Die Messung von großen Strömen im Bereich von beispielsweise 1 kA bis 65 kA mit einem Schwerpunktmeßbereich von etwa 10 kA stellt ein technisches Problem dar, wenn die Bandbreite der Meßfrequenz vom DC-Bereich bis bei- spielsweise 1 kHz reichen soll, mit Hauptlast im Bereich der Netzfrequenz von 50 Hz.

Aus der Druckschrift EP 0 290 780 A1 sowie aus DE 31 32 414 A1 ist der Vorschlag bekannt, ein faseroptisches Sagnac-Interferometer mittels des eine nicht-reziproke Phasenverschiebung der gegenläufigen Lichtwellen in einer Meßspule verursachenden Faraday-Effekts zur magneto-optischen Strommessung zu nutzen. Speziell die erstgenannte Druckschrift, die den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet, beschreibt zur Gewinnung des Meßsignals ein faseroptisches Interferometer in sogenannter Open-Loop-An- ordnung. Dabei werden zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit die gegenläu- figen durch Strahlteilung entstandenen Teillichtstrahlen vor Eintritt in die Meßspule mit einer Frequenz f2 und die Lichtquelle wird mit einer etwas da- von abweichenden Frequenz fl moduliert. Das Meßsignal laßt sich dadurch für eine technisch besser beherrschbare Synchrondemodulation auf die Dif- ferenzfrequenz (fol-2) heruntermischen. Schwierigkeiten, insbesondere Un- genauigkeiten des Meßergebnisses mit dieser bekannten Art der Strommes- sung bei direkter Signalauswertung (Open-Loop-Technik) ergeben sich dar- aus, daß Nichtlinearitäten, insbesondere erhebliche Anderungen des Skalen- faktors des Sagnac-Interferometers nicht berücksichtigt werden und daß der Dynamikbereich, also der mögliche Strommeßbereich deutlich eingeschränkt ist.

Der Erfindung damit liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strommeßeinrichtung hoher Genauigkeitsklasse insbesondere für einen vergleichsweise weiten Frequenzbereich und einen großen Strombereich zu schaffen mit einer Me-6- auflösung von etwa 0,1% bis höchstens 1%.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung gemäß der Definition des Pa- tentanspruchs 1 eine Einrichtung zur Strommessung mittels eines faseropti- schen Sagnac-Interferometers vor, in dessen Lichtweg, der von zwei durch Strahlteilung eines von einer Lichtquelle stammenden Lichtstrahls entstan- denen gegenläufigen Teillichtstrahlen durchsetzt wird, eine faseroptische Strommeßspule eingesetzt ist, die von dem zu messenden Strom oder einem dazu proportionalen Stromanteil führenden Leiter durchsetzt ist, und erfin- dungsgemãß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Aufbau des faseroptischen Sagnac-Interferometers einem Faserkreisel mit geschlossener Regelschleife entspricht, bei dem die Strommeßspule die Sensorspule des Kreisels minde- stens teilweise ersetzt.

Insbesondere die Verwendung eines Faserkreisels mit digitaler Phasenram- penrückstellung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet damit ein neues Meßprinzip zur berührungslosen bzw. kontaktlosen und hochgenauen Strommessung.

Ergänzend sei erwähnt, daß die Ausnutzung des für das Meßprinzig maß- geblichen Faraday-Effekts in umgekehrter Richtung also zur Beeinflussung eines Lichtwegs im Sinne eines Phasenschiebers über eine den Lichtweg um- schließende Spule (vgl. FR 2 465 199 B l) oder in Verbindung mit Rotations- meßeinrichtungen auch zur Bestimmung von Druck, Spannung und Torsion bekannt ist (vgl. US 4 436 422).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung vorgestellt, deren einzige Figur den Prinzip-Blockschaltbild- aufbau eines Faserkreisels mit digitaler Rückstellung zeigt, dessen (Drehra- ten-) Sensorspule erfindungsgemäß"zweckentfremdet"und als Strommeß- spule verwendet bzw. um eine solche Strommeßspule erganzt ist.

Der bekannte Aufbau eines faseroptischen Kreisels mit digitaler Rückstel- lung umfaßt eine Lichtquelle 1, deren Licht in eine Faserstrecke über einen ersten Strahlteiler 2, einen Polarisator 3 auf einen Hauptstrahlteiler 4 ge- langt, von dessen beiden Ausgängen aus die entstandenen beiden Teillicht- strahlen in die entgegengesetzten Enden 51,52, also in gegenläufige Rich- tung in einen geschlossenen Lichtweg 5, eingestrahlt werden. Der geschlos- sene Lichtweg 5 besteht im Falle der Verwendung als Drehratensensor ins-

besondere aus einer polarisationserhaltenden Monomodefaser (PM-Faser) mit einer bestimmten Lange von beispielsweise 100 m, die zu einer Sensor- spule 6 gewickelt ist. An einem Ende des geschlossenen Lichtwegs ist ein Phasenmodulator 10 vorgesehen, uber den einerseits die Arbeitspunktein- stellung und andererseits die Drehraten-Ruckstellung bzw. im vorliegenden Fall die Stromwertruckstellung erfolgt (wird nachfolgend näher erlãutert).

Die beiden gegenläufigen Lichtstrahlen werden nach Durchlaufen des Licht- wegs 5 im Hauptstrahlteiler wieder vereinigt und interferieren miteinander.

Der zurücklaufende Lichtstrahl gelangt über den Polarisator 3 und den er- sten Strahlteiler 2 auf einen Fotodetektor 11 mit nachgeschaltetem Filter und Vorverstärker, der einen Demodulator 12 einerseits und einen Syn- chrondemodulator 13 andererseits speist, deren Referenzfrequenz von einem Referenzgenerator 16 stammt, der ein auf die Durchlaufzeit des Lichts durch den Lichtweg 5 abgestimmtes Signal mit statistisch verteilten Phasensprün- gen von n'A,/4 liefert, mit denen über einen Signaladdierer 19 und einen AGC-Verstärker 18 am Phasenmodulator 10 die Lichtphase moduliert wird.

Die Phasensprünge für ungerades n liefern das Referenzsignal für den Syn- chrondemodulator 13. Dessen Ausgangssignal kompensiert nach Filterung 14 über eine digitale Kompensation 15 uber 19 und den AGC-Verstärker 18 am Phasenmodulator 10 die SAGNAC-Phase, so daß das Kompensationssig- nal der Drehrate bzw. im vorliegenden Fall dem Strom entspricht, das an ei- nem Ausgang 20 unmittelbar als Digitalsignal zur Verfügung steht.

Die Phasensprünge eines Referenzgenerators 16 für gerades n liefern das Referenzsignal für den Demodulator 12, dessen Ausgangssignal über ein Fil- ter 17 die Verstärkung des AGC-Verstärkers 18 so steuert, daß das Aus- gangssignal des Demodulators 12 Null ist. Damit wird der Skalenfaktor des Phasenmodulators 10 und damit auch der Skalenfaktor des Ausgangssignals geregelt.

Erfindungsgemäß wird nach dem Grundkonzept der Erfindung die Sensor- spule 6, jedoch insbesondere und vorzugsweise eine separate in den ge- schlossenen Lichtweg 5 eingesetzte oder einsetzbare StrommeBspule 7 als Stromsensor verwendet, die-wie dargestellt-vom Leiter 8 des zu messen- den Stroms bzw. von einem Leiter durchsetzt ist, der einen zum zu messen- den Strom proportionalen Stromanteil führt. Das Meßprinzip basiert auf dem Faraday-Effekt. Die vom Strom durch den Leiter 8 verursachte Drehung

der Polarisation des Lichts im Lichtweg 5 wird gemessen.

Die als spezielle Faserspule ausgefuhrte StrommeBspule 7 ist vorzugsweise aus einer Single-Mode-Faser mit einer Lange L hergestellt, wobei dafur zu sorgen ist, daß in der Strommeßspule 7 zumindest vorzugsweise zirkularpo- larisiertes Licht fließt, um eine maximale Wirkung des Faraday-Effekts zu gewãhrleisten. Die Sensorspule 6 andererseits wird um die Lange L gekurzt (z. B. 100m-L) ; sie ist aus PM-Faser gewickelt. Zur Optimierung des Faraday- Effekts und des Meßergebnisses sind vor der Strommeßspule 7 ./4-Phasen- schieberelemente 91,92 eingesetzt, insbesondere verwirklicht mittels eines jeweils kurzen Stucks einer schwach doppelbrechenden PM-Faser. Die Spule 7 des Stromsensors wird vorzugsweise aus wärmebehandelter SM-Faser her- gestellt ; ihre Länge dient zur Anpassung an den jeweiligen Bereich der Stromstärke. Fur eine Lange L = 5 m und einen Durchmesser der Strommeß- spule 7 von 5 cm ergeben sich ca. N = 15 Wicklungen. Damit lassen sich fol- gende Wertebereiche fur die Strommessung erzielen : Empfindlichkeit 3.9 x 10-5 rad/A Meßbereich ( t s/2) 40 kA Rauschanteil über den gesamten Meßbereich bei 1 kHz (0.6°/h 14 A.

Die Auflösung ist durch Rauschen auf 0,036% des Bereichs beschrãnkt. Der Strommeßbereich läßt sich durch die Lange L der Strommeßspule 7 anpas- sen.

Bei Verwendung eines bekannten Faserkreisels mit digitaler Ruckstellung wird der"Umbau"zum Strommesser gemã, B der Erfindung so verwirktlicht, daß zwei Faserenden des Lichtwegs 5 zur Minimierung des Vibrations-Shu- pe-Effekts vorzugsweise von der Mitte der Sensorspule 6 herausgefuhrt wer- den, wobei die ,/4-Phasenschieberelemente 91,92 und die Strommeßspule 7 innerhalb oder außerhalb des Gehäuse des Faserkreisels vorgesehen wer- den können.