一种利用具有法拉第效应的传感器装置（３）测量磁场（Ｈ）的方法，其中 ａ）两个光信号（Ｌ１、Ｌ２）相互反向地穿过一个由第一光传输线路（４）、第一偏振器（５），传感器装置（３）、第二偏振器（６）和第二光传输线路（７）构成的串联光路， ｂ）在两个偏振器（５、６）之间两个光信号（Ｌ１、Ｌ２）的偏振面旋转一个与磁场（Ｈ）无关的、预定的旋转角α并且 ｃ）由两个分别穿过串联光路后的光信号（Ｌ１、Ｌ２）的光强度（Ｉ１、Ｉ２）求出一与两条传输线路（４、７）上的强度变化基本无关的磁场（Ｈ）的测量信号（Ｍ）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量磁场的方法和装置。已知有利用磁光法拉第效应测量磁场的光学测量装置和测量方法。法拉第效应系指取决于磁场的直线偏振光的偏振面的旋转。旋转角度与沿光线途经路径在磁场中的位移积分成比例并以所谓的费尔德特(Verdet)常数作为比例常数。费尔德特常数的大小通常取决于材料、温度和波长。测量磁场时，在磁场中设置由诸如玻璃等光学透明材料构成的法拉第传感器装置。磁场促使由法拉第传感器装置发送出的直线偏振光的偏振面旋转一个角度，该角度可作为一个测量信号加以计算。已知这种磁光测量方法和测量装置用于测量电流。为此，法拉第传感器装置设置在导体附近并对由电流在导体中产生的磁场进行测定。通常法拉第传感器装置环绕导体，因而测量光在一闭合的路径中环绕导体。在此情况时，旋转角度值非常近似地直接与待测电流成比例。法拉第传感器装置可以是围绕导体的实心的玻璃环结构或者也可以是围绕导体的带有至少一匝的光导纤维线圈。与通常的感应式电流互感器相比，这种磁光测量装置和测量方法的优点是电位分隔并且对电磁干扰不敏感。但在采用磁光电流互感器时的问题是，机械振动将会对传感器装置和光学馈线造成影响，该影响将导致引起误测的强度变化，以及尤其在传感器装置中的温度变化的影响。为减少振动对测量的影响，已知用法拉第传感器装置发送两个反向传播的光信号。该已知措施的构思在于，通过相应的信号处理可以把作为互易效应的由于振动造成的两个光信号在共同的光路上的双折射与非互易的法拉第效应区分开。在其中一已知实施形式中由一作为法拉第传感器装置的光纤圈发送两个反向的、直线偏振光信号，该传感器装置环围导电体。采用机械对绞光纤(Twisted fibre)或在拉伸过程中对绞的、带有高直线双折射特性的光纤(Spun-Hibi-fibre)作光纤圈的光纤。光纤除法拉第效应外还具有与法拉第效应相比较高的圆形双折射。两个光信号中的每一个穿过传感器装置之后被一偏振光线分配器分成两个相互垂直的偏振光分量。信号处理由这四个光分量推导出一个电导体中电流的测量信号，该测量信号基本与法拉第测量角和光纤圆形双折射的商相等并因此与光纤中的直线双折射无关。采用此方法测得的测量信号虽然在很大程度上与在传感器装置中温度造成的直线双折射无关，但测量信号由于光纤圆形双折射与温度的关系仍与温度有关。两个反向的光信号以该已知的实施方式仅在一共同的光路上穿过法拉第传感器装置并且在法拉第传感器装置的出口端又被光耦合器相互分隔开(WO92/13280)。在三个已知实施方式中两个光信号相互反向旋绕穿过一个由第一光导纤维、第一偏振器、一个法拉第传感器装置、第二偏振器和第二光导纤维构成的串联光路。两个光信号穿过串联光路后由相应的光电转换器分别转换成一个电强度信号。在第一个由US4916387公开的实施方式中设有一个作为法拉第传感器装置的实心玻璃环，该玻璃环环围电导体。两个偏振器的偏振轴相互旋转一个45°角。为对馈送光纤中所不希望出现的强度变化进行补偿，在这个由US4916387所公开的测量系统中的出发点在于，带有两个电强度信号的不同正负号的所不希望出现的强度变化(噪声)和由于法拉第效应导致的强度变化相叠加并因此可相互分隔开。在第二个由光波技术杂志，12卷，第10期，1994年10月，1882至1890页公开的实施方式中设有一个作为法拉第传感器装置的由单模光纤构成的、具有低双折射特性的光纤圈。两个偏振器的偏振轴夹有一不为0°的偏振角，该角度最好为45°。唯一的光源的光被分成两个光信号，并且这两个光信号分别通过光耦合器被输入到所配属的光纤中。由两个与穿过串联光路的光信号的光强度相符的电强度信号导出一个测量信号，该测量信号与两个强度信号的差与和的商相等。这样基本上可以补偿两极光导纤维的衰减系数。当然必须将输入串联光路中的两个光信号的光强度精确地调整成完全一致。在第三个由H.Sohlstroem等，“法拉第效应光纤传感器装置的传输损耗补偿”，第八次欧洲传感器装置年会，Toulouse，1994年9月25日至28日，公开的磁光测量装置的实施形式中，在两个红外发光二极管之间接有一由作为光导纤维的多模光纤、偏振器和法接第传感器装置构成的串联光路，两个发光二极管交替地作为光源和光探测件工作。因此在某一时间点一直是仅有两个反向光信号中的一个穿过串联光路。因此换接节拍频率可选择得尽可能的高。本专利技术的目的在于，提出一种利用法拉第效应测量磁场并且尤其是测量电流的测量方法和测量装置，其中可以实际上完全消除两个反向光信号在光传输线路上的强度变化。本专利技术的目的通过权利要求1或权利要求9的特征得以解决。两个光信号以相互相反的通过方向穿过一个由第一光传输线路、第一偏振器、一个法拉第传感器装置、第二偏振器和第二光传输线路的串联光路。在两个偏振器之间，两个光信号中的每一个的偏振面旋转一个预定的、与磁场无关的旋转角α。通过对该旋转角α的选择可以把测量方法或测量装置在磁场中的工作点调零。为实现两个光信号偏振面的预定旋转角α的旋转，在两个偏振器之间光学连接有旋转器件。用分别穿过串联光路的两个光信号的光强度导出磁场的一个与两条传输线路上的强度变化基本无关的测量信号。为导出测量信号设有相应的计算器件。分别在从属权利要求中对本专利技术的方法和装置的有益设计和进一步设计作了表述。在第一有利的实施形式中，预定的旋转角α被调整到约±45°或±π/4的奇数倍。从而调整测量方法和测量装置的工作点，使测量灵敏度最大。可以用一个或多个分别具有一互易的圆形双折射的旋转件构成旋转器件。两个光信号的偏振面的这样一种互易旋转可以利用光活性材料或几何形状引起的圆形双折射实现。在一特殊的实施形式中法拉第传感器装置本身至少构成旋转器件的一部分并且为此除法拉第效应外还具有互易的圆形双折射。两个偏振器的偏振轴最好调整成至少近似相互平行或至少近似相互正交。可以采用多模化纤作为光信号的两条光传输线路。作为测量信号最好求出两个光信号的光强度的两个线性函数的商。这两个线性函数的系数可与两个光信号输入串联光路时的不同的输入强度适配。尤其是在两个光信号输入强度相同时选出的测量信号与两个光强度的差与和的商成比例。另外也可以采用一个与两个光信号的光强度的商成比例的测量信号。当法拉第传感器装置具有直线双折射时，温度的变化将导致测量误差。在一有利的实施形式中为对温度影响进行补偿两个偏振器的偏振轴相对于传感器装置中线性双折射的固有轴偏转一预定的偏振角γ，其中该偏振角γ至少可采用cos(4γ-2α)＝-2/3近似求出。下面借助附图对本专利技术作进一步的说明，附图中附图说明图1为测量磁场的带有法拉第传感器装置和旋转器件的测量装置的原理结构，图2为测量电流的带有法拉第传感器装置和旋转器件的测量装置，图3为根据现有技术当偏振器的偏振轴相互倾角为45°时两个反向光信号的偏振旋转矢量图，图4为在两个偏振器的偏振轴平行并且预定旋转角α＝45°时两个反向光信号的偏振旋转矢量图。对相同的器件采用同一附图标记标示。在图1中用3表示法拉第传感器装置，两个光传输线路用4和7、两个偏振器用5和6、光旋转器件用8和发送和计算单元用40表示。法拉第传感器装置3由至少一个具有磁光法拉第效应的材料构成。在一至少部分穿透传感器装置3的磁场H的影本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·博塞尔曼，彼得·门克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：
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