[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

说明书

本发明涉及量子传感技术领域，方案为一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，相比于现有技术，本发明提供了新的电流计算方法，其基于零磁场下ODMR线性区特征以及信号变化输出波形的二倍频量与电流成定比的特点，可以进行交流电的精确测量，该种测量方式针对交流电测量的处理过程更加简便，容易实现，同时其对外界磁场的抗干扰性增强，提高了检测结果的精确度；该电流计算方法还可事先按一定精度建立数据表，通过数据表可快速进行电流测量，该法可提高测量结果读出速度，且极大降低处理单元的压力。

技术领域

本发明涉及量子传感技术领域，具体涉及到一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器。

背景技术

金刚石NV色心在激光的泵浦下表现出较强的荧光，并在室温下可观测到其零声子线，因而可作为纳米尺寸的传感器，用于磁场、电场、温度等物理量的测量，其中，利用NV色心进行电流传感的研究也越来越多。

公开号为CN113804941A的中国专利公开了一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器以及测量方法，包括有激光激发及反射光接收分析设备、金刚石NV色心探头、聚磁器以及微波激发设备，该互感器包括三种测量方法，即全光学测量法、非全光学测量法以及结合测量法；本发明的传感器结构简单，实用性强，并且可以抵抗外界干扰，体现很强的鲁棒性，本发明的光纤只用于激发光的传输以及荧光的收集，所以光纤的弯折扭曲在一定程度上不会对探测结果造成影响，使用起来更加便利，本发明还可以通过优化金刚石中的NV色心浓度以及自旋性质，继而显著的提高磁场测量的灵敏度，为更高精度的电流测量提供了可能性。

上述专利公开了一种非全光学的电流计算方法，其通过测量ODMR两峰之间频率差计算出外界磁场，再通过毕奥萨伐尔定律计算出电流大小，但是这种方法只适用于直流电的测算，对于交流电而言，由于磁场时刻变换，实时测量其ODMR谱线的效率非常低，且对于处理器的内存消耗大，导致前述方法不易于实现，且前述方法中，外界磁场对于测量结果的准确度干扰较大。

基于此，本发明设计了一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，以解决上述问题。

发明内容

本发明提出了一种基于量子传感技术的交流电计算方法及量子电流互感器，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于量子传感技术的交流电计算方法，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：