量子电流互感器测量采集系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种量子电流互感器测量采集系统，包括：微波源；锁相放大器，与微波源连接；电流传感器，与锁相放大器连接；集成电路，具有多个第一接口、至少一个第一控制接口、至少一个第二控制接口与至少一个第三控制接口，多个第一接口与锁相放大器连接，第一控制接口与微波源连接，第二控制接口与电流传感器连接，第三控制接口与锁相放大器连接，集成电路用于接收来自锁相放大器的模拟信号，集成电路能够将模拟信号转换为数字信号并且将数字信号进行处理得到测量结果，集成电路用于与电子计算机连接，集成电路能够将测量结果以电信号的形式发送至电子计算机。号的形式发送至电子计算机。号的形式发送至电子计算机。

【技术实现步骤摘要】
量子电流互感器测量采集系统


[0001]本技术涉及精密电流信号测量
，具体而言，涉及一种量子电流互感器测量采集系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着量子精密测量技术的发展，相关的量子探测技术逐渐成熟。金刚石NV色心探测器作为典型的量子探测器，具体可以是磁传感器。高灵敏度的磁传感器可以精确测量交变电流引起的磁场变化，从而获得高精度的电流幅度、相位信息。通常情况下传感器输出的模拟信号十分微弱，且环境复杂、噪声大，因此需要锁相放大器来对信号进行处理，锁相放大器能够对特定频率下的微弱信号进行提取放大，将放大后的信号经过模拟数字变换转换为数字信号，再通过信号处理可以获取相关的微弱信号信息，从而实现对电流的精密测量。
[0003]相关技术中，如图1所示，微波源110
’
、锁相放大器120
’
以及电流传感器130
’
均需要与电子计算机170
’
连接。在测量过程中需要进行多种仪器的控制及参数设置以使得各仪器能够协调工作，并需要对锁相放大器120
’
的模拟信号进行数字化并进行相应的计算从而得到测量结果。锁相放大器120
’
模拟信号的数字化需要额外的数据采集卡140
’
和时钟发生器150
’
。
[0004]在实现本技术的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在如下问题：数据采集卡140
’
将数字化后的信号传输给电子计算机170
’
，然后再在电脑软件中进行数字处理，这种设计方式效率低且集成度也较低。

技术实现思路

[0005]为了解决或改善上述技术问题至少之一，本技术的目的在于提供一种量子电流互感器测量采集系统。
[0006]为实现上述目的，本技术提供了一种量子电流互感器测量采集系统，包括：微波源；锁相放大器，与微波源连接；电流传感器，与锁相放大器连接；集成电路，具有多个第一接口、至少一个第一控制接口、至少一个第二控制接口与至少一个第三控制接口，多个第一接口与锁相放大器连接，第一控制接口与微波源连接，第二控制接口与电流传感器连接，第三控制接口与锁相放大器连接，集成电路用于接收来自锁相放大器的模拟信号，集成电路能够将模拟信号转换为数字信号并且将数字信号进行处理得到测量结果，集成电路用于与电子计算机连接，集成电路能够将测量结果以电信号的形式发送至电子计算机。
[0007]根据本技术提供的量子电流互感器测量采集系统的实施例，微波源、锁相放大器以及电流传感器不直接与电子计算机连接，相关的仪器控制、参数设定及锁相放大器的数据采集、计算均通过集成电路完成，用户只需要通过电子计算机读取测量结果即可。这种设计方式，效率高，实时性强，且集成度高。
[0008]具体而言，量子电流互感器测量采集系统包括微波源、锁相放大器、电流传感器和
集成电路。其中，微波源是产生参考正弦信号的装置，用于锁相放大器的参考输入。锁相放大器与微波源连接。锁相放大器与电流传感器连接。锁相放大器能够对特定频率下的微弱信号进行提取放大。可选地，电流传感器为金刚石NV色心探测器。NV色心(nitrogen
‑
vacancy center)是金刚石中的一种发光点缺陷。一个氮原子取代金刚石中的碳原子，并且在临近位有一个空位，这样的点缺陷被称为NV色心。金刚石NV色心探测器作为典型的量子探测器，具体可以是磁传感器。高灵敏度的磁传感器可以精确测量交变电流引起的磁场的变化，从而获得高精度的电流幅度、相位信息。通常情况下传感器输出的模拟信号十分微弱，且环境复杂、噪声大，因此需要锁相放大器来对信号进行处理，锁相放大器能够对特定频率下的微弱信号进行提取放大，将放大后的信号经过模拟数字变换转换为数字信号，再通过信号处理可以获取相关的微弱信号信息，从而实现对电流的精密测量。
[0009]基于NV色心量子电流互感器(本技术中的电流传感器)和锁相放大器的精密电流测量的原理是通过探测电流产生的磁场标定电流的大小。NV色心量子测量体系利用光学探测磁共振(ODMR)技术，通过扫描NV色心的ODMR荧光光谱来测量磁场的大小。基于量子效应，单个轴向的NV色心ODMR荧光光谱会产生两个峰，假定两个峰的中心频率分别为f
+
和f
‑
，NV色心所探测的磁场大小B与频率的关系式为：D是零场劈裂并且随着温度的变化而变化，通常D取值为2.87GHz。E是电场强度。当传感器工作在线性区域时，采集到的光电压值与ODMR频率成正比，即此时当外界磁场发生变化，光电压值的变化量对于交流的电流源信号，其电流大小为：可以得到NV色心探头处磁场的大小为：其中为电流信号产生的磁场，B1为周围的环境磁场。锁相放大器所探测的信号值为：我们对探测信号进行平方处理得到(ΔS)2＝E2+B2，带入磁场大小公式整理可得：
[0010][0011]对上式进行傅里叶变换可以提取出二倍频(2ωt)量B0和相位量然后通过拟合公式查表推算出互感器所测的电流的大小值。
[0012]进一步地，集成电路具有多个第一接口、至少一个第一控制接口、至少一个第二控制接口与至少一个第三控制接口。多个第一接口与锁相放大器连接。集成电路通过多个第一接口与锁相放大器连接。第一接口可以理解为数据接口。集成电路用于接收来自锁相放大器的模拟信号，集成电路能够将锁相放大器的模拟信号转换为数字信号并且将数字信号进行处理得到测量结果。可选地，测量结果为电流值。进一步地，第一控制接口与微波源连接；第二控制接口与电流传感器连接；第三控制接口与锁相放大器连接。值得说明的是，第一控制接口的数量为至少一个，即第一控制接口可以是一个、两个或者多个，根据实际需求对第一控制接口进行灵活设置；第二控制接口的数量为至少一个，即第二控制接口可以是一个、两个或者多个，根据实际需求对第二控制接口进行灵活设置；第三控制接口的数量为至少一个，即第三控制接口可以是一个、两个或者多个，根据实际需求对第三控制接口进行
灵活设置。进一步地，集成电路用于与电子计算机连接，集成电路能够将测量结果以电信号的形式发送至电子计算机。具体地，集成电路将电流值作为测量结果以电信号的形式发送至电子计算机。用户可以通过电子计算机查看测量结果。
[0013]本技术限定的技术方案中，微波源、锁相放大器以及电流传感器不直接与电子计算机连接，相关的仪器控制、参数设定及锁相放大器的数据采集、计算均通过集成电路完成，用户只需要通过电子计算机读取测量结果即可。这种设计方式，效率高，实时性强，且集成度高。
[0014]可选地，第一控制接口为USB接口，集成电路通过USB接口对微波源进行控制和配置；第二控制接口为网口，集成电路通过网口对电流传感器进行控制和配置；第三控制接口为串口，集成电路通过串口对锁相放大器进行控制和配置。
[0015]另外，本技术提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：
[0016]在上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子电流互感器测量采集系统，其特征在于，包括：微波源(110)；锁相放大器(120)，与所述微波源(110)连接；电流传感器(130)，与所述锁相放大器(120)连接；集成电路(140)，具有多个第一接口(1511)、至少一个第一控制接口(165)、至少一个第二控制接口(166)与至少一个第三控制接口(167)，多个所述第一接口(1511)与所述锁相放大器(120)连接，所述第一控制接口(165)与所述微波源(110)连接，所述第二控制接口(166)与所述电流传感器(130)连接，所述第三控制接口(167)与所述锁相放大器(120)连接，所述集成电路(140)用于接收来自所述锁相放大器(120)的模拟信号，所述集成电路(140)能够将所述模拟信号转换为数字信号并且将所述数字信号进行处理得到测量结果，所述集成电路(140)用于与电子计算机(170)连接，所述集成电路(140)能够将所述测量结果以电信号的形式发送至所述电子计算机(170)。2.根据权利要求1所述的量子电流互感器测量采集系统，其特征在于，所述集成电路(140)包括：采集同步电路(150)，多个所述第一接口(1511)设于所述采集同步电路(150)，所述采集同步电路(150)用于接收所述模拟信号并且将所述模拟信号转换为所述数字信号；信号处理电路(160)，与所述采集同步电路(150)连接，所述第一控制接口(165)、所述第二控制接口(166)以及所述第三控制接口(167)均设于所述信号处理电路(160)，所述信号处理电路(160)能够将所述数字信号进行处理得到电流值，所述信号处理电路(160)与所述电子计算机(170)连接，所述信号处理电路(160)将所述电流值作为所述测量结果以电信号的形式发送至所述电子计算机(170)。3.根据权利要求2所述的量子电流互感器测量采集系统，其特征在于，所述信号处理电路(160)具有接插件(162)，所述采集同步电路(150)通过所述接插件(162)与所述信号处理电路(160)可拆卸连接。4.根据权利要求3所述的量子电流互感器测量采集系统，其特征在于，所述信号处理电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，仇茹嘉，王鑫，杨海涛，陈艺，高昌盛，陶海红，陈敬华，杨晨晨，杨平香，杜西民，
申请(专利权)人：蒙涛克科技上海有限责任公司，
类型：新型
国别省市：