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Verfahren zur Meßbereichserweiterung optischer Stromsensoren mittels Wellenlängenmodulation

IP.com Disclosure Number: IPCOM000016943D
Original Publication Date: 1999-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-21

Publishing Venue

Siemens

Related People

Authors:
Stephan Mohr Michael Willsch Thomas Bosselmann [+details]

Abstract

Zum Messen von Strömen über einen sehr großen Dynamikbereich werden neben den konventionellen induktiven Wandlern neuerdings auch optische Stromsensoren auf Basis des Faraday-Effekts verwendet. Der Meßbereich eines optischen Stromsensors wird aber derzeit durch die fehlende Eindeutigkeit der Kennlinie begrenzt, so daß ein Stromsensor derzeit nur im eindeutigen Bereich der Übertragungskennlinie für Meßzwecke genutzt wird. Die damit verbundene Begrenzung der Meßdynamik erschwert infolge des Signal-Rausch- Abstands der Gesamtanordnung den Einsatz als kombinierten Meß-/Schutzwandler erheblich. Infolge dieser Schwierigkeiten wird derzeit der Dynamikbereich des Stroms durch jeweils einen optischen Meß- und einen optischen Schutzwandler separat erfaßt. Um die Mehrdeutigkeit der Sensorkennlinie über mehrere Quadranten zu beseitigen, wird vorgeschlagen ein zusätzliches Quadrantensignal zu generieren. Als Grundlage hierfür dient die zusätzliche quadratische Abhängigkeit des Faraday-Effekts von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Dieser physikalische Effekt bewirkt eine nichtlineare stromabhängige Modulation der Sensorkennlinie bei sinusförmig modulierter Wellenlänge des Lichts im Faraday-Medium. Aus der Grundwelle und den Oberwellen des so gewonnenen Modulationssignals q(I,t) wird die benötigte Zusatzinformation für eine eindeutige Strommessung im mehrdeutigen Bereich der Sensorkennlinie gewonnen. Die Ermittlung des zu messenden Stroms erfolgt mit Hilfe einer Look-Up-Tabelle über das unter Umständen mehrdeutige Stromsignal S(I) in Verbindung mit der zugehörigen Grundwelle und gegebenenfalls dem Frequenzspektrum der Oberwellen des überlagerten Modulationssignals q(I,t).