本申请属于电流检测技术领域，提供一种量子电流传感器及电流测量方法，包括无源探头、激光源、光电检测模块、微波调制模块和微波处理模块；无源探头包括具有自旋色心的钻石结构，激光源产生激光信号，微波调制模块产生微波信号并调制生成微波调制信号，激光信号和微波调制信号传输至无源探头以产生荧光信号，光电检测模块将荧光信号转换为电信号，微波处理模块对电信号进行解调生成解调信号并对微波调制模块进行调控，使微波信号频率与钻石结构自旋色心的共振频率相匹配。本申请通过调制解调过程以及微波信号的远程发送和频率调控，提高了噪声过滤效果和电流动态测量范围，实现了高压侧信号无电功耗传输以及高压侧的无源测量。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电流检测，尤其是涉及一种量子电流传感器及电流测量方法。
技术介绍
1、量子技术近年来在多个领域取得了突破性发展，特别是在传感技术方面，其独特的量子特性使其在精密测量中展现出前所未有的潜力。其中，基于量子传感技术的电磁测量具有测量范围广、灵敏度高、无接触式测量等优点，使其在汽车工业、医疗健康、电力系统等领域展现出广泛的应用潜力。
2、在高压电网输电领域，对电网稳定运行的状态检测对保障国计民生至关重要，通过对线缆电流产生的电磁信号进行无接触式测量，可以在不干扰电网运行的前提下对电网运行状态进行实时分析和检测，对于保障电网稳定运行和电网维护具有重要意义。基于钻石自旋色心的电流传感技术，以其大动态范围、高精度测量、稳定性强、自旋态可调控等优点，使其在电网检测领域具有巨大的应用潜力。
3、目前，基于钻石自旋色心的电流传感设备往往基于共聚焦系统，涉及到庞大、笨重的实验设备，结构复杂，使得传感器的集成化受到限制，并且高压电网的空间有限，提高了传感器的安装难度。同时，由于高压电网的绝缘和传感器件安装的等电位要求，安装在电网上的传感器无法与地面产生电学连接，导致安装于电网上的传感器供能困难。
4、基于此，本申请提供一种非接触式的量子电流传感器及电流测量方法，以解决上述问题。
5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。</p>
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种量子电流传感器及电流测量方法，以解决现有技术中存在的设备安装难度大、供能困难等问题。
2、为达到上述目的及其他相关目的，本申请提供一种量子电流传感器，包括无源探头、激光源、光电检测模块、微波调制模块和微波处理模块；
3、所述激光源产生预设波长的激光信号并传输至所述无源探头；
4、所述微波调制模块用于产生微波信号，并对所述微波信号进行调制以生成微波调制信号，并且将所述微波调制信号发送至所述无源探头；
5、所述无源探头包括具有自旋色心的钻石结构，并与所述待测导线间隔设置，根据所述激光信号和所述微波调制信号，所述钻石结构产生荧光信号并传输至所述光电检测模块；
6、所述光电检测模块将所述荧光信号转换为电信号并发送至所述微波处理模块；
7、所述微波处理模块对所述电信号进行解调以生成解调信号，并根据所述解调信号对所述微波调制模块进行调控，以使所述微波信号的频率与所述钻石结构自旋色心的共振频率相匹配。
8、可选地，所述无源探头还包括电路板、微波接口、光学接口和微波接收器；
9、所述微波接收器连接至所述微波接口，用于接收所述微波调制信号，所述微波调制信号经所述微波接口传输至所述电路板；
10、所述钻石结构位于所述电路板与所述光学接口之间，所述电路板于靠近所述钻石结构的一侧设置有微波输入单元，所述微波输入单元部分覆盖或全部覆盖所述钻石结构，所述微波调制信号通过所述微波输入单元于所述钻石结构的表面形成均匀微波场；
11、所述光学接口用于耦合所述激光信号照射至所述钻石结构的表面，以激发所述钻石结构的自旋色心，并且所述荧光信号经所述光学接口输出所述无源探头。
12、可选地，所述量子电流传感器还包括光传输模块，所述光传输模块包括第一光传输通道、第二光传输通道和光纤环形器；
13、所述光纤环形器具有第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口用于接收所述激光源发出的激光信号，所述第二接口经所述第一光传输通道连接至所述无源探头，以将所述激光信号传输至所述无源探头并接收来自所述无源探头的荧光信号，所述第三接口经所述第二光传输通道连接至所述光电检测模块。
14、可选地，所述量子电流传感器还包括分光器，所述分光器位于所述激光源与所述光纤环形器之间，以自所述激光信号中分离出参考光信号，所述光传输模块还包括第三光传输通道，所述参考光信号经所述第三光传输通道传输至所述光电检测模块。
15、可选地，所述量子电流传感器还包括滤光器，所述滤光器设置于所述第二光传输通道上。
16、可选地，所述微波调制模块包括微波产生单元、微波调制单元和微波发射器；
17、所述微波产生单元产生所述微波信号并发送至所述微波调制单元，其中，所述微波信号的频率设置为所述钻石结构自旋色心的共振频率；
18、所述微波调制单元根据预设的参考信号对所述微波信号的频率进行调制以生成所述微波调制信号，并将所述参考信号发送至所述微波处理模块，将所述微波调制信号发送至所述微波发射器；
19、所述微波发射器用于发射所述微波调制信号。
20、可选地，所述微波处理模块包括解调单元和微波控制单元；
21、所述解调单元用于根据所述参考信号对所述电信号进行解调以得到解调信号，并将所述解调信号发送至所述微波控制单元；
22、基于所述解调信号和预设的解调斜率，所述微波控制单元计算得到频率偏移量，并根据所述频率偏移量对所述微波产生单元进行调控，以使所述微波产生单元产生与所述钻石结构自旋色心的共振频率相匹配的微波信号。
23、可选地，所述解调单元包括锁相放大器和过滤器。
24、可选地，所述微波调制模块包括第一微波产生单元、第二微波产生单元、微波调制单元和微波发射器，所述微波处理模块包括第一解调单元、第二解调单元和微波控制单元；
25、所述第一微波产生单元产生第一微波信号，所述微波调制单元对所述第一微波信号进行调制以生成第一调制信号，所述第二微波产生单元产生第二微波信号，所述微波调制单元对所述第二微波信号进行调制以形成第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号经所述微波发射器传输至所述无源接头；
26、所述第一解调单元和所述第二解调单元均连接至所述光电检测模块以接收所述电信号，所述第一解调单元对所述电信号进行解调得到第一解调信号，并将所述第一解调信号发送至所述微波控制单元，所述第二解调单元对所述电信号进行解调得到第二解调信号，并将所述第二解调信号发送至所述微波控制单元；
27、所述钻石结构自旋色心的共振频率包括第一共振频率和第二共振频率，所述微波控制单元根据所述第一解调信号对所述第一微波产生单元进行调控，以使所述第一微波信号的频率与所述第一共振频率相匹配，并根据所述第二解调信号对所述第二微波产生单元进行调控，以使所述第二微波信号的频率与所述第二共振频率相匹配。
28、可选地，所述无缘探头的数量为多个，并且多个所述无源探头呈阵列式分布以形成无源探头阵列。
29、可选地，所述无缘探头的数量为多个，且多个所述无源探头均匀环绕于所述待测导线的外周。
30、本申请还提供一种电流测量方法，利用本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种量子电流传感器，其特征在于，包括无源探头、激光源、光电检测模块、微波调制模块和微波处理模块；
2.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述无源探头还包括电路板、微波接口、光学接口和微波接收器；
3.根据权利要求1或2所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括光传输模块，所述光传输模块包括第一光传输通道、第二光传输通道和光纤环形器；
4.根据权利要求3所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括分光器，所述分光器位于所述激光源与所述光纤环形器之间，以自所述激光信号中分离出参考光信号，所述光传输模块还包括第三光传输通道，所述参考光信号经所述第三光传输通道传输至所述光电检测模块。
5.根据权利要求3所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括滤光器，所述滤光器设置于所述第二光传输通道上。
6.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述微波调制模块包括微波产生单元、微波调制单元和微波发射器；
7.根据权利要求6所述的量子电流传感器，其特征在于，所述微波处理模块包括解调单元和微波控制单元；
8.根据权利要求7所述的量子电流传感器，其特征在于，所述解调单元包括锁相放大器和过滤器。
9.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述微波调制模块包括第一微波产生单元、第二微波产生单元、微波调制单元和微波发射器，所述微波处理模块包括第一解调单元、第二解调单元和微波控制单元；
10.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述无缘探头的数量为多个，并且多个所述无源探头呈阵列式分布以形成无源探头阵列。
11.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述无缘探头的数量为多个，且多个所述无源探头均匀环绕于所述待测导线的外周。
12.一种电流测量方法，利用权利要求1至11任一项所述的量子电流传感器测量待测导线的电流值，其特征在于，包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种量子电流传感器，其特征在于，包括无源探头、激光源、光电检测模块、微波调制模块和微波处理模块；
2.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述无源探头还包括电路板、微波接口、光学接口和微波接收器；
3.根据权利要求1或2所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括光传输模块，所述光传输模块包括第一光传输通道、第二光传输通道和光纤环形器；
4.根据权利要求3所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括分光器，所述分光器位于所述激光源与所述光纤环形器之间，以自所述激光信号中分离出参考光信号，所述光传输模块还包括第三光传输通道，所述参考光信号经所述第三光传输通道传输至所述光电检测模块。
5.根据权利要求3所述的量子电流传感器，其特征在于，所述量子电流传感器还包括滤光器，所述滤光器设置于所述第二光传输通道上。
6.根据权利要求1所述的量子电流传感器，其特征在于，所述微波调制模块包...
【专利技术属性】
技术研发人员：武震宇，陈浩，刘启慧，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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