[发明专利]一种基于原子自旋调节矢量光场的电流传感器

说明书

本发明的一种基于原子自旋调节矢量光场的电流传感器，包括沿着对称光轴O₁O₂依次放置的外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片、圆环形碱金属原子气室和光束偏振分析器，圆环形碱金属原子气室设置在被检测电流产生的磁场区域内，外反射式圆锥面反射镜的反射锥面与内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，且反射锥面均与对称光轴O₁O₂成45°夹角。本发明基于电流产生磁场的物理行为，将电流磁效应和全光法弱磁检测技术相结合，通过光学方法检测电流磁效应，进而得到电流信息，光场不能存在电磁干扰行为，不容易受到外界电磁影响。

技术领域

本发明属于电流传感器技术领域，具体来说是一种基于原子自旋调节矢量光场的电流传感器。

背景技术

电流指单位时间里通过导体任一横截面的电量，在导体中的自由电荷在电场的作用下做有规则的定向运动就可以形成了电流。电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，电流传感广泛存在于电子系统、电力传输、变压站、防雷、电气工程、自动化、物联网、供电系统、生命科学等领域中，并且发挥重要的作用，特别是高灵敏度弱电流检测在生命健康、神经科学、自动化、物联网等领域的需求越来越突出。

在先技术中，存在多种电流传感器，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等，其中，电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器、变频功率传感器等；电子式电流互感器没有铁磁饱和，传输频带宽，二次负荷容量小。参见美国授权专利“Hall effect current sensor”，专利号：US10,823,764 B2,专利授权时间：2020年11月3日，尽管电流传感器在先技术具有一定的优特，但是，仍然存在一些本质不足：1）基于电磁场传播特性进行电流检测，在抗电磁干扰特性上存在本质上不足，容易受到外界电磁影响；2）当电流垂直于外磁场通过时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，利用电势差进行电流感知，检测灵敏度存在本质限制，无法实现高灵敏度电流传感；3）在现技术使用过程中，需要与被检测电流导体进行一定的空间放置要求，甚至需要传感装置套在电流导线上，严重限定了电流传感的适用范围，使用灵活性收到显著影响，并且难于实现电流方向确定；4）感知机理基于电磁场转换，电磁场与电子参数之间的转换，传感系统时间动态响应范围较小，检测区间也存在一定受限范围，检测性能难于根据具体应用情况进行调节。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有的输水管路的地表段容易冻住从而影响管理通畅性的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于原子自旋调节矢量光场的电流传感器，包括沿着对称光轴O₁O₂依次放置的外反射式圆锥面反射镜、圆柱筒形曲面偏振器、内反射式锥面反射镜、入射二分之一波片、出射二分之一波片、圆环形碱金属原子气室和光束偏振分析器，所述圆环形碱金属原子气室设置在被检测电流产生的磁场区域内，所述外反射式圆锥面反射镜的反射锥面与内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，且外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和内反射式圆锥面反射镜的反射锥面均与对称光轴O₁O₂成45°夹角。

优选的，所述外反射式圆锥面反射镜反射入射光束形成的径向传播光束与圆柱筒形曲面偏振器的圆柱曲面相垂直。

优选的，所述径向传播光束经过圆柱筒形曲面偏振器后被内反射式圆锥面反射镜反射形成矢量圆环形光束，所述入射二分之一波片和出射二分之一波片与对称光轴O₁O₂垂直，并且依次位于圆环形矢量光束传播光路上。