(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の測定方法において、
該測定方法が、
ポッケルス効果を利用した最小１個のセンサー素子（２０）と、
評価素子（３０）と、
該センサー素子（２０）と該評価素子（３０）とを光学的に結ぶ最小１つの光伝播路（ＯＳ）とを備えた装置であって、
該センサー素子（２０）は最小２個の検知器クリスタルから成る活性センサー部（２１）を有するとともに、
該評価素子（３０）は最小１個の光源（３１）と最小１個のアッセンブリ（４０）とを有し、
さらに該アッセンブリ（４０）は掛け算器と積分器とを含む閉調整ループを有している装置を使用し、
測定される電圧を前記活性センサー部（２１）に印加し、
前記光源（３１）によって発生した光を、前記活性センサー部（２１）を通過させて強度変調された信号に変換し、
前記強度変調された信号を前記評価素子（３０）に伝達したあと前記アッセンブリ（４０）の前記閉調整ループに入力し、
前記閉調整ループの前記掛け算器が、前記強度変調された信号に係数を乗じて標準化された出力信号を出力するもので、
前記係数は前記出力信号と予設定された基準信号との差を前記積分器により積分した値である
ことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記活性センサー部（２１）が、材料の光学活性が温度に従属する温度従属性光学素子（１６）を含み、該光学活性によって、該温度従属性光学素子（１６）の温度を測定することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記活性センサー部（２１）にある前記検知器クリスタルが同一の結晶配向内に連続していることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
２つの前記センサー素子によって降下した構成電圧Ｕ1およびＵ2を測定し、該Ｕ1およびＵ2を合計して測定対象総合電圧Ｕを確定することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】
複数（Ｎ個）の前記センサー素子（２０−１．．．２０−Ｎ）によって降下した構成電圧Ｕ1〜ＵNSEを測定し、該Ｕ1〜ＵNを合計して測定対象総合電圧Ｕを確定することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
センサー素子（２０）に含まれるＮSA（１以上のＮSA）個の活性センサー部（２１）に加えられた電圧ＵSA,1〜ＵSA,NSAを測定し、該ＵSA,1〜ＵSA,NSAを合計して、センサー素子（２０）に加えられる電圧Ｕを確定することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項７】
前記アッセンブリ（４０）により標準化された前記出力信号における直流部分の調整レベルに応じて、前記基準信号を予設定しておくことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項８】
前記アッセンブリ（４０）により標準化された前記出力信号における尖頭値の調整レベルに応じて、前記基準信号を予設定しておくことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
交流電圧の測定装置において、
ポッケルス効果を利用した最小１個のセンサー素子（２０）と、
評価素子（３０）と、
該センサー素子（２０）と該評価素子（３０）とを光学的に結ぶ最小１つの光伝播路（ＯＳ）とを備え、
該センサー素子（２０）は最小２個の検知器クリスタルから成る活性センサー部（２１）を有し、
該評価素子（３０）は最小１個の光源（３１）と最小１個のアッセンブリ（４０）とを含み、
さらに該アッセンブリ（４０）は掛け算器と積分器とを含む閉調整ループを有し、
前記掛け算器は、前記閉調整ループにおいて入力信号に係数を乗じて標準化された出力信号を出力し、
前記積分器は前記出力信号と予設定された基準信号との差を積分して前記係数とし、前記掛け算器にフィードバックする
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
前記検知器クリスタルの、前記光源から射出された光の進行方向後方側に、材料の光学活性が温度に従属する温度従属性光学素子（１６）が配置されていることを特徴とする請求項９の装置。
【請求項１１】
前記検知器クリスタルが、材料Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記検知器クリスタルが、材料Ｂｉ4Ｓｉ3Ｏ12から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記検知器クリスタルが、結晶グループ４３ｍの化合物から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記温度従属性光学素子（１６）が材料Ｂｉ12ＧｅＯ20から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１５】
前記温度従属性光学素子（１６）が材料Ｂｉ12ＳｉＯ20から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１６】
前記温度従属性光学素子（１６）が結晶グループ２３の化合物から成ることを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１７】
前記活性センサー部（２１）が多数の連続した、特定の方向を向き、同一の結晶配向内にある前記検知器クリスタルから成り、これらの結晶内を唯一の光ビームが貫通できることを特徴とする請求項９の装置。
【請求項１８】
前記検知器クリスタルがスペースを取った構造物によって囲まれ、この構造物が、ビーム貫通方向に多数の検知器クリスタルを配置できる形状をしていることを特徴とする請求項１７の装置。
【請求項１９】
スペースを取った前記構造物が前記検知器クリスタルを外部で支持する形状であり、前記検知器クリスタルをビーム貫通方向に向けていることを特徴とする請求項１８の装置。
【請求項２０】
２個以上の前記センサー素子（２０）を使用し、該センサー素子に対応する構成電圧の合計によって測定対象総合電圧Ｕが判明することを特徴とする請求項９の装置。
【請求項２１】
３個以上の前記活性センサー部（２１）が使用されることを特徴とする請求項９の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電圧、特に高電圧を光学測定するための方法と装置に関する。
エネルギー技術装置で高電圧を測定するために使用する通常の電圧コンバータは、誘導測定原理に基づき、場合によっては、さらに、容量分圧器も使用している。従来のコンバータでは、エネルギー供給回路網の伝達電圧と釣り合わない程度に、絶縁コストが増加する（A.J.Schwab「高電圧測定技術」を参照のこと）。さらに、コンバータに適切な測定技術のデジタル化が進行する中で、妨害波が従来のアナログ測定技術よりも一般に低くなったが、電磁親和性（EMV）が重視されている。従来の電圧コンバータでは、一次レベル（電源側）と二次レベル（測定および制御側）との誘導／容量性結合が採用されているため、デジタル回路技術と結合してこのタイプの電圧コンバータを使用する場合、EMVの観点から問題がある（H.Hirsch「分極分析光ファイバー電流コンバータ」を参照のこと）。光学コンバータは、従来のコンバータと比較して、光学アッセンブリのサイズが小さくなっているため、素材使用量が少なくなっている。また光学コンバータでは、絶縁のため基本的にオイルが不要なので、電源または装置側の故障でコンバータが破壊される場合にオイルによる汚染の危険を制限するアースは必要ない。
電気光学結晶でのポッケルス効果によって電場と電圧を測定する光学測定方法は既に、種々の文書から周知のものである。この場合、センサーメディアを通って拡散する光波の分極状態が電場によって誘導された二重屈折によって影響されるように、電気光学メディアの物理特性は、電場強度に応じて変化する。分極器、遅延エレメント、電気光学材料、分析器から成る光学装置を使用し、電子評価素子と結合して、光波の拡散方向に対して横断方向または平行方向の電圧を確定する目的で、測定信号を確定できる。  −光学信号レーンに沿って、光学部品のパラメータの温度従属性の時間的に一定な抑制を行わずに−  電圧の有効値を妨害値から分離するため、光学信号路は多数の部分ビームに分割される。これらの部分ビームは種々の光学素子を介して別々の受信機に送られ、そこで検出した信号は、場合によっては、アナログ電子手段を使用して適切に処理した後、デジタル信号処理される。
DE 443454では、分極測定光は、交流電場または交流電圧の影響下にあるポッケルス・センサー装置を通り、ビーム分割器に送られる。ビーム分割器は、光波を2種類の分極レベルに分割する。実施形状では、この方法は、電場を測定するため、横断電気光学効果（図1）を利用している。この方法は、横断方向に検知器クリスタルによって降下する電圧を測定するのに適している。測定レンジは結晶長さの変化によって適応できるが、測定できる最大電圧は検知器クリスタルの電気強度によって制限される。実際には、結晶の寸法が制限されているので、横断方向の電気光学効果を介した高電圧の測定は技術的に非常に手間がかかるが、結晶材料の電気強度以下での「低」電圧の測定は、結晶を延長して感度を高めれば、可能である。
DE-OS 4416298によると、測定方法と装置の実施形状が説明されている。ここでは、縦方向の電気光学効果が利用されている。測定対象電圧は結晶内に電場を発生し、この電場線は測定光の拡散方向に平行である。技術的に可能な最大の結晶寸法とこれと結合した電気的強度に限界があるため、装置の最大電気的強度の範囲内で電圧を測定する場合、絶縁費用は相当高くなる。
DE特許文書4100054では、光学測定コンバータが提示されている。ここでは、磁場を確定して、電流に関する尺度を得、内蔵した容量分割器によって、部分容量での電圧降下を電圧に関する尺度として利用している。電圧は、過電圧および不足電圧容量によって決まる所与の分割比が一定にとどまる限り、確定できる。空間的に拡張した不足電圧容量を使用しているので、容量は電場のひずみによって影響され、これによって、測定コンバータの分割比が変化する。実際には、一般に一定の電場分布から出発できない。
DE-EB 3404608では、電場強度の光学測定装置が説明されている。ここでは、伝達エレメントを介して、光波が電場用センサー装置に送られる。電場は、電場強度に応じて光波の変調度を変化する。ここでは、グループ23と43mの検知器クリスタルを使用しており、光学効果が温度に従属する程度は小さいが、温度の影響は完全に補正されないことに注意を要する。
DE-特許文書3039136では、光を使用した電圧と電場の測定装置が示されている。この特許文書は、電圧および電場測定に、例えばビスムス酸化ゲルマニウム結晶を使用する方法を説明している。材料に固有の定数Vπの温度従属性は、約0.01％/Kと仮定できる。従って、ΔT=100Kの温度範囲では、エラーは1％になる。精度の高い用途の場合、検知器クリスタルの温度特性の補正だけでなく、遅延プレートも必要である。
DE-EB 2845625では、電気光学電圧測定用装置が説明されている。ここでは、圧電ファイバーでの縦方向線形電気光学効果を利用し、結晶ファイバーを空間的に拡張することによって、ファイバーに沿った電場強度分布の光学作用が積分される。現在の技術水準では、このような結晶ファイバーは市販されていないので、この電圧測定方法は、実際上、量産装置としては実用化されていない。
DE-EB 2131224でより、高電圧導体で電圧を測定する装置が示されている。ここでは、測定対象電圧に比例した電場が、光波導体に結合した分極光の分極レベルを変化する。効果を拡大するため、光波導体を蛇行状にした装置が提案されている。この装置を実用化する場合、曲げによって誘導される光波導体の線形二重屈折で起こる、測定信号の大きい温度従属性を見込まなければならない。
DE-EB 1591976は電気光学式電圧低減装置と、電圧測定のためのその応用を説明している。この場合、直列に接続した多数の電気光学セルを横断する光束の分極状態が変化し、この分極状態は補正回路を介してポッケルスセルによって読み取れる。前記装置は原理的には、オーム／容量分割器であり、部分容量によるその電圧降下を光学的に読み取る。この方法には、次の欠点がある。つまり、光学素子の温度従属性が補正されず、また光学装置の費用の他に、分圧器の費用が生ずるので、提案装置は技術的に手間がかかり、製造費用が高くなる。さらに、補正回路は二次電圧の供給を必要とする。
DE 4436181 A1では、フィッテングによる温度補正装置を有する交流電圧を測定するための方法と装置が示されている。受信機によって検出した光波の強度信号の直流信号部分に対する交流信号部分の商を形成する標準化回路が提案されている。この機能を実施するため、分割器を使用している。標準化段における部品公差の作用を抑制するための方法は示されていない。
従って、本発明の目的は、電気光学効果を利用して交流電圧を測定する方法と装置を提案することである。ここでは、戸外での測定が、高圧及び超高圧レベルでも、簡単な方法で実行できる。この方法と装置は、光学および電気パラメータへの温度変化の作用を減少する対策を含まなければならない。費用低下と生産台数増加の目的のため、モジュラースケール構造が追求される。
最小1個の光源、最小1つの光伝播路、ポッケルス効果を利用した最小1個のセンサー素子及びと評価素子を具備した、交流電圧を測定するための方法と装置を提案することによって、この目的は解決されている。センサー素子は最小1個の活性センサー部を有する。センサー素子に加えられた電圧は、活性センサー部のＮSA個（1個以上のＮSA）によって降下するので、それぞれの活性センサー部で降下した構成電圧USA,1．．USA,NSAが測定され、以後のプロセスで処理される。センサー素子のNSE個（1以上のNSE）を使用しているので、ここで降下した構成電圧USE．．USE,NSEは合計され、測定対象全体の電圧を確定するため使用される。さらに、構成電圧USE,1..USE,NSEはそれぞれ、構成電圧USA,1..USA,NSAの合計から構成されている。
光源から生じた測定光は、最小2個の検知器クリスタルから成る活性センサー部を貫通する。この活性センサー部で電圧が降下する。測定光は検知器クリスタルを通過後、以後の情報処理のため、送られ、その分極状態は適切な分析の後、検知器クリスタルによって降下した電圧に関する尺度を表す。この場合、電場分布の非均質性に対して測定行程での検知器クリスタルの数NSXは十分な大きさを選択してあり、測定行程の長さは測定対象電圧が降下する行程の長さと同一の長さである。活性センサー部は最小1個の温度に従属した光学素子を含む、この光学素子は特定の光学活性を有する。光学活性の温度従属性は、温度に従属した光学素子で支配的な温度に関する尺度として、測定値の分析に利用される。活性センサー部は次のような形状をしている。つまり、そこに含まれる検知器クリスタルが同一結晶配向内で連続しており、そこを光ビームが貫通する。また、個別結晶内の電気光学効果の作用が合計され、この合計値が、活性センサー部に加えられた電圧を確定するための基準として利用される。活性センサー部は、使用結晶の保持と調整に利用するキャリヤを有する。
活性センサー部によって伝達された光波は検出され、その時々に信号Iとして、目的に応じた評価素子に含まれるアッセンブリを介して信号INに変換される。ここでは、信号Iは特性値として交流部分IACから成り、この特性値は測定対象電圧の周波数と共に時間的に変動し、その時定数はTACと称される。また直流部分IDCの変化は、時定数TDCを有する信号Iの他の特性値として説明される。ここで、時定数TDCは明らかにTACより大きく、INの直流部分は基準信号Vrefの所定の値を取り、また閉調整ループ内の処理で使用した係数Kを確定し、この係数Kを信号Iに乗じて、標準化が行われる。同様に、直流部分の代わりに、尖頭値を検出し、使用することができる。
交流電圧を測定する目的に適した装置は、最小1個の光源、最小1つの光伝播路、ポッケルス効果を利用した最小1個の活性センサー部、評価素子を具備している。活性センサー部は最小2個の電気光学検知器クリスタルを利用し、そこを分極測定光が貫通する。1個の結晶に1個の温度従属光学素子が対応している。分極測定光が貫通する結晶と、温度従属光学素子は、好適には材料Bi4Ge3O12、Bi4Si3O12またはBi12GeO20、Bi12SiO20、あるいは結晶グループ43mまたは23の化合物から成る。
活性センサー部は、唯一の光ビームが貫通できるように、同一の結晶配向内にある多数の連続した検知器クリスタルから成る。検知器クリスタルは、相対した配向状態にするため、目的に応じたキャリヤでビーム貫流方向に調整できる。検知器クリスタルは、軸方向に並列するのが好適である。
センサー素子は、センサー素子に加えられた電圧が（多数の）活性センサー部で構成電圧を降下し、構成電圧の合計が加えられた電圧に等しいように、（多数の）活性センサー部を配置できる装置を含んでいる。保持エレメントと電場制御エレメントを介して、加えられた電圧が個々のセンサー素子で構成電圧を降下するように、センサー素子を結合できる。
この装置は評価素子として、入力信号に係数を乗じて標準化を実施する最小1個のアッセンブリを含む。この場合、この係数は関数ユニットから生じ、入力値は基準信号と係数を乗じた入力信号の差になる。関数ユニットとしては、積分器が好適だが、低域フィルタまたは尖頭値整流器も使用できる。
本発明の利点は、発明による装置がモジュラー構造をしており、基本的な構造変更を実施しなくても、電圧測定装置を種々の電圧レベルに適応できることにある。この方法によって、活性センサー部の個数を増加し、安価な電圧コンバータを実現できる。本発明の他の利点は、多数の検知器クリスタルを使用して、電場強度を不連続に合計すれば、加えられた電圧に近似できることにある。これによって、測定対象電圧をかけるための長い結晶棒を使用しなくてもよい。このため、結晶の体積が小さくなるので、費用を低下できる。温度センサーとして温度従属光学素子を使用すれば、温度従属効果も補正できる。
分析回路の標準化段では、標準化実施用の調整回路が提案されている。この調整回路は、フィードバックなしの方法に対して、フィードバックを使用して部品公差を調整できる。この調整回路によって、以後のアナログおよびデジタル回路を有利に制御できる。
本発明による解決の他の利点は、提案の光学コンバータでは、電圧降下を制御するために不連続分圧器が不要なことである。測定行程での電場強度成分を積分すれば、定義通りの電圧を確定できる。
本発明は以下に、実施例で詳細に説明される。添付図面は次の通りである。
図1：横断方向の電気光学効果を基礎としたポッケルスセルの原理
図2：縦方向の電気光学効果を基礎としたポッケルスセルの原理
図3：電圧測定と温度検出のための拡大ポッケルスセルの原理
図4：電圧測定のための多数の検知器クリスタルの使用
図5：電圧測定装置の原理構造
図6：電圧レベルの適応装置の原理モジュール構造
図7：評価素子の原理構造
図8：分割器を使用した光学信号の通常の標準化
図9：調整済掛け算器を使用した光信号の標準化
電場の測定は周知の方法で、ポッケルスセルを使用して実施できる。図1と図2はポッケルスセルの原理構造を示す。光源31は光波を放出し、光波は分極器11、電気光学素子12、遅延エレメント13、分析器14を介して、光電気コンバータ32に送られる。電気光学素子12として固有の線形二重屈折がない結晶を使用すれば、1／4波長の遅延を含む遅延プレート13を使用して最大感度と線形性を保証する装置の動作点が決定される。横断方向の電気光学効果を利用すれば（図1）、光拡散方向と変調電場は相互に垂直になる。結合した線形分極光波が検知器クリスタル12内の主軸に沿って拡散し、電場Eを加えた場合に光波の分極レベルが結晶の他の電気光学軸に対して45°の角度になるように、縦方向の電気光学効果（図2、電場と光拡散方向は相互に平行に走っている）を利用するため、電気光学結晶12は配置されている。分析器14は、加えられた電場によって位相変調した光学信号を強度変調した信号に変換する。評価素子を介して、受信機32を利用して、強度変調した信号から電場強度Eを測定できる。
図3は、本発明で使用した拡大ポッケルスセルの原理を示す。図1と2と違って、このセルは多数の検知器クリスタルSki（i=1、2．．NSK、2個以上のNSK）から成り、さらにビーム分割器19、温度従属エレメント16、分析器17、受信機33から成る。光源31から活性センサー部21への結合は、光伝播路OS1を介して行われる。21から電気光学コンバータ32か33への結合は、光伝播路OS2またはOS3によって実現される。活性センサー部21を通る光波は、検知器クリスタルSKiの不連続位置で、局部的に支配的な電場強度Eiによって変調される。ビーム分割器19を通過した後、部分波は温度従属光学素子16を介して、分析器17と受信機33に送られる。他の部分波は、ビーム分割器通過後、分析器14と受信機32に直接当たる。ポッケルスセルが縦方向電気光学効果によって動作すれば、検知器クリスタルの個々の変調は、同一結晶配向状態にある時、加算される。個々の変調の合計は2つの長方形部分波の総位相遅延Γとなる。
確定する電圧は、位置AとBとの間のセンサー活性部部分の測定行程で降下する。図4は、測定位置に対する対応電場強度経過（実線）を示す。位置AとBとの間の電圧測定に関する定義に従って、電場強度と経路の積の積分を利用する。
0004127413.tif 000002
電場強度経過がNSK個の段を使用した段関数によって近似される場合、UA,Bは次式になる。
0004127413.tif 000003
ここで、Eiは、diの幅の段i上の検知器クリスタルSKiでの一定電場強度である。式（1）から（2）への移行は、経路方向dlの電場強度成分のみが積分値に影響するという条件で可能である。段の幅diが定数dと同一で、同様に検知器クリスタルの長さliが定数lと等しい場合、（2）から拡張によって式（3）を得る。
0004127413.tif 000004
縦方向の電気光学効果を利用すれば、2つの長方形部分光波の位相の遅れはEiとliに比例する。（A.Yariv、P.Yeh「結晶の光波」を参照のこと）
0004127413.tif 000005
これにより、式（3）と結合すれば、UA,Bは部分位相遅延の合計に比例する。
0004127413.tif 000006
個々の検知器クリスタルによって起こる部分位相遅延を（5）に従って加算する場合、
0004127413.tif 000007
式（4.2）と（5）による総位相遅れΓが測定対象電圧UA,Bに比例する。
従って、十分な数の検知器クリスタルがある場合、電場強度の経路積分の計算による電圧の確定は、不連続電場強度・経路の積の合計に依拠できる。検知器クリスタルを多く使用すればするほど、合計は積分値にもっと正確に近似する。もちろん、この場合も、結晶の費用と表面反射によって起こる損失も増加する。実際には、費用と測定精度の最適化が実施される。
ビーム分割器によって分離した第2の光波は、特定の光活性度を有する温度従属光素子を貫通する。この配置で、検知器クリスタルと遅延プレートにおける線形二重屈折の温度従属エラーを補正する補正係数を得ることができる。
図5は、光源と評価素子30およびセンサー素子20から成る電圧測定用装置の構造図を示す。センサー素子20はNSA個の活性センサー部21-Xと、保持および電場制御エレメント22から成る。センサー素子20と分析装置30との間の光伝播路は、まとめてOSと称する。光センサー素子に、伝播路OSを介して光波が送られる。最小2つの光波が、伝播路OSを介してセンサー素子20から評価素子30に戻される。評価素子は、活性センサー部21-1．．21-NSAに加わる電圧USA,1．．USA,NSAの合計に関する尺度U’を生じる。
図6は、センサー素子20-X（X=1，2．．NSE）がそれぞれ、正確に活性センサー部21を含む場合の、電圧レベルへの適応用のモジュラー構造の例を示す。従って、この場合、NSEはNSAに等しくなる。評価素子30-Xで確定したセンサー素子の部分圧U1’、U2’．．．UNSE’が、ユニット35での合計によって総システム電圧Uに比例する値U’を発生するように、センサー素子20-Xは配置されている。ユニット35は評価素子30の一部、または30から分離したユニットでもよい。
本実施例では、検知器クリスタルとして、立方形の結晶システムのクラス43mに属するBi4Ge3O12が使用されている。この結晶は固有の線形二重屈折を有しないし、光活性度を有しない。光活性度がないので、同一種類の多数の検知器クリスタルを構成上簡単な方法で連続して配置できる、それによって、個別結晶での誘導線形二重屈折Γiの形の縦方向のポッケルス効果の作用を合計して、拡散する長方形部分波の総位相遅延Γを得ることができる。図3では、分極器11は、結晶全てが同一の配向を有する検知器クリスタルの電気光学軸に対して45°の角度で位置し、また分析器14が入力分極器に交差して配置されているので、受信機32で次式に従って強度I1を検出できる。
0004127413.tif 000008
ここで、Γは部分光波の間のポッケルス効果による位相遅延であり、部分光波は第1または第2電気光学軸に沿って分極され、さらに光分散が第3電気光学軸の方向に起こる。
I1,DCは受信機で検出した強度I1の直流部分である。Γは個々の検知器クリスタルでの部分位相遅延Γiの合計から計算される。ここで、NSKは使用した検知器クリスタルの数である。
0004127413.tif 000009
個々の検知器クリスタルの部分位相遅延Γiは縦方向電気光学効果により得られ、次式のようになる。
0004127413.tif 000010
ここで、
ｎ0：屈折率、
λ0：光波の波長
ｒ41：電気光学定数
Ez,i：結晶iでの光波の拡散方向の電場成分
li：電気光学結晶での光経路の長さ
図3における第2の部分ビームは、温度従属光学素子16と分析器17を介して、受信機33に送られる。例えば、Bi12GeO20を温度従属光学素子16として使用する場合、固有の光学活性の温度従属性を利用して、温度に関する尺度を確定できる。この場合、通過光波の分極レベルはΔTの温度変化でΔθ分回転する。受信機33では、次式により、直流部分I2,DCを含む標準化光強度I2を検出できる。
0004127413.tif 000011
ここで、角度θは、基準温度θ0と温度変化によって起こる部分Δθでの光学活性による分極レベルの回転によって構成されている。
0004127413.tif 000012
分析器は、角度θ0に対して45°＋Δθmaxの角度の方向にある。Δθmax分の追加回転によって、間隔［−Δθmax，＋Δθmax］内のΔθの変化は常に、符号変化なしの出力信号I2
の変調を発生する。
光源と受信機との間の光伝播路での減衰作用を補正するため、信号I1とI2を直流部分と交流部分に分解し、標準化を次の規則に従って実施すれば、有利である。
0004127413.tif 000013
上記の式で、Γは20Hz〜20kHzの周波数範囲の交流信号であり、これに対して、Δθは20Hz未満の周波数範囲の測定装置の熱時定数の範囲で「徐々に」にしか、変化しない。
信号IINとI2Nを時間間隔τ全体で積分し（τは熱時定数よりも明らかに小さく、交流信号Γの下限周波数の周期よりも明らかに大きい）、相互に割れば、次の値T21を得る。
0004127413.tif 000014
Δθ＋Δθmax<<1の変化の場合、正弦関数はその引数によって線形に近似できる。（13）から次式を得る。
0004127413.tif 000015
Δθが温度に応じて近似的に線形に変化し、該当の間隔で逆関数を数学的に確定できるので、温度はΔθを介して確定できる。基準温度に対する温度変化に関して確定された尺度を利用して、信号の温度特性を補正できる。I1Nの逆正弦（関数）を形成すれば、温度補正のため係数KTで訂正できる出力信号Aを得る。係数KTは、目盛りによって判明する。
0004127413.tif 000016
従って、信号Aはセンサー素子の総位相遅延Γと測定位置で支配的な電場強度の合計に比例する。
前記方法の前提は、電圧の定義式（1）から式（2）へ移行する場合、経路方向にある電場強度成分だけが（1）の積分値に影響することである。検知器クリスタル内の光拡散方向を積分経路方向に対して平行に選び、測定光が検知器クリスタル内の光学主軸に沿って拡散すれば、立方形結晶を使用する場合、電場成分のみが、測定光の拡散方向に平行している式（2）の合計に影響する。これを示すため、光拡散方向に応じた屈折率の説明モデルとして指示曲線を利用する。指示曲線の数学式（A. Yariv, P.Yeh「結晶内の光波」を参照のこと）は次のようになる。
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ここで、方向xは結晶方向<100>に一致し、方向yは<010>に一致し、方向zは<001>に一致する。さらに、光拡散をz方向に考えれば、xy平面の指示曲線の交点が座標原点を通る。このことは、数学的には、条件z=0の場合を説明している。
この場合、指示曲線は次のように変化する。
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次式を使用して、（x，y）から（x’，y’）への座標変換を実施した後、
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（21）と（22）式の通りに（r41のもっと高いべき数を含む項を無視して）x’とy’方向に沿った屈折率nx’とny’を使用して、（17）の指示曲線は式（20）によって説明できる。
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（21）と（22）に、結晶内の主軸に沿ったz方向の光拡散の場合、指示曲線が拡散方向の電場成分によって主に影響されることが示されている。他の電場成分も指示曲線に影響するので、nx’とny’の差に比例する位相遅延は、この場合、局部電場強度に関する尺度とみなせない。
すなわち、（15）の信号Aは、活性センサー部21の測定行程である検知器クリスタルによって降下する電圧UABに比例する。
電圧レベルの適応のため、多数のセンサー素子により総合電圧降下を分割すれば（図6）、センサー素子の部分圧を合計して、総合電圧が得られる。
センサー素子が唯一の検知器クリスタルを含んでいれば、この場合、検知器クリスタルによって降下した電圧が測定されず、電場強度成分だけが測定される。電圧センサーは電場強度成分用のセンサーとして使用できる。
図7は評価素子30を示す。評価素子30は光源31と最小2個の電気・光学コンバータ32と33を含んでいる。この信号はアッセンブリ40によって前処理され、多チャンネルADコンバータ51によってデジタル化され、コンピュータ53で処理され、DAコンバータ52を介して出力値Aとして利用できる。後段ADコンバータを十分制御できるように、アッセンブリ40では、受信機32と33によって検出した信号が標準化される。この目的のため、通常、アナログ分割器とアナログ高域および低域フィルタ、あるいは高域または低域フィルターの代わりに減数器が使用されている。このような装置は数学関数を直接実現し、その一例は図8に示す。光学減衰の時間的変化を被る強度変調信号を光伝播路で伝達する光学センサーでは、標準化が通常採用される。さらに、同様に、受信機のコントラストの影響を除去できる。通常使用する回路には、光源と受信機との間の光伝播路上で減衰が増加すれば、分割器がもはや十分に制御されなくなるか、他方光伝播路上で減衰が減少すれば、過変調される欠点がある。従って、電子機器によって、エラーが発生する。フィードバックループに統合される掛け算器を使用して、問題を解決でき、これにより、部品の公差を調整ループによって調整できる。実際には、十分な精度を有する市販の部品を入手できないので、公差の調整が必要である。
図9は回路の基本構造を示す。標準化対象入力信号Iは最初の係数として掛け算器MULに送られ、掛け算器用の第2の係数は、関数ユニットINTによって、掛け算器MULの出力信号と基準値Vrefから得られる。関数ユニットは実施例では、積分器でもよい。この場合、積分器は掛け算器用の第2の係数として調節値を発生する。この調節値は、出力信号のDC部分をVrefによって予設定される値に調整する。信号IのAC部分は、DC部分の調整の場合と同一の係数を使用して目盛りを取る。他の実施例では、関数ユニットINTは尖頭値整流器である。この場合、入力信号は特定の係数で目盛りを取っているので、INの尖頭値はレベルVrefに対応する。掛け算器は、他の電圧制御した係数リンクによっても実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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