基于金刚石NV色心的光纤电流互感器及测量方法技术

本发明专利技术涉及电流传感器技术领域，方案为一种基于金刚石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；本发明专利技术的传感器结构简单，实用性强，并且可以抵抗外界干扰，体现很强的鲁棒性，本发明专利技术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，本发明专利技术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。了可能性。了可能性。

【技术实现步骤摘要】
基于金刚石NV色心的光纤电流互感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及电流传感器
，具体涉及到一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器及测量方法。

技术介绍

[0002]对于电流传感，目前有各种探测手段，比如通电导体会在磁场中做机械运动，继而出现了原始的机械式电流表，也有将电流转化为热的热电偶式仪表，但是这些测量仪器或者传感器会与测量对象进行串联接触式的探测，结果会改变电路或者通电设备的工作状态，很难实现对正常工作的电路或者通电导体中的电流进行准确探测。为了解决这个问题，后来提出了非接触式的电流测量，即利用电流的磁效应，将电流测量转换为磁场测量，最后电流测量的精度也就转换为磁场探测的精度。
[0003]对于磁场测量，相比于传统基于霍尔效应等电学原理的磁场传感，光纤磁场传感最近几十年才发展起来。到目前为止基于光纤的磁场探测主要有两种：一种是利用某种介质使得光和磁场发生磁致旋光效应，紧接着探测偏振光的偏振特性改变，另一种是利用磁场敏感材料，比如磁致伸缩材料，磁流体等，这些材料的特征在于其形貌会随着磁场发生变化，利用光纤干涉系统来测出位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器，其特征在于，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(12)以及微波激发设备；激光激发及反射光接收分析设备，用于将激光传输至金刚石NV色心探头中，并对金刚石NV色心探头反射回来的混合激光束进行筛分，对留存的NV色心反射荧光进行数据分析；金刚石NV色心探头，其设置于激光激发及反射光接收分析设备的原始激光束输出端，用于接收原始激光束并反射产生混合激光束；聚磁器(12)，其置于待测通电导体的外围，用于增大待测通电导体外围的磁场；微波激发设备，其微波激发部分环绕在金刚石NV色心探头或聚磁器的外围，用于进行微波扫频。2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器，其特征在于：所述激光激发及反射光接收分析设备包括激光器(1)、反射镜(2)、双色片(3)、光纤耦合器(4)、滤波片(5)、光纤(6)、光电探测器(7)、荧光分析处理器(10)以及电脑(11)，使用时，所述激光器(1)对着反射镜(1)发射原始激光束，经过反射的原始激光束通过双色片(3)二次反射后经一个光纤耦合器(4)耦合后进入光纤(6)，最后进入金刚石NV色心探头，金刚石NV色心探头受原始激光束照射后产生反射荧光，该反射荧光与原始激光束组成混合激光束，混合激光束沿光纤(6)返回，经过双色片(3)的过滤作用，混合激光束中的反射荧光穿透双色片(3)，该部分反射荧光再经滤波片(5)二次过滤后得到检测荧光，得到的检测荧光经过另一个光纤耦合器(4)耦合后进入与光电探测器(7)连接的光纤中，光电探测器(7)对检测荧光进行探测，并将探测数据传输进入荧光分析处理器(10)中进行信号分析和处理。3.根据权利要求2所述的一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器，其特征在于：所述金刚石NV色心探头包括含高浓度NV色心的金刚石(14)，所述金刚石(14)通过熔接或粘结的方式设置在光纤(6)的端面中部。4.根据权利要求2所述的一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器，其特征在于：所述光电探测器(7)为雪崩二极管或光电二极管，所述荧光分析处理器(10)为锁相放大器。5.根据权利要求2所述的一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器，其特征在于：所述微波激发设备包括微波天线(8)以及微波源(9)，所述微波天线(8)为环绕在金刚石NV色心探头外围或聚磁器外围的线圈，使用时，微波源(9)产生调幅的微波，其可以对NV色心发射的荧光进行调制，而荧光被光电探测器(7)接收，最终作为荧光分析处理器(10)的输入信号，同时微波源(9)输出的射频信号作为荧光分析处理器(10)的参考信号。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器的测量方法，其特征在于，包含全光学测量法、非全光学测量法以及两种方法结合使用的测量方法，其中：1)全光学测量法测量大电流的通电导体时，将聚磁器置于待测通电导体的外围，将金刚石NV色心探头置于聚磁器的聚磁气隙中，且使得金刚石(14)的[100]晶向与聚磁气隙内的磁场平行，激光激发及反射光接收分析设备发射原始激光束，通过原始激光束照射金刚石(14)，金刚石(14)反射的荧光返回激光激发及反射光接收分析设备中，通过分析反射荧光强弱变化进而估算出外界磁场的大小，进而计算出导体中的电流大小；2)非全光学测量法
测量小电流的通电导体时，将聚磁器置于待测通电导体的外围，将金刚石NV色心探头置于聚磁器的聚磁气隙中，且使得金刚石(14)的[100]晶向与聚磁气隙内的磁场平行，激光激发及反射光接收分析设备发射原始激光束，通过原始激光束照射金刚石(14)，与此同时启动微波源(9)，微波源(9)产生调制的微波并且将相同调制频率的射频作为荧光分析处理器(10)的参考信号，通过调制的微波对NV色心发射的荧光进行扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博文，张少春，
申请(专利权)人：安徽省国盛量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：