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Meßbereichserweiterung mittels phasengesteuertem Austakten zweier Wellenlängen für magnetooptische Stromwandler

IP.com Disclosure Number: IPCOM000016942D
Original Publication Date: 1999-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-21
Document File: 2 page(s) / 23K

Publishing Venue

Siemens

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Stefan Hain: AUTHOR [+3]

Abstract

Magnetooptische Stromwandler sind optische Meßanordnungen zum Messen eines elektrischen Stroms in einem Stromwandler, die auf dem magnetooptischen Farady-Effekt beruhen. Hierfür wird linear polarisiertes Meßlicht durch ein in der Nähe des Stromwandlers liegendes Faraday-Element gesendet, dessen Polarisationsebene durch das vom Strom erzeugte Magnetfeld gedreht wird. Durch eine proportionale Abhängigkeit des Drehwinkels vom Strom des Stromleiters, welche sich im allgemeinen durch eine sinusförmige Kennlinie ausdrückt, wird eine präzise Signalauswertung möglich. Da das Meßsignal jedoch beim Überschreiten des ersten Maximums der Kennlinie mehrdeutig wird, ist der Meßbereich der Wandler auf den ersten Quadranten der Kennlinie beschränkt. Um diese Beschränkung zu überwinden ist es bekannt, die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Effektes auszunutzen, indem zwei Lichtsignale mit verschiedenen Wellenlängen verwendet werden, die jeweils eine eigene Kennlinie aufweisen. Durch getrennte Detektion und eine geeignete Auswertung der beiden, den verschiedenen Wellenlängen zugehörigen Signale, läßt sich auch über den ersten Quadranten die absolute Meßgröße eindeutig ermitteln. Dabei bereitet jedoch die Trennung der beiden in einem Lichtstrahl enthaltenen Wellenlängen bei der praktischen Ausführung einige Probleme. Es ist auf optischem Wege nämlich schwierig, dicht zusammen liegende Wellenlängen oder Licht von Lichtquellen mit hoher Emissionsbandbreite voneinander zu trennen. Aus diesem Grunde wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der zwei polarisierte Lichtsignale mit voneinander verschiedener Wellenlänge abwechselnd über ein Koppelnetzwerk in einen Faraday-Sensor eingekoppelt werden (vgl. Figur). Nach dem Durchlaufen des Faraday-Sensors und eines geeigneten Anlaysators wird das resultierende optische Signal in einem für beide Wellenlängen empfindlichen Fotoempfänger in ein korrespondierendes elektrisches Signal zurückgewandelt. Über einen Empfangs-Multiplexer wird dieses elektrische Signal anschließend Abtast-/Haltegliedern und dann einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt. Das Umschalten zwischen den beiden Lichtquellen über den Sende-Multiplexer sowie die Stellung des Empfangs-Multiplexers wird von einer gemeinsamen Steuereinheit synchronisiert. Die Auswertung kann dabei einkanalig oder zweikanalig erfolgen. Der optionale zweite Auswertekanal ist in der Figur gestrichelt dargestellt.

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Bauelemente

Meßbereichserweiterung mittels phasengesteuertem Austakten zweierWellenlängen für magnetooptische Stromwandler

Idee: Stefan Hain, Effeltrich; Michael Willsch, Fürth; Thomas Bosselmann, Erlangen

Magnetooptische Stromwandler sind optische Meßanordnungen zum Messen eineselektrischen Stroms in einem Stromwandler, die auf dem magnetooptischen Farady-Effektberuhen. Hierfür wird linear polarisiertes Meßlicht durch ein in der Nähe des Stromwandlersliegendes Faraday-Element gesendet, dessen Polarisationsebene durch das vom Stromerzeugte Magnetfeld gedreht wird. Durch eine proportionale Abhängigkeit des Drehwinkelsvom Strom des Stromleiters, welche sich im allgemeinen durch eine sinusförmige Kennlinieausdrückt, wird eine präzise Signalauswertung möglich. Da das Meßsignal jedoch beimÜberschreiten des ersten Maximums der Kennlinie mehrdeutig wird, ist der Meßbereich derWandler auf den ersten Quadranten der Kennlinie beschränkt.

Um diese Beschränkung zu überwinden ist es bekannt, die Wellenlängenabhängigkeit desFaraday-Effektes auszunutzen, indem zwei Lichtsignale mit verschiedenen Wellenlängenverwendet werden, die jeweils eine eigene Kennlinie aufweisen. Durch getrennte Detektionund eine geeignete Auswertung der beiden, den verschiedenen Wellenlängen zugehörigenSignale, läßt sich auch über den ersten Quadranten die absolute Meßgröße eindeutigermitteln. Dabei bereitet jedoch die Trennung der beiden in einem Lichtstrahl enthaltenenWellenlängen bei der praktischen Ausführung einige Probleme. Es ist auf optischem Wegenämlich schwierig, dicht zusammen liegende Wellenlängen oder Licht von Lichtquellen mithoher Emissionsbandbreite voneinander zu trennen. Aus diesem Grunde wird eineAnordnung vorgeschlagen, bei der zwei polarisierte Lichtsignale mit voneinanderverschiedener Wellenlänge abwechselnd über ein Koppelnetzwerk in einen Faraday-Sensoreingekoppelt werden (vgl. Figur). Nach dem Durchlaufen des Faraday-Sensors und einesgeeigneten Anlaysators wird das resultierende optische Signal in einem für beideWellenlängen empfindlichen Fotoempfänger in ein korrespondierendes elektrisches Signalzurückgewand...