【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子精密测量，具体涉及到一种量子传感模块、量子电流互感器及电流测量方法。
技术介绍
1、近些年，固态自旋色心体系在量子精密领域的研究发展迅速，尤其是对于磁场的探测研究，发展出了以光探测磁共振（odmr）为主的探测方法，通过研究磁共振频率与外界磁场之间的线性关系，可实现对外界磁场的传感测量和量化，但目前的一些研究还是偏于理论，相关技术的产品化过程中仍需要解决很多应用问题。
2、公开号为cn113804941b的中国授权专利技术专利公开了一种基于金刚石nv色心的电流测量装置及测量方法，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；在该申请的方案中提出了基于光探测磁共振（odmr）的电流测量方法，该方法中磁共振频率的获取是实际工作中的一个难点。
3、在本申请的方案中，主要针对磁共振频率获取的相关问题进行讨论，现有技术中，提取共振频率的方法主要包括人工手动点取和曲线拟合获取，但这两个方法在测量不同磁场时均需要通过扫频法获取odmr扫频谱线，才能获取共振频率，其共振频率获取时间较长，另外，人工手动点取的方法还有精度不高、无法产品化的问题，曲线拟合获取的方法还有拟合求导过程复杂、限制测量带宽的问题。
4、基于此，本专利技术设计了一种量子传感模块、量子电流互感器及电流测量方法。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种量子传感模块、量子电流互感
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种量子传感模块，包含：
3、一量子探头，所述量子探头包含一金刚石敏感单元以及一微波辐射器，所述金刚石敏感单元位于所述微波辐射器的工作区，所述金刚石敏感单元含nv色心；
4、一激光模块，用于输出激励激光，所述激励激光被配置为照射所述金刚石敏感单元以使其产生光致荧光；
5、一微波模块，用于输出微波信号，所述微波信号被配置为通过所述微波辐射器形成微波场辐射至对应的金刚石敏感单元处；
6、一光电探测模块，被配置为接收所述金刚石敏感单元产生的光致荧光并转变输出电压信号；
7、一锁相放大器，包含调制单元和解调单元，所述调制单元被配置为向所述微波模块输出微波调制信号，所述解调单元被配置为解调所述电压信号并输出解调结果；
8、一频率锁定模块，包含pid单元和频率获取单元，所述pid单元被配置为将所述解调结果作为输入值并输出频率调节参数，所述频率调节参数被配置为调节所述微波模块的微波输出频率，所述频率获取单元被配置为读取所述微波模块的微波输出频率；
9、一数据处理模块，用于数据分析处理。
10、如上所述的量子传感模块，在本申请的一些实施方式中，所述量子探头包含一根传输光纤，所述金刚石敏感单元安装于所述传输光纤的一侧端面的光传导区；或
11、所述量子探头包含两根传输光纤，且两根传输光纤熔接为一体，所述金刚石敏感单元安装于两根传输光纤之间的熔接面。
12、如上所述的量子传感模块，在本申请的一些实施方式中，所述锁相放大器为双相数字解调器。
13、本申请的另一个方面提供了一种量子电流互感器，所述量子电流互感器设置有如上所述的量子传感模块，用于测量导体中电流，其还包含一导体通道，所述导体通道外侧设有外磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元安装于所述导体通道与外磁屏蔽器之间的一个虚拟环形圈上；
14、另外，当量子电流互感器应用了多个所述量子传感模块时，所有的金刚石敏感单元被配置为等间距分布在所述虚拟环形圈上。
15、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，所述金刚石敏感单元为含系综nv色心的金刚石粒，所述虚拟环形圈上对应金刚石粒所在点的切线与金刚石敏感单元的四个色心轴向的夹角大小一致或均不相等。
16、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，还包含聚磁器，所述金刚石敏感单元安置于所述聚磁器的聚磁气隙。
17、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，在量子电流互感器应用了多个所述量子传感模块的情况，所述量子传感模块的数量为4n个，n为正整数。
18、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，所述导体通道外侧还设有内磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元位于内磁屏蔽器的外侧。
19、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，还包含偏置磁源，所述偏置磁源被配置为可向所述金刚石敏感单元施加任意角度的偏置磁场。
20、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，还包含一次环，所述导体通道位于所述一次环内孔中，所述外磁屏蔽器以及金刚石敏感单元均位于所述一次环的内腔中。
21、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，还包含导体棒，所述导体棒的中心轴线与所述一次环的内孔中心轴线重合，且所述导体棒的中心轴线垂直相交所述虚拟环形圈的圆心。
22、如上所述的量子电流互感器，在本申请的一些实施方式中，还包含绝缘子，所述一次环安装于绝缘子顶端，所述绝缘子内设贯穿其上下侧的线缆通道。
23、本申请的另一个方面还提供了一种电流测量方法，所述电流测量方法应用了如前所述的量子电流互感器，包含：
24、初始参数获取步骤：控制微波模块输出扫频微波信号，基于扫频微波信号绘制出量子探头的odmr谱线，并获取odmr谱线上磁共振特征点处的微波共振频率，记为初始微波频率；
25、导体电流正式测量步骤：控制微波模块使其以初始微波频率输出点频微波信号，设置锁相放大器输出调频信号对所述点频微波信号进行调制，基于点频微波信号启动量子电流互感器实施光探测磁共振检测过程，量子电流互感器测量待测通电导体产生的磁场并获取解调结果，pid单元依据解调结果和目标值对微波模块进行反馈调节，以使其微波输出频率切换为表征待测通电导体产生的磁场的可用共振频率，所述频率获取单元抓取所述可用共振频率并传递至数据处理模块，数据处理模块分析处理所述可用共振频率得到待测通电导体内电流信息。
26、如上所述的电流测量方法，在本申请的一些实施方式中，导体电流正式测量步骤中，通过双相数字解调法对电压信号进行解调以获取解调结果，并通过相位调整，使得解调的两项分量值其中之一为近零值，以另一项分量值作为pid单元的输入值与目标值进行比对，输出调节微波模块的频率调节参数。
27、如上所述的电流测量方法，在本申请的一些实施方式中，所述量子电流互感器还包含相位自调模块，所述相位自调模块用于按设定目标自动调节锁相放大器的初始相位。
28、如上所述的电流测量方法，在本申请的一些实施方式中，所述量子电流互感器还包含特征点自获取模块，所述特征点自获取模块用于自动识别odmr谱线上的磁共振特征点，并获取磁共振特征点处所对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种量子传感模块，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的量子传感模块，其特征在于，所述量子探头包含一根传输光纤，所述金刚石敏感单元安装于所述传输光纤的一侧端面的光传导区；或
3.根据权利要求1所述的量子传感模块，其特征在于，所述锁相放大器为双相数字解调器。
4.一种量子电流互感器，用于测量导体中电流，应用了一个或多个如权利要求1-3中任一项的量子传感模块，其特征在于，还包含一导体通道，所述导体通道外侧设有外磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元安装于所述导体通道与外磁屏蔽器之间的一个虚拟环形圈上；
5.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，所述金刚石敏感单元为含系综NV色心的金刚石粒，所述虚拟环形圈上对应金刚石粒所在点的切线与金刚石敏感单元的四个色心轴向的夹角大小一致或均不相等。
6.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含聚磁器，所述金刚石敏感单元安置于所述聚磁器的聚磁气隙。
7.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，在量子电流互感器应用了多个所述量子传感模块的情况，所述量
8.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，所述导体通道外侧还设有内磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元位于内磁屏蔽器的外侧。
9.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含偏置磁源，所述偏置磁源被配置为可向所述金刚石敏感单元施加任意角度的偏置磁场。
10.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含一次环，所述导体通道位于所述一次环内孔中，所述外磁屏蔽器以及金刚石敏感单元均位于所述一次环的内腔中。
11.根据权利要求10所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含导体棒，所述导体棒的中心轴线与所述一次环的内孔中心轴线重合，且所述导体棒的中心轴线垂直相交所述虚拟环形圈的圆心。
12.根据权利要求10所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含绝缘子，所述一次环安装于绝缘子顶端，所述绝缘子内设贯穿其上下侧的线缆通道。
13.一种电流测量方法，应用了如权利要求4-12任一项所述的量子电流互感器，其特征在于，包含：
14.根据权利要求13所述的电流测量方法，其特征在于，导体电流正式测量步骤中，通过双相数字解调法对电压信号进行解调以获取解调结果，并通过相位调整，使得解调的两项分量值其中之一为近零值，以另一项分量值作为PID单元的输入值与目标值进行比对，输出调节微波模块的频率调节参数。
15.根据权利要求14所述的电流测量方法，其特征在于，所述量子电流互感器还包含相位自调模块，所述相位自调模块用于按设定目标自动调节锁相放大器的初始相位。
16.根据权利要求13所述的电流测量方法，其特征在于，所述量子电流互感器还包含特征点自获取模块，所述特征点自获取模块用于自动识别ODMR谱线上的磁共振特征点，并获取磁共振特征点处所对应的微波共振频率。
...【技术特征摘要】
1.一种量子传感模块，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的量子传感模块，其特征在于，所述量子探头包含一根传输光纤，所述金刚石敏感单元安装于所述传输光纤的一侧端面的光传导区；或
3.根据权利要求1所述的量子传感模块，其特征在于，所述锁相放大器为双相数字解调器。
4.一种量子电流互感器，用于测量导体中电流，应用了一个或多个如权利要求1-3中任一项的量子传感模块，其特征在于，还包含一导体通道，所述导体通道外侧设有外磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元安装于所述导体通道与外磁屏蔽器之间的一个虚拟环形圈上；
5.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，所述金刚石敏感单元为含系综nv色心的金刚石粒，所述虚拟环形圈上对应金刚石粒所在点的切线与金刚石敏感单元的四个色心轴向的夹角大小一致或均不相等。
6.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含聚磁器，所述金刚石敏感单元安置于所述聚磁器的聚磁气隙。
7.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，在量子电流互感器应用了多个所述量子传感模块的情况，所述量子传感模块的数量为4n个，n为正整数。
8.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，所述导体通道外侧还设有内磁屏蔽器，所述金刚石敏感单元位于内磁屏蔽器的外侧。
9.根据权利要求4所述的量子电流互感器，其特征在于，还包含偏置磁源，所述偏置磁源被配置为可向所述金刚石敏感单元施加任...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，赵博文，仇茹嘉，张少春，田腾，耿佳琪，王恩惠，高博，谢涛，罗超，杨海涛，胡啸宇，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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