一种恒定电流测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种恒定电流测量系统，通过电流源给标准磁场线圈供电，产生磁场，用高精度的原子磁强计测量磁场线圈产生的磁场，原子磁强计把磁场信号转变为频率信号，从而把电流测量转为频率测量，基于频率测量具有较高的准确度，从而可以提高电流测量的准确度；由此可见，本发明专利技术设计的高精度电流测量系统准确度高，能够实现对恒定电流的精确测量，比传统的方法可以提高2个数量级以上。以提高2个数量级以上。以提高2个数量级以上。

【技术实现步骤摘要】
一种恒定电流测量系统


[0001]本专利技术属于磁场计量
，尤其涉及一种恒定电流测量系统。

技术介绍

[0002]现在高精度电流测量主要用于电学和磁学计量领域，然而高精度恒定电流一般通过在回路中串联高精度的标准电阻，用高精度电压表测量标准电阻的电源，采用这种方法受电阻本身发热的影响，测量精度相对不高；对大功率电流测量，必须降低电阻阻值，电阻阻值减少，误差变大，从而使电流测量的准确降低。高精度的标准电阻需要经过长期稳定性考核，才能得到最高的准确度，标准电阻的最高准确度只能达到1ppm左右，大部分高精度标准电阻都在100ppm左右。
[0003]电流测量各种物理、化学效应中有着广泛的应用，比如电效应、磁效应、热效应、化学效应等，其中应用最广、用的最多的还是电效应和磁效应。高精度恒流电流测量在电学计量、磁学计量、磁场产生等领域有着广泛的应用。
[0004]现有技术电流测量，对低精度的电流测量，采用电流表直接测量；可以达到0.1％的测量精度，对于高精度的电流测量，采用电阻值和温度系数稳定的导体材料制成的标准电阻，通过高精度电压表测量标准电阻两端电压，最高可以达到1ppm的量级。也就是说，现在电流的测量严重依赖标准电阻的准确度，新制作的标准电阻一般只能达到0.01级，作为0.01级标准使用，标准电阻量值必须经过长时间的稳定考核，经过计量后才能达到预定的技术指标，因此，若标准电阻的准确度不高，将导致测量的电流准确度也不高。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中采用标准电阻测量电流准确度不高的问题，本专利技术提供一种恒定电流测量系统，采用双磁强计把电流信号转换为频率信号，消除了磁场变化引起的误差，并能实现对恒定电流的精确测量测量。
[0006]一种恒定电流测量系统，包括处理模块、绕线骨架、在绕线骨架两端对称绕制的第一线圈绕组和第二线圈绕组、位于绕线骨架内部且位于两个线圈绕组的均匀区的原子磁强计，其中，第一线圈绕组和第二线圈绕组的尺寸匝数相同，反向串联，绕线骨架与两个线圈绕组构成的磁场线圈倾斜放置，且磁场线圈的轴线与地磁场轴线重合；
[0007]所述磁场线圈用于通过外部电流源提供的驱动电流产生磁场，两个原子磁强计用于把磁场信号转变为拉莫尔进动频率；所述处理模块用于根据拉莫尔进动频率获取磁场线圈中通过的驱动电流。
[0008]进一步地，磁场线圈中通过的驱动电流I的计算方法如下：
[0009][0010]其中，f1和f2分别为两个原子磁强计获取的拉莫尔进动频率，K
B
为第一线圈绕组和第二线圈绕组的线圈常数，两个线圈绕组的线圈常数相同，γ
He
为He的旋磁比。
[0011]进一步地，当需要更高的电流准确度时，两个原子磁强计为He
‑
Cs磁强计；当需要更高的电流稳定度时，两个原子磁强计为光泵磁强计或原子光学磁强计。
[0012]进一步地，所述磁场线圈材料采用石英材料。
[0013]进一步地，第一线圈绕组和第二线圈绕组均为螺线管结构。
[0014]有益效果：
[0015]1、本专利技术提供一种恒定电流测量系统，通过电流源给标准磁场线圈供电，产生磁场，用高精度的原子磁强计测量磁场线圈产生的磁场，原子磁强计把磁场信号转变为频率信号，从而把电流测量转为频率测量，基于频率测量具有较高的准确度，从而可以提高电流测量的准确度；由此可见，本专利技术设计的高精度电流测量系统准确度高，能够实现对恒定电流的精确测量，比传统的方法可以提高2个数量级以上。
[0016]2、本专利技术提供一种恒定电流测量系统，对测量电流的准确度较高时采用He
‑
Cs磁强计提高电流测量的准确度；对测量电流的稳定度较高时采用光泵磁强计或原子光学磁强计等高灵敏度原子磁强计，高灵敏度原子磁强计稳定度高，频响高，提高电流测量的稳定度；由此可见，本专利技术根据测量电流所要求的不同参数选择不同类型磁强计，尤其是通过高准确的He
‑
Cs磁强计或者光泵磁强计测量电流产生磁场，把电流信号转换为频率信号，能够提高测量精度。
[0017]3、本专利技术提供一种恒定电流测量系统，磁场线圈材料采用石英材料，石英材料稳定度高，可以保证磁场线圈的尺寸稳定性，
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供一种恒定电流测量系统的原理框图；
[0019]1‑
磁场线圈、2
‑
原子磁强计、3
‑
第一线圈绕组、4
‑
第二线圈绕组、5
‑
线圈骨架、6
‑
第一原子磁强计、7
‑
第二原子磁强计。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0021]如图1所示，一种恒定电流测量系统，包括处理模块、绕线骨架、在绕线骨架两端对称绕制的第一线圈绕组和第二线圈绕组、位于绕线骨架内部且位于两个绕组的均匀区的原子磁强计，其中，第一线圈绕组和第二线圈绕组的尺寸匝数相同，反向串联，绕线骨架与两个线圈绕组构成的磁场线圈倾斜放置，且磁场线圈的轴线与地磁场轴线重合，磁场线圈产生的磁场和地磁场可以直接叠加；
[0022]所述磁场线圈用于通过外部电流源提供的驱动电流产生磁场，两个原子磁强计用于把磁场信号转变为拉莫尔进动频率；所述处理模块用于根据拉莫尔进动频率获取磁场线圈中通过的驱动电流。
[0023]需要说明的是，磁场线圈常数采用计算法，通过匝数和尺寸计算出线圈常数，磁场线圈采用双区螺线管结构，双区石英螺线管线圈绕制两组参数完全相同的线圈绕组，两套线圈绕组反向连接，产生的磁场大小相等，方向相反。原子磁强计包括两套，分别放置于双区螺线管两个均匀区，分别测量两个线圈绕组内部的磁场。采用双区螺线管结构和两套原
子磁强计，可以消除外界磁场变化带来的磁场噪声变化，提高电流测量的准确度。
[0024]进一步地，两套原子磁强计分别测量第一线圈绕组、第二线圈绕组中心区的磁场。磁强计测量的磁场如下所示：
[0025]B1＝B0+K
B
I
[0026]B2＝B0‑
K
B
I
[0027]其中，B1表示原子磁强计1测量的磁场；B2表示原子磁强计2测量的磁场；B0表示地磁场量值；I表示磁场线圈通过的驱动电流；K
B
表示第一线圈绕组、第二线圈绕组的线圈常数，两者参数相同，线圈常数相同。
[0028]基于此，得到磁场线圈中通过的驱动电流I的计算方法如下：
[0029][0030]其中，f1和f2分别为两个原子磁强计获取的拉莫尔进动频率，K
B
为第一线圈绕组和第二线圈绕组的线圈常数，两个线圈绕组的线圈常数相同，γ
He
为He的旋磁比。
[0031]需要说明的是，电流测量主要包括准确度测量和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒定电流测量系统，其特征在于，包括处理模块、绕线骨架、在绕线骨架两端对称绕制的第一线圈绕组和第二线圈绕组、位于绕线骨架内部且位于两个线圈绕组的均匀区的原子磁强计，其中，第一线圈绕组和第二线圈绕组的尺寸匝数相同，反向串联，绕线骨架与两个线圈绕组构成的磁场线圈倾斜放置，且磁场线圈的轴线与地磁场轴线重合；所述磁场线圈用于通过外部电流源提供的驱动电流产生磁场，两个原子磁强计用于把磁场信号转变为拉莫尔进动频率；所述处理模块用于根据拉莫尔进动频率获取磁场线圈中通过的驱动电流。2.如权利要求1所述的一种恒定电流测量系统，其特征在于，磁场线圈中通过的驱动电流I的计算方法如下：其中，f1和f2分别为两个原子磁强计获...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓东，程华富，赵文纯，管业欣，何登，
申请(专利权)人：宜昌测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：