通过拟合带有温度补偿地测量交变电量的方法和装置制造方法及图纸

偏振测量光（Ｌ）被输入耦合到探测装置（３）内并在透射探测装置（３）后在分析器（７）中被分解成两个不同的直线偏振分光信号（Ｌ１，Ｌ２）。通过将强度信号的交变信号分量除以其直流信号分量对相应的强度信号（Ｉ１，Ｉ２）进行标准化。根据两个等式Ｓ１＝ｆ１（Ｔ）↑［＊］Ｍ和Ｓ２＝ｆ２（Ｔ）↑［＊］Ｍ由两个强度标准化信号Ｓ１和Ｓ２推导出经温度补偿的测量信号Ｍ，其中ｆ１（Ｔ）和ｆ２（Ｔ）是温度Ｔ的预给定的，尤其是线性的、二次的或指数的拟合函数。在采用线性拟合函数ｆ１（Ｔ）和ｆ２（Ｔ）时尤其得出作为测量信号的Ｍ＝Ａ↑［＊］Ｓ１＋Ｂ↑［＊］Ｓ２。（*该技术在2015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交变电量的方法和装置。交变电量系指瞬时变化的电量，其频谱高于预定的频率。交变量尤其可以是交变电流、交变电压甚或交变电场。已知有测量诸如电流、电压或电场等电量的光学测量方法和测量装置，其中对探测装置中的偏振测量光因电量发生的偏振变化进行分析评价。测量电流时，利用光磁法拉第效应，而测量电压和电场时利用的是光电普克尔斯效应。法拉第效应系指直线偏振光的偏振平面根据磁场的偏转。其中偏转角度以费尔德特(Verdet)常数为比例常数地与光在磁场(磁场方向与光传播方向平行)中通过的整个距离成正比。费尔德特常数取决于光通过的材料和光的波长。在利用法拉第效应测量导电体中的电流时，在导电体附近设置作为探测装置的法拉第器件，该法拉第器件由透光材料并且一般由玻璃制成。直线偏振光穿过法拉第器件。由电流产生的磁场促使在法拉第器件中光的偏振平面偏转一个角度，该角度由计算单元作为磁场强度的量并随之作为电流强度的量进行计算。通常法拉第器件环绕导电体，从而使偏振光在一近似于闭合的路径中环绕导电体。在这种情况下偏振偏转角以非常近似的方式与测量电流的幅度直接成比例。在WO91/01501中记载了一种利用法拉第器件测量电流的光学测量装置，所述法拉第器件构成光学单模光纤的一部分，该单模光纤以测量线圈方式环绕导电体。在EP-B-0088419中记载了一种用于测量电流的光学测量装置，其中法拉第器件被设计成环绕导电体的实心玻璃环。光电普克尔斯效应系指由于在材料中引起的线性双折射在一种具有普克尔斯效应的材料中偏振测量光的偏振变化，所述线性双折射基本上通过光电系数线性取决于穿透材料的电场。在测量电场时一个由具有普克尔斯效应的材料制成的普克尔斯器件作为探测装置被设置在电场中。在测量电压时待测量的电压加在普克尔斯器件的两个电极上并对相应的相邻的电场进行测量。发送的偏振测量光穿过普克尔斯器件，并利用偏振分析器对偏振测量光由于待测量的电压或待测量的电场而发生的偏振变化进行分析评价。作为偏振分析器可以采用诸如渥拉斯顿棱镜等偏振分光镜或一种带有两个后置的偏振器的简单的分光镜，既可利用法拉第器件进行电流测量，又可利用普克尔斯器件进行电压测量(EP-B-0088419和DE-C-3404608)。透射过探测装置的偏振测量光在分析器中被分解成两束直线偏振光A和B，它们具有不同的且通常为相互垂直的偏振平面。这两个分光信号A和B中的每一个由光电转换器分别转移成一个电信号PA和PB。探测器件和光学传输线路上的光学材料对于温度变化或例如由于弯曲或振动引起的机械应力的敏感度，是所有光学测量方法和测量装置的一个问题，其中偏振测量光在一个测量量值作用下的探测器件中的偏振变化将被作为测量效应加以利用。尤其是温度敏感度在系统温度变化时将导致工作点和测量灵敏度出现不希望的变化(温度变化过程)。已知有许多不同的对温度作用进行补偿的温度补偿方法。在1988年光纤传感器会议录(Proc.Conf.Opt.Fiber Sensors OFS 1988)，新奥尔良，第288至291页和在US4755665中公开的用于测量交变电流的光磁测量装置的温度补偿方法中，两个属于测量分光信号A和B的电信号PA和PB分别在一个滤波器中被分解成直流分量PA(DC)或PB(DC)和交流分量PA(AC)或PB(AC)。为补偿光信号在两条传输线路中的不同的强度波动(衰减)，对每个信号PA和PB由交流分量PA(AC)或PB(AC)和直流分量PA(DC)或PB(DC)构成商QA＝PA(AC)/PA(DC)及QB＝PB(AC)/PB(DC)。由这两个商QA和QB中的每一个求出瞬时平均值MW(QA)和MW(QB)，并由这两个平均值MW(QA)和MW(QB)最后求出商Q＝MW(QA)/MW(QB)。根据迭代法通过与存储在数值表格(查表)中校准值的比较得出所求出的商Q的修正系数K。根据修正系数K修正的值Q*K是待测量的交变电流的温度补偿后的测量值。采用此方法可以使温度敏感度降到约1/50。在EP-A-0557090中记载了一种测量交变磁场的光学测量装置的温度补偿方法，该测量装置利用了法拉第效应并因此也适用于测量交变电流。采用此方法时，直线偏振测量光在穿透法拉第器件后在分析器中被分解成两个不同的线性偏振分光信号A和B，并且为对两个配属的电信号PA和PB中的每一个进行强度标准化，由其配属的交变电流分量PA(AC)及PB(AC)和其配属的直流分量PA(DC)及PB(DC)专门求出商QA＝PA(AC)/PA(DC)及QB＝PB(AC)/PB(DC)。由两个商QA和QB这时在一计算单元中用实数常数α和β求出测量信号M＝1/((α/QA)-(β/QB))，这两个常数满足关系式α+β＝1。该测量信号M被描述成在很大程度上与温度变化造成的费尔德特常数和在法拉第器件中旋转双折射的变化无关。在文献中对温度引起的线性双折射的补偿未做任何表述。在EP-A-0486226中记载了一种测量交变电压的光学测量装置的相应的温度补偿方法。在光源和计算单元之间光学串接有起偏器、1/4波片、普克尔斯器件和作为分析器的偏振分光器。对1/4波片与普克尔斯器件在串接光路中的顺序当然也可以相互调换。光源的测量光在起偏器中被起偏成直线偏振光，并且在透射过普克尔器件后在分析器中被分解成两个偏振平面不同的分光信号A和B。这两个分光信号A和B中的每一个被转换成一个相应的电强度信号PA和PB。然后为对这两个电强度信号PA和PB中的每一个进行强度标准化由其配属的交变信号分量PA(AC)或PB(AC)和其配属的直流信号分量PA(DC)或PB(DC)求出商QA＝PA(AC)/PA(DC)及QB＝PB(AC)/PB(DC)。由两个强度标准化的商的QA和QB在一计算单元中用实数常数α和β求出测量信号M＝1((α/QA)-(β/QB))。由于这两个常数α和β的匹配，测量信号M在很大程度上不受在1/4波片中由于温度变化造成的线性双折射的影响。本专利技术的目的在于，提出一种测量交变电量的方法和装置，其中可以在很大程度上对温度变化和强度波动对测量信号的影响进行补偿。本专利技术的目的是这样实现的，即采用权利要求1及权利要求6的特征得以实现。偏振测量光由输入耦合器件输入到受交变电量影响的光学探测装置内。在测量光通过探测装置时，其偏振根据交变电量而改变。在至少一次通过探测装置之后，测量光被分析器分解成两个具有不同偏振平面的直线偏振分光信号。接着这两个分光信号被光电转换器分别转换成相应的电强度信号。对这两个强度信号中的每一个单独进行强度标准化，其中标准化器件由其所属的交流信号分量和其所属的直流信号分量得出商信号。从而可以对两个分光信号在光学输入耦合器件和传输线路上的强度波动进行补偿。由两个作为强度标准化信号S1和S2的商信号，根据下述两式S1＝f1(T)*M (1)S2＝f2(T)*M (2)计算器推导出一个在很大程度上不受系统中的温度T影响的，有关交变电量的测量信号M，式中f1(T)和f2(T)是预给定的温度T的拟合函数。拟合函数f1(T)和f2(T)表示对于两个强度标准化信号S1和S2的温度相关性的理论近拟(拟合)并且尤其可以是n阶(n≥1)的多项式或也可以是温度T的指数函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量交变电量（Ｘ）的方法，具有如下特征：ａ）偏振测量光（Ｌ）被输入耦合到一在交变电量（Ｘ）作用下的探测装置（３）内，该探测装置根据交变电量（Ｘ）使透射过它的测量光（Ｌ）的偏振发生变化；ｂ）测量光（Ｌ）在至少一次透射过探测装置 （３）后被分析器（７）分解成两个具有不同偏振平面的直线偏振分光信号（Ｌ１，Ｌ２）；ｃ）两个分光信号（Ｌ１，Ｌ２）被分别转换成电强度信号（Ｉ１，Ｉ２）；ｄ）对这两个电强度信号（Ｉ１，Ｉ２）中的每一个将构成强度标准化信号Ｓ１或Ｓ２，该标 准化信号等于所属的强度信号（Ｉ１，Ｉ２）的交变信号分量（Ａ１，Ａ２）与直流信号分量（Ｄ１，Ｄ２）的商（Ａ１／Ｄ１，Ａ２／Ａ２）；ｅ）根据两个等式Ｓ１＝ｆ１（Ｔ）↑［＊］Ｍ （１）Ｓ２＝ｆ２（Ｔ）↑［＊］Ｍ （２）由两个强度标 准化信号Ｓ１和Ｓ２推导出交变电量（Ｘ）的很大程度上不受温度Ｔ影响的测量信号Ｍ，式中ｆ１（Ｔ）和ｆ２（Ｔ）分别是温度Ｔ的预给定的拟合函数。

【技术特征摘要】
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【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：DE[德国]