[发明专利]基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器

权利要求书

1.一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、绘制零磁场ODMR谱线：

搭建基于量子传感单元的交流电检测系统，该量子传感单元包含具备固定能级系统的量子系统，在模拟导体不通电的情况下，检测系统工作通过微波扫频得出该量子系统处于零磁场下的ODMR谱线；

S2、选定微波工作频率，生成数据输出波形：

找出前述ODMR谱线的线性近似区间，确定该线性近似区间所对应的微波频率区间，称为零磁场微波频率区间，在零磁场微波频率区间内选定一值作为检测系统的微波工作频率，同时在模拟导体内通入标准交流电，量子传感单元检测模拟导体周围产生的磁场信息得到传感反馈信号 ，检测系统根据传感反馈信号生成数据输出波形，生成的数据输出波形的波形公式如下：

；

其中，、均为常数，为交流电处于幅值时产生的磁场，为外界干扰磁场，为交流电角频率，且= ，其中为交流电频率， 为相位，为时间；

S3、提取二倍频量的幅值：

对前述波形公式进行平方处理，再进行傅里叶变换，提取二倍频量的幅值，即，将二倍频量的幅值与模拟导体内标准交流电的幅值进行标定；

S4、拟合校准曲线及校准关系式：

调节标准交流电的大小，采集不同标准交流电下所提取的二倍频量的幅值，以采集的二倍频量的幅值及与其对应的标准交流电的幅值作为坐标绘制函数图像，采用多项式拟合法将其函数表达式拟合出来，得到校准曲线和校准关系式；

S5、实际检测：

实际检测时，量子传感单元检测待测通电导体周围磁场，检测系统按前述方法提取出二倍频量的幅值，并结合校准曲线得到待测通电导体内的交流电幅值大小，同时检测系统提取出数据输出波形中的相位，进而最终得到待测通电导体内的交流电大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，在此区间内选择距离ODMR谱线中心频率最远的数值作为微波工作频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S2中，确定好零磁场微波频率区间后，再在模拟导体内通入不同大小的标准直流电，分别对应测出ODMR谱线，并按同样方式确定不同ODMR谱线的线性近似区间所对应的微波频率区间，将其与零磁场微波频率区间进行交集比对，确定零磁场微波频率区间所能适应的最大电流，将其作为交流电检测系统的检测极限值，同时将其作为通入模拟导体内的标准交流电的极限值。

4.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，得出校准关系式后，确定交流电检测系统的电流检测区间，并将此区间按精度要求划分为若干组采样电流代入校准关系式中进行计算采样，并将各采样电流与所得二倍频量的幅值一一对应以建立数据表，实际检测时，根据实测得到的二倍频量的幅值，查询数据表可得出待测导体内电流大小。

5.根据权利要求4所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，数据表的建立以及后续查表工作通过FPGA实现。

6.根据权利要求1所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，所述量子系统为金刚石NV色心以及碱金属原子。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于量子传感技术的交流电计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述交流电检测系统包含激光单元、光路单元、量子传感单元、微波单元、数据采集单元、数据处理单元、标准电流单元以及模拟导体，所述激光单元、数据采集单元、微波单元以及标准电流供电单元分别与数据处理单元电性连接，所述标准电流单元与模拟导体电性连接，使用时，激光单元产生激发光并通过光路单元作用于量子传感单元，微波单元产生调制微波作用于量子传感单元，量子传感单元对通电的模拟导体周边的磁场进行探测并产生反馈荧光，反馈荧光经光路模块被数据采集单元采集形成反馈信号，数据处理单元对反馈信号进行处理分析。