Optisches Meßverfahren und optische Meßvorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechselspannung oder eines elektrischen Wechselfeldes mit Temperaturkompensation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechselspannung oder eines elektri¬ schen Wechselfeldes. Unter einer WechselSpannung oder einem Wechselfeld wird dabei eine zeitlich veränderliche elektri¬ sche Spannung bzw. ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld verstanden, deren jeweilige Frequenzspektra oberhalb ei¬ ner vorbestimmten Grenzfrequenz liegen.

Es sind optische Meßverfahren und Meßvorrichtungen zum Messen elektrischer Spannungen und Felder bekannt, bei denen die Än¬ derung der Polarisation von polarisiertem Meßlicht in Abhän¬ gigkeit von der elektrischen Spannung oder dem elektrischen Feld infolge des elektrooptischen Pockels-Effekts ausgewertet wird. Unter dem elektrooptischen Pockels-Effekt versteht man die Änderung der Polarisation von polarisiertem Meßlicht in einem den Pockels-Effekt aufweisenden Material infolge einer in dem Material induzierten linearen Doppelbrechung, die im wesentlichen über den elektrooptischen Koeffizienten linear abhängig von einem das Material durchdringenden elektrischen Feld ist. Zum Messen eines elektrischen Feldes wird ein Pockels-Element aus einem den Pockels-Effekt zeigenden Material in dem elektrischen Feld angeordnet. Zum Messen einer elektrischen Spannung wird die zu messende Spannung an zwei dem Pockels-Element zugeordnete Elektroden angelegt und das entsprechende, anliegende elektrische Feld gemessen. Durch das Pockels-Element wird polarisiertes Meßlicht gesendet, und die Änderung der Polarisation des polarisierten Meßlichts in Abhängigkeit von der zu messenden Spannung oder dem zu messenden Feld wird mit Hilfe eines Polarisationsana- lysators ausgewertet.

Bei einer aus der DE-C-34 04 608 bekannten Meßvorrichtung zum Messen der elektrischen Feldstärke ist eine im zu messenden elektrischen Feld angeordnete Sensoreinrichtung ist über einen ersten Lichtleiter mit einer Lichtquelle und über zwei weitere Lichtleiter mit einer Meßeinrichtung optisch verbun¬ den. Die Sensoreinrichtung besteht aus einer optischen Reihenschaltung einer ersten Linse, eines Polarisators, eines Viertelwellenlängenplättchens (λ/4-Plättchen) , eines Pockels- Elements, eines polarisierenden Strahlteilers als Analysator und außerdem aus zwei dem Analysator zugeordneten weiteren Linsen. Das Licht der Lichtquelle wird über den ersten Lichtleiter und die erste Linse dem Polarisator zugeführt und vom Polarisator linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht erfährt sodann in dem λ/4-Plättchen in einer Komponente eine Phasenverschiebung um π/2 und wird dadurch zirkulär polarisiert. Dieses zirkulär polarisierte Licht wird in das Pockels-Element eingekoppelt und durch das elektrische Feld im allgemeinen elliptisch polarisiert. Dieses elliptisch polarisierte Licht wird nun in dem Analysator in zwei linear polarisierte Lichtteilstrahlen A und B mit im allgemeinen senkrecht zueinander gerichteten Polarisationsebenen aufgespalten. Jedes dieser beiden Lichtteilsignale A und B wird über eine der beiden weiteren Linsen in einen der beiden weiteren Lichtleiter eingekoppelt, zu einem zugehörigen photoelektrischen Wandler in der Meßeinrichtung übertragen und dort jeweils in ein elektrisches Signal PA und PB umgewandelt. Aus den beiden elektrischen Signalen PA und PB wird anschließend von einem Rechner der Meßeinrichtung ein intensitätsnormiertes Meßsignal M = (PA-PB) /(PA+PB) abge- leitet. Dieses intensitätsnormierte Meßsignal M ist zum einen proportional zum Modulationsgrad als Maß für die elektrische Feldstärke und zum anderen weitgehend unabhängig von Inten¬ sitätsverlusten auf den Übertragungswegen oder Intensitäts¬ schwankungen der Lichtquelle. Der Modulationsgrad ist dabei als Verhältnis von Signal-Ausgangswert zu Ruhe-Ausgangswert des Pockels-Elements definiert. Als Pockels-Element wird ein Kristall aus Bi4Ge3θι_2 oder auch Bi4Si3Üi2 ^m it Eulytin-Struk-

tur verwendet, der keine optische Aktivität (intrinsische zirkuläre Doppelbrechung) zeigt und eine nur relativ schwache Temperaturempfindlichkeit aufweist.

Ein Problem stellen Temperaturänderungen dar, die sich durch zusätzliche lineare Doppelbrechung in den optischen Materia¬ lien des Pockels-Elements und der optischen Übertragungs¬ strecken einschließlich des λ/4-Plättchens und damit verbun¬ dene Änderungen des Arbeitspunktes und der Meßempfindlichkeit bemerkbar machen können.

Aus der EP-A-0 486 226 ist eine Ausführungsform einer opti¬ schen Meßvorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechsel- Spannung bekannt, bei der Temperatureinflüsse kompensiert werden. Es ist eine optische Reihenschaltung aus einem Pola¬ risator, einem λ/4-Plättchen, einem Pockels-Element und einem polarisierten Strahlteiler als Analysator optisch zwischen eine Lichtquelle und eine Auswerteeinheit geschaltet. Die Reihenfolge von λ/ -Plättchen und Pockels-Element in der op- tischen Reihenschaltung kann allerdings auch vertauscht sein. Das Meßlicht der Lichtquelle wird in dem Polarisator linear polarisiert und nach Durchlaufen des Pockels-Elements in dem Analysator in zwei Lichtteilsignale A und B mit unterschied¬ lichen Polarisationsebenen aufgespalten. Jedes dieser Licht- teilsignale A und B wird in ein entsprechendes elektrisches Intensitätssignal PA bzw. PB umgewandelt. Sodann wird zur In¬ tensitätsnormierung für jedes dieser beiden elektrischen In¬ tensitätssignale PA und PB der Quotient QA = PA(AC) /PA(DC) bzw. QB = PB(AC) /PB(DC) aus seinem zugehörigen Wechselsi- gnalanteil PA(AC) bzw. PB(AC) und seinem zugehörigen Gleich¬ signalanteil PA(DC) bzw. PB(DC) gebildet. Aus den beiden in- tensitätsnormierten Quotienten QA und QB wird nun in einer Recheneinheit ein Meßsignal M = 1/ ( (α/QA) - (ß/QB) ) gebildet mit den reellen Konstanten α und ß. Durch Anpassung dieser Konstanten α und ß wird das Meßsignal M weitgehend unabhängig von durch Temperaturänderungen verursachter linearer Doppel¬ brechung im λ/4-Plättchen.

Bei einem aus DE-A-39 24 369 bekannten Meßverfahren werden analog zu den bereits beschriebenen, aus DE-C-34 04 608 und EP-A-0 486 226 bekannten Ausführungsformen von einem Analy¬ sator das durch die Pockels-Sensoreinrichtung gelaufene Meßlicht in zwei Lichtteilsignale A und B mit orthogonalen Polarisationsebenen zerlegt. Zur Kompensation von Temperatur¬ einflüssen wird eine Differenz der Gleichanteile der beiden Lichtteilsignale als Funktionswert für die Temperatur er¬ mittelt. Mit dieser Differenz der Gleichanteile und einer Differenz der entsprechenden Wechselanteile der beiden Licht¬ teilsignale wird ein temperaturkompensiertes Meßsignal abge¬ leitet. Eine Kompensation von Lichtintensitätsschwankungen der Lichtquelle oder in den optischen Übertragungsstrecken ist mit diesem bekannten Verfahren nicht möglich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Wechsel¬ spannung oder eines elektrischen Wechselfeldes anzugeben, bei denen Einflüsse sowohl von Intensitätsänderungen als auch von Temperaturänderungen auf das Meßsignal weitgehend kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merk¬ malen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12. In eine unter dem Einfluß der elektrischen WechselSpannung oder des elekt¬ rischen Wechselfeldes stehende Pockels-Sensoreinrichtung mit mindestens einem Pockels-Element wird polarisiertes Meßlicht eingekoppelt. Beim Durchlaufen des Pockels-Elements wird die Polarisation des Meßlichts in Abhängigkeit von der elektri- sehen Wechselspannung oder des elektrischen Wechselfeldes ge¬ ändert. Nach wenigstens einmaligem Durchlaufen der Pockels- Sensoreinrichtung wird das Meßlicht von einem Analysator in ein erstes und ein zweites Lichtteilsignal aufgeteilt. Beide Lichtteilsignale sind linear polarisiert mit voneinander verschiedenen Polarisationsebenen. Anschließend werden die beiden Lichtteilsignale jeweils in ein entsprechendes erstes bzw. zweites elektrisches Intensitätssignal umgewandelt. Aus

wenigstens einem der beiden Intensitätssignale wird von Nor¬ mierungsmitteln ein intensitätsnormiertes Signal abgeleitet, das praktisch unabhängig von Intensitätsschwankungen des Meßlichts aufgrund von Änderungen der Lichtstärke der Meß- lichtquelle oder von Dämpfung in den optischen Übertragungs¬ strecken ist. Mit wenigstens einem der beiden elektrischen Intensitätssignale wird ferner von ersten Auswertemitteln ein Funktionswert als eindeutiges Maß für die Temperatur gebil¬ det. Mit diesem Funktionswert wird von zweiten Auswerte it- teln die Temperaturabhängigkeit des intensitätsnormierten Signals weitgehend beseitigt und somit ein weitgehend tem¬ peraturkompensiertes und intensitätsschwankungskompensiertes Meßsignal für die Wechselspannung oder das Wechselfeld herge¬ leitet.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Gleichsi¬ gnalanteile und die Wechselsignalanteile der beiden Licht¬ teilsignale sich in ihrer Temperaturabhängigkeit in charakte¬ ristischer Weise unterscheiden. Mit steigender Temperatur nimmt der Gleichsignalanteil des einen Lichtteilsignals zu, während der Gleichsignalanteil des anderen Lichtteilsignals abnimmt. Die Wechselsignalanteile beider Lichtteilsignale nehmen dagegen mit steigender Temperatur im allgemeinen beide zu oder beide ab. Die Erfindung beruht nun auf der Überle- gung, daß aufgrund dieser unterschiedlichen, charakteristi¬ schen Temperaturabhängigkeiten von Gleichsignalanteilen und Wechselsignalanteilen der beiden Lichtteilsignale aus einem oder beiden zugehörigen elektrischen Intensitätssignalen ein Funktionswert als Maß für die Temperatur ermittelt werden kann und mit diesem Funktionswert die temperaturabhängige Ar¬ beitspunktdrift und Änderung der Meßempfindlichkeit im intensitätsnormierten Signal korrigiert werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Meßverfahrens und der Meß- Vorrichtung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprü¬ chen.

Der Funktionswert für die Temperatur insbesondere in der Pockels-Sensoreinrichtung kann demnach in einer ersten Aus¬ führungsform entweder aus Gleichsignalanteilen oder aus zeit¬ lichen Mittelwerten der elektrischen Intensitätssignalen bestimmt werden. Dies kann mit Hilfe einer vorab ermittelten Wertetabelle oder einer vorab ermittelten Eichkurve erreicht werden, die experimentell bestimmt oder auch wenigstens teil¬ weise theoretisch angenähert sein kann. Außerdem kann als Funktionswert auch einfach einer der beiden Gleichsignal- anteile bzw. zeitlichen Mittelwerte allein oder eine Diffe¬ renz oder ein Quotient der beiden Gleichsignalanteile bzw. zeitlichen Mittelwerte herangezogen werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht der Funk- tionswert einem Quotienten aus der Differenz und der Summe beider Gleichsignalanteile bzw. beider zeitlichen Mittelwerte oder einem Quotient aus einem der beiden Gleichsignalanteile bzw. zeitlichen Mittelwerte und der Summe beider Gleich¬ signalanteile bzw. zeitlichen Mittelwerte. In dieser Aus- führungsform ist der Funktionswert selbst intensitätsnor- miert.

Als intensitätsnormiertes Signal kann i) der Quotient aus einem der beiden Intensitätssignale und der Summe der beiden Intensitätssignale oder ii) der Quotient aus einer Differenz und der Summe der beiden Intensitätssignale oder auch iii) der Quotient aus einem Wechselsignalanteil und einem

Gleichsignalanteil eines der beiden Intensitätssignale verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden beide Intensitätssignale gesondert intensitätsnormiert und der Funktionswert aus den beiden erhaltenen intensitätsnormierten Signalen abgeleitet. Vorzugsweise entspricht jedes intensi- tätsnormierte Signal dann einem Quotienten aus einem Wechsel¬ signalanteil und einem Gleichsignalanteil des zugehörigen In-

tensitätssignals. Damit können zusätzlich auch unterschiedli¬ che Intensitätsänderungen in den optischen Übertragungswegen für die beiden Lichtteilsignale kompensiert werden. Diese Ausführungsform eignet sich daher insbesondere für Meßvor- richtungen, bei denen der Analysator mit jedem der beiden photoelektrischen Wandler zum Umwandeln der Lichtteilsignale in das zugehörige Intensitätssignal über einen Lichtleiter mit nicht vernachlässigbarer Dämpfung, insbesondere eine Mul- timode-Lichtfaser, optisch verbunden ist. Der Funktionswert kann nun als Differenz oder als Quotient der beiden intensi¬ tätsnormierten Signale bestimmt werden oder auch mit Hilfe einer vorab ermittelten Wertetabelle oder Eichkurve ermittelt werden. Da die beiden intensitätsnormierten Signale im wesentlichen unabhängig von Intensitätsschwankungen sind, ist auch der Funktionswert in dieser Ausführungsform inten- sitätsschwankungskompensiert.

Wenn der Funktionswert aus einem oder beiden Intensitäts¬ signalen oder dem einen oder beiden intensitätsnormierten Signalen mittels einer Wertetabelle oder Eichfunktion abge¬ leitet wird, kann der Bestimmung des Funktionswertes eine vorgegebene, beispielsweise lineare oder quadratische, Inter- polations- oder Fitfunktion zugrunde gelegt werden. Damit kann die Zahl der erforderlichen Eichmessungen zumindest reduziert werden.

Ein besonderer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß entweder der Funktionswert selbst oder ein daraus ableitbarer Temperaturmeßwert als Information über die Systemtemperatur zur Verfügung steht und an einem dafür vorgesehenen Ausgang abgegriffen werden kann.

Das Meßsignal wird aus dem ersten oder zweiten Intensitätssi¬ gnal oder dem intensitätsnormierten Signal und dem Funktions- wert vorzugsweise mit Hilfe einer vorgegebenen Wertetabelle oder Eichkurve abgeleitet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung

Bezug genommen, in deren

FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen einer elektrischen WechselSpannung mit zwei intensi- tätsnormierten Signalen und

FIG 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen einer elektrischen WechselSpannung mit nur einem inten¬ sitätsnormierten Signal schematisch veranschaulicht sind. Einander entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

In den Ausführungsformen gemäß den FIG 1 und 2 ist jeweils ein Pockels-Element 3 vorgesehen, das unter dem Einfluß der elektrischen WechselSpannung U die Polarisation von in das Pockels-Element 3 eingestrahltem polarisierten Meßlicht in Abhängigkeit von der elektrischen Wechselspannung U ändert. Die zu messende Wechselspannung U ist über zwei Elektroden 35 und 36 an das Pockels-Element 3 anlegbar. In den dargestell¬ ten Ausführungsformen wird die WechselSpannung U senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung des Meßlichts L angelegt

(transversale Ausführungsform) . Die Wechselspannung U kann aber auch parallel zur Lichtausbreitungsrichtung angelegt werden (longitudinale Ausführungsform) . In das Pockels- Element 3 wird polarisiertes Meßlicht L eingekoppelt. Als Mittel zum Einkoppeln des Meßlichtes L in das Pockels-Element 3 sind eine Lichtquelle 4, beispielsweise eine Leuchtdiode, und ein Polarisator 5 zum linearen Polarisieren des Lichts der Lichtquelle 4 vorgesehen. Die Lichtquelle 4 und der Polarisator 5 sind vorzugsweise über einen Lichtleiter 43, beispielsweise eine Multimode-Lichtfaser, optisch miteinander verbunden, können aber auch durch eine Freistrahlkopplung optisch miteinander gekoppelt sein. Zum Koppeln des Lichts aus dem Lichtleiter 43 in den Polarisator 5 ist vorzugsweise eine Kollimatorlinse (Grin lens) 25 vorgesehen. Aus dem Polarisator 5 wird das nun linear polarisierte Meßlicht L in das Pockels-Element 3 eingekoppelt.

Das polarisierte Meßlicht L durchläuft das Pockels-Element 3 wenigstens einmal und erfährt dabei aufgrund des elektroopti¬ schen Pockels-Effekts eine von der elektrischen Wechselspann¬ ung U abhängige Änderung seiner Polarisation. Nach Durchlau- fen des Pockels-Elements 3 wird das Meßlicht L über ein λ/4- Plättchen 6 dem Analysator 7 zugeführt. Das λ/4-Plättchen 6 verschiebt zwei in ihren elektrischen Feldvektoren im allge¬ meinen senkrecht zueinander gerichtete Lichtanteile in ihrer Phase um ein Viertel der Wellenlänge λ gegeneinander. Das Pockels-Element 3 und das λ/4-Plättchen 6 bilden zusammen ei¬ ne Pockels-Sensoreinrichtung. In dem Analysator 7 wird das Meßlicht L in ein erstes und ein zweites linear polarisiertes Lichtteilsignal LSI bzw. LS2 zerlegt, deren Polarisationsebe¬ nen verschieden voneinander sind. Vorzugsweise sind die Pola- risationsebenen der beiden Lichtteilsignale LSI und LS2 senk¬ recht zueinander gerichtet (orthogonale Zerlegung) . Als Ana¬ lysator 7 können ein polarisierender Strahlteiler, beispiels¬ weise ein Wollaston-Prisma, oder auch zwei um einen vorgege¬ benen Winkel, vorzugsweise 90°, gekreuzte Polarisationsfilter und ein vorgeschalteter einfacher Strahlteiler vorgesehen sein. Der Analysator 7 und das λ/4-Plättchen 6 können wie dargestellt räumlich unmittelbar nebeneinander angeordnet sein oder auch über eine Freistrahlanordnung in räumlicher Entfernung zueinander oder einen polarisationserhaltenden Lichtleiter optisch verbunden sein.

Der Arbeitspunkt der Meßvorrichtung wird vorzugsweise so ein¬ gestellt, daß am Analysator 7 zirkulär polarisiertes Meßlicht anliegt, wenn am Pockels-Element 3 keine elektrische Spannung oder kein elektrisches Feld anliegt. Die beiden Eigenachsen der linearen Doppelbrechung im Pockels-Element 3 sind in die¬ sem Fall vom Meßlicht L "gleichmäßig ausgeleuchtet". Das be¬ deutet, daß die auf die beiden Eigenachsen projizierten Kom¬ ponenten des Meßlichts L jeweils die gleiche Intensität auf- weisen. Im allgemeinen sind dann die beiden Lichtteilsignale LSI und LS2 ebenfalls gleich stark in ihrer Intensität für U = 0 V. Bei Anlegen einer Wechselspannung U ≠ 0 V an das

Pockels-Element 3 werden die Komponenten des Meßlichts L entlang der elektrooptisch aktiven Eigenachsen der linearen Doppelbrechung des Pockels-Ele ents 3 in ihrer Intensität in Abhängigkeit von der Wechselspannung U geändert.

Die beiden Lichtteilsignale LSI und LS2 des Analysator 7 wer¬ den vorzugsweise über jeweils eine Kollimatorlinse 11 bzw. 21 in jeweils einen Lichtleiter 10 bzw. 20 eingekoppelt und über diesen Lichtleiter 10 bzw. 20 jeweils einem photoelektrischen Wandler 12 bzw. 22 zugeführt. Als Wandler 12 und 22 können beispielsweise in Verstärkerkreise geschaltete Photodioden vorgesehen sein. In den Wandlern 12 und 22 werden die beiden Lichtteilsignale LSI und LS2 jeweils in ein erstes bzw. zwei¬ tes elektrisches Intensitätssignal Sl bzw. S2 umgewandelt, das ein Maß für die Intensität des zugehörigen Lichtteil¬ signals LSI bzw. LS2 ist.

Die Übertragung der beiden Lichtteilsignale LSI und LS2 vom Analysator 7 zu dem jeweils zugehörigen Wandler 12 bzw. 22 kann auch über eine Freistrahlanordnung erfolgen.

Anstelle der in den FIG 1 und 2 dargestellten optischen Reihenschaltung des Polarisators 5, des Pockels-Elements 3, des λ/4-Plättchens 6 und des Analysators 7 kann auch eine optische Reihenschaltung aus dem Polarisator 5, dem λ/4-Plät- tchen 6, dem Pockels-Element 3 und dem Analysator 7 vorge¬ sehen sein, also die Reihenfolge des λ/4-Plättchens 6 und des Pockels-Elements 3 gerade vertauscht sein. In diesem Fall wird das Meßlicht L vor dem Einkoppeln in das Pockels-Element 3 zirkulär polarisiert. Das Pockels-Element 3 und der Analy¬ sator 7 können in diesem Fall über eine Freistrahlanordnung, insbesondere in unmittelbarem räumlichem Kontakt, oder auch über einen polarisationserhaltenden Lichtleiter, vorzugsweise eine Monomode-Lichtfaser wie beispielsweise eine HiBi(High Birefringence) -Faser oder eine polarisationsneutrale LoBi(Low Birefringence)-Faser, optisch miteinander verbunden sein.

Außerdem können anstelle der Lichtquelle 4 und des Polarisa¬ tors 5 auch eine Lichtquelle zum Senden linear polarisierten Lichts wie beispielsweise eine Laserdiode und gegebenenfalls zusätzliche, nicht dargestellte polarisierende Mittel vorge- sehen sein zum Einkoppeln von polarisiertem Meßlicht L in das Pockels-Element 3 bzw. das λ/4-Plättchen 6. Der Lichtleiter 43 ist dann vorzugsweise ein polarisationserhaltender Licht¬ leiter.

In jedem Fall ist die das Pockels-Element 3 und das λ/4-Plät- tchen 6 umfassende Pockels-Sensoreinrichtung optisch zwischen die Mittel zum Einkoppeln von polarisiertem Meßlicht L und den Analysator 7 geschaltet.

In der in FIG 1 dargestellten, vorteilhaften Ausführungsform wird jedes elektrische Intensitätssignal Sl und S2 gesondert von zugeordneten Normierungsmitteln 13 bzw. 23 intensitäts- normiert. Die jeweiligen intensitätsnormierten Signale Pl bzw. P2 stehen an jeweils einem Ausgang der Normierungsmittel 13 bzw. 23 an.

Vorzugsweise wird jedes der beiden Intensitätssignale Sl und S2 in den zugeordneten Normierungsmitteln 13 bzw. 23 in sei¬ nen Gleichsignalanteil (DC-Signal) Dl bzw. D2 und seinen Wechselsignalanteil (AC-Signal) AI bzw. A2 zerlegt, bei¬ spielsweise mit Hilfe von Tiefpaß- bzw. Hochpaßfiltern mit einer vorgegebenen Trennfrequenz. Die Trennfrequenz ist so gewählt, daß der Wechselsignalanteil AI bzw. A2 alle Informa¬ tionen über die WechselSpannung oder das Wechselfeld, insbe- sondere also alle Frequenzanteile der WechselSpannung U bzw. des Wechselfeldes, enthält. Für jedes Intensitätssignal Sl und S2 wird dann das intensitätsnormierte Signal Pl bzw. P2 als Quotient

Pl = AI/Dl (oder Pl = Dl/AI) (1) bzw.

P2 = A2/D2 (oder P2 = D2/A2) (2)

aus seinem Wechselsignalanteil AI bzw. A2 und seinem Gleich¬ signalanteil Dl bzw. D2 gebildet. Durch diese Intensitätsnor¬ mierung der Intensitätssignale Sl und S2 können Intensitäts¬ schwankungen nicht nur der Lichtquelle 4 oder durch Dämpfung im Lichtleiter 43, sondern auch in den für die entsprechenden Lichtsignale LSI und LS2 vorgesehenen Übertragungsstrecken sowie Empfindlichkeitsunterschiede in diesen beiden Über¬ tragungsstrecken ausgeglichen werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn diese Übertragungsstrecken relativ lang sind, beispielsweise wenn der Analysator 7 in der Nähe der Pockels-Sensoreinrichtung angeordnet ist. Die Licht¬ signale LSI und LS2 können in dieser Ausführungsform insbe¬ sondere auch über Multimode-Lichtfasern als Übertragungs¬ strecken mit unterschiedlichen Dämpfungen übertragen werden, die den strahlteilenden Analysator 7 und die photoelektri¬ schen Wandler 12 bzw. 22 miteinander verbinden.

In der in FIG 2 dargestellten Ausführungsform wird von Nor¬ mierungsmitteln 14 ein intensitätsnormiertes Signal P aus beiden Intensitätssignalen Sl und S2 hergeleitet. Dieses intensitätsnormierte Signal P kann beispielsweise dem Quotienten

P = S1/(S1+S2) (3) oder P = S2/(S1+S2) (4) aus dem ersten bzw. dem zweiten Intensitätssignal Sl bzw. S2 und der Summe der beiden Intensitätssignale Sl und S2 oder dem Quotienten

P = (S1-S2)/(S1+S2) (5) aus einer Differenz und der Summe der beiden Intensitäts¬ signale Sl und S2 entsprechen. Dazu enthalten die Normie¬ rungsmittel 14 vorzugsweise Mittel zur Ausführung der ent¬ sprechenden arithmetrischen Signaloperationen, insbesondere analoge Addierer, Dividierer bzw. Subtrahierer oder einen Analog-Digital-Wandler und einen nachgeschalteten digitalen Mikroprozessor oder Signalprozessor.

Ein Problem bereiten nun Änderungen der Temperatur und die damit verbundene Verschiebung des Arbeitspunktes und Änderung der Meßempfindlichkeit der Meßvorrichtung, die sowohl in den unnormierten Intensitätssignalen Sl und S2 als auch in den intensitätsnormierten Signalen Pl und P2 und P zu beobachten sind. Insbesondere die temperaturinduzierte lineare Doppel¬ brechung in den optischen Materialien der optischen Meßvor¬ richtung, insbesondere des Pockels-Elements 3 oder auch des λ/4-Plättchens 6, führt zu Meßfehlern. Die temperaturindu- zierten Meßfehler werden nun durch ein im folgenden beschrie¬ benes Temperaturkompensationsverfahren weitgehend kompen¬ siert.

In der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform wird eines der beiden intensitätsnormierten Signale, beispielsweise Pl, als noch nicht temperaturkompensiertes Meßsignal angesehen. Aus beiden intensitätsnormierten Signalen Pl und P2 wird nun von ersten Auswertemitteln 30 ein Funktionswert f(Pl,P2) gebil¬ det, der ein eindeutiges Maß für die Temperatur T ist. Dieser Funktionswert f kann gleich der Differenz f = P1-P2 (oder P2-P1) (6) der beiden Signale Pl und P2 oder gleich dem Quotienten f= P1/P2 (oder P2/P1) (7) der beiden Signale Pl und P2 sein. Sowohl die Differenz P1-P2 (P2-P1) als auch der Quotient P1/P2 (P2/P1) der beiden inten¬ sitätsnormierten Signale Pl und P2 enthalten eine eindeutige Information über die Temperatur T des optischen Systems.

Insbesondere für eine höhere Genauigkeit kann der Funktions- wert f aber auch mittels einer vorab ermittelten Wertetabelle oder Eichfunktion bestimmt werden, die einem Wertepaar der beiden intensitätsnormierten Signale Pl und P2 den Funktions¬ wert f(P1,P2) zuordnet. Der Funktionswert f kann auch durch Anpassung (Fitting) der Funktion f (P1,P2) an eine Vergleichs- funktion (Fitfunktion) ermittelt werden. Als Vergleichsfunk¬ tion für eine solche Interpolation eignen sich insbesondere lineare oder quadratische Funktionen von Pl und P2 oder auch

ein Quotient (a-Pl-b-P2)/(c-Pl-d-P2) aus zwei linearen Funk¬ tionen von Pl und P2 mit anzupassenden reellen Koeffizienten a, b, c und d. Durch ein solches Fitting kann der Eichaufwand reduziert werden.

Die ersten Auswertemittel 30 enthalten entsprechende digitale oder analoge Komponenten zum Durchführen der genannten Operationen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen digitalen Signalprozessor.

Das intensitätsnormierte Signal Pl und der Funktionswert f(P1,P2) werden jeweils einem Eingang von zweiten Auswerte¬ mitteln 40 zugeführt. Diese zweiten Auswertemittel 40 ermit¬ teln aus dem Funktionswert f (P1,P2) einen Temperaturmeßwert T für die Temperatur, der vorzugsweise an einem Ausgang 40A der zweiten Auswertemittel 40 abgegriffen werden kann. Vorzugs¬ weise ist in den zweiten Auswertemitteln 40 dazu eine vorab ermittelte Wertetabelle oder Eichkurve gespeichert, mit der beispielsweise von einem Mikroprozessor dem Funktionswert f der entsprechende Temperaturmeßwert T zugeordnet wird. Mit dem Temperaturmeßwert T wird aus dem intensitätsnormierten Signal Pl von den zweiten Auswertemitteln 40 ein in seinem Temperaturgang korrigiertes Meßsignal M für die Wechselspan¬ nung U ermittelt, das an einem weiteren Ausgang 4OB der zwei- ten Auswertemittel 40 ansteht.

Zum Ableiten des Meßsignals M kann natürlich auch direkt der Funktionswert f(Pl,P2) verwendet werden ohne vorherige Um¬ wandlung in einen Temperaturmeßwert T.

In der in FIG 2 dargestellten Ausführungsform wird der Funk¬ tionswert f von den ersten Auswertemitteln 30 aus wenigstens einem der beiden unnormierten Intensitätssignale Sl und S2 gebildet. In einer ersten Ausführungsform wird für jedes ausgewählte Intensitätssignal Sl und/oder S2 beispielsweise mit Hilfe eines zugeordneten Tiefpaßfilters, dessen Trenn¬ frequenz unterhalb der unteren Grenzfrequenz der Wechselspan-

nung U oder des Wechselfeldes liegt, ein zugehöriger Gleich¬ signalanteil Dl bzw. D2 ermittelt. In einer zweiten Ausfüh¬ rungsform wird dagegen für jedes ausgewählte Intensitäts¬ signal Sl und/oder S2 durch zeitliche Mittelung beispiels- weise mittels eines Integrators ein zugehöriger zeitlicher Mittelwert (Erwartungswert) <S1> bzw. <S2> gebildet. Sowohl die Gleichsignalanteile Dl und D2 als auch die zeitlichen Mittelwerte <S1> und <S2> enthalten im wesentlichen alle Informationen über die Temperatur T, sind jedoch von der elektrischen Wechselspannung U im wesentlichen unabhängig.

Der Funktionswert f kann nun in einer ersten Ausführungsform aus nur einem der beiden oder beiden Gleichsignalanteilen Dl und D2 oder nur einem der beiden oder beiden zeitlichen Mit- telwerten <S1> und <S2> der Intensitätssignale Sl und S2 mit Hilfe einer vorab bestimmten, gespeicherten Eichkurve oder Wertetabelle abgeleitet werden, die experimentell ermittelt oder theoretisch durch eine Fitfunktion angenähert sein kann.

Als Funktionswert f kann in einer anderen Ausführungsform aber auch die Differenz f = D1-D2 (oder D2-D1) (8) oder f = <S1>-<S2> (oder <S2>-<S1>) (9) oder der Quotient f = D1/D2 (oder D2/D1) (10) oder f= <S1>/<S2> (oder <S2>/<S1>) (11) der beiden Gleichsignalanteile Dl und D2 bzw. der beiden zeitlichen Mittelwerte <S1> und <S2> herangezogen werden.

Außerdem kann als Funktionswert f auch einer der Quotienten f= D1/(D1+D2) , (12) f = D2/(D1+D2) (13) oder f = (D1-D2)/(D1+D2) (14) aus dem ersten Gleichsignalanteil Dl oder dem zweiten Gleich¬ signalanteil D2 oder einer Differenz D1-D2 (oder D2-D1) der

beiden Gleichsignalanteile Dl und D2 einerseits und der Summe D1+D2 der beiden Gleichsignalanteile Dl und D2 andererseits oder analog dazu einer der Quotienten f = <S1>/(<S1>+<S2>) , (15) f = <S2>/(<S1>+<S2>) (16) oder f = (<S1>-<S2>)/(<S1>+<S2>) (17) aus dem ersten zeitlichen Mittelwert <S1> oder dem zweiten zeitlichen Mittelwert <S2> oder einer Differenz <S1>-<S2> (oder <S2>-<S1>) der beiden zeitlichen Mittelwerte <S1> und <S2> einerseits und der Summe <S1>+<S2> der beiden zeitlichen Mittelwerte <S1> und <S2> andererseits verwendet werden. Die Funktionswerte f gemäß den sechs zuletzt genannten Beziehun¬ gen (12) bis (17) sind intensitätsnormierte Werte für die Temperatur T. Für die auszuführenden arithmetischen Opera¬ tionen enthalten die ersten Auswertemittel 30 entsprechende analoge oder digitale Rechenkomponenten.

Es wird nun das insbesondere gemäß einer der Beziehungen (3) bis (5) gebildete intensitätsnormierte Signal P als noch tem¬ peraturabhängiges, "vorläufiges" Meßsignal herangezogen. Aus dem intensitätsnormierten Signal P und dem aus den Gleich¬ signalanteilen Dl und/oder D2 oder den zeitlichen Mittel¬ werten <S1> und/oder <S2> abgeleiteten Funktionswert f oder einem aus diesem Funktionswert f abgeleiteten Temperaturme߬ wert T wird dann das temperaturkorrigierte Meßsignal M er¬ mittelt.

Zum Ermitteln des Meßsignals M werden somit das intensitäts- normierte Signal Pl oder P2 oder P einerseits und der Funk¬ tionswert f als Maß für die Temperatur oder der Temperatur¬ meßwert T andererseits herangezogen. Das Meßsignal M wird aus dem Signal Pl bzw. P2 bzw. P durch Korrektur mit dem Funk¬ tionswert f selbst oder dem daraus ermittelten Temperaturmeß- wert T vorzugsweise anhand einer Eichkurve oder Wertetabelle abgeleitet, die dem Wertepaar Pl bzw. P2 bzw. P und f bzw. T das Meßsignal M zuordnet. Die Eichkurve oder die Wertetabelle

kann wenigstens teilweise mit Hilfe einer Fitfunktion theore¬ tisch angenähert oder experimentell durch Eichmessungen er¬ mittelt sein.

Die Vorrichtung kann in einer nicht dargestellten Ausfüh¬ rungsform auch zum Messen eines elektrischen Wechselfeldes verwendet werden, indem man das Pockels-Element 3 in dem Wechselfeld anordnet.

Die vorbeschriebenen Ausführungsformen des Temperaturkompen¬ sationsverfahrens gemäß der Erfindung sind auch für an sich bekannte magnetooptische Meßverfahren und Meßvorrichtungen zum Messen eines elektrischen Wechselstromes unter Ausnutzung des Faraday-Effekts geeignet. Bei solchen Verfahren und Vor- richtungen wird linear polarisertes Meßlicht durch eine einem Stromleiter zugeordnete Faraday-Sensoreinrichtung geschickt, und beim Durchlaufen der Faraday-Sensoreinrichtung wird die Polarisationsebene des Meßlichts in Abhängigkeit von einem Strom in dem Stromleiter durch das von diesem Strom erzeugte Magnetfeld gedreht. Diese Drehung der Polarisationsebene wird mit einem Polarisationsanalysator analysiert. Dazu wird das Meßlicht nach wenigstens einmaligem Durchlaufen der Faraday- Sensoreinrichtung aus der Faraday-Sensoreinrichtung ausgekop¬ pelt und von einem Analysator, beispielsweise einem Wolla- ston-Prisma, in zwei linear polarisierte Lichtteilsignale zerlegt. Mit den erhaltenen Lichtteilsignale wird nun in gleicher Weise verfahren wie mit den beiden Lichtteilsignalen LSI und LS2 bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen zur Spannungsmessung. Zunächst werden die beiden Lichtteilsi- gnale also jeweils photoelektrisch in ein elektrisches Inten¬ sitätssignal umgewandelt, und dann wird aus wenigstens einem der zwei zugehörigen Intensitätssignale ein Funktionswert für die Temperatur T hergeleite . Mit diesem Funktionswert und wenigstens einem der beiden Intensitätssignale wird ein weit- gehend temperaturunabhängiges Meßsignal für den Wechselstrom ermittelt. Zum Ableiten des Funktionswertes für die Tempera¬ tur und des Meßsignals aus diesem Funktionswert und dem we-

nigstens einen Intensitätssignal können alle vorne für die Messung einer Wechselspannung oder eines Wechselfeldes be¬ schriebenen Ausführungsformen verwendet werden.