專利名稱：利用法拉第效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的并帶有對(duì)強(qiáng)度變化補(bǔ)償功能的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量磁場(chǎng)的方法和裝置。
已知有利用磁光法拉第效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的光學(xué)測(cè)量裝置和測(cè)量方法。法拉第效應(yīng)系指取決于磁場(chǎng)的直線偏振光的偏振面的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度與沿光線途經(jīng)路徑在磁場(chǎng)中的位移積分成比例并以所謂的費(fèi)爾德特(Verdet)常數(shù)作為比例常數(shù)。費(fèi)爾德特常數(shù)的大小通常取決于材料、溫度和波長(zhǎng)。測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，在磁場(chǎng)中設(shè)置由諸如玻璃等光學(xué)透明材料構(gòu)成的法拉第傳感器裝置。磁場(chǎng)促使由法拉第傳感器裝置發(fā)送出的直線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，該角度可作為一個(gè)測(cè)量信號(hào)加以計(jì)算。已知這種磁光測(cè)量方法和測(cè)量裝置用于測(cè)量電流。為此，法拉第傳感器裝置設(shè)置在導(dǎo)體附近并對(duì)由電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定。通常法拉第傳感器裝置環(huán)繞導(dǎo)體，因而測(cè)量光在一閉合的路徑中環(huán)繞導(dǎo)體。在此情況時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度值非常近似地直接與待測(cè)電流成比例。法拉第傳感器裝置可以是圍繞導(dǎo)體的實(shí)心的玻璃環(huán)結(jié)構(gòu)或者也可以是圍繞導(dǎo)體的帶有至少一匝的光導(dǎo)纖維線圈。
與通常的感應(yīng)式電流互感器相比，這種磁光測(cè)量裝置和測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是電位分隔并且對(duì)電磁干擾不敏感。但在采用磁光電流互感器時(shí)的問題是，機(jī)械振動(dòng)將會(huì)對(duì)傳感器裝置和光學(xué)饋線造成影響，該影響將導(dǎo)致引起誤測(cè)的強(qiáng)度變化，以及尤其在傳感器裝置中的溫度變化的影響。
為減少振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響，已知用法拉第傳感器裝置發(fā)送兩個(gè)反向傳播的光信號(hào)。該已知措施的構(gòu)思在于，通過相應(yīng)的信號(hào)處理可以把作為互易效應(yīng)的由于振動(dòng)造成的兩個(gè)光信號(hào)在共同的光路上的雙折射與非互易的法拉第效應(yīng)區(qū)分開。
在其中一已知實(shí)施形式中由一作為法拉第傳感器裝置的光纖圈發(fā)送兩個(gè)反向的、直線偏振光信號(hào)，該傳感器裝置環(huán)圍導(dǎo)電體。采用機(jī)械對(duì)絞光纖(Twisted fibre)或在拉伸過程中對(duì)絞的、帶有高直線雙折射特性的光纖(Spun-Hibi-fibre)作光纖圈的光纖。光纖除法拉第效應(yīng)外還具有與法拉第效應(yīng)相比較高的圓形雙折射。兩個(gè)光信號(hào)中的每一個(gè)穿過傳感器裝置之后被一偏振光線分配器分成兩個(gè)相互垂直的偏振光分量。信號(hào)處理由這四個(gè)光分量推導(dǎo)出一個(gè)電導(dǎo)體中電流的測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)基本與法拉第測(cè)量角和光纖圓形雙折射的商相等并因此與光纖中的直線雙折射無關(guān)。采用此方法測(cè)得的測(cè)量信號(hào)雖然在很大程度上與在傳感器裝置中溫度造成的直線雙折射無關(guān)，但測(cè)量信號(hào)由于光纖圓形雙折射與溫度的關(guān)系仍與溫度有關(guān)。兩個(gè)反向的光信號(hào)以該已知的實(shí)施方式僅在一共同的光路上穿過法拉第傳感器裝置并且在法拉第傳感器裝置的出口端又被光耦合器相互分隔開(WO92/13280)。
在三個(gè)已知實(shí)施方式中兩個(gè)光信號(hào)相互反向旋繞穿過一個(gè)由第一光導(dǎo)纖維、第一偏振器、一個(gè)法拉第傳感器裝置、第二偏振器和第二光導(dǎo)纖維構(gòu)成的串聯(lián)光路。兩個(gè)光信號(hào)穿過串聯(lián)光路后由相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換成一個(gè)電強(qiáng)度信號(hào)。
在第一個(gè)由US4916387公開的實(shí)施方式中設(shè)有一個(gè)作為法拉第傳感器裝置的實(shí)心玻璃環(huán)，該玻璃環(huán)環(huán)圍電導(dǎo)體。兩個(gè)偏振器的偏振軸相互旋轉(zhuǎn)一個(gè)45°角。為對(duì)饋送光纖中所不希望出現(xiàn)的強(qiáng)度變化進(jìn)行補(bǔ)償，在這個(gè)由US4916387所公開的測(cè)量系統(tǒng)中的出發(fā)點(diǎn)在于，帶有兩個(gè)電強(qiáng)度信號(hào)的不同正負(fù)號(hào)的所不希望出現(xiàn)的強(qiáng)度變化(噪聲)和由于法拉第效應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)度變化相疊加并因此可相互分隔開。
在第二個(gè)由光波技術(shù)雜志，12卷，第10期，1994年10月，1882至1890頁(yè)公開的實(shí)施方式中設(shè)有一個(gè)作為法拉第傳感器裝置的由單模光纖構(gòu)成的、具有低雙折射特性的光纖圈。兩個(gè)偏振器的偏振軸夾有一不為0°的偏振角，該角度最好為45°。唯一的光源的光被分成兩個(gè)光信號(hào)，并且這兩個(gè)光信號(hào)分別通過光耦合器被輸入到所配屬的光纖中。由兩個(gè)與穿過串聯(lián)光路的光信號(hào)的光強(qiáng)度相符的電強(qiáng)度信號(hào)導(dǎo)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)與兩個(gè)強(qiáng)度信號(hào)的差與和的商相等。這樣基本上可以補(bǔ)償兩極光導(dǎo)纖維的衰減系數(shù)。當(dāng)然必須將輸入串聯(lián)光路中的兩個(gè)光信號(hào)的光強(qiáng)度精確地調(diào)整成完全一致。
在第三個(gè)由H.Sohlstroem等，“法拉第效應(yīng)光纖傳感器裝置的傳輸損耗補(bǔ)償”，第八次歐洲傳感器裝置年會(huì)，Toulouse，1994年9月25日至28日，公開的磁光測(cè)量裝置的實(shí)施形式中，在兩個(gè)紅外發(fā)光二極管之間接有一由作為光導(dǎo)纖維的多模光纖、偏振器和法接第傳感器裝置構(gòu)成的串聯(lián)光路，兩個(gè)發(fā)光二極管交替地作為光源和光探測(cè)件工作。因此在某一時(shí)間點(diǎn)一直是僅有兩個(gè)反向光信號(hào)中的一個(gè)穿過串聯(lián)光路。因此換接節(jié)拍頻率可選擇得盡可能的高。
本發(fā)明的目的在于，提出一種利用法拉第效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)并且尤其是測(cè)量電流的測(cè)量方法和測(cè)量裝置，其中可以實(shí)際上完全消除兩個(gè)反向光信號(hào)在光傳輸線路上的強(qiáng)度變化。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1或權(quán)利要求9的特征得以解決。兩個(gè)光信號(hào)以相互相反的通過方向穿過一個(gè)由第一光傳輸線路、第一偏振器、一個(gè)法拉第傳感器裝置、第二偏振器和第二光傳輸線路的串聯(lián)光路。在兩個(gè)偏振器之間，兩個(gè)光信號(hào)中的每一個(gè)的偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的、與磁場(chǎng)無關(guān)的旋轉(zhuǎn)角α。通過對(duì)該旋轉(zhuǎn)角α的選擇可以把測(cè)量方法或測(cè)量裝置在磁場(chǎng)中的工作點(diǎn)調(diào)零。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光信號(hào)偏振面的預(yù)定旋轉(zhuǎn)角α的旋轉(zhuǎn)，在兩個(gè)偏振器之間光學(xué)連接有旋轉(zhuǎn)器件。用分別穿過串聯(lián)光路的兩個(gè)光信號(hào)的光強(qiáng)度導(dǎo)出磁場(chǎng)的一個(gè)與兩條傳輸線路上的強(qiáng)度變化基本無關(guān)的測(cè)量信號(hào)。為導(dǎo)出測(cè)量信號(hào)設(shè)有相應(yīng)的計(jì)算器件。
分別在從屬權(quán)利要求中對(duì)本發(fā)明的方法和裝置的有益設(shè)計(jì)和進(jìn)一步設(shè)計(jì)作了表述。
在第一有利的實(shí)施形式中，預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角α被調(diào)整到約±45°或±π/4的奇數(shù)倍。從而調(diào)整測(cè)量方法和測(cè)量裝置的工作點(diǎn)，使測(cè)量靈敏度最大。
可以用一個(gè)或多個(gè)分別具有一互易的圓形雙折射的旋轉(zhuǎn)件構(gòu)成旋轉(zhuǎn)器件。兩個(gè)光信號(hào)的偏振面的這樣一種互易旋轉(zhuǎn)可以利用光活性材料或幾何形狀引起的圓形雙折射實(shí)現(xiàn)。在一特殊的實(shí)施形式中法拉第傳感器裝置本身至少構(gòu)成旋轉(zhuǎn)器件的一部分并且為此除法拉第效應(yīng)外還具有互易的圓形雙折射。
兩個(gè)偏振器的偏振軸最好調(diào)整成至少近似相互平行或至少近似相互正交。
可以采用多模化纖作為光信號(hào)的兩條光傳輸線路。
作為測(cè)量信號(hào)最好求出兩個(gè)光信號(hào)的光強(qiáng)度的兩個(gè)線性函數(shù)的商。這兩個(gè)線性函數(shù)的系數(shù)可與兩個(gè)光信號(hào)輸入串聯(lián)光路時(shí)的不同的輸入強(qiáng)度適配。尤其是在兩個(gè)光信號(hào)輸入強(qiáng)度相同時(shí)選出的測(cè)量信號(hào)與兩個(gè)光強(qiáng)度的差與和的商成比例。另外也可以采用一個(gè)與兩個(gè)光信號(hào)的光強(qiáng)度的商成比例的測(cè)量信號(hào)。
當(dāng)法拉第傳感器裝置具有直線雙折射時(shí)，溫度的變化將導(dǎo)致測(cè)量誤差。在一有利的實(shí)施形式中為對(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償兩個(gè)偏振器的偏振軸相對(duì)于傳感器裝置中線性雙折射的固有軸偏轉(zhuǎn)一預(yù)定的偏振角γ，其中該偏振角γ至少可采用cos(4γ-2α)＝-2/3近似求出。
下面借助附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，附圖中

圖1為測(cè)量磁場(chǎng)的帶有法拉第傳感器裝置和旋轉(zhuǎn)器件的測(cè)量裝置的原理結(jié)構(gòu)，圖2為測(cè)量電流的帶有法拉第傳感器裝置和旋轉(zhuǎn)器件的測(cè)量裝置，圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)偏振器的偏振軸相互傾角為45°時(shí)兩個(gè)反向光信號(hào)的偏振旋轉(zhuǎn)矢量圖，圖4為在兩個(gè)偏振器的偏振軸平行并且預(yù)定旋轉(zhuǎn)角α＝45°時(shí)兩個(gè)反向光信號(hào)的偏振旋轉(zhuǎn)矢量圖。對(duì)相同的器件采用同一附圖標(biāo)記標(biāo)示。
在圖1中用3表示法拉第傳感器裝置，兩個(gè)光傳輸線路用4和7、兩個(gè)偏振器用5和6、光旋轉(zhuǎn)器件用8和發(fā)送和計(jì)算單元用40表示。
法拉第傳感器裝置3由至少一個(gè)具有磁光法拉第效應(yīng)的材料構(gòu)成。在一至少部分穿透?jìng)鞲衅餮b置3的磁場(chǎng)H的影響下穿過傳感器裝置3的偏振光的偏振由于法拉第效應(yīng)而發(fā)生變化。傳感器裝置3以已知的方式由一個(gè)或多個(gè)最好由玻璃構(gòu)成的實(shí)心體，或甚至由至少一根光纖構(gòu)成。傳感器裝置3具有兩個(gè)光端口3A和3B，在一端口3A或3B輸入的光穿過傳感器裝置3并且在另一端口3B或3A處輸出。傳感器裝置3的第一端口3A通過第一偏振器5與第一光傳輸線路4的一端光耦合。傳感器裝置3的第二端口3B通過第二偏振器6與第二光傳輸線路7的一端光耦合。
在兩個(gè)偏振器5和6之間光學(xué)接入光旋轉(zhuǎn)器件8。旋轉(zhuǎn)器件8將穿過其的直線偏振光的偏振面互易地旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的角度α。旋轉(zhuǎn)器件8通常至少含有一個(gè)旋轉(zhuǎn)件，該旋轉(zhuǎn)件具有互易的圓形雙折射。
在所示實(shí)施形式中，旋轉(zhuǎn)器件8包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)件8A和8B。第一旋轉(zhuǎn)件8A光學(xué)接在第一偏振器5和傳感器裝置3的第一端口3A之間，并且第二旋轉(zhuǎn)件8B光學(xué)接在傳感器裝置3的第二端口3B與第二偏振器6之間。在該實(shí)施形式中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)件8A和8B的旋轉(zhuǎn)角的和構(gòu)成旋轉(zhuǎn)器件8的旋轉(zhuǎn)角α。例如每個(gè)旋轉(zhuǎn)件8A和8B可促使兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′的偏振面旋轉(zhuǎn)α/2。
而且旋轉(zhuǎn)器件8也可以僅設(shè)置在第一偏振器5和傳感器裝置3的第一端口3A之間或僅設(shè)置在第二偏振器6和傳感器裝置3的第二端口3B之間。
旋轉(zhuǎn)器件8或其旋轉(zhuǎn)件8A和8B最好用光學(xué)活性材料構(gòu)成。光學(xué)活性促使穿過的直線偏振光的偏振面的互易旋轉(zhuǎn)并因而是互易圓形雙折射的特殊情況。
另外，旋轉(zhuǎn)器件8或旋轉(zhuǎn)件8A和8B也可以用光學(xué)件實(shí)現(xiàn)，該光學(xué)件具有幾何形狀引起的互易圓形雙折射。在此情況時(shí)偏振面的互易旋轉(zhuǎn)是通過旋轉(zhuǎn)器件8或旋轉(zhuǎn)件8A和8B的幾何立體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。例如利用扭矩對(duì)絞的光纖(Twisted Fibre)或螺旋盤繞光纖。
在一特殊的實(shí)施形式中，傳感器裝置3本身具有一個(gè)定義的互易圓形雙折射并因此至少構(gòu)成旋轉(zhuǎn)器件8的一部分。
兩個(gè)偏振器5和6的偏振軸(偏振軸、透射軸)最好至少近似平行或至少近似相互垂直。這樣只通過旋轉(zhuǎn)器件8的旋轉(zhuǎn)角α即可調(diào)整H＝0時(shí)測(cè)量裝置的工作點(diǎn)。
由第一光傳輸線路4、第一偏振器5、傳感器裝置3、第二偏振器6和第二光傳輸線路7構(gòu)成的串聯(lián)光路以及旋轉(zhuǎn)器件8光學(xué)接在發(fā)送和計(jì)算單元40的兩個(gè)端口40A和40B之間。發(fā)送和計(jì)算單元40含有用于發(fā)送兩個(gè)反向光信號(hào)L1′和L2′穿過串聯(lián)光路和旋轉(zhuǎn)器件8的器件以及用于計(jì)算用L1和L2標(biāo)示的光信號(hào)穿過串聯(lián)光路后的兩個(gè)光強(qiáng)度得出磁場(chǎng)H的測(cè)量信號(hào)M的計(jì)算器件，該測(cè)量信號(hào)實(shí)際上與兩個(gè)傳輸線路4和7上的強(qiáng)度變化無關(guān)。在發(fā)送和計(jì)算單元40的輸出端可得到測(cè)量信號(hào)。
第一光信號(hào)L1′在發(fā)送和計(jì)算單元40的端口40A處輸入第一傳輸線路4并在穿過第一傳輸線路4后被第一偏振器5直線偏振。經(jīng)直線偏振的光信號(hào)L1′接著在端口3A處被送入傳感器裝置3內(nèi)。在穿過傳感器裝置3后，直線偏振的第一光信號(hào)L1′的偏振面被旋轉(zhuǎn)一個(gè)取決于磁場(chǎng)H的法拉第測(cè)量角ρ。另外直線偏振的第一光信號(hào)L1′被旋轉(zhuǎn)器件8旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的、與磁場(chǎng)H無關(guān)的旋轉(zhuǎn)角α。第一光信號(hào)L1′的偏振面因此在兩個(gè)偏振器5和6之間旋轉(zhuǎn)一個(gè)總旋轉(zhuǎn)角ρ+α，該角度等于測(cè)量角ρ和固定旋轉(zhuǎn)角α的和。以所研究的光信號(hào)的傳播方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，正角度值在此時(shí)并且在下面與數(shù)學(xué)正向旋轉(zhuǎn)相符，即與反時(shí)針方向相符，而負(fù)的角度值與數(shù)學(xué)負(fù)向旋轉(zhuǎn)方向相符，即與順時(shí)針方向相符。這時(shí)其偏振面旋轉(zhuǎn)總旋轉(zhuǎn)角度ρ+α的第一光信號(hào)L1′被輸送給第二偏振器6。第二偏振器6僅允許到達(dá)的第一光信號(hào)L1′投射到其偏振軸的分量通過并因此對(duì)第一光信號(hào)L1′具有偏振分析器功能。對(duì)由第二偏振器6發(fā)送的第一光信號(hào)L1′的分量用L1標(biāo)示并經(jīng)第二傳輸線路7傳送給發(fā)送和計(jì)算單元40的第二端口40B。
第二光信號(hào)L2′在發(fā)送和計(jì)算單元40的端口40B輸入第二個(gè)傳輸線路7中并在穿過第二個(gè)傳輸線路7后被第一偏振器5直線偏振。經(jīng)直線偏振的第二光信號(hào)L2′被旋轉(zhuǎn)器件8旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的與磁場(chǎng)H無關(guān)的旋轉(zhuǎn)角α，該旋轉(zhuǎn)角在第二光信號(hào)L2′的參考系中具有與第一光信號(hào)L1′相同的符號(hào)和相同的值。這時(shí)其偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角α的、經(jīng)直線偏振的第二光信號(hào)L2′在端口3B處輸入傳感器裝置3中。在穿過傳感器裝置3時(shí)經(jīng)直線偏振的第二光信號(hào)L2′的偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)取決于磁場(chǎng)H的法拉第測(cè)量角-ρ，該測(cè)量角-ρ由于法拉第效應(yīng)的非互易特性具有與第一光信號(hào)L1′相同的值，但符號(hào)相反。第一光信號(hào)L1′的偏振面因而在兩個(gè)偏振器6之間旋轉(zhuǎn)的總旋轉(zhuǎn)角為α-ρ，該總旋轉(zhuǎn)角等于固定旋轉(zhuǎn)角α和測(cè)量角-ρ的和。這時(shí)其偏振面旋轉(zhuǎn)了總旋轉(zhuǎn)角α-ρ的第二光信號(hào)L2′被輸送給第二偏振器6。第二偏振器6僅允許到達(dá)的第二光信號(hào)L2′投射到其偏振軸上的分量通過并因而對(duì)第二光信號(hào)L2′起著偏振分析器的作用。用L2標(biāo)示被第二偏振器6發(fā)送的第二光信號(hào)L2′的分量，并且該分量通過第一傳輸線路4輸送給發(fā)送和計(jì)算單元40的第一端口40A。
圖中未示出的發(fā)送和計(jì)算單元40中的計(jì)算器件由穿過串聯(lián)光路的兩個(gè)光信號(hào)L1和L2的光強(qiáng)度I1和I2導(dǎo)出磁場(chǎng)H的測(cè)量信號(hào)M，該測(cè)量信號(hào)在很大程度上與兩條傳輸線路4和7上的強(qiáng)度變化無關(guān)。
由于基本上可以補(bǔ)償測(cè)量信號(hào)M中的光強(qiáng)度變化，作為傳輸線路4和7也可以采用普通的多模光纖。
發(fā)送和計(jì)算單元40例如可以含有圖中未示出的、可交替作為發(fā)送器和探測(cè)器工作的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管與相應(yīng)的電流源和計(jì)算電子器件電連接。下面還將對(duì)用于發(fā)送兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′的器件和用于計(jì)算兩個(gè)光信號(hào)L1和L2穿過串聯(lián)光路后的光強(qiáng)度I1和I2的計(jì)算器件的其它實(shí)施形式加以說明。
圖2示出測(cè)量裝置的一個(gè)有利的實(shí)施形式。第一傳輸線路4與傳感器裝置3相背的一端通過一光耦合器12既與另一光耦合器11，又與計(jì)算器件20光連接。第二傳輸線路4與傳感器裝置3的相背端通過第三光耦合器13同樣既與光耦合器11，又與計(jì)算器件20光連接。光耦合器11與光源10光連接并把光源10的光線L分成兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′，這兩個(gè)光信號(hào)被輸送給耦合器12及13并且然后輸入到第一或第二傳輸線路4或7。兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′相互反向穿過由第一傳輸線路4、第一偏振器5、傳感器裝置3、第二偏振器6和第二傳輸線路7構(gòu)成的串聯(lián)光路并且作為這時(shí)用L1或L2標(biāo)示的光信號(hào)從串聯(lián)光路中輸出。光源10和三個(gè)光耦合器11、12和13因此構(gòu)成用于發(fā)送兩個(gè)反向穿過串聯(lián)光路的光信號(hào)L1和L2的器件。
耦合器11、12和13至少也可以部分由光束分配器替代。另外也可以設(shè)有兩個(gè)光源替代耦合器11和一個(gè)光源10，這兩個(gè)光源分別發(fā)送一個(gè)光信號(hào)L1′及L2′。
兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′在輸入串聯(lián)光路前時(shí)的光強(qiáng)度I1′和I2′通常按照預(yù)先固定的相互比例進(jìn)行調(diào)整。兩個(gè)光強(qiáng)度最好相等，即I1′＝I2′。在圖示實(shí)施形式中，耦合器11然后將光源10的光L分成耦合比例為50％∶50％的兩個(gè)相等的部分。
圖2的測(cè)量裝置最好用于測(cè)量在至少一電導(dǎo)體2上的電流。法拉第傳感器裝置3檢測(cè)由此電流感應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)H并將兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′的偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)受磁場(chǎng)H并因而受電流I影響的測(cè)量角ρ或-ρ。在所示的、特別有利的實(shí)施形式中，傳感器裝置3環(huán)圍電導(dǎo)體2，從而使兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′在一個(gè)實(shí)際閉合的光路中環(huán)繞電流I。此時(shí)，測(cè)量角ρ與電流I直接成比例。傳感器裝置3可以是帶有使光信號(hào)L1′和L2′轉(zhuǎn)向的內(nèi)反射面的玻璃環(huán)或以任何一種其它已知的方式構(gòu)成。
下面將對(duì)照?qǐng)D3和4的矢量圖，對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)公知的方法及裝置對(duì)本測(cè)量方法和測(cè)量裝置的工作原理作進(jìn)一步的說明。
在圖3中示出兩個(gè)反向的光信號(hào)L1′及L1和L2′及L2的電場(chǎng)矢量E1和E2的矢量圖，該圖是在圖1的測(cè)量裝置沒有旋轉(zhuǎn)器件8并且?guī)в袃蓚€(gè)偏振器5和6的相互旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏振角45°的偏振軸條件下得出的。第一偏振器5的偏振軸用P1標(biāo)示并且第二偏振器6的偏振軸用P2加以標(biāo)示。兩個(gè)偏振軸P1和P2相互偏振傾角為45°。第一光信號(hào)L1′在穿過第一偏轉(zhuǎn)器5后的電場(chǎng)矢量E1平行于其偏轉(zhuǎn)軸P1并且接著在傳感器裝置3中被旋轉(zhuǎn)一個(gè)測(cè)量角ρ，該測(cè)量角沒有通常的限定被視為正值。其偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)測(cè)量角ρ的第一光信號(hào)L1′然后被直接-由于沒有旋轉(zhuǎn)器件8-輸送給第二偏振器6。第二偏振器6僅允許電場(chǎng)矢量E1投射到其偏振軸P2上的分量通過，電場(chǎng)矢量的場(chǎng)強(qiáng)用e1標(biāo)示。
e1＝|E1| cos(45°+ρ) (1)適用于投射分量e1。由I1＝(e1)2～cos2(45°+ρ) (2)給出第二偏振器6發(fā)送的光信號(hào)L1的光強(qiáng)度I1。
與此相反，第二光信號(hào)L2′的電場(chǎng)矢量E2平行于第二偏振器6的偏振軸P2，被輸入傳感器裝置3中并且在磁場(chǎng)H作用下旋轉(zhuǎn)一個(gè)測(cè)量角+ρ。測(cè)量角+ρ由于法拉第效應(yīng)的非互易特性，因而在由第一光信號(hào)L1′的傳播方向確定的、圖中示出的參考系中同樣是正的。作為檢偏振器而為第二光信號(hào)L2′所設(shè)的第一偏振器5僅允許第二光信號(hào)L2′的旋轉(zhuǎn)一個(gè)測(cè)量角+ρ的電場(chǎng)矢量E2投射到其偏振軸P1的分量e2通過。投射分量e2為e2＝|E2|cos(45°-ρ) (3)被第一偏振器5允許通過的第二光信號(hào)L2由下式得出I2＝(e2)2～cos2(45°-ρ)(4)由關(guān)系式(2)和(4)可以看出，在兩個(gè)偏振器之間的偏振角為45°時(shí)測(cè)量工作點(diǎn)在cos2(45°)并因此在測(cè)量靈敏度最大處。
為進(jìn)行比較，在圖4的矢量圖中示出兩個(gè)光信號(hào)L1和L2在穿過圖1或圖2所示帶有光學(xué)旋轉(zhuǎn)器件8的結(jié)構(gòu)中的串聯(lián)光路時(shí)的電場(chǎng)矢量E1和E2，以及兩個(gè)偏振器5和6的相互被調(diào)節(jié)成平行的偏振軸P1和P2。兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′在穿過第一偏振器5或第二偏振器6時(shí)的電場(chǎng)矢量E1和E2相互平行。在圖中示出的有利的實(shí)施形式中旋轉(zhuǎn)器件8的旋轉(zhuǎn)角α被調(diào)整到45°。第一光信號(hào)L1′的電場(chǎng)矢量E1首先在傳感器裝置3中被旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角+ρ，然后由旋轉(zhuǎn)器件8旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角α＝+45°。以由第一光信號(hào)L1′的穿過方向確定的參考系為基準(zhǔn)，所考慮的角的符號(hào)與圖3中相同。起著第一光信號(hào)L1′檢偏器作用的第二偏振器6僅允許投射到偏振軸P1(＝P2)的分量e1＝|E1|cos(ρ+α)＝|E1|cos(ρ+45°) (5)通過。因此第一光信號(hào)L1在穿過第二偏振器6后的光強(qiáng)度I1是I1＝(e1)2～cos2(ρ+α)＝cos2(ρ+45°) (6)第二光信號(hào)L2′的電場(chǎng)矢量E2由其與第二偏振器6的偏振軸P2平行的初始位置被光旋轉(zhuǎn)器件8旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角-α＝-45°，其符號(hào)在由第一光信號(hào)L1′的穿過方向確定的參考系中選出并由旋轉(zhuǎn)器件8中的互易圓形雙折射確定。在傳感器裝置3中第二光信號(hào)L2′的電場(chǎng)矢量E2被磁場(chǎng)H旋轉(zhuǎn)一個(gè)測(cè)量角+ρ。起著第二光信號(hào)L2′檢偏器作用的第一偏振器5僅允許投射到偏振軸P1的分量e2＝|E2|cos(ρ-α)＝|E2|cos(ρ-45°) (7)通過。穿過第一偏振器5后的第二光信號(hào)L2的光強(qiáng)度I2因此是I2＝(e2)2～cos2(ρ-α)＝cos2(ρ-45°) (8)所以根據(jù)關(guān)系式(2)和(6)或(4)和(8)的兩個(gè)光信號(hào)L1和L2穿過串聯(lián)光路后的光強(qiáng)度I1和I2基本上是一致的。故測(cè)量方法或測(cè)量裝置的工作點(diǎn)通過采用旋轉(zhuǎn)器件8即便在兩個(gè)偏振器5和6的偏振軸P1和P2相互平行的情況下被調(diào)整到旋轉(zhuǎn)角α≠0°時(shí)的特征線的單值范圍內(nèi)，尤其是α＝±45°時(shí)的最大測(cè)量靈敏度點(diǎn)上。此點(diǎn)也類推適用于偏振器5和6的偏振軸P1和P2至少近似相互垂直的情況。因此利用旋轉(zhuǎn)器件8可以降低調(diào)整工作點(diǎn)時(shí)的校準(zhǔn)工作。
在穿過兩個(gè)傳輸線路4和7時(shí)兩個(gè)光信號(hào)L1′或L1和L2′或L2將分別發(fā)生相同的強(qiáng)度變化，該強(qiáng)度變化尤其是因機(jī)械振動(dòng)的衰減損耗造成的。該強(qiáng)度變化基本以衰減系數(shù)的形式進(jìn)入光強(qiáng)度I1和I2。光傳輸線路的通常與時(shí)間有關(guān)的實(shí)數(shù)衰減系數(shù)被定義為到達(dá)光傳輸線路一端的光的強(qiáng)度與在傳輸線路另一端輸入的光的強(qiáng)度的比例。設(shè)A為第一傳輸線路4的實(shí)數(shù)衰減系數(shù)并且B為第二傳輸線路7的衰減系數(shù)。則通式I1＝I0·A·B·cos2(ρ+α)(9)I2＝K·I0·B·A·cos2(ρ-α) (10)在考慮到關(guān)系式(6)和(8)的條件下適用于兩個(gè)光信號(hào)L1和L2在穿過串聯(lián)光路后的光強(qiáng)度I1和I2。I0是預(yù)先固定的初始強(qiáng)度。K是耦合系數(shù)，該耦合系數(shù)在所示實(shí)施形式中由耦合器11、12和13的耦合比得出。當(dāng)所有耦合器11、12和13的耦合比分別為50％∶50％時(shí)，K＝1。在等式(9)和(10)中的cos2項(xiàng)表明在預(yù)定旋轉(zhuǎn)角α的情況下光強(qiáng)度11或I2與法拉第測(cè)量角ρ的關(guān)系。在等式(9)和(10)中的兩個(gè)光強(qiáng)度I1和I2的表達(dá)式中cos2項(xiàng)前面的系數(shù)區(qū)別僅在于耦合系數(shù)K。
這時(shí)在一特別有利的實(shí)施形式中消掉傳輸線路4和7的衰減系數(shù)A和B，其中計(jì)算器件20或發(fā)送和計(jì)算單元40由兩個(gè)光強(qiáng)度I1和I2的線性函數(shù)a·I1+b·I2+c和d·I1+e·I2+f以及實(shí)數(shù)系數(shù)a、b、c、d、e和f導(dǎo)出構(gòu)成式M＝(a·I1+b·I2+c)/(d·I1+e·I2+f) (11)的商信號(hào)作為磁場(chǎng)H的測(cè)量信號(hào)M。其中至少系數(shù)a和e或系數(shù)b和d不等于零。
依照等式(11)的該測(cè)量信號(hào)M實(shí)際上與尤其是由振動(dòng)造成的傳輸線路4或7上的強(qiáng)度變化無關(guān)。因此在各種實(shí)施形式中也可以采用簡(jiǎn)單的、較為便宜的電信光纖(多模光纖)作為傳輸線路4和7，這是因?yàn)榭蓪?duì)其在測(cè)量信號(hào)M中的較高的衰減和振動(dòng)靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。但作為傳輸線路4和7也可以采用其它的光導(dǎo)線或自由照射裝置。
等式(11)分子和分母中的線性函數(shù)的系數(shù)a、b、c、d、e和f尤其可以與兩個(gè)光信號(hào)在輸入串聯(lián)光路時(shí)的不同的輸入強(qiáng)度適配。系數(shù)a、b、c、d、e和f最好與依照等式(9)和(10)確定的光強(qiáng)度I1和12適配，從而可以不用考慮傳感器裝置3中的線性雙折射效應(yīng)求出測(cè)量信號(hào)M～sin(2ρ) (12)該測(cè)量角基本與雙法拉第測(cè)量角ρ的正弦成比例。對(duì)依照等式(11)商的分母中的線性函數(shù)d·I1+e·I2+f的系數(shù)d、e和f最好進(jìn)行調(diào)整，使線性函數(shù)d·I1+e·I2+f實(shí)際上恒定不變并因而與磁場(chǎng)H無關(guān)。
在一特殊的實(shí)施形式中由兩個(gè)光強(qiáng)度I1和I2求出作為測(cè)量信號(hào)M的商M＝I1/I2＝cos2(ρ+α)/(k·cos2(ρ-α)) (13)或M＝I2/I1＝(K·cos2(ρ-α))/cos2(ρ+α) (13′)當(dāng)選擇系數(shù)a＝e＝1和b＝c＝d＝f＝0或a＝c＝e＝f＝0和b＝d＝1時(shí)，由等式(11)通用的商得出該根據(jù)等式(13)或(13′)的商值。該測(cè)量信號(hào)M以較為復(fù)雜但明確的方式取決于測(cè)量角ρ并因此也取決于磁場(chǎng)H。
尤其是當(dāng)兩個(gè)光信號(hào)L1′和L2′的輸入強(qiáng)度11′和I2′至少近似相等時(shí)在一有利的實(shí)施形式中也可以采用穿過串聯(lián)光路的兩個(gè)光強(qiáng)度I1和I2的差I(lǐng)1-I2(或I2-I1)與和I1+I2的商M＝(I1-I2)/(I1+I2) (14)作為測(cè)量信號(hào)M。如果在傳感器裝置3中不出現(xiàn)線性雙折射效應(yīng)，則此測(cè)量信號(hào)M又與sin(2ρ)成比例。
可以采用計(jì)算器件20通過不同的方式由兩個(gè)反向的光信號(hào)L1和L2的光強(qiáng)度I1和I2導(dǎo)出已消掉傳輸線路4和7的衰減系數(shù)A和B的測(cè)量信號(hào)M。通常兩個(gè)光信號(hào)L1和L2被計(jì)算器件20首先分別光電轉(zhuǎn)換成一電強(qiáng)度信號(hào)，該電強(qiáng)度信號(hào)是某光信號(hào)L1或L2的光強(qiáng)度I1或I2的直接量度。測(cè)量信號(hào)M由這兩個(gè)電強(qiáng)度信號(hào)利用量值表或者也可以通過計(jì)算機(jī)求出。計(jì)算器件20為此含有相應(yīng)的模擬或數(shù)字集成塊。
在一種圖中未示出的實(shí)施形式中首先用一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)電強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化并且經(jīng)數(shù)字化的信號(hào)被一微處理器或一數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)等式(11)、(13)、(13′)或(14)繼續(xù)進(jìn)行處理。
尤其是用計(jì)算機(jī)根據(jù)等式(11)、(13)、(13′)或(14)求出作為兩個(gè)光強(qiáng)度I1和I2的預(yù)定函數(shù)M(I1、I2)的測(cè)量信號(hào)M時(shí)也可以采用模擬器件，模擬器件通常的工作速度要高于數(shù)字器件。
在圖2的實(shí)施形式中，測(cè)量裝置含有帶模擬集成塊的計(jì)算器件20。計(jì)算器件20在此實(shí)施形式中含有兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器21和22、一個(gè)減法器23、一個(gè)加法器24和一個(gè)除法器25。第一轉(zhuǎn)換器21與耦合器13光連接并將穿過串聯(lián)光路的第一光信號(hào)L1轉(zhuǎn)換成第一電強(qiáng)度信號(hào)S1，第一電強(qiáng)度信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度與第一光信號(hào)L1的光強(qiáng)度I1相等。第二轉(zhuǎn)換器22與耦合器12光連接并將穿過串聯(lián)光路后的第二光信號(hào)L2轉(zhuǎn)換成作為第二光信號(hào)L2的光強(qiáng)度I2量度的第二電強(qiáng)度信號(hào)S2。兩個(gè)電強(qiáng)度信號(hào)S1和S2分別輸送給減法器23和加法器24的輸入端。在減法器23輸出端的差信號(hào)S1-S2(或S2-S1)和在加法器24輸出端的和信號(hào)S1+S2被分別輸送給除法器25的輸入端。除法器的輸出信號(hào)(S1-S2)/(S1+S2)作為測(cè)量信號(hào)得出并加在計(jì)算器件20的輸出端，該測(cè)量信號(hào)M因而與等式(14)相等。
在圖中未示出的實(shí)施形式中可以簡(jiǎn)單地利用模擬器件采用如下方法獲得滿足通式(11)的測(cè)量信號(hào)M，在減法器23和加法器24輸入端前分別附加接有一個(gè)放大器并且該放大器的放大系數(shù)與等式(4)中兩個(gè)線性函數(shù)的相應(yīng)系數(shù)a、-b、d和e適配并設(shè)有將系數(shù)c補(bǔ)充加入根據(jù)等式(11)中分子的減法器23的輸出信號(hào)和將系數(shù)f補(bǔ)充加入根據(jù)等式(11)中分母的加法器24輸出端上的輸出信號(hào)的其它的加法器。兩個(gè)其它的加法器的輸出信號(hào)然后被輸送給除法器25的輸入端。如果b是正的，則最好用另一加法器替代減法器23。
由于在依照等式(11)求出的測(cè)量信號(hào)M中系數(shù)a、b、c、d、e和f的適配，因而在一特殊的實(shí)施形式中也可以對(duì)兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器21和22的不同的靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。
在各種實(shí)施形式中最好將旋轉(zhuǎn)器件8的預(yù)定旋轉(zhuǎn)角α調(diào)整到是約±45°或約±π/4的奇數(shù)倍。但也可以采用其它的旋轉(zhuǎn)角α。
根據(jù)上述任一種測(cè)量方法或上述任一種測(cè)量裝置測(cè)量磁場(chǎng)H或電流I時(shí)的一個(gè)附加的問題是傳感器裝置3中的溫度影響。該溫度影響將引起作為傳感器裝置3中的溫度T的函數(shù)δ(T)的直線雙折射，該直線雙折射將會(huì)造成對(duì)磁場(chǎng)H或電流I的誤測(cè)量。另外溫度變化也會(huì)改變費(fèi)爾德特常數(shù)并隨之改變測(cè)量靈敏度。
這時(shí)通過采取下面所述的措施對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償基本可以消除測(cè)量信號(hào)M與溫度的這種關(guān)系。兩個(gè)偏振器5和6的偏振軸P1和P2被調(diào)整到圖4所示與傳感器裝置3中直線雙折射δ的固有軸(主軸、光軸)EA成一偏振角γ。根據(jù)等式cos(4γ-2α)＝-2/3(15)至少近似地求出偏振角γ。其中直線雙折射δ的固有軸EA由某偏振方向確定，在此偏振方向的情況下輸入傳感器裝置3的直線偏振光保持不變地重新離開傳感器裝置3。如果與此相反，直線偏振光帶有的是與傳感器裝置3固有軸不平行的偏振面并輸入傳感器裝置3中，則光在穿過傳感器裝置3時(shí)由于直線雙折射δ被橢圓偏振。線性雙折射δ通常相互正交的兩個(gè)固有軸可以采用已知方式求出。例如傳感器裝置3可以設(shè)置在一個(gè)偏振器，例如偏振器5與一個(gè)檢偏器，例如偏振器6之間。兩個(gè)偏振器的偏振軸調(diào)整成相互垂直。這時(shí)在一實(shí)施形式中偏振器和檢偏器的兩個(gè)偏振軸以傳感器裝置3基準(zhǔn)軸為準(zhǔn)同向旋轉(zhuǎn)，直至由檢偏器發(fā)送的光的強(qiáng)度等于零(最大消光)。這時(shí)固有軸與偏振器和檢偏器的兩個(gè)偏振軸平行。對(duì)此的另一方案是，在另一實(shí)施形式中兩個(gè)偏振軸也以傳感器裝置3的基準(zhǔn)軸為準(zhǔn)同向旋轉(zhuǎn)，直至由檢偏器發(fā)送的光最大(最小消光)。在此情況時(shí)由傳感器裝置3輸出的光被圓偏振。直線雙折射δ的固有軸這時(shí)與檢偏器的偏振軸偏移45°或-45°。
如果選用優(yōu)選旋轉(zhuǎn)角α＝-45°或α＝-45°-n·180°＝-(1+4n)·45°，n為任意整數(shù)，則等式(15)縮減成sin(4γ)＝+2/3(15′)
在旋轉(zhuǎn)角α＝+45°或α＝+(1+4n)·45°，n為任意整數(shù)時(shí)，等式(15)與上述相反縮減成sin(4γ)＝-2/3(15″)可能的滿足等式(15′)的偏振角γ的值例如是γ＝+10.45°。滿足等式(15″)的偏振角γ例如是γ＝-10.45 °。
與精確的滿足等式(15)、(15′)或(15″)的偏振角γ的角值有偏差是可能的，尤其是在直線和/或圓形雙折射不均勻時(shí)和/或在傳感器裝置3中費(fèi)爾德特常數(shù)大大取決于溫度時(shí)，該偏差通?？梢赃_(dá)到約5°。而且在溫度補(bǔ)償時(shí)旋轉(zhuǎn)角α與理想值α＝+(1+4n)·45°或α＝-(1+4n)·45°的偏差可以達(dá)到約±10°。
采用根據(jù)等式(15)、(15′)或(15″)至少近似調(diào)整的偏振角γ求出的測(cè)量信號(hào)M這時(shí)甚至在傳感器裝置3內(nèi)溫度變化的情況下，也基本與無直線雙折射δ的測(cè)量信號(hào)相符，即與在根據(jù)等式(11)或(14)推導(dǎo)測(cè)量信號(hào)M時(shí)的根據(jù)關(guān)系式(12)與sin(2ρ)成比例的量值相符。
對(duì)根據(jù)(15)、(15′)或(15″)的兩個(gè)偏振器5或6對(duì)直線雙折射δ的固有軸的最佳偏振角γ在一特殊的實(shí)施形式中可以以如下方式簡(jiǎn)便地進(jìn)行調(diào)整，在校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)將取決于溫度的測(cè)量信號(hào)M與預(yù)期的沒有直線雙折射δ的額定值，尤其是根據(jù)關(guān)系式(12)在作為參數(shù)的預(yù)定偏振角γ的情況下進(jìn)行比較并改變偏振角γ，直至實(shí)際的測(cè)量信號(hào)M與實(shí)際與溫度無關(guān)的額定值一致為止。
采用調(diào)整偏振角γ實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于測(cè)量磁場(chǎng)H或電流I的帶寬大。由于采取了溫度補(bǔ)償?shù)拇胧?，所以待測(cè)磁場(chǎng)H或電流I的頻譜原則上不受限制。
權(quán)利要求
1.一種利用具有法拉第效應(yīng)的傳感器裝置(3)測(cè)量磁場(chǎng)(H)的方法，其中a)兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)相互反向地穿過一個(gè)由第一光傳輸線路(4)、第一偏振器(5)，傳感器裝置(3)、第二偏振器(6)和第二光傳輸線路(7)構(gòu)成的串聯(lián)光路，b)在兩個(gè)偏振器(5、6)之間兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)的偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)與磁場(chǎng)(H)無關(guān)的、預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角α并且c)由兩個(gè)分別穿過串聯(lián)光路后的光信號(hào)(L1、L2)的光強(qiáng)度(I1、I2)求出一與兩條傳輸線路(4、7)上的強(qiáng)度變化基本無關(guān)的磁場(chǎng)(H)的測(cè)量信號(hào)(M)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將兩個(gè)偏振器(5、6)的偏振軸(P1、P2)調(diào)整成至少近似相互平行或至少近似相互正交。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中測(cè)量信號(hào)(M)與兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)的光強(qiáng)度(I1、I2)的兩個(gè)線性函數(shù)的商((a·I1+b·I2+c)/(d·I1+e·I2+f))相符。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中測(cè)量信號(hào)(M)與兩個(gè)光強(qiáng)度(I1、I2)的差與和的商((I1-I2)/(I1+I2))成比例。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中測(cè)量信號(hào)(M)與兩個(gè)光強(qiáng)度(I1、I2)的商(I1/I2或I2/I1)成比例。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中在兩個(gè)偏振器(5、6)間兩個(gè)光信號(hào)的(L1、L2)的偏振面分別旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角α，該旋轉(zhuǎn)角α至少近似地是+45°或-45°的奇數(shù)倍。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中兩個(gè)偏振器(5、6)的偏振軸(P1、P2)以傳感器裝置(3)中直線雙折射的固有軸(EA)為基準(zhǔn)被調(diào)整旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏振角γ，其中偏振角γ對(duì)至少近似為-(1+4n)·45°，n為整數(shù)的旋轉(zhuǎn)角α至少近似滿足關(guān)系式sin(4γ)＝+2/3，或?qū)τ谥辽俳茷?(1+4n)·45°，n為整數(shù)的旋轉(zhuǎn)角α至少近似滿足關(guān)系式sin(4γ)＝-2/3。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中對(duì)電流(I)的磁場(chǎng)(H)進(jìn)行測(cè)量并提取出作為電流(I)量度的測(cè)量信號(hào)(M)。
9.一種測(cè)量磁場(chǎng)(H)的裝置，它帶有a)一個(gè)由第一光傳輸線路(4)、第一偏振器(5)、一個(gè)具有法拉第效應(yīng)的傳感器裝置(3)、第二偏振器(6)和第二光傳輸線路(7)構(gòu)成的串聯(lián)光路，b)用于發(fā)送兩個(gè)相互反向穿過串聯(lián)光路的光信號(hào)(L1、L2)的器件(10、11、12、13)，c)用于由兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)穿過串聯(lián)光路后的光強(qiáng)度(I1、I2)導(dǎo)出一個(gè)基本與兩條傳輸線路(4、7)上的強(qiáng)度變化無關(guān)的磁場(chǎng)(H)的測(cè)量信號(hào)(M)并且?guī)в衐)光學(xué)接在兩個(gè)偏振器(5、6)之間的、用于將兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)的偏振面旋轉(zhuǎn)一個(gè)與磁場(chǎng)(H)無關(guān)的、預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角α的光學(xué)旋轉(zhuǎn)器件(8)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中將兩個(gè)偏振器(5、6)的偏振軸(P1、P2)調(diào)整成至少近似相互平行或至少近似相互正交。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中旋轉(zhuǎn)器件含有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)件(8、8A、8B)，該旋轉(zhuǎn)件具有一互易圓形雙折射。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中至少有一個(gè)旋轉(zhuǎn)件(8、8A、8B)具有光學(xué)活性。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中由幾何形狀引起至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)件的互易圓形雙折射。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其中傳感器裝置(3)本身至少構(gòu)成旋轉(zhuǎn)器件的一部分。
15.如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中計(jì)算器件(20)導(dǎo)出一測(cè)量信號(hào)(M)，該測(cè)量信號(hào)與兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)在分別穿過串聯(lián)光路后的光強(qiáng)度(I1、I2)的兩個(gè)線性函數(shù)的商((a·I1+b·I2+c)/(d·I1+e·I2+f))相符。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中計(jì)算器件(20)導(dǎo)出一測(cè)量信號(hào)(M)，該測(cè)量信號(hào)與兩個(gè)光強(qiáng)度(I1、I2)的差與和的商((I1-I2)/(I1+I2))成比例。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中計(jì)算器件(20)導(dǎo)出一測(cè)量信號(hào)(M)，該測(cè)量信號(hào)與兩個(gè)光強(qiáng)度(I1、I2)的商(I1/I2或I2/I1)成比例。
18.如權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中兩條光傳輸線路(4、7)由多模光纖構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求9至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其中旋轉(zhuǎn)器件(8)將兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)的偏振面分別旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角α，該旋轉(zhuǎn)角α的值至少近似為45°的奇數(shù)倍。
20.如權(quán)利要求9至19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中兩個(gè)偏振器(5、6)的偏振軸(P1、P2)以傳感器裝置(3)中的直線雙折射的固有軸(EA)為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)偏振角γ并且該偏振角γ對(duì)于至少近似為-(1+4n)·45 °，n為整數(shù)的旋轉(zhuǎn)角α至少近似滿足關(guān)系式sin(4γ)＝+2/3，或?qū)τ谥辽俳茷?(1+4n)·45°，n為整數(shù)的旋轉(zhuǎn)角α至少近似滿足關(guān)系式sin(4γ)＝-2/3。
21.如權(quán)利要求9至20中任一項(xiàng)所述的裝置，其中傳感器裝置(3)設(shè)置在電流(I)的磁場(chǎng)(H)中并且計(jì)算器件(20)導(dǎo)出作為電流(I)量度的測(cè)量信號(hào)(M)。
全文摘要
兩個(gè)光信號(hào)(L1′、L2′)相互反向穿過一個(gè)由第一光纖(4)、第一偏振器(5)、一法拉第傳感器裝置(3)、第二偏振器(6)和第二光纖(7)構(gòu)成的串聯(lián)光路。為對(duì)工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整在兩個(gè)偏振器間附加由旋轉(zhuǎn)器件(8)將兩個(gè)光信號(hào)的偏振面互易地旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角。由穿過串聯(lián)光路后的兩個(gè)光信號(hào)(L1、L2)的光強(qiáng)度(I1、I2)求出測(cè)量信號(hào)(M),該測(cè)量信號(hào)與光纖中的振動(dòng)和彎曲影響無關(guān)。
文檔編號(hào)G01R33/032GK1176003SQ96192061
公開日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1996年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月22日
發(fā)明者托馬斯·博塞爾曼, 彼得·門克 申請(qǐng)人:西門子公司