기 두 개의 광성분 신호(LS1, LS2)로 쪼개도록 제공되는 검광기(7)의 자체축과 상기 직선의 복굴절의 자체축 사이에 디커플링 각도(θ) 및 상기 패러데이-엘리먼트(3')에서의 직선 복굴절의 자체축에 대해 조정되어, 적어도 이하의 조건들을

cos(2·θ+ 2·η) = -(2/3)·K

sin(2·θ- 2·η)=1

충족시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13항에 있어서,

상기 세기 규격화된 신호(P)의 상기 교류 신호 성분(PAC) 및 직류 신호 성분(PDC)으로부터의 상기 측정 신호(S)가 앞서 검출된 값의 표 또는 교정 함수의 저장을 위한 적어도 하나의 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.