DE3141325A1

DE3141325A1 - Method for measuring the current on an electric conductor by means of the Faraday effect

Info

Publication number: DE3141325A1
Application number: DE19813141325
Authority: DE
Inventors: René Dr. Corcelles Dändliker
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1983-04-28
Also published as: CH659329A5

Abstract

Two lightwaves of a laser light source (3) having different frequencies ( omega 1, omega 2) are each supplied via a supplying optical fibre (10a, 10b) to an arrangement with polarisers (5, 6, 7, 8a) and a beam divider (4a). One wave leaving this arrangement consists of a left-hand and a right-hand circular polarised component having the first ( omega 1) and, respectively, the second frequency ( omega 2). It is conducted via an optical coil (2a) and supplied to an analyser (8b). The optical coil (2a) comprises an electrical conductor (1). The wave leaving the analyser (8b) is supplied to a phase comparison arrangement (13) via a first optical output fibre (10) and a photodetector (11a). The other wave, which leaves the arrangement with polarisation (5, 6, 7, 8a) and beam divider (4a), is directly supplied to the phase comparison arrangement (13) via a second optical output fibre (10c) and a photodetector (11b). The phase (2 theta ) between the intensities of the waves supplied to the phase comparison arrangement (13) is twice the rotation of the plane of polarisation of the light conducted through the optical coil (2a). <IMAGE>

Description

Verfahren zur Strommessung an einem Procedure for measuring current on a

elektrischen Leiter durch den Faraday-Effekt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strommessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. electrical conductor by the Faraday effect The invention relates refers to a method for current measurement according to the preamble of claim 1.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus einer Reihe von drei Artikeln mit dem gemeinsamen Titel "Magneto-optical Current Transformer" von A. Papp und H. Harms in Appl. Optics, 15.Such a method is known from a series of three articles with the joint title "Magneto-optical Current Transformer" by A. Papp and H. Harms in Appl. Optics, Jan.

November 1980, Nr. 19, Seiten 3729 bis 3745. Darin wird ein Verfahren zur Strommessung mit einer sogenannten optischen Spule beschrieben. Das Labormuster des instrumentellen Stromwandlers besitzt die Güteklasse 0.2, bezogen auf die VDE Norm 0414. Dabei wird Licht einer Lichtquelle mit einer sehr engen Bandbreite über einen Linearpolarisator und eine einkoppelnde Linse einem Lichtleiter zugeführt, welcher direkt mit der optischen Spule verbunden ist. Laser-Lichtquellen erfüllen die Bedingung der Bandbreite besonders gut, und daher werden ein He-Ne-Laser oder eine Laserdiode, z.B. ein GaAlAs-Laser verwendet. Ein wegführender Lichtleiter führt das Licht über einen Linearpolarisator zu einer Detektionsanordnung. Diese Anordnung besteht aus einer Linse, welche das Licht auskoppelt, einem Wollaston-Prisma als Strahlteiler, zwei Photodetektoren und einer Signalverarbeitungseinrichtung , Die Anforderungen, die an die gesamte Anordnung gestellt werden müssen, sind hoch. Die Lichtleiter müssen über ihre ganze Länge so wenig wie möglich doppelbrechende Eigenschaften aufweisen, damit die Faraday-Rotation überhaupt beobachtet wird. Um die störende Doppelbrechung in den optischen Fasern zu reduzieren, werden die Fasern mechanisch in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung der Doppelbrechung gedreht und entsprechend fixiert. Das Messsystem ist grundsätzlich nichtlinear, im Messbereich begrenzt und empfindlich auf Intensitätsänderungen.November 1980, No. 19, pages 3729-3745. A method is disclosed therein described for current measurement with a so-called optical coil. The laboratory sample of the instrumental current transformer has quality class 0.2, based on the VDE Standard 0414. Here, light is transmitted from a light source with a very narrow bandwidth a linear polarizer and a coupling lens fed to a light guide, which is directly connected to the optical coil. Meet laser light sources the condition of the bandwidth is particularly good, and therefore a He-Ne laser or a laser diode such as a GaAlAs laser is used. A leading light guide leads the light via a linear polarizer to a detection arrangement. This arrangement consists of a lens that decouples the light, a Wollaston prism as Beam splitter, two photodetectors and a signal processing device, Die Requirements that apply to the entire arrangement must be asked are high. The light guides must be birefringent as little as possible over their entire length Have properties so that the Faraday rotation is observed at all. Around The fibers will reduce the disruptive birefringence in the optical fibers mechanically rotated in a direction opposite to the direction of birefringence and fixed accordingly. The measuring system is basically non-linear in the measuring range limited and sensitive to changes in intensity.

Ein ähnliches Verfahren wird beschrieben von S.C. Rashleigh und R. Ulrich in Appl. Phase Lett. 34 (11), 1. Juni 1979, S. 768-770. Die dort verwendete Messanordnung besteht, in der folgenden Reihenfolge angeordnet, aus einem He-Ne-Laser, einem Linearpolarisator, einem lichteinkoppelnden Mikroskopobjektiv, einer zuführenden optischen Faser, welche mechanisch verbunden ist mit einer optischen Spule, welche ihrerseits wieder mit einer wegführenden optischen Faser verbunden ist, einem lichtauskoppelnden Mikroskopobjektiv, einem die Doppelbrechung der Fasern teilweise kompensierenden Soleil-Babinet-Kompensator, einem Wollaston-Prisma, welches das Licht in zwei senkrecht zueinander stehende Linearpolarisationen aufspaltet, und zwei Photodetektoren, womit die Intensitäten, und indirekt die zu messende Faraday-Rotation bestimmt werden. In diesem Aufsatz werden verschiedene Probleme der Doppelbrechung auf mögliche Lösungen untersucht. Dazu wird unter anderem die Faser, aus welcher die optische Spule besteht, mechanisch gedreht und zwischen zwei Fixierpunkten festgeklemmt.A similar procedure is described by S.C. Rashleigh and R. Ulrich in Appl. Phase Lett. 34 (11), June 1, 1979, pp. 768-770. The one used there The measuring arrangement consists of a He-Ne laser, arranged in the following order, a linear polarizer, a light coupling microscope objective, a feeding one optical fiber, which is mechanically connected to an optical coil, which is in turn connected to an outgoing optical fiber, a light outcoupling Microscope objective, one that partially compensates for the birefringence of the fibers Soleil-Babinet compensator, a Wollaston prism, which the light in two perpendicular linear polarizations standing to one another, and two photodetectors, with which the intensities, and indirectly the Faraday rotation to be measured, can be determined. In this paper, various problems of birefringence are suggested for possible solutions examined. For this purpose, among other things, the fiber from which the optical coil consists, mechanically rotated and clamped between two fixing points.

Da es sich hier um eine Absolutmessung handelt, ist es ebenfalls sehr wichtig, die systematischen Fehler so gut wie möglich zu kompensieren oder wenigstens quantitativ zu erfassen. Das System besitzt grundsätzlich die gleichen Nachteile wie die vorher beschriebene Anordnung.Since this is an absolute measurement, it is also very it is important to compensate for the systematic errors as well as possible, or at least to be recorded quantitatively. The system basically has the same disadvantages like the arrangement previously described.

Da die beschriebenen Anordnungen im wesentlichen gedacht sind für die Strommessung an Hochspannungsleitungen, liegt die optische Spule auf Hochspannungspotential. Die optoelektronischen Elemente, d.h. die Laserlichtquellen und die Detektoren, und die Auswerteelektronik müssen dagegen auf Erdpotential liegen.Since the arrangements described are essentially intended for the current measurement on high-voltage lines the optical coil on high voltage potential. The optoelectronic elements, i.e. the laser light sources and the detectors and the evaluation electronics, on the other hand, must be at ground potential.

Die Nachteile der beiden Anordnungen können wie folgt zusammengefasst werden: - Die Bestimmung der Faraday-Rotation ist abhängig vom Verhältnis der beiden gemessenen Intensitäten. Die beiden opto-elektronischen Detektionskanäle müssen deshalb genau abgeglichen sein und bleiben.The disadvantages of the two arrangements can be summarized as follows - The determination of the Faraday rotation depends on the ratio of the two measured intensities. The two opto-electronic detection channels must therefore be and stay exactly balanced.

- Die Bestimmung der Faraday-Rotation ist nur für relativ kleine Drehwinkel (<6°) linear und nur bis 90° eindeutig.- The Faraday rotation can only be determined for relatively small angles of rotation (<6 °) linear and only clear up to 90 °.

Elektronische Korrektur der Nichtlinearität und zusätzliche Messung mit einem um 900 verschobenen Detektionssystem sind nötig. Electronic correction of the non-linearity and additional measurement with a detection system shifted by 900 are necessary.

- Die Verwendung derselben optischen Faser für die Ueber brückung der Spannungsdifferenz (Hochspannungs-Leitung) wie für die optische Spule zur Messung des Faraday-Effektes bringt das zusätzliche Problem, dass die Doppelbrechung in der Faser die Messung sehr empfindlich stört. Die Eigendoppelbrechung, eventuell kompensiert durch geeignete Torsion der Faser, beschränkt die maximale Länge der Faser und damit auch die Windungszahl der optischen Spule Induzierte Doppelbrechung durch mechanische Spannungen muss durch äusserst sorgfältige Halterung und Verlegung der Faser vermieden werden. Diese Bedingungen sind für die Zuleitungen zur optischen Spule schwieriger zu erfüllen als für diese selbst.- The use of the same optical fiber for bridging the voltage difference (high voltage line) as for the optical coil for measurement of the Faraday effect brings the additional problem that the birefringence in the fiber interferes with the measurement very sensitively. The intrinsic birefringence, possibly compensated by suitable torsion of the fiber, the maximum length of the limited Fiber and thus also the number of turns of the optical coil Induced birefringence due to mechanical tension must be ensured by extremely careful mounting and laying the fiber can be avoided. These conditions are for the leads to the optical Coil more difficult to meet than for this itself.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die bekannten Verfahren zur Strommessung an einem elektrischen Leiter durch den Faraday-Effekt derart zu verbessern, dass die obigen Nachteile nicht auftreten.The invention therefore sets itself the task of the known methods for current measurement on an electrical conductor due to the Faraday effect improve that the above disadvantages do not occur.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäss gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset solved by the characterizing part of claim 1.

Einige wichtige Vorteile der Erfindung werden im folgenden aufgeführt: - Die Phasenmessung bringt einen linearen und unbeschränkten Messbereich für die Faraday-Rotation.Some important advantages of the invention are listed below: - The phase measurement brings a linear and unlimited measuring range for the Faraday rotation.

- Die Verwendung zweier getrennter Lichtleiter für die Uebertragung der beiden optischen Frequenzen stellt keine Anforderungen an die Polarisationseigenschaften (Doppelbrechung) der Lichtleiter für die Uebertragungsstrecke.- The use of two separate light guides for transmission of the two optical frequencies makes no demands on the polarization properties (Birefringence) of the light guide for the transmission path.

- Die Verwendung von zwei getrennt auf Hochspannung geführten optischen Frequenzen ermöglicht die Erzeugung eines virtuell rotierenden Polarisations-Analysators durch rein passive optische Elemente auf Hochspannungspotential.- The use of two separate high-voltage optical systems Frequencies enables the generation of a virtually rotating polarization analyzer through purely passive optical elements on high voltage potential.

Andere wichtige Vorteile der Erfindungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger anhand von Zeichnungen erläuteter Beispiele der Erfindung.Other important advantages of the inventions are evident from the following Description of some examples of the invention explained with reference to drawings.

Dabei zeigt: Fig. 1 eine Anordnung zur Strommessung an einem elektrischen Leiter durch den Faraday-Effekt, Fig. 2 eine Ausführungsform zur Verbesserung der Phasenmessung, und Fig. 3 eine Variante der Ausführungsform gemäss Fig. 2.It shows: FIG. 1 an arrangement for measuring the current on an electrical one Ladder by the Faraday effect, Fig. 2 an embodiment for improving the Phase measurement, and FIG. 3 shows a variant of the embodiment according to FIG. 2.

In Fig. 1 ist der elektrische Leiter 1 dargestellt, der von einer aus einem Lichtleiter bestehenden optischen Spule 2a umschlungen wird. Die Laser-Lichtquelle 3 zur Erzeugung von Lichtwellen der Frequenz #1 bzw. #2 2 besteht mit Vorteil aus einem He-Ne-Laser oder aus einer GaAlAs-Diode.In Fig. 1, the electrical conductor 1 is shown, which is from a is wrapped around an optical coil 2a consisting of a light guide. The laser light source 3 for generating light waves of frequency # 1 or # 2 2 advantageously consists of a He-Ne laser or a GaAlAs diode.

Das Licht der Laserlichtquelle 3 gelangt getrennt über die einkoppelnden Konvexlinsen 9 in die zuführenden monomoden Lichtleiter 10a und 10b. Diese liegen nach der Hochspan nungsbereichsgrenze 12 auf Hochspannungspotential. Der Fre quenzunterschied #= #1-#2 zwischen den Freauenzen der beiden Lichtwellen liegt etwa zwischen 1 kHz und 1 MHz.The light from the laser light source 3 passes separately via the coupling-in Convex lenses 9 in the feeding monomode Light guide 10a and 10b. These are after the high voltage range limit 12 on high voltage potential. The frequency difference # = # 1- # 2 between the frequencies of the two light waves is approximately between 1 kHz and 1 MHz.

Das Licht mit der Frequenz aD1 wird aus dem monomoden Lichtleiter lOa über eine auskoppelnde Konvexlinse 9 einem Linearpolarisator 6 zugeführt. Das Licht mit der Frequenz 32 aus dem monomoden Lichtleiter lOb wird über eine andere auskoppelnde Konvexlinse 9 dem Linearpolarisator 5 zugeführt Die Polarisationsrichtungen der beiden Polarisatoren 5 und 6 stehen senkrecht zueinander. In dem Strahlteiler 4a werden die beiden Lichtwellen überlagert, und dann einerseits einem Zirkularpolarisator 7 zugeführt, und andererseits über einen unter 450 zu den Richtungen der Polarisatoren 5, 6 polarisierenden Linearpolarisator 8a und eine einkoppelnde Konvexlinse 9 dem multimoden Lichtleiter 10c zugeführt. Der Zirkularpolarisator 7 ist ein #/4-Plättchen, das die lichtwellen mit den Frequenzen #1 und #2 entsprechend ihren Polarisationsrichtungen in entgegengesetzt zirkular-polarisierte Wellen umwandelt. Hinter dem Zirkularpolarisator 7 und der optischen Spule 2a entsteht also eine Lichtwelle2 die die entgegengesetzt zirkular polarisierten Komponenten umfasst. Dabei sind a+ und a die (reellen) Amplituden der rechts- bzw. linkszirkular polarisierten Wellen. ## - #2 ist die relative Phase am Eingang der optischen Spule 2a, und = = V.N.j die Faraday-Rotation mit der Verdet-Konstanten V, der Windungszahl N der optischen Spule 2a, und dem elektrischen Strom j, der den Leiter 1 durchfliesst.The light with the frequency aD1 is fed to a linear polarizer 6 from the monomode light guide 10a via a convex lens 9 which is coupled out. The light with the frequency 32 from the monomode light guide 10b is fed to the linear polarizer 5 via another outcoupling convex lens 9. The polarization directions of the two polarizers 5 and 6 are perpendicular to one another. In the beam splitter 4a, the two light waves are superimposed and then fed to a circular polarizer 7 on the one hand, and fed to the multimode light guide 10c via a linear polarizer 8a that polarizes at 450 to the directions of the polarizers 5, 6 and a coupling convex lens 9 on the other hand. The circular polarizer 7 is a # / 4 plate which converts the light waves with the frequencies # 1 and # 2 according to their polarization directions into oppositely circular-polarized waves. So behind the circular polarizer 7 and the optical coil 2a a light wave 2 arises which has the oppositely circularly polarized components includes. Here a + and a are the (real) amplitudes of the right and left circularly polarized waves. ## - # 2 is the relative phase at the input of the optical coil 2a, and = = VNj the Faraday rotation with the Verdet constant V, the number of turns N of the optical coil 2a, and the electric current j flowing through the conductor 1 .

Die relative Phase der beiden zirkular polarisierten Wellen A+ und A- erscheint als Phase (## + 2#) der Schwebungsfrequenz#in der Intensität I(t) des Lichtes hinter einem unter 450 mit den Polarisationsrichtungen der Polarisatoren 5, 6 polarisierenden Analysator 8b, nämlich Der Analysator 8b ist zweckmässig zwischen zwei lichtkoppelnden Konvexlinsen angeordnet, wodurch die Lichtwelle dem wegführenden multimoden Lichtleiter 10d zugeführt wird, ohne dass eine mechanische Bindung dieses Lichtleiters 10d mit der optischen Spule 2a besteht. Die Lichtleiter 10c und lOd befinden sich nach der Hochspannungsbereichsgrenze 12 auf Erdpotential.The relative phase of the two circularly polarized waves A + and A- appears as phase (## + 2 #) of the beat frequency # in the intensity I (t) of the light behind an analyzer 8b polarizing at 450 with the polarization directions of the polarizers 5, 6, namely The analyzer 8b is expediently arranged between two light-coupling convex lenses, as a result of which the light wave is fed to the outgoing multimode light guide 10d without this light guide 10d being mechanically bound to the optical coil 2a. The light guides 10c and 10d are at ground potential after the high-voltage range limit 12.

Die über den Lichtleiter 10c über den Photodetektor llb zur Phasenvergleichsanordnung 13 geführte Lichtwelle ergibt als Referenzsignal Ir = ar cos (#t + Die obengenannte Intensität I(t) erzeugt über den Photodetektor lla in der Phasenvergleichsanordnung 13 das Messsignal Im. Als Photodetektoren können z.B. Photodioden verwendet werden. Als Phasenmessanordnung kann im einfachsten Fall zum Beispiel das Phasenmeter 305 der Firma Dranetz, South Plainfield, N.J., USA verwendet werden: Durch Vergleich der Phasen der beiden Signale, also der Phase am Eingang und am Ausgang der optischen Spule 2a, kann die Faraday-Rotation genau, unabhängig von den Amplituden a+ und a , linear und über Winkelbereichen -180° bis +1800 und 0° 3600 gemessen werden.The via the light guide 10c via the photodetector 11b to the phase comparison arrangement 13 guided light wave results in the reference signal Ir = ar cos (#t + the above-mentioned Intensity I (t) generated via the photodetector 11a in the phase comparison arrangement 13 the measurement signal Im. Photodiodes, for example, can be used as photodetectors. In the simplest case, the phase meter 305, for example, can be used as the phase measuring arrangement from Dranetz, South Plainfield, N.J., USA: By comparison the phases of the two signals, i.e. the phase at the input and output of the optical Coil 2a, can perform the Faraday rotation precisely, regardless of the amplitudes a + and a, linear and over angle ranges -180 ° to +1800 and 0 ° 3600 can be measured.

Die Uebertragung der tntensitätssignale durch die Lichtleiter 10c und lOd stellt weder Anforderungen an die Polarisationseigenschaften noch an die Verlusteigenschaften (Amplitudenänderung) der Lichtleiter auf der Uebertragungsstrekke. Das einzige auf Doppelbrechung und mechanische Spannung kritische Lichtleiterstück ist die optische Spule 2a. Bei gleicher Qualität des Lichtleiters kann die Windungszahl N der optischen Spule 2a, und damit die Messempfindlichkeie, erhöht werden. Weil eine reine optische Kopplung zwischen den Lichtleitern 10a,b,c,d und der optischen Spule 2a besteht, kann nämlich die maximal verwendbare Lichtleiterlänge ausschliesslich für die optische Spule 2a benützt werden Wenn eine eindeutige Strommessung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung auszuführen ist, ist es notwendig, die Phase der Faraday-Rotation absolut bestimmen zu können.The transmission of the intensity signals through the light guides 10c and lOd makes neither demands on the polarization properties nor on the Loss properties (change in amplitude) of the light guides on the transmission path. The only one on birefringence and mechanical tension critical The light guide piece is the optical coil 2a. With the same quality of the light guide the number of turns N of the optical coil 2a, and thus the measuring sensitivity, increase. Because a pure optical coupling between the light guides 10a, b, c, d and the optical coil 2a exists, namely the maximum usable optical fiber length can only be used for the optical coil 2a is to be carried out with the arrangement described above, it is necessary to use the To be able to determine the phase of the Faraday rotation absolutely.

Eine solche Messung der Phase kann nur vorgenommen werden mit einem Phasenmeter mit unbeschränktem Messbereich. Dabei wird im wesentlichen die Phase in einem Intervall von 1800 sehr genau gemessen, und es tritt eine automatische Umschaltung des Messbereiches auf, wenn die Phase ausserhalb des ursprünglichen Messbereiches liegt. Die jeweilige Umschaltung wird positiv oder negativ gezählt, so dass die absolute Phase eindeutig bestimmt ist, wenn der Nullwert einmal vorgegeben ist. Ein solches Phasenmeter wurde von J. Mastner in der DE-OS 30 06 840 beschrieben.Such a phase measurement can only be made with a Phase meter with unlimited measuring range. This is essentially the phase Measured very accurately at an interval of 1800, and an automatic occurs Switching the measuring range to when the phase is outside the original Measuring range. The respective switchover is counted as positive or negative, so that the absolute phase is clearly determined once the zero value has been specified is. Such a phase meter was described by J. Mastner in DE-OS 30 06 840.

Die Eingangssignale, welche diesem Phasenmeter zugeführt werden, müssen dauernd vorhanden sein, und ihre zeitlich veränderliche Phasenverschiebung muss genügend zuverlässig verfolgt werden können, damit keine Messumschaltungen verloren gehen. Bei der Strommessung durch den Faraday-Effekt sind diese Bedingungen möglicherweise nicht immer erfüllt, insbesondere dann nicht, wenn sehr hohe und schnelle Strom änderungen im elektrischen Leitungssystem auftreten (Kurzschlüsse).The input signals that are fed to this phase meter must be permanently present, and their time-variable phase shift must can be tracked reliably enough so that no measurement switchovers are lost walk. When measuring current by the Faraday effect, these conditions may be not always met, especially not when very high and fast currents Changes in the electrical wiring system occur (short circuits).

Diese Probleme treten nicht auf, wenn ausser dem Referenzsignal Ir a ar cos Sb t am Eingang der optischen Spule, und dem Messignal Im = am cos (#t t + 2 # ) am Ausgang der optischen Spule, mindestans ein zweites Messignal I'm = a'm cos (#t + 2 #') zur Verfügung gestellt wird. Die Phase dieses zweiten Messignals I'm entspricht einer anderen Windungszahl N' der optischen Spule als die Phase 2 # des ersten Messignals Im Dieses zweite Messignal 1' m kann erhalten werden durch Ableiten eines Signals bei einer anderen Windungszahl N' der optischen Spule 2c als die ursprüngliche Windungszahl N. Eine solche Möglichkeit ist dargestellt in Fig. 2. Hier wird von der optischen Spule 2c wie in Fig.These problems do not arise if, in addition to the reference signal Ir a ar cos Sb t at the input of the optical coil, and the measurement signal Im = at cos (#t t + 2 #) at the output of the optical coil, at least one second measurement signal I'm = a'm cos (#t + 2 # ') is made available. The phase this second measurement signal I'm corresponds to a different number of turns N 'of the optical coil as the phase 2 # of the first measurement signal Im This second measurement signal 1'm can be obtained by deriving a signal at a different number of turns N 'of the optical Coil 2c as the original number of turns N. Such a possibility is shown in Fig. 2. Here, as in Fig.

1 Licht ausgeleitet bei der Stelle I für die Windungszahl N zusätzlich aber noch bei der Stelle II für die Windungszahl N'. Beide Wellen umfassen wiederum entgegengesetzt zirkular polarisierte komponenten. Analog Fig. 1 werden beide Wellen über koppelnde Konvexlinsen 9 und unter 450 zu den Polarisatoren 5, 6 der Fig. 1 geneigte Linearpolarisatoren 8b, 8b' zu den Lichtleitern 10d bzw. 10d' geführt.1 light led out at point I for the number of turns N in addition but still at point II for the number of turns N '. Both waves again encompass oppositely circular polarized components. Analogous to FIG. 1, both waves via coupling convex lenses 9 and below 450 to the polarizers 5, 6 of FIG. 1 inclined linear polarizers 8b, 8b 'led to the light guides 10d and 10d'.

Lichtleiter lOd wird wie in Fig. 1 über einen (nicht gezeichneten) Photodetektor lla, Lichtleiter lOd' über einen weiteren (auch nicht gezeichneten) Photodetektor mit der (wiederum nicht gezeichneten) Phasenvergleichsanordnung verbunden.Light guide lOd is as in Fig. 1 via a (not shown) Photodetector lla, light guide lOd 'via another (also not shown) Photodetector connected to the phase comparison arrangement (again not shown).

In Fig. 3 ist eine Variante der Ausführungsform nach Fig.In Fig. 3 a variant of the embodiment according to Fig.

2 dargestellt. Hier wird das zweite Messignal I' durch eine zweite optische Spule 2b erhalten. Insbesondere ist die Verwendung einer grossen optischen Spule mit N Windungen und einer kleinen optischen Spule mit N'Windungen, wobei N' < N ist, für die Bestimmung des 180° - Intervalles zweckmässig. Dazu ist nach dem ersten Strahlteiler 4a noch ein zweiter 4b angeordnet. Der weitere Verlauf der Anordnungen ergibt sich unmittelbar durch ein Vergleich mit den Figuren 1 und 2.2 shown. Here the second measurement signal I 'is replaced by a second optical coil 2b obtained. In particular, the use of a large optical Coil with N turns and a small optical coil with N 'turns, where N' <N is useful for determining the 180 ° interval. This is after the first beam splitter 4a also has a second 4b arranged. The further course of the Arrangements result directly from a comparison with FIGS. 1 and 2.

Für die Faraday-Rotationen der beiden Signale Im und Im' gilt dann VN j, $#'= $VN'j.The following then applies to the Faraday rotations of the two signals Im and Im ' VN j, $ # '= $ VN'j.

wobei V die verdetsche Konstante der optischen Faser und j der elektrische Strom ist. Die Windungszahl N' wird so gewählt, dass die Phase 2#' beim maximalen Strom j jmes den Wert 900 nicht überschreitet. Damit kann jederzeit eindeutig festgestellt werden, in welchem 180 0-Intervall sich das Phasenmeter befindet, weil die Phase 2#' dem jeweiligen 180 0-Intervall eindeutig entspricht. Diese Phase wird mit einem Hilfs- Phasenmeter festgestellt.where V is the Verdet constant of the optical fiber and j is the electrical Electricity is. The number of turns N 'is chosen so that phase 2 #' at the maximum Current j jmes den Does not exceed 900. This can be used at any time it can be clearly established in which 180 0 interval the phase meter is located, because phase 2 # 'clearly corresponds to the respective 180 0 interval. This phase is determined with an auxiliary phase meter.

Die Bedingungen für die eindeutige Messbarkeit der Phase lauten demnach: wo bei die Genauigkeit für die Messung der Phase bedeutet.The conditions for the unambiguous measurability of the phase are therefore: where at means the accuracy for the measurement of the phase.

Die zweite Bedingung besagt, dass die Genauigkeit ## mindestens ausreichen muss, um das entsprechende 180° -Intervall zu bestimmen. Z.B. für ## = 1° des Hilfs-Phasenmeters ist bereits ein gesamter Phasenmessbereich von 2#max = + (45x180%) = + 80000 abgedeckt. Die totale für die Strommessung massgebende Genauigkeit der Phasenmessung ist gegeden durch ##=2## des Haupt-Phasenmeters.The second condition says that the precision ## is at least sufficient must to determine the appropriate 180 ° interval. E.g. for ## = 1 ° of the auxiliary phase meter an entire phase measurement range of 2 # max = + (45x180%) = + 80000 is already covered. The total accuracy of the phase measurement, which is decisive for the current measurement, is given by ## = 2 ## of the main phase meter.

Als Alternative kann auch die Differenz der Windungszahlen N und N' so gewählt werden, dass die Differenz (2#- 2#' beim maximalen Strom j jmax den Wert 900 nicht überschreitet.As an alternative, the difference between the numbers of turns N and N ' be chosen so that the difference (2 # - 2 # 'at the maximum current j jmax the value Does not exceed 900.

Diese Differenz wird dann mit dem Hilfs-Phasenmeter gemessen.This difference is then measured with the auxiliary phase meter.

Durch die parallele Verwendung von zwei Haupt-Phasenmetern für die geraden, resp. ungeraden 180°-Intervalle (keine Inversion, resp. Inversion) können zusätzlich noch die Umschaltzeiten und Einschwingzeiten reduziert werden, um die Ansprechzeit der gesamten Phasenmessung möglichst klein zu machen.Due to the parallel use of two main phase meters for the straight, resp. odd 180 ° intervals (no inversion or inversion) additionally the switching times and settling times can be reduced by the To make the response time of the entire phase measurement as short as possible.

Die Vorteile der Erfindung sind mannigfach. Als sehr wichtiger Vorteil muss betrachtet werden, dass die zu- und wegführenden Lichtleiter Störungen wie Doppelbrechung und Schwächung der Lichtamplitude aufweisen mögen, ohne dass die Empfindlichkeit der Strommessung beeinflusst wird. Der Bereich, wo die ganze Anordnung am empfindlichsten ist, beschränkt sich nunmehr auf die eigentliche Messvorrichtung, nämlich die optische Spule. Gerade bei der optischen Spule sind die Probleme der Doppelbrechung am besten zu beheben (mechanische Torsion). Ein anderer wichtiger Vorteil der Erfindung ist, dass die Anordnung im Vergleich zum konventionellen Stromwandler viel kostengünstiger und raumsparender hergestellt werden kann, und trotzdem eine sehr grosse Empfindlichkeit und somit eine sehr genaue Strommessung aufweist. Ein anderer nicht zu vernachlässigender Vorteil ist, dass auch bei plötzlichen Stromänderungen wie Kurzschlüssen die genaue Erfassung des Stromwertes nicht behindert wird.The advantages of the invention are manifold. As very important advantage It must be considered that the incoming and outgoing fiber optics disturbances such as May have birefringence and attenuation of the light amplitude without the Sensitivity of the current measurement is influenced. The area where the whole arrangement is most sensitive, is now limited to the actual measuring device, namely the optical coil. The problems with the optical coil are Best to fix birefringence (mechanical torsion). Another important one The advantage of the invention is that the arrangement compared to conventional current transformers can be produced much more cheaply and in a space-saving manner, and still a has a very high sensitivity and thus a very precise current measurement. A Another advantage that cannot be neglected is that even with sudden changes in current how short circuits do not hinder the accurate recording of the current value.

Bezeichnungsliste 1 elektrischer Leiter 2a,b,c optische Spule 3 Laserlichtquelle 4a,b Strahlteiler 5 Linearpolarisator 6 Linearpolarisator (polarisiert senkrecht zu Polarisator 5) 7 Zirkularpolarisator (erzeugt links- und rechtspolarisiertes Licht) 8a,b,b' Linearpolarisator (polarisiert unter einem Winkel von 450 mit der Zeichnungsebene) 9 Konkavlinse lOa,b Lichtleiter (monomode) 10c,d Lichtleiter (multimode) lla,b Photodetektor 12 Hochspannungsbereichsgrenze 13 Phasenvergleichsanordnung 1 N1 Windungen der optischen Spule 2c II N2 Windungen der optischen Spule 2c 1 Frequenz der ersten Lichtwelle Frequenz der zweiten Lichtwelle Polarisationsdrehung List of designations 1 electrical conductor 2a, b, c optical coil 3 laser light source 4a, b beam splitter 5 linear polarizer 6 linear polarizer (polarized perpendicular to polarizer 5) 7 circular polarizer (generates left and right polarized Light) 8a, b, b 'linear polarizer (polarized at an angle of 450 with the Plane of the drawing) 9 concave lens loa, b light guide (monomode) 10c, d light guide (multimode) lla, b photodetector 12 high voltage range limit 13 phase comparison arrangement 1 N1 turns of the optical coil 2c II N2 turns of the optical coil 2c 1 frequency of the first light wave Frequency of the second light wave Polarization rotation

Claims

Claims 1. A method for measuring the current (j) in one electrical conductor (1) by the Faraday effect with - one surrounding the conductor (1) optical coil (2a, b, c), which consists of a light guide, - a laser light source (3), whose light passes through a feeding light guide (10a, b) to the optical coil (2a, b, c) arrives, and - a receiving arrangement remote from the coil (2a, b. C) (13, 11a, 11b), which via a leading away light guide (10a, 10d) with the coil (2a, b, c) is in connection, the rotation of the plane of polarization of the through the coil (2a, b, c) conducted light a measure for the electrical Conductor (1) represents flowing current (j), characterized in that - over a first feeding light guide (10a) and a second feeding light guide (10 b) separated from each other two waves of a first frequency (# 1) and a second Frequency (# 2) from the laser light source (3) at ground potential to a beam splitter arrangement (4a) lying at measuring potential, - that the two waves perpendicular to each other before entering the beam splitter arrangement (4a) are linearly polarized, - that after exiting the beam splitter arrangement (4a) - - one wave with regard to one frequency (# 1) and the other wave with regard to the other frequency (# 2) right or left circularly polarized are, and the other wall is linearly polarized in a direction inclined by 45 ° is to the directions of entry, and - that which the circularly polarized components comprehensive wave is then passed through the optical coil (2a), and - that it is then also linearly polarized, and - that it then has a first leading away light guide (10d) of a phase comparison arrangement lying at ground potential (13) is supplied, and that the other one exiting the beam splitter arrangement (4a) Wave via a second light guide (10c) leading away directly from the phase comparison arrangement (13) is supplied, and that the phase difference is determined by means of the phase comparison arrangement (13) (2 #) of the intensities of the two waves supplied as a measure of the value of the to measuring current (j) is measured.

2. The method according to claim 1, characterized in that the beat frequency (#)) as the difference between the two wave frequencies (# 1 - # 2) between 1 kHz and 1 MHz is chosen.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a second wave is derived from the optical coil (2a) such that the Phase difference (2 # ') between the two oppositely circularly polarized Components of a different number of turns (N ') of the coil (2a) corresponds to the phase difference (2 #) the circularly polarized components of the first wave, with the other number of turns (N ') is much smaller than the first number of turns (N) and the phase difference (2 # ') of the second wave at the maximum occurring measuring current (jmax) does not exceed 90 °

4th Method according to claim 1 or 2, characterized in that from the optical Coil (2a) a second wave is derived in such a way that the phase difference (2 # ') between the two oppositely circularly polarized components of another The number of turns (N ') of the coil (2a) corresponds to the phase difference (2) of the circular polarized components of the first wave, with the decisive number of turns (N, N ') can be chosen such that the difference (2 (# - #')) of the two phase differences (2 #, 2 # ') does not exceed 90 ° with the maximum occurring measuring current (jmax)

5 procedures according to claim 3, characterized in that the second shaft by means of a second, the electrical conductor (1) next to the first (2a) comprising optical coil (2b) is derived.

6 The method according to claim 3 or 4, characterized in that in of the phase comparison arrangement (13) by those contained in the second wave circularly polarized components specific phase difference (2 # ') for determination of the 180 ° interval is used in which the current to be measured (j) caused phase difference (2 #) lies, and that by the circularly polarized components phase difference determined in the first wave for measuring the value of the current (j).

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that convex lenses (9) at the corresponding inputs and outputs of the light guides (10a, 10b, 10c, 10d) couple the light in and out.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the laser light source (3) is a He-Ne laser

9. Procedure according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser light source (3) is a GaAlAs laser diode.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the incoming light guides (10a, 10b) monomode and the outgoing light guides (loC, loD) are monomode or multimode light guides.