一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器的制作方法

本发明涉及电力系统，特别是涉及一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器。

背景技术：

1、目前，随着电力系统数字化转型，大量分布式能源和电力电子器件被引入。传统电磁式互感器由于测量频带窄、动态范围小、输出为模拟量等局限性，难以适应智能电网的发展要求；

2、电子式互感器也存在电子式器件和光学器件易受干扰、温度漂移、积分漂移等问题。如何在保证准确度与稳定性的前提下完成互感器的数字化转型是亟待解决的技术难题。量子精密测量技术利用量子调控技术，突破了传统测量技术所受到的诸多限制，测量性能大幅提升。

3、基于量子精密测量的电流传感，是利用通流导体产生的磁场导致敏感元件中量子态的变化来反映电流大小，本质是空间磁场的测量。在电力应用场景下，空间某点磁场大小为三相导体产生磁场与外界干扰磁场矢量和，为满足电流测量精度需求，需采取有效的屏蔽措施。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，以有效提升在强电磁环境下的电流测量精度。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，包括传感铁芯和二次屏柜，所述传感铁芯连接二次屏柜；

3、所述传感铁芯包括氮-空位色心量子磁传感头、检测铁芯、电场屏蔽层、屏蔽铁芯和屏蔽绕组；所述氮-空位色心量子磁传感头设置于所述检测铁芯中，所述电场屏蔽层环绕设置于所述检测铁芯外部，所述屏蔽铁芯环绕设置于所述电场屏蔽层外部，所述屏蔽绕组环绕设置于所述屏蔽铁芯外部；

4、所述传感铁芯用于接收来自所述二次屏柜的量子态激光后发出跃迁激光至所述二次屏柜；

5、所述二次屏柜用于向所述传感铁芯发送量子态激光以及接收所述跃迁激光并将其转化为电流数据。

6、进一步地，所述二次屏柜包括激光源、偏振分束器、半波片、声光调制器、二向色镜、光纤准直器、长通滤波片、光电探测器、锁相放大器、fpga处理器和网关交换机；

7、所述激光源连接所述偏振分束器，所述偏振分束器连接所述半波片，所述半波片连接所述声光调制器，所述声光调制器连接所述二向色镜，所述二向色镜分别连接所述光纤准直器和所述长通滤波片，所述长通滤波片连接所述光电探测器，所述光电探测器连接所述锁相放大器，所述锁相放大器分别连接所述fpga处理器，所述fpga处理器连接所述网关交换机，所述光纤准直器连接所述传感铁芯；

8、所述激光器用于输出预设波长的量子态激光；

9、所述偏振分束器用于提高量子态激光的线偏振度；

10、所述半波片用于调整振动面的角度；

11、所述声光调制器用于控制量子态激光通断以产生时序激光脉冲；

12、所述二色向镜用于将量子态激光透射至所述光纤准直器以及将跃迁激光反射至所述长通滤波片；

13、所述光纤准直器用于将量子态激光发送至所述氮-空位色心量子磁传感头并将来自氮-空位色心量子磁传感头的跃迁激光发送至所述二色向镜；

14、所述长通滤波片用于过滤所述跃迁激光的杂散光

15、所述光电探测器用于将所述跃迁激光转化为电信号；

16、所述锁相放大器用于滤去电信号的噪声并放大电信号；

17、所述fpga处理器用于将电信号转化为电流值；

18、所述网关交换机用于将电流值根据预设标准输出。

19、进一步地，所述所述二次屏柜还包括依次连接的微波源、微波开关、功率放大器和环形器，所述微波源连接所述锁相放大器，所述环形器连接所述传感铁芯；

20、所述微波源用于通过所述微波开关向所述功率放大器发送微波；

21、所述功率放大器用于放大微波输出功率；

22、所述环形器用于将微波发送至所述传感铁芯，以调整所述跃迁激光的强度。

23、进一步地，所述环形器为三端口器件，所述环形器还分别连接微波天线和匹配电阻。

24、进一步地，还包括一次导体，所述一次导体与所述传感铁芯为穿心结构。

25、进一步地，所述传感铁芯通过传输光纤与传输同轴电缆经支柱绝缘子连接二次屏柜。

26、进一步地，所述屏蔽绕组包括有多段，各段采用并联接线方式或反极性串联接线方式。

27、进一步地，所述检测铁芯为坡莫合金的圆环结构。

28、进一步地，所述电场屏蔽层为铜箔片。

29、进一步地，所述屏蔽铁芯包括内层屏蔽铁芯和外层屏蔽铁芯，所述内层屏蔽铁芯为坡莫合金，所述外层屏蔽铁芯为硅钢片。

30、本发明提供了一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，包括传感铁芯和二次屏柜，所述传感铁芯连接二次屏柜；所述传感铁芯包括氮-空位色心量子磁传感头、检测铁芯、电场屏蔽层、屏蔽铁芯和屏蔽绕组；所述氮-空位色心量子磁传感头设置于所述检测铁芯中，所述电场屏蔽层环绕设置于所述检测铁芯外部，所述屏蔽铁芯环绕设置于所述电场屏蔽层外部，所述屏蔽绕组环绕设置于所述屏蔽铁芯外部；所述传感铁芯用于接收来自所述二次屏柜的量子态激光后发出跃迁激光至所述二次屏柜；所述二次屏柜用于向所述传感铁芯发送量子态激光以及接收所述跃迁激光并将其转化为电流数据。本发明能够有效提升在强电磁环境下的电流测量精度。

技术特征：

1.一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，包括传感铁芯和二次屏柜，所述传感铁芯连接二次屏柜；

2.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述二次屏柜包括激光源、偏振分束器、半波片、声光调制器、二向色镜、光纤准直器、长通滤波片、光电探测器、锁相放大器、fpga处理器和网关交换机；

3.根据权利要求2所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述所述二次屏柜还包括依次连接的微波源、微波开关、功率放大器和环形器，所述微波源连接所述锁相放大器，所述环形器连接所述传感铁芯；

4.根据权利要求3所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述环形器为三端口器件，所述环形器还分别连接微波天线和匹配电阻。

5.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，还包括一次导体，所述一次导体与所述传感铁芯为穿心结构。

6.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述传感铁芯通过传输光纤与传输同轴电缆经支柱绝缘子连接二次屏柜。

7.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述屏蔽绕组包括有多段，各段采用并联接线方式或反极性串联接线方式。

8.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述检测铁芯为坡莫合金的圆环结构。

9.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述电场屏蔽层为铜箔片。

10.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，其特征在于，所述屏蔽铁芯包括内层屏蔽铁芯和外层屏蔽铁芯，所述内层屏蔽铁芯为坡莫合金，所述外层屏蔽铁芯为硅钢片。

技术总结
本发明提供了一种适用于强电磁环境下的量子电流互感器，包括传感铁芯和二次屏柜，所述传感铁芯连接二次屏柜；所述传感铁芯包括氮‑空位色心量子磁传感头、检测铁芯、电场屏蔽层、屏蔽铁芯和屏蔽绕组；所述氮‑空位色心量子磁传感头设置于所述检测铁芯中，所述电场屏蔽层环绕设置于所述检测铁芯外部，所述屏蔽铁芯环绕设置于所述电场屏蔽层外部，所述屏蔽绕组环绕设置于所述屏蔽铁芯外部；所述传感铁芯用于接收来自所述二次屏柜的量子态激光后发出跃迁激光至所述二次屏柜；所述二次屏柜用于向所述传感铁芯发送量子态激光以及接收所述跃迁激光并将其转化为电流数据。本发明能够有效提升在强电磁环境下的电流测量精度。

技术研发人员：张鼎衢,杨路,宋强,王岩,钟立华,危阜胜,谢东,潘峰
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15