DE10220623A1

DE10220623A1 - Optical detection of measurement parameter, e.g. electric current, involves depolarizing light signal after passing second polarizer in which change in polarization is converted to intensity variation

Info

Publication number: DE10220623A1
Application number: DE2002120623
Authority: DE
Inventors: Thomas Bosselmann; Hagen Hertsch; Michael Willsch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-27

Abstract

The method involves feeding a first light signal into an optical series circuit, changing its polarization state on passing a sensor element under the influence of the measurement parameter, converting the change to an intensity variation on passing the second polarizer and deriving a measurement signal by photoelectric conversion. The first light signal is depolarized after passing the second polarizer. The method involves feeding a first light signal (L1) into an optical series circuit of a first transmission path (4), a first polarizer (5), a sensor element (3), a second polarizer (6) and a second transmission path (7), changing the polarization state of the light signal on passing the sensor element under the influence of the measurement parameter, converting the change to an intensity variation on passing the second polarizer (analyzer) and deriving a measurement signal by photoelectric conversion. The first light signal is depolarized after passing the second polarizer. An Independent claim is also included for an arrangement for optical detection of a measurement parameter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Erfassung einer Messgröße bei dem mindestens ein erstes Lichtsignal in eine optische Reihenschaltung mit einer ersten optischen Übertragungsstrecke, einem ersten Polarisator, einem Sensor- Element, einem zweiten Polarisator und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke eingespeist wird, das erstes Lichtsignal beim Passieren des Sensor-Elements unter dem Einfluss der Messgröße in einem Polarisationszustand verändert wird, die Veränderung des Polarisationszustands beim Passieren des zweiten Analysators in eine Intensitätsvariation des ersten Lichtsignals umgesetzt wird und aus der Intensitätsvariation des Lichtsignals nach einer photoelektrischen Wandlung ein Messsignal für die Messgröße abgeleitet wird. The invention relates to a method for optical detection a measured variable in which at least one first light signal in an optical series circuit with a first optical Transmission path, a first polarizer, a sensor Element, a second polarizer and a second optical transmission link is fed, the first Light signal when passing the sensor element under the influence the measured variable is changed in a polarization state, the change in the state of polarization when passing the second analyzer into an intensity variation of the first Light signal is implemented and from the intensity variation of the light signal after a photoelectric conversion Measurement signal for the measured variable is derived.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur optischen Erfassung einer Messgröße, die mindestens eine optische Reihenschaltung mit einer ersten optischen Übertragungsstrecke, einem ersten Polarisator, einem Sensor-Element, einem zweiten Polarisator und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke, Sendemittel zum Senden eines ersten Lichtsignals durch die Reihenschaltung, wobei das erste Lichtsignal beim Passieren des Sensor-Elements unter dem Einfluss der Messgröße eine Veränderung in einem Polarisationszustand erfährt, die beim anschließenden Passieren des zweiten Polarisators zu einer Intensitätsvariation im ersten Lichtsignal führt, Wandlungsmittel zur photoelektrischen Umwandlung des ersten Lichtsignals in ein erstes elektrisches Signal nach dem Passieren der optischen Reihenschaltung und Auswertemittel zum Ableiten eines Messsignals für die Messgröße aus dem ersten elektrischen Signal umfasst. The invention also relates to an arrangement for optical Acquisition of a measurand that has at least one optical Series connection with a first optical transmission link, a first polarizer, a sensor element, a second Polarizer and a second optical transmission link, Transmission means for transmitting a first light signal through the Series connection, the first light signal when passing of the sensor element under the influence of the measured variable Undergoes a change in a polarization state that then passing the second polarizer to one Leads to intensity variation in the first light signal, Conversion means for photoelectric conversion of the first Light signal into a first electrical signal after passing the optical series connection and evaluation means for derivation a measurement signal for the measurement variable from the first electrical Signal includes.

Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind beispielweise aus der EP 0 799 426 B1 bekannt. Such a method and such an arrangement are known for example from EP 0 799 426 B1.

Es ist ein optischer Wandler zum Erfassen einer elektrischen Messgröße bekannt. Dies gilt insbesondere für die optische Messung eines elektrischen Stroms unter Ausnutzung des Faraday-Effekts und auch für die optische Messung einer elektrischen Spannung unter Ausnutzung des Pockels-Effekts. It is an optical converter for detecting an electrical one Measured variable known. This is especially true for the optical Measurement of an electrical current using the Faraday effect and also for the optical measurement of a electrical voltage using the Pockels effect.

In ein unter dem Einfluss der zu messenden elektrischen Messgröße stehendes Sensorelement (zum Beispiel Faraday-Element oder Pockels-Element) wird ein polarisiertes Lichtsignal eingekoppelt, dessen Polarisation sich unter dem Einfluss der elektrischen Messgröße verändert. Die Polarisationsänderung ist damit ein Maß für die Messgröße. Da die Polarisation ausgewertet wird, nennt man diese Art von Sensor auch polarimetrischen Sensor. Weiterhin ist eine Ausführungsform bekannt, bei der zwei polarisierte Lichtsignale mit gegenläufiger Laufrichtung in das Sensorelement eingekoppelt werden. Zur Analyse der Polarisationsänderung wird jedes Lichtsignal nach wenigstens einmaligem Durchlaufen des Sensorelements einem (Polarisations-)Analysator zugeführt. Dieser kann das zugehörige Lichtsignal entweder in zwei linear polarisierte Lichtteilsignale mit unterschiedlichen, im allgemein senkrecht zueinander gerichteten Polarisationsebenen aufteilen (zweikanalige Auswertung) oder nur einen auf eine vorgegebene Polarisationsrichtung projizierten Lichtanteil durchlassen (einkanalige Auswertung). Mittels photoelektrischer Wandler, beispielsweise in Form von Photodioden, werden die Lichtintensitäten der beiden Lichtteilsignale in korrespondierende elektrische Intensitätssignale umgesetzt, aus denen ein Messsignal abgeleitet wird. Dieses Messsignal ist ein Maß für die Änderung der Polarisation des Lichtsignals in dem Sensorelement unter dem Einfluss der zu messenden elektrischen Größe. In one under the influence of the electrical to be measured Measured variable standing sensor element (for example Faraday element or Pockels element) becomes a polarized light signal coupled whose polarization changes under the influence of the electrical measured variable changed. The change in polarization is therefore a measure of the measurand. Because the polarization is evaluated, this type of sensor is also called polarimetric sensor. Another embodiment known, with two polarized light signals opposite direction are coupled into the sensor element. Each light signal is used to analyze the change in polarization after passing through the sensor element at least once fed to a (polarization) analyzer. This can do that associated light signal either in two linearly polarized Partial light signals with different, in general Divide perpendicular polarization planes (two-channel evaluation) or just one for a given one Let the direction of polarization project the projected light (single-channel evaluation). Using a photoelectric converter for example in the form of photodiodes, the Light intensities of the two partial light signals in corresponding electrical intensity signals implemented, from which a Measurement signal is derived. This measurement signal is a measure of the Change in the polarization of the light signal in the Sensor element under the influence of the electrical quantity to be measured.

Beispielsweise mit der DE 196 01 727 C1 wird ein magnetooptischer Stromwandler mit zweikanaliger Auswertung offenbart. Es wird auch beschrieben, wie das Messsignal aus den beiden Lichtteilsignalen LT1 und LT2 bzw. aus den daraus ermittelten elektrischen (Intensitäts-)Signalen S1 und S2 zu berechnen ist. Das Messsignal M wird als Quotient aus einer Differenz und der Summe der beiden elektrischen Signale S1 und S2 entsprechend:

gebildet. Bei Vernachlässigung von Störeinflüssen ist dieses Messsignal M gleich:

M = sin(2ρ) = sin(2.N.V.I), (2)

wobei p den sog. Faraday-Drehwinkel bezeichnet. Der Faraday- Drehwinkel p entspricht hierbei dem Winkel, um den die Polarisation des Lichtsignals aufgrund des zu detektierenden elektrischen Stroms I in dem Faraday-Element gedreht wird. Er ist gemäß der Beziehung:

ρ = 2.N.V.I (3)

im wesentlichen direkt proportional zur Amplitude des zu messenden Stroms I. Außerdem steht in Gleichung (3) N für die Zahl der Umläufe des Lichtsignals um einen vom zu messenden Strom I durchflossenen Stromleiter und V für die sogenannte Verdet-Konstante V. Bei der Verdet-Konstante V handelt es sich um eine im allgemeinen vom Material und der Temperatur abhängige Kenngröße des Faraday-Elements. For example, DE 196 01 727 C1 discloses a magneto-optical current transformer with two-channel evaluation. It also describes how the measurement signal is to be calculated from the two partial light signals LT1 and LT2 or from the electrical (intensity) signals S1 and S2 determined therefrom. The measurement signal M is corresponding to a quotient of a difference and the sum of the two electrical signals S1 and S2:

educated. If interference is neglected, this measurement signal M is equal to:

M = sin (2ρ) = sin (2.NVI), (2)

where p denotes the so-called Faraday rotation angle. The Faraday rotation angle p corresponds to the angle through which the polarization of the light signal is rotated in the Faraday element on the basis of the electrical current I to be detected. It is according to the relationship:

ρ = 2.NVI (3)

essentially directly proportional to the amplitude of the current I to be measured. Equation (3) also stands for N for the number of revolutions of the light signal around a current conductor through which the current I is measuring and V for the so-called Verdet constant V. Constant V is a parameter of the Faraday element which is generally dependent on the material and the temperature.

Das Faraday-Element kann bei den bekannten Ausführungsformen eines magnetooptischen Wandlers als massiver den Stromleiter umschließender Glasring ausgebildet sein. Alternativ ist aber auch eine um den Stromleiter gewickelte Spule aus einer lichtleitenden Faser (Faserspule) mit wenigstens einer Windung möglich. The Faraday element can in the known embodiments of a magneto-optical converter as a solid conductor enclosing glass ring be formed. But is alternative also a coil wound around the conductor from a light-conducting fiber (fiber coil) with at least one Turn possible.

Mit der EP 0 799 426 B1 wird ein weiterer magnetooptischer Stromwandler offenbart, der im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine gegenläufige Lichteinspeisung aufweist. Diese Art der Lichteinspeisung ist besonders dann von Vorteil, wenn für die Messgenauigkeit ungünstige Vibrationseinflüsse beispielsweise auf die zuführenden Lichtwellenleitern oder auch auf das Faraday-Element selbst, reduziert werden sollen. Zwei Lichtsignale werden dabei gegenläufig, d. h. in entgegengesetzten Richtungen durch ein Faraday- Element geschickt. Dieser Maßnahme liegt der Gedanke zugrunde, dass die von den beiden Lichtsignalen auf ihrem gemeinsamen Lichtweg erfahrene lineare Doppelbrechung infolge von Vibrationen als reziproker Effekt von dem nicht-reziproken Faraday-Effekt durch geeignete Signalverarbeitung unterschieden werden kann. EP 0 799 426 B1 is a further magneto-optical one Current transformer disclosed, which is in contrast to that above described embodiment an opposite Has light feed. This type of light feed is special then advantageous if unfavorable for the measurement accuracy Vibration influences, for example, on the feeders Optical fibers or on the Faraday element itself, should be reduced. Two light signals are there in opposite directions, d. H. in opposite directions through a Faraday Sent element. The idea is this measure underlying that of the two light signals on her common light path experienced linear birefringence due to Vibrations as the reciprocal effect of the non-reciprocal Faraday effect through suitable signal processing can be distinguished.

Die beiden Lichtsignale durchlaufen also eine optische Reihenschaltung aus einer ersten Lichtleitfaser, einem ersten Polarisator, einem Faraday-Element, einem zweiten Polarisator und einer zweiten Lichtleitfaser in zueinander entgegengesetztem Umlaufsinn. Beide Lichtsignale werden nach Passieren der optischen Reihenschaltung mittels photoelektrischer Wandler in jeweils ein elektrisches Signal umgewandelt. Aus den so erzeugten elektrischen Signalen wird mittels einer Formelbeziehung, die vergleichbar der in Gleichung (1) angegebenen ist, wiederum ein Messsignal für den zu erfassenden elektrischen Strom abgeleitet. Bei dem in der EP 0 799 426 B1 beschriebenen magnetooptischen Stromwandler sind spezielle Winkelstellungen zwischen den Eigenachsen des Faraday-Elements und der Polarisatoren vorgesehen, um den unerwünschten vibrations- oder temperaturbedingten Einfluss auf die Lichtintensitäten in den zuführenden Lichtleitfasern möglichst weitgehend zu unterdrücken. The two light signals therefore pass through an optical one Series connection from a first optical fiber, a first Polarizer, a Faraday element, a second polarizer and a second optical fiber in each other opposite sense of rotation. Both light signals will be after passing the optical series connection by means of photoelectric Converters are converted into an electrical signal. From the thus generated electrical signals is by means of a Formula relationship comparable to that given in equation (1) is again a measurement signal for the one to be detected derived electrical current. In the case of EP 0 799 426 B1 The magneto-optical current transformers described are special Angular positions between the natural axes of the Faraday element and the polarizers provided to the unwanted influence of vibration or temperature on the Light intensities in the feeding optical fibers if possible largely suppress.

Obwohl bereits sehr viele Maßnahmen zur Erhöhung der Messgenauigkeit einer polarimetrischen Sensoreinrichtung beschrieben worden sind, ist eine unerwünschte Störbeeinflussung des Lichtsignals insbesondere auf dem zwischen dem Ausgangspolarisator und dem photoelektrischen Wandler verlaufenden Teil des Lichtpfads nicht vollkommen ausgeschlossen. Nach Passieren des Ausgangspolarisators trägt das Lichtsignal die Messinformation in Form einer Intensitätsmodulation, so dass eine hier eingreifende störgrößenbedingte zusätzliche Intensitätsbeeinflussung unmittelbar die Messgenauigkeit verschlechtern kann. Eine denkbare Quelle für eine solche unerwünschte zusätzliche Intensitätsbeeinflussung ist ein innerhalb dieses Teil des Lichtpfads auftretendes polarisierendes Verhalten, das beispielsweise durch die verwendeten Komponenten oder die Art ihrer Verbindung bedingt sein kann. Auch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines magnetooptischen Wandlers mit zweikanaliger Auswertung oder mit gegenläufiger Lichteinspeisung vermögen diese Störung nicht oder nur unvollkommen zu kompensieren. Although there are already many measures to increase the Measurement accuracy of a polarimetric sensor device have been described, is an undesirable interference Light signal in particular on the between the Output polarizer and the photoelectric converter extending part not completely excluded from the light path. To Passing the output polarizer carries the light signal Measurement information in the form of an intensity modulation, so that a additional interference-related intervening here Influencing the intensity immediately deteriorates the measuring accuracy can. A conceivable source for such an undesirable additional intensity control is one within this Polarizing behavior occurring in the light path, that for example through the components used or the The nature of their connection may be conditional. Even the above described embodiments of a magneto-optical Converter with two-channel evaluation or with opposite Light infeed cannot or only can this disturbance to compensate imperfectly.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die die durch einen unbeabsichtigten Polarisationseffekt hervorgerufenen Messfehler vermeiden oder zumindest weitestgehend unterdrücken. The object of the invention is therefore a Method and an arrangement of the type described in the introduction to indicate the by an unintentional Avoid or at least avoid measurement errors caused by polarization suppress as much as possible.

Zur Lösung der Aufgabe werden ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Erfassung einer Messgröße entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6 angegeben. A method and a Arrangement for the optical detection of a measured variable according to the Features of claim 1 or claim 6 specified.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet dadurch, dass das erste Lichtsignal nach dem Passieren des zweiten Polarisators depolarisiert wird. The method according to the invention is characterized in that that the first light signal after passing the second Polarizer is depolarized.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch erste Depolarisationsmittel, die bezogen auf die Laufrichtung des ersten Lichtsignals nach dem zweiten Polarisator in die optische Reihenschaltung eingefügt sind. The arrangement according to the invention is characterized by the first Depolarizing agent, based on the direction of rotation of the first light signal after the second polarizer in the optical series connection are inserted.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass ein weiterer eigentlich unerwünschter Polarisationseffekt, der in dem zwischen dem zweiten Polarisator (= Analysator) und dem photoelektrischen Wandler liegenden Teil des Lichtpfads auftritt, dann keinen Einfluss auf die Lichtintensität und damit auf die Messgenauigkeit hat, wenn das Lichtsignal diesen Teil des Lichtpfads unpolarisiert durchläuft. The invention is based on the knowledge that a Another actually undesirable polarization effect, which in between the second polarizer (= analyzer) and the Photoelectric transducer lying part of the light path occurs, then no influence on the light intensity and thus on the measurement accuracy if the light signal has this part of the light path goes unpolarized.

Beim Austreten aus dem zweiten Polarisator ist das erste Lichtsignal sowohl in seiner Intensität mit der Messinformation codiert als auch in der Vorzugsebene des zweiten Polarisators polarisiert. Für die Funktion des Faraday-Elements insgesamt ist nur die zuerst genannte Intensitätscodierung von Bedeutung, da sie die Messinformation trägt. Die Polarisation des ersten Lichtsignals ist dagegen in dem dem Analysator nachgeschalteten Teil des Lichtpfads nicht unbedingt erforderlich. Sie ergibt sich zwangsläufig aufgrund der Verwendung von Polarisatoren zur polarimetrischen Auswertung des Sensor-Elements. Allerdings kann diese Polarisation in Verbindung mit einem in diesem Teil des Lichtpfads auftretenden weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekt zu einer zusätzlichen Intensitätsbeeinflussung und damit zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit führen. When exiting the second polarizer, the first is Light signal both in its intensity with the Measurement information encoded as well as in the preferred level of the second Polarizer polarizes. For the function of the Faraday element overall, only the first-mentioned intensity coding is important because it carries the measurement information. The In contrast, polarization of the first light signal is in that Part of the light path downstream of the analyzer is not essential required. It inevitably results from the Use of polarizers for polarimetric evaluation of the Sensor element. However, this polarization can occur in Connection with one occurring in this part of the light path further actually unintended polarization effect an additional intensity influence and thus impair measurement accuracy.

Für einen derartigen weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekt kommen insbesondere folgenden Ursachen in Betracht. Eine erste mögliche Ursache ist eine polarisationsabhängige Lichtauskopplung an einer Stelle mit einer starken Biegung einer für die zweite optische Übertragungsstrecke beispielsweise eingesetzten Lichtleitfaser. Weiterhin kann ein zur Lichtdirektion verwendeter optischer Koppler ein polarisationsabhängiges Teilerverhältnis haben. Schließlich ist auch eine polarisationsabhängige Reflexion oder Brechung an einem Übergang zwischen fasergebundener Lichtführung und einer Freistrahl-Lichtführung vorstellbar. Ein solcher Übergang kann beispielsweise bei der Einkopplung des ersten Lichtstrahls in den photoelektrischen Wandler auftreten. For such another actually unintentional Polarization effects come in particular from the following causes Consideration. The first possible cause is one polarization-dependent light decoupling at a point with a strong Bend one for the second optical transmission link for example optical fiber used. Furthermore can an optical coupler used for light direction have polarization-dependent division ratio. Finally is also a polarization-dependent reflection or refraction a transition between fiber-bound lighting and a free beam light guide imaginable. Such a Transition can take place, for example, when the first is coupled in Light beam occur in the photoelectric converter.

Um das nach Austritt aus dem zweiten Polarisator polarisierte erste Lichtsignal in einen unpolarisierten Zustand zu überführen und damit den störenden Einfluss eines gegebenenfalls vorhandenen weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekts auszuschließen, ist ein Depolarisator vorgesehen. Dieser kann dabei unmittelbar im Anschluss an den zweiten Polarisator angeordnet sein. Grundsätzlich kann er sich aber auch an einer anderen Stelle in dem dem zweiten Polarisator nachgeschalteten Teil des Lichtpfads des ersten Lichtsignals befinden. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass das erste Lichtsignal depolarisiert wird, ehe es den Bereich mit dem weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekt passiert. To that polarized after exiting the second polarizer first light signal to an unpolarized state convict and thus the disruptive influence of a existing other actually unintentional A depolarizer is provided to rule out polarization effects. This can be done immediately after the second Polarizer can be arranged. Basically, he can elsewhere in the second polarizer downstream part of the light path of the first light signal are located. The only decisive factor here is that the first Light signal is depolarized before it reaches the area with the another actually unintended polarization effect happens.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen. Advantageous embodiments of the method according to the invention result from the claims dependent on claim 1.

Vorzugsweise wird auch ein zweites Lichtsignal in die optische Reihenschaltung eingespeist. Die Durchlaufrichtung des zweiten Lichtsignals ist dabei der des ersten Lichtsignals entgegengesetzt. Mit einer gegenläufigen Lichteinspeisung zweier Lichtsignale lassen sich unerwünschte beispielsweise temperatur- oder vibrationsbedingte Dämpfungseinflüsse besonders gut kompensieren. Preferably, a second light signal is also in the optical series connection fed. The direction of flow of the second light signal is that of the first light signal opposed. With an opposing light feed Two light signals can be unwanted, for example damping effects caused by temperature or vibration compensate particularly well.

Günstig ist es weiterhin, wenn auch das in zum ersten Lichtsignal entgegengesetzter Richtung umlaufende zweite Lichtsignal nach dem Passieren des Analysators, der im Fall des zweiten Lichtsignals durch den ersten Polarisator gebildet wird, depolarisiert wird. Damit ergeben sich auch für das zweite Lichtsignal die gleichen Vorteile hinsichtlich eines gegebenenfalls vorhandenen weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekts, die bereits im Zusammenhang mit dem ersten Lichtsignal beschrieben worden sind. It is still cheap, even if that is for the first time Light signal in the opposite direction rotating second Light signal after passing the analyzer, which in the case of the second light signal is formed by the first polarizer, is depolarized. This also results for the second Light signal the same advantages in terms of a any other actually unintentional Polarization effect already in connection with the first light signal have been described.

Insbesondere, wenn das erste und das zweite Lichtsignal durch Strahlaufteilung mittels eines optischen Kopplers aus dem von einer einzigen Lichtquelle emittierten Lichtsignal erzeugt werden, lässt sich durch die Verwendung eines weiteren Depolarisators eine besonders exakte Aufteilung in das erste und das zweite Lichtsignal mit jeweils gleicher Lichtintensität erreichen. Der Depolarisator ist dabei insbesondere zwischen die Lichtquelle und den optischen Koppler geschaltet. Die Depolarisation erfolgt also, noch bevor das erste und das zweite Lichtsignal die optische Reihenschaltung durchlaufen. Es wird unabhängig von dem von der Lichtquelle emittierten Polarisationszustand stets ein unpolarisiertes Lichtsignal in den optischen Koppler eingespeist. Selbst, wenn der optische Koppler ein polarisationsabhängiges Teilerverhältnis aufweisen sollte, erhält man dann dennoch eine exakte Aufteilung in zwei Lichtsignale mit gleicher Lichtintensität. Especially when the first and the second light signal through Beam splitting using an optical coupler from the generated light signal emitted by a single light source can be achieved by using another Depolarisators a particularly exact division into the first and the second light signal, each with the same light intensity to reach. The depolarizer is in particular between the light source and the optical coupler switched. The So depolarization occurs before the first and that second light signal pass through the optical series circuit. It becomes independent of that emitted by the light source Polarization state always an unpolarized light signal in the optical coupler fed. Even if the optical Coupler a polarization-dependent division ratio should then have an exact division into two light signals with the same light intensity.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den von Anspruch 6 abhängigen Ansprüchen. Die Vorteile der Ausgestaltungen der Anordnung entsprechen dabei im Wesentlichen denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit den korrespondierenden Ausgestaltungen des Verfahrens beschrieben worden sind. Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention result from the claims dependent on claim 6. The advantages of the configurations of the arrangement correspond doing so essentially those who are already related with the corresponding refinements of the method have been described.

Die mit dem Verfahren und der Anordnung optisch erfasste Messgröße kann in weiten Schranken variieren. Beispielsweise kann es sich um einen elektrischen Strom, ein Magnetfeld, eine elektrische Spannung oder ein elektrisches Feld handeln. Andere Messgrößen sind ebenfalls möglich. Dementsprechend kann auch das Sensor-Element unterschiedliche Gestalt annehmen. Bei der Erfassung eines elektrischen Stroms oder eines Magnetfelds kann ein Faraday-Element, bei der Erfassung einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Felds ein Pockels-Element, bei der Erfassung einer anderen Messgröße ein auf diese Messgröße abgestimmtes Sensor-Element zum Einsatz kommen. The optically recorded with the method and the arrangement Measured variable can vary within wide limits. For example can it be an electric current, a magnetic field, an electrical voltage or an electric field. Other measurands are also possible. Accordingly the sensor element can also have different shapes accept. When detecting an electric current or a Magnetic field can be a Faraday element when capturing a electric voltage or an electric field Pockels element when entering a different measurement sensor element matched to this measurement variable come.

Aufgrund der mittels der Depolarisation erreichten hohen Messgenauigkeit eignen sich das Verfahren und die Anordnung neben der Erfassung einer Wechsel-Messgröße insbesondere auch sehr gut für die Erfassung einer Gleich-Messgröße. Due to the high achieved by means of depolarization The method and the arrangement are suitable for measuring accuracy in addition to the acquisition of an alternating measured variable in particular very good for the acquisition of a constant measured variable.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Anordnung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im einzelnen zeigen die: Preferred but not limiting Embodiments of the method and the arrangement are now based on the drawing explained in more detail. For clarification is the Drawing not to scale and certain features are shown schematically. In detail the show:

Fig. 1 eine erste Anordnung zur optischen Erfassung eines elektrischen Stroms und Fig. 1 shows a first arrangement for the optical detection of an electrical current and

Fig. 2 eine zweite Anordnung zur optischen Erfassung eines elektrischen Stroms. Fig. 2 shows a second arrangement for the optical detection of an electrical current.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in FIGS. 1 and 2.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Anordnung 100 bzw. 200 zur optischen Erfassung einer als elektrischer Strom I oder als vom Strom I induktiv erzeugtem Magnetfeld H ausgebildeten Messgröße dargestellt. Die Anordnungen 100 und 200 umfassen jeweils ein als Faraday-Element 3 ausgebildetes Sensor-Element, zwei optische Übertragungsstrecken 4 und 7, zwei Polarisatoren 5 und 6, zwei Depolarisatoren 50 und 60 eine Lichtquelle 10, drei optische Koppler 11, 12 und 13 sowie Auswertemittel 20. In Figs. 1 and 2, a device 100 or 200 is illustrated for the optical detection of a formed as an electric current I or the current I inductively generated magnetic field H measured quantity. The arrangements 100 and 200 each comprise a sensor element designed as a Faraday element 3 , two optical transmission links 4 and 7 , two polarizers 5 and 6 , two depolarizers 50 and 60, a light source 10 , three optical couplers 11 , 12 and 13 and evaluation means 20th

Das Faraday-Element 3 besteht aus wenigstens einem den magnetooptischen Faraday-Effekt zeigenden Material. Unter dem Einfluss eines das Faraday-Element 3 wenigstens teilweise durchdringenden Magnetfelds H wird die Polarisation von durch das Faraday-Element 3 laufendem polarisierten Licht aufgrund des Faraday-Effekts geändert. The Faraday element 3 consists of at least one material showing the magneto-optical Faraday effect. Under the influence of a magnetic field H that at least partially penetrates the Faraday element 3 , the polarization of polarized light passing through the Faraday element 3 is changed due to the Faraday effect.

Das Faraday-Element 3 kann in an sich bekannter Weise mit einem oder mehreren massiven Körpern, vorzugsweise aus Glas, oder auch mit mindestens einer optischen Faser ausgebildet sein. Das Faraday-Element 3 von Fig. 1 ist ein massiver Glasring, der einen von einem Strom I durchflossenen Stromleiter 2 umgibt. Der Strom I verursacht dabei das von dem Faraday-Element 3 detektierte Magnetfeld H. Das Faraday-Element 3 weist zwei optische Anschlüsse 3A und 3B derart auf, dass an einem Anschluss 3A oder 3B eingekoppeltes Licht das Faraday-Element 3 durchläuft und am jeweils anderen Anschluss 3B bzw. 3A wieder ausgekoppelt wird. Der erste Anschluss 3A des Faraday-Elements 3 ist über den ersten Polarisator 5 und den ersten Depolarisator 50 mit einem Ende der ersten optischen Übertragungsstrecke 4 optisch gekoppelt. Der zweite Anschluss 3B des Faraday-Elements 3 ist über den zweiten Polarisator 6 und den zweiten Depolarisator 60 mit einem Ende der zweiten optischen Übertragungsstrecke 7 optisch gekoppelt. Das von dem Faraday-Element 3 abgewandte andere Ende der ersten Übertragungsstrecke 4 ist über den optischen Koppler 12 sowohl mit dem weiteren optischen Koppler 11 als auch mit den Auswertemitteln 20 optisch verbunden. Das von dem Faraday-Element 3 abgewandte andere Ende der zweiten Übertragungsstrecke 7 ist über den optischen Koppler 13 ebenfalls sowohl mit dem optischen Koppler 11 als auch mit den Auswertemitteln 20 optisch verbunden. Der optische Koppler 11 ist mit der Lichtquelle 10 optisch verbunden und teilt das von der Lichtquelle 10 emittierte Licht L in zwei Lichtsignale L1 und L2 auf, die den Kopplern 12 bzw. 13 zugeführt werden und dann in die erste bzw. zweite Übertragungsstrecke 4 bzw. 7 eingekoppelt werden. Beide Lichtsignale L1 und L2 durchlaufen die optische Reihenschaltung aus erster Übertragungsstrecke 4, erstem Depolarisator 50, erstem Polarisator 5, Sensoreinrichtung 3, zweitem Polarisator 6, zweitem Depolarisator 60 und zweiter Übertragungsstrecke 7 in zueinander entgegengesetzten Durchlaufrichtungen. Die Lichtquelle 10 und die drei optischen Koppler 11, 12 und 13 bilden somit Mittel zum Senden von zwei gegensinnig die Reihenschaltung durchlaufenden Lichtsignalen L1 und L2 durch die Reihenschaltung. The Faraday element 3 can be formed in a manner known per se with one or more solid bodies, preferably made of glass, or also with at least one optical fiber. The Faraday element 3 from FIG. 1 is a solid glass ring which surrounds a current conductor 2 through which a current I flows. The current I causes the magnetic field H detected by the Faraday element 3. The Faraday element 3 has two optical connections 3 A and 3 B in such a way that light coupled in at a connection 3 A or 3 B passes through the Faraday element 3 and is coupled out again at the other connection 3 B or 3 A. The first connection 3 A of the Faraday element 3 is optically coupled to one end of the first optical transmission link 4 via the first polarizer 5 and the first depolarizer 50 . The second connection 3 B of the Faraday element 3 is optically coupled to one end of the second optical transmission link 7 via the second polarizer 6 and the second depolarizer 60 . The other end of the first transmission link 4 facing away from the Faraday element 3 is optically connected via the optical coupler 12 both to the further optical coupler 11 and to the evaluation means 20 . The other end of the second transmission path 7 facing away from the Faraday element 3 is likewise optically connected to the optical coupler 11 as well as to the evaluation means 20 via the optical coupler 13 . The optical coupler 11 is optically connected to the light source 10 and divides the light L emitted by the light source 10 into two light signals L1 and L2, which are fed to the couplers 12 and 13 and then into the first and second transmission links 4 and 7 can be coupled. Both light signals L1 and L2 pass through the optical series circuit comprising the first transmission link 4 , the first depolarizer 50 , the first polarizer 5 , sensor device 3 , the second polarizer 6 , the second depolarizer 60 and the second transmission link 7 in mutually opposite directions. The light source 10 and the three optical couplers 11 , 12 and 13 thus form means for transmitting two light signals L1 and L2 passing through the series circuit in opposite directions through the series circuit.

Die Koppler 11, 12 und 13 können wenigstens teilweise auch durch optische Strahlteiler ersetzt werden. Außerdem können auch anstelle des Kopplers 11 und der einen Lichtquelle 10 auch zwei Lichtquellen vorgesehen sein, die jeweils ein Lichtsignal L1 bzw. L2 senden. Andere Realisierungen sind ebenfalls möglich. The couplers 11 , 12 and 13 can at least partially be replaced by optical beam splitters. In addition, instead of the coupler 11 and the one light source 10 , two light sources can also be provided, each of which sends a light signal L1 or L2. Other realizations are also possible.

Das erste Lichtsignal L1 wird nach Durchlaufen der ersten Übertragungsstrecke 4 und des ersten Depolarisators 50 von dem ersten Polarisator 5 linear polarisiert und am Anschluss 3A in das Faraday-Element 3 eingespeist. Beim Durchlaufen des Faraday-Elements 3 wird die Polarisationsebene des linear polarisierten ersten Lichtsignals L1 um einen vom Magnetfeld H abhängigen Faraday-Messwinkel p gedreht. Das in seiner Polarisationsebene gedrehte erste Lichtsignal L1 wird dem zweiten Polarisator 6 zugeführt. Der zweite Polarisator 6 lässt nur den auf seine Polarisationsachse projizierten Anteil des ankommenden ersten Lichtsignals L1 durch und hat somit für das erste Lichtsignal L1 die Funktion eines Polarisationsanalysators. Der vom zweiten Polarisator 6 transmittierte Anteil des ersten Lichtsignals L1 wird im zweiten Depolarisator 60 depolarisiert sowie über die zweite Übertragungsstrecke 7 und den Koppler 13 zu den Auswertemitteln 20 übertragen. The first light signal L1 is polarized after passing through the first transmission path 4 and the first depolarizer 50 of the first polarizer 5 and the linear connection 3 A in the Faraday element 3 fed. When passing through the Faraday element 3 , the polarization plane of the linearly polarized first light signal L1 is rotated by a Faraday measurement angle p which is dependent on the magnetic field H. The first light signal L1 rotated in its plane of polarization is fed to the second polarizer 6 . The second polarizer 6 only lets through the portion of the incoming first light signal L1 projected onto its polarization axis and thus has the function of a polarization analyzer for the first light signal L1. The portion of the first light signal L1 transmitted by the second polarizer 6 is depolarized in the second depolarizer 60 and transmitted to the evaluation means 20 via the second transmission link 7 and the coupler 13 .

Das zweite Lichtsignal L2 passiert zunächst die zweite Übertragungsstrecke 7 und den zweiten Depolarisator 60 und wird sodann von dem zweiten Polarisator 6 linear polarisiert. Das linear polarisierte zweite Lichtsignal L2 wird am Anschluss 3B in das Faraday-Element 3 eingekoppelt. Beim Durchlaufen des Faraday-Elements 3 wird die Polarisationsebene des linear polarisierten zweiten Lichtsignals L2 um einen vom Magnetfeld H abhängigen Faraday-Messwinkel -ρ gedreht, der wegen der nicht-reziproken Eigenschaft des Faraday-Effekts das entgegengesetzte Vorzeichen und den gleichen Betrag wie beim ersten Lichtsignal L1 hat. Das in seiner Polarisationsebene gedrehte zweite Lichtsignal L2 wird dem ersten Polarisator 5 zugeführt. Der erste Polarisator 5 lässt nur den auf seine Polarisationsachse projizierten Anteil des ankommenden zweiten Lichtsignals L2 durch und wirkt somit für das zweite Lichtsignal L2 als Polarisationsanalysator. Der vom ersten Polarisator 5 transmittierte Anteil des zweiten Lichtsignals L2 wird im ersten Depolarisator 50 depolarisiert sowie über die erste Übertragungsstrecke 4 und den Koppler 12 zu den Auswertemitteln 20 übertragen. The second light signal L2 first passes the second transmission link 7 and the second depolarizer 60 and is then linearly polarized by the second polarizer 6 . The linearly polarized second light signal L2 is coupled 3 B in the Faraday element 3 to the terminal. When passing through the Faraday element 3 , the polarization plane of the linearly polarized second light signal L2 is rotated by a Faraday measuring angle -ρ which is dependent on the magnetic field H and which, owing to the non-reciprocal property of the Faraday effect, has the opposite sign and the same amount as in the first Has light signal L1. The second light signal L2 rotated in its plane of polarization is fed to the first polarizer 5 . The first polarizer 5 only lets through the portion of the incoming second light signal L2 projected onto its polarization axis and thus acts as a polarization analyzer for the second light signal L2. The portion of the second light signal L2 transmitted by the first polarizer 5 is depolarized in the first depolarizer 50 and transmitted to the evaluation means 20 via the first transmission path 4 and the coupler 12 .

Die Polarisationsachsen (Transmissionsachsen) der beiden Polarisatoren 5 und 6 schließen einen Winkel α zueinander ein, der ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 180° oder π ist. Die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren 5 und 6 sind somit nicht parallel zueinander. The polarization axes (transmission axes) of the two polarizers 5 and 6 enclose an angle α to one another which is not equal to an integral multiple of 180 ° or π. The polarization axes of the two polarizers 5 and 6 are therefore not parallel to one another.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist dieser Winkel α zwischen den Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren 5 und 6 zumindest annähernd gleich +45° oder -45° bzw. +π/4 bzw. -π/4. Der Arbeitspunkt bei verschwindender Messgröße (H = 0 oder I = 0) ist dann in einem Bereich mit optimaler Linearität und Messempfindlichkeit eingestellt. In a particularly advantageous embodiment, this angle α between the polarization axes of the two polarizers 5 and 6 is at least approximately equal to + 45 ° or -45 ° or + π / 4 or -π / 4. The operating point when the measured variable disappears (H = 0 or I = 0) is then set in an area with optimal linearity and measurement sensitivity.

Die Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 bzw. L2 werden vor dem Einkoppeln in die Reihenschaltung im allgemeinen in einem fest vorgegebenen Verhältnis zueinander eingestellt. Vorzugsweise sind beide Lichtintensitäten gleich, also I1 = I2. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform teilt der Koppler 11 das Licht L der Lichtquelle 10 dann in zwei gleiche Teile mit einem Kopplungsverhältnis 50%. 50%. The light intensities I1 and I2 of the two light signals L1 and L2 are generally set in a predetermined relationship to one another before being coupled into the series circuit. Both light intensities are preferably the same, ie I1 = I2. In the embodiment shown in FIG. 1, the coupler 11 then divides the light L of the light source 10 into two equal parts with a coupling ratio of 50%. 50%.

Beim Durchlaufen der beiden Übertragungsstrecken 4 und 7 erfahren beide Lichtsignale L1 und L2 jeweils im Wesentlichen die gleichen Intensitätsänderungen, die insbesondere durch Dämpfungsverluste infolge von mechanischen Vibrationen verursacht werden können. Diese Intensitätsänderungen gehen im wesentlichen in Form von Dämpfungsfaktoren in die Lichtintensitäten I1 und I2 ein. Der reelle, im allgemeinen zeitabhängige Dämpfungsfaktor einer optischen Übertragungsstrecke ist definiert als das Verhältnis der Lichtintensität von an einem Ende der Übertragungsstrecke ankommendem Licht zu der Eingangslichtintensität des Lichts beim Einkoppeln in das andere Ende der Übertragungsstrecke. Bei A der reelle Dämpfungsfaktor der ersten Übertragungsstrecke 4 und B der Dämpfungsfaktor der zweiten Übertragungsstrecke 7. Dann gelten für die Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 und L2 nach Durchlaufen der optischen Reihenschaltung die allgemeinen Beziehungen:

I1 = I0.A.B.cos²(ρ + α) (4)

I2 = K.I0.B.A.cos²(ρ - α). (5)

I0 ist eine fest vorgegebene Ausgangsintensität. K ist ein Kopplungsfaktor, der sich in der dargestellten Ausführungsform aus den Kopplungsverhältnissen der Koppler 11, 12 und 13 ergibt. Wenn die Kopplungsverhältnisse aller Koppler 11, 12 und 13 jeweils 50% : 50% sind, ist K = 1. Die cos²-Terme in den Gleichungen (4) und (5) beschreiben die Abhängigkeit der Lichtintensität I1 bzw. I2 von dem Faraday-Messwinkel ρ für einen vorgegebenen Winkel α zwischen den beiden Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren 5 und 6. Die Faktoren vor den cos²-Termen in den Ausdrücken für die beiden Lichtintensitäten 11 und 12 gemäß den Gleichungen (4) und (5) unterscheiden sich nur in dem Kopplungsfaktor K. When passing through the two transmission links 4 and 7 , both light signals L1 and L2 each experience essentially the same changes in intensity, which can be caused in particular by loss of attenuation due to mechanical vibrations. These changes in intensity go into the light intensities I1 and I2 essentially in the form of damping factors. The real, generally time-dependent, attenuation factor of an optical transmission link is defined as the ratio of the light intensity of light arriving at one end of the transmission link to the input light intensity of the light when it is coupled into the other end of the transmission link. At A the real damping factor of the first transmission path 4 and B the damping factor of the second transmission path 7 . The general relationships then apply to the light intensities I1 and I2 of the two light signals L1 and L2 after passing through the optical series connection:

I1 = I0.ABcos ² (ρ + α) (4)

I2 = K.I0.BAcos ² (ρ - α). (5)

I0 is a fixed output intensity. K is a coupling factor which results in the illustrated embodiment from the coupling ratios of the couplers 11 , 12 and 13 . If the coupling ratios of all couplers 11 , 12 and 13 are 50%: 50%, K = 1. The cos ² terms in equations (4) and (5) describe the dependence of the light intensity I1 and I2 on the Faraday -Measuring angle ρ for a predetermined angle α between the two polarization axes of the two polarizers 5 and 6 . The factors before the cos ² terms in the expressions for the two light intensities 11 and 12 according to equations (4) and (5) differ only in the coupling factor K.

Die Dämpfungsfaktoren A und B der Übertragungsstrecken 4 und 7 werden nun eliminiert, indem die Auswertemittel 20 als Messsignal M für das Magnetfeld H ein Quotientensignal der Gestalt

M = (a.I1 + b.I2 + c)/(d.I1 + e.I2 + f) (6)

aus zwei linearen Funktionen a.I1 + b.I2 + c und d.I1 + e.I2 + f der beiden Lichtintensitäten I1 und I2 mit den reellen Koeffizienten a, b, c, d, e und f ableiten. Dabei sind wenigstens entweder die Koeffizienten a und e oder die Koeffizienten b und d von Null verschieden. The damping factors A and B of the transmission links 4 and 7 are now eliminated by the evaluation means 20 as a measurement signal M for the magnetic field H a quotient signal of the shape

M = (a.I1 + b.I2 + c) / (d.I1 + e.I2 + f) (6)

derive from two linear functions a.I1 + b.I2 + c and d.I1 + e.I2 + f of the two light intensities I1 and I2 with the real coefficients a, b, c, d, e and f. At least either the coefficients a and e or the coefficients b and d are different from zero.

Das Messsignal M gemäß Gleichung (6) ist von insbesondere vibrationsbedingten Intensitätsänderungen in den Übertragungsstrecken 4 bzw. 7 praktisch unabhängig. Somit können auch einfache, vergleichsweise preiswerte Telekommunikationslichtfasern (Multimode-Fasern) für die Übertragungsstrecken 4 und 7 verwendet werden, da deren relativ hohe Dämpfungen und Vibrationsempfindlichkeiten im Messsignal M kompensiert sind. Für die Übertragungsstrecken 4 und 7 können aber auch andere Lichtwellenleiter oder Freistrahlanordnungen verwendet werden. The measurement signal M according to equation (6) is practically independent of, in particular, vibration-related changes in intensity in the transmission links 4 or 7 . It is thus also possible to use simple, comparatively inexpensive telecommunications light fibers (multimode fibers) for the transmission links 4 and 7 , since their relatively high attenuations and vibration sensitivities are compensated for in the measurement signal M. However, other optical fibers or free-beam arrangements can also be used for the transmission links 4 and 7 .

Die Koeffizienten a, b, c, d, e und f der linearen Funktionen im Zähler und Nenner von Gleichung (6) können insbesondere auch unterschiedlichen Eingangsintensitäten der beiden Lichtsignale beim Einkoppeln in die Reihenschaltung angepasst werden. Vorzugsweise werden die Koeffizienten a, b, c, d, e und f für die gemäß den Gleichungen (4) und (5) bestimmten Lichtintensitäten 11 und 12 so angepasst, dass sich ohne Berücksichtigung von linearen Doppelbrechungseffekten in dem Faraday-Element 3 ein Messsignal

M ~ sin(2ρ) (7)

ergibt, das im wesentlichen proportional zum Sinus des doppelten Faraday-Messwinkels ρ ist (vergleiche die für eine nur einseitige Einspeisung allerdings mit Zweikanal-Auswertung angegebene Gleichung (2)). Die Koeffizienten d, e und f der linearen Funktion d.I1 + e.I2 + f im Nenner des Quotienten gemäß Gleichung (6) werden vorzugsweise so eingestellt, dass die lineare Funktion d.II + e.I2 + f praktisch konstant und damit unabhängig vom Magnetfeld H ist. The coefficients a, b, c, d, e and f of the linear functions in the numerator and denominator of equation (6) can in particular also be adapted to different input intensities of the two light signals when they are coupled into the series circuit. The coefficients a, b, c, d, e and f are preferably adapted for the light intensities 11 and 12 determined according to equations (4) and (5) in such a way that a measurement signal occurs in the Faraday element 3 without taking linear birefringence effects into account

M ~ sin (2ρ) (7)

results, which is essentially proportional to the sine of the double Faraday measurement angle ρ (compare the equation (2) given for a one-sided feed-in with two-channel evaluation). The coefficients d, e and f of the linear function d.I1 + e.I2 + f in the denominator of the quotient according to equation (6) are preferably set so that the linear function d.II + e.I2 + f is practically constant and therefore is independent of the magnetic field H.

Sonderfälle für die Bestimmung des Messsignals M sind möglich, beispielsweise mit Koeffizienten a = e = 1 und b = c = d = f = 0 oder a = c = e = f = 0 und b = d = 1 oder a = d = e = 1, b = -1 und c = f = 0. Special cases for the determination of the measurement signal M are possible, for example with coefficients a = e = 1 and b = c = d = f = 0 or a = c = e = f = 0 and b = d = 1 or a = d = e = 1, b = -1 and c = f = 0.

Das von den Dämpfungsfaktoren A und B der Übertragungsstrecken 4 und 7 befreite Messsignal M kann von den Auswertemitteln 20 auf verschiedene Arten aus den beiden Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden gegenläufigen Lichtsignale L1 und L2 abgeleitet werden. Im allgemeinen wird das erste und das zweite Lichtsignal L1 bzw. L2 zunächst mittels photoelektrischer Wandler 21 bzw. 22, beispielsweise in Form von Photodioden, in jeweils ein elektrisches Intensitätssignal S1 bzw. S2 umgewandelt. Das elektrische Intensitätssignal S1 oder S2 ist dann ein direktes Maß für die Lichtintensität I1 bzw. I2 des zugehörigen Lichtsignals L1 bzw. L2. Aus beiden elektrischen Intensitätssignalen S1 und S2 wird das Messsignal M mit Hilfe einer Wertetabelle oder auch rechnerisch bestimmt. Die Auswertemittel 20 enthalten dazu entsprechende in einer Verarbeitungseinheit 23 vorgesehene analoge oder digitale Bausteine. In der Verarbeitungseinheit 23 können die beiden elektrischen Intensitätssignale S1 und S2 auch mittels eines Analog/Digital-Wandlers digitalisiert und dann in digitalisierter Form von einem Mikroprozessor oder einem digitalen Signalprozessor gemäß der Gleichung (6) weiterverarbeitet werden. The measurement signal M freed from the damping factors A and B of the transmission links 4 and 7 can be derived by the evaluation means 20 in different ways from the two light intensities I1 and I2 of the two opposite light signals L1 and L2. In general, the first and the second light signals L1 and L2 are first converted into an electrical intensity signal S1 and S2, respectively, by means of photoelectric converters 21 and 22 , for example in the form of photodiodes. The electrical intensity signal S1 or S2 is then a direct measure of the light intensity I1 or I2 of the associated light signal L1 or L2. The measurement signal M is determined from the two electrical intensity signals S1 and S2 with the aid of a value table or also arithmetically. For this purpose, the evaluation means 20 contain corresponding analog or digital modules provided in a processing unit 23 . In the processing unit 23 , the two electrical intensity signals S1 and S2 can also be digitized by means of an analog / digital converter and then further processed in digitized form by a microprocessor or a digital signal processor according to equation (6).

Durch Anpassen der Koeffizienten a, b, c, d, e und f beim gemäß Gleichung (6) gebildeten Messsignal M können insbesondere auch unterschiedliche Empfindlichkeiten der beiden photoelektrischen Wandler 21 und 22 ausgeglichen werden. By adapting the coefficients a, b, c, d, e and f in the measurement signal M formed according to equation (6), different sensitivities of the two photoelectric converters 21 and 22 can in particular be compensated for.

Die Auswertemittel 20 leiten aus den Lichtintensitäten I1 und I2 der beiden Lichtsignale L1 bzw. L2 nach Durchlaufen der optischen Reihenschaltung ein Messsignal M für die Messgröße (elektrischer Strom I oder Magnetfeld H) ab, das von Intensitätsänderungen in den beiden Übertragungsstrecken 4 und 7 weitgehend unabhängig ist. The evaluation means 20 derive from the light intensities I1 and I2 of the two light signals L1 and L2, after passing through the optical series connection, a measurement signal M for the measurement variable (electrical current I or magnetic field H), which is largely independent of changes in intensity in the two transmission links 4 and 7 is.

Mittels der gegenläufigen Einspeisung der beiden Lichtsignale L1 und L2 können wie vorstehend beschrieben zwar viele der auf die optische Reihenschaltung und insbesondere auf die beiden Übertragungsstrecken einwirkenden Störeinflüsse eliminiert werden, es gibt aber weiterhin Störungen, die nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Das Prinzip der gegenläufigen Lichteinspeisung geht nämlich davon aus, dass die beiden Lichtsignale L1 und L2 jeweils genau die gleichen Störbeeinflussungen erfahren und somit nachträglich eine Kompensation möglich ist. By means of the opposite feed of the two light signals As described above, L1 and L2 can do many of the on the optical series connection and in particular on the interference acting on both transmission links be eliminated, but there are still glitches that are not can be easily compensated. The principle of contrary light injection assumes that the both light signals L1 and L2 each exactly the same Experiencing interference and thus a subsequent Compensation is possible.

In der mit der EP 0 799 426 B1 offenbarten ursprünglichen Anordnung, die keine Depolarisatoren 50 und 60 beinhaltet, ist diese Annahme so jedoch nicht zu 100% erfüllt. So durchläuft das erste Lichtsignal L1 die erste Übertragungsstrecke 4 unpolarisiert und die zweite Übertragungsstrecke 7 polarisiert. Beim zweiten Lichtsignal L2 liegen genau umgekehrte Verhältnisse vor. Deshalb kann sich eine Störung durchaus unterschiedlich auf die beiden Lichtsignale L1 und L2 auswirken. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn es sich um eine Störung handelt, die abhängig vom Polarisationszustand des die Störstelle passierenden Lichtsignals L1 oder L2 eine unterschiedliche Wirkung entfaltet. Eine derartige Störung ist zum Beispiel ein eigentlich unbeabsichtigter Polarisationseffekt, der im Verlauf der optischen Reihenschaltung außerhalb des Faraday-Elements 3 und insbesondere in den Teilbereichen, die zwischen den beiden Polarisatoren 5 und 6 und den photoelektrischen Wandlern 21 und 22 verlaufen, auftritt. Mögliche Ursachen für einen solchen weiteren eigentlich unbeabsichtigten Polarisationseffekt sind vorstehend bereits genannt worden. However, in the original arrangement disclosed in EP 0 799 426 B1, which does not contain any depolarizers 50 and 60 , this assumption is not 100% fulfilled. The first light signal L1 thus passes through the first transmission path 4 unpolarized and the second transmission path 7 polarizes. With the second light signal L2 there are exactly the opposite conditions. Therefore, a disturbance can have different effects on the two light signals L1 and L2. This is the case, for example, if there is a disturbance which has a different effect depending on the polarization state of the light signal L1 or L2 passing through the disturbance point. Such a disturbance is, for example, an actually unintentional polarization effect that occurs in the course of the optical series connection outside the Faraday element 3 and in particular in the subregions that run between the two polarizers 5 and 6 and the photoelectric converters 21 and 22 . Possible causes for such a further unintentional polarization effect have already been mentioned above.

Um diesen ungünstigen Einfluss, der zu einer nicht durch die Messgröße bedingten und damit die Messgenauigkeit verschlechternden Intensitätsveränderung der beiden Lichtsignale L1 und L2 führt, zu verhindern, sind die beiden Depolarisatoren 50 und 60 zusätzlich mit in der optischen Reihenschaltung vorgesehen. Sie bewirken, dass die beiden nach Durchlaufen des Faraday-Elements 3 und des nachfolgenden Analysators in Form des zweiten bzw. des ersten Polarisators 6 bzw. 5 polarisierten Lichtsignale L1 und L2 wieder depolarisiert werden. Beide Lichtsignale L1 und L2 passieren dann den verbleibenden Lichtpfad bis zu dem jeweiligen photoelektrischen Wandler 21 bzw. 22 als unpolarisiertes Lichtsignal. Ein gegebenenfalls vorhandener weiterer eigentlich unbeabsichtigter Polarisationseffekt hat dann keine negative Auswirkung auf die durch die Messgröße bedingte Intensitätscodierung der beiden Lichtsignale L1 und L2 mehr. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht. In order to prevent this unfavorable influence, which leads to a change in intensity of the two light signals L1 and L2 which is not caused by the measurement variable and thus deteriorates the measurement accuracy, the two depolarizers 50 and 60 are additionally provided in the optical series circuit. They cause the two polarized light signals L1 and L2 to be depolarized again after passing through the Faraday element 3 and the subsequent analyzer in the form of the second and first polarizers 6 and 5 , respectively. Both light signals L1 and L2 then pass through the remaining light path to the respective photoelectric converter 21 or 22 as an unpolarized light signal. Any further, actually unintentional polarization effect, if any, then no longer has a negative effect on the intensity coding of the two light signals L1 and L2 caused by the measured variable. This increases the measuring accuracy.

Die beiden zur gezielten Depolarisation der Lichtsignale L1 und L2 vorgesehenen Depolarisatoren 50 und 60 können insbesondere als faseroptische Lyot-Depolarisatoren ausgebildet sein, die insbesondere im Falle faseroptisch ausgeführter Übertragungsstrecken 4 und 7 auf einfache Weise in die optischen Zuführungsleitungen eingespleisst werden können. The two depolarizers 50 and 60 provided for the targeted depolarization of the light signals L1 and L2 can in particular be designed as fiber-optic Lyot depolarizers, which can be easily spliced into the optical feed lines, in particular in the case of fiber-optically designed transmission links 4 and 7 .

Grundsätzlich kann auch durch eine sehr sorgfältige Auswahl der für die Anordnung 100 eingesetzten optischen Komponenten und durch einen genau kontrollierten Zusammenbau der Komponenten erreicht werden, dass sich kein weiterer eigentlich unbeabsichtigter Polarisationseffekt nebst seiner negativen Auswirkungen einstellt. Die einzelnen Komponenten wie die beispielsweise für die Übertragungsstrecken 4 und 7 eingesetzten Lichtleitfasern, die Koppler 11, 12 und 13, die photoelektrischen Wandler 21 und 22, die Lichtquelle 10 und gegebenenfalls außerdem eingesetzte lösbare optische Steckverbindungen sind dabei insbesondere so auszuwählen, dass sie keinerlei polarisierendes Verhalten aufweisen. Bei dem Einsatz einer Lichtleitfaser ist weiterhin darauf zu achten, dass es bei der Verlegung zu keinen Biegungen mit sehr geringem Krümmungsradius kommt. Typischerweise sollte der Krümmungsradius größer als 5 mm sein. Der bei verschwindender Messgröße durch die gesamte Anordnung 100 verursachte Polarisationsgrad darf dann höchstens den Wert der maximal zulässigen Arbeitspunktdrift des Faraday-Elements 3 bezogen auf den maximalen Messbereich des auf ±1 normierten Messsignals M annehmen. Ein unerwünschter Polarisationsgrad von 1% würde zu einem Messfehler von ebenfalls 1% führen. Da eine so genaue Komponentenauswahl und Überwachung bei der Montage aber mit erheblichem Aufwand verbunden sind, ist die in der Anordnung 100 von Fig. 1 vorgesehene Verwendung der Depolarisatoren 50 und 60 günstiger. In principle, a very careful selection of the optical components used for the arrangement 100 and a precisely controlled assembly of the components can also ensure that there is no other actually unintended polarization effect and its negative effects. The individual components such as the optical fibers used, for example, for the transmission links 4 and 7 , the couplers 11 , 12 and 13 , the photoelectric converters 21 and 22 , the light source 10 and any detachable optical connectors used, if any, are to be selected in such a way that they do not polarize in any way Exhibit behavior. When using an optical fiber, it must also be ensured that there are no bends with a very small radius of curvature when laying. The radius of curvature should typically be greater than 5 mm. The degree of polarization caused by the entire arrangement 100 when the measured variable disappears may then at most assume the value of the maximum permissible working point drift of the Faraday element 3 in relation to the maximum measuring range of the measuring signal M standardized to ± 1. An undesired degree of polarization of 1% would also lead to a measurement error of 1%. Since such a precise selection of components and monitoring during assembly are associated with considerable effort, the use of depolarizers 50 and 60 provided in arrangement 100 of FIG. 1 is more favorable.

In Fig. 2 ist eine andere Anordnung 200 zur optischen Erfassung eines in einem Stromleiter 2 fließenden elektrischen Stroms I gezeigt. Die Anordnung 200 unterscheidet sich nur in einigen Details von der Anordnung 100. FIG. 2 shows another arrangement 200 for the optical detection of an electrical current I flowing in a current conductor 2 . The arrangement 200 differs from the arrangement 100 only in a few details.

Ein erster Unterschied liegt in der Verwendung eines dritten Depolarisators 70, der im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle 10 und dem Koppler 11 angeordnet ist und der ebenfalls beispielsweise als faseroptischer Lyot-Depolarisator ausgebildet ist. Wie aus der Gleichung (5) zu entnehmen ist, gehen mit der Größe K auch die Kopplungsverhältnisse der Koppler 11, 12 und 13 in die Ermittlung des Messsignals M ein und können demzufolge auch die Ursache für einen Messfehler sein. Insbesondere kann der Koppler 11 zu einer ungleichmäßigen und gegebenenfalls auch variierenden Aufteilung des von der Lichtquelle 10 emittierten Lichts L auf die beiden Lichtsignale L1 und L2 führen, wenn das von der Lichtquelle 10 erzeugte Licht L einen zumindest sehr geringen Polarisationsgrad aufweist - was bei einer Ausführungsform als Halbleiter-Lichtquelle eher die Regel, als die Ausnahme ist - und das Teilerverhältnis des Kopplers 11 polarisationsabhängig ist. A first difference lies in the use of a third depolarizer 70 , which is arranged in the light path between the light source 10 and the coupler 11 and which is likewise designed, for example, as a fiber optic Lyot depolarizer. As can be seen from equation (5), the coupling ratios of the couplers 11 , 12 and 13 are also included in the determination of the measurement signal M with the variable K and can therefore also be the cause of a measurement error. In particular, the coupler 11 can lead to an uneven and possibly also varying distribution of the light L emitted by the light source 10 between the two light signals L1 and L2 if the light L generated by the light source 10 has an at least very low degree of polarization - which in one embodiment as a semiconductor light source, the rule rather than the exception - and the division ratio of the coupler 11 is polarization-dependent.

Der dritte Depolarisator 70 stellt sicher, dass dem Koppler 11 unabhängig vom gegebenenfalls polarisierenden Verhalten der Lichtquelle 10 stets unpolarisiertes Licht L zugeführt wird und es somit zu keiner unerwünschten Veränderung des Teilerverhältnisses im Koppler 11 kommt. The third depolarizer 70 ensures that the coupler 11 is always supplied with unpolarized light L regardless of the possibly polarizing behavior of the light source 10 and thus there is no undesired change in the divider ratio in the coupler 11 .

Anders als die Anordnung 100 ist das Faraday-Element 3 der Anordnung 200 nicht als Glasring, sondern als Faserspule ausgebildet. Dies ändert aber nichts an dem vorstehend beschriebenen grundsätzlichen Verhalten. Unlike the arrangement 100 , the Faraday element 3 of the arrangement 200 is not designed as a glass ring, but rather as a fiber spool. However, this does not change the basic behavior described above.

Weiterhin sind bei der Anordnung 200 ein Teil der verwendeten Komponenten zu einer Sende/Empfangseinheit 30 und ein anderer Teil der verwendeten Komponenten zu einem Sensorkopf 40 zusammengefasst. Die Sende/Empfangseinheit 30 und der Sensorkopf 40 können dann an verschiedenen Orten angeordnet sein, die insbesondere auch auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegen können. Die Potentialdifferenz wird dann auf einfache Weise mittels der die Sende/Empfangseinheit 30 und den Sensorkopf 40 verbindenden optischen Übertragungsstrecken 4 und 7 überbrückt. Furthermore, in the arrangement 200 , some of the components used are combined to form a transmitting / receiving unit 30 and another portion of the components used are combined to form a sensor head 40 . The transmitting / receiving unit 30 and the sensor head 40 can then be arranged at different locations, which in particular can also have a different electrical potential. The potential difference is then bridged in a simple manner by means of the optical transmission links 4 and 7 connecting the transceiver unit 30 and the sensor head 40 .

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen. Es sind auch andere Ausgestaltungen möglich, die beispielsweise anstelle des elektrischen Stroms I oder anstelle des Magnetfelds H eine andere Messgröße erfassen. Ebenso ist die Erfindung nicht auf die in den Anordnungen 100 und 200 gezeigte gegenläufige Einspeisung der beiden Lichtsignale L1 und L2 beschränkt. Auch hier sind andere Alternativen möglich, insbesondere auch eine Einspeisung nur eines Lichtsignals, wobei eine ein- oder zweikanalige Auswertung vorgesehen sein kann. Das besonders günstige Verhalten eines Depolarisators, der zusätzlich in dem Teil des Lichtpfads vorgesehen ist, der dem als Polarisationsanalysator wirkenden Polarisator nachgeschaltet ist, kommt auch bei den alternativen Ausführungsformen zum Tragen. The exemplary embodiments of FIGS. 1 and 2 are in no way to be understood as limiting. Other configurations are also possible which, for example, record another measured variable instead of the electric current I or instead of the magnetic field H. Likewise, the invention is not limited to the opposite feed of the two light signals L1 and L2 shown in the arrangements 100 and 200 . Here, too, other alternatives are possible, in particular also only one light signal can be fed in, wherein a one- or two-channel evaluation can be provided. The particularly favorable behavior of a depolarizer, which is additionally provided in the part of the light path which is connected downstream of the polarizer acting as a polarization analyzer, also comes into play in the alternative embodiments.

Claims

1. Method for the optical detection of a measured variable (I, H), in which at least

a) a first light signal (L1) in an optical series circuit with a first optical transmission path ( 4 ), a first polarizer ( 5 ), a sensor element ( 3 ), a second polarizer ( 6 ) and a second optical transmission path ( 7 ) is fed,

b) the first light signal (L1) is changed in a polarization state when passing through the sensor element ( 3 ) under the influence of the measured variable (I, H),

c) the change in the polarization state when passing through the second analyzer ( 6 ) is converted into an intensity variation of the first light signal (L1) and

d) a measurement signal (M) for the measurement variable (I, H) is derived from the intensity variation of the light signal (L1) after a photoelectric conversion,

characterized in that

a) the first light signal (L1) is depolarized after passing through the second polarizer ( 6 ).

2. The method according to claim 1, wherein a second light signal (L2) in the optical series connection in the direction of flow of the first light signal (L1) opposite direction is fed.

3. The method according to claim 2, wherein the second light signal (L2) is depolarized after passing through the first polarizer ( 5 ).

4. The method according to any one of the preceding claims, in which the first light signal (L1) before passing through the optical Series connection is depolarized.

5. The method according to any one of the preceding claims, in which a second light signal (L2) before passing through the optical Series connection is depolarized.

6. Arrangement for the optical detection of a measurement variable (I, H) comprising at least

a) an optical series circuit with a first optical transmission path ( 4 ), a first polarizer ( 5 ), a sensor element ( 3 ), a second polarizer ( 6 ) and a second optical transmission path ( 7 ),

b) transmission means ( 10 , 11 , 12 , 13 ) for transmitting a first light signal (L1) through the series circuit, the first light signal (L1) when passing through the sensor element ( 3 ) under the influence of the measured variable (I, H) experiences a change in a polarization state, which leads to an intensity variation in the first light signal (L1) when the second polarizer ( 6 ) is subsequently passed,

c) conversion means ( 21 ) for photoelectric conversion of the first light signal (L1) into a first electrical signal (S1) after passing through the optical series circuit and

d) evaluation means ( 20 ) for deriving a measurement signal (M) for the measurement variable (I, H) from the first electrical signal (S1),

marked by

a) depolarization means ( 60 ), which are inserted into the optical series circuit in relation to the running direction of the first light signal (L1) after the second polarizer ( 6 ).

7. Arrangement according to claim 6, wherein the transmission means ( 10 , 11 , 12 , 13 ) for transmitting a second light signal (L2) through the series circuit in the direction opposite to the direction of passage of the first light signal (L1) are formed.

8. Arrangement according to claim 6 or 7, in which further depolarization means ( 50 ), which are inserted in relation to the running direction of the first light signal (L1) in front of the first polarizer ( 5 ) in the optical series circuit.

9. Arrangement according to one of claims 6 to 8, in which the transmission means ( 10 , 11 , 12 , 13 ) comprise third depolarization means ( 70 ).