全光学量子电流互感器及电流检测方法与流程

本发明涉及量子精密测量，具体涉及到一种全光学量子电流互感器及电流检测方法。

背景技术：

1、通电导体在空间中会产生磁场，通过测量磁场可以实现非接触式测量，因而利用nv色心进行电流测量的研究逐渐增多，如公开号为cn110174542a的中国专利介绍了一种基于量子精密测量的高电压电流互感器，该专利中利用了量子传感器进行传感，并基于odmr检测法(同时利用微波信号和激光信号)实现对电流的精密测量，但是odmr检测法要求输入量子传感器的激励信号必须同时含有微波信号和光信号，但在一些高压电网检测环境中，并不适合从低压侧向高压侧的量子传感器通入电信号(微波信号也为电信号)，其存在较大安全隐患，且基于odmr法检测的量子传感器势必结构更加复杂，在电网高压侧的使用存在不便，现有技术中，也存在一些基于全光学的量子电流互感器，但是均不适用于电网高压侧的电流检测环境。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种全光学量子电流互感器及电流检测方法，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种全光学量子电流互感器，包含：

4、前端，其内包含一检测通道和若干nv色心传感单元，所述检测通道周侧均匀分布有若干探测位，所述nv色心传感单元一一对应设置在各个探测位，所述nv色心传感单元用于感知探测位处的磁场并在激励光信号的刺激下输出反馈荧光；

5、绝缘子，其用于支撑前端并使前、后端之间存在绝缘过渡区，且绝缘子内侧设有绝缘通道；

6、传输线路，其通过所述绝缘通道安装连接于前、后端之间，并用于传输前、后端之间的光信号；

7、后端，其含一激光模块和一处理模块，所述激光模块用于输出所述激励光信号，所述处理模块用于对所述反馈荧光进行处理分析以得到待测电流。

8、进一步的，所述nv色心传感单元为含系综nv色心的金刚石粒，且其上nv色心含量不低于5×1010个/mm3。

9、进一步的，每处探测位上的nv色心传感单元均独立配设一传感光纤，所述传感光纤用于传输激励光信号至该nv色心传感单元，同时收集并输出该nv色心传感单元产生的反馈荧光至传输线路。

10、进一步的，所述nv色心传感单元不低于2个，多个nv色心传感单元共同配设一传感光纤，所述传感光纤用于传输激励光信号至相应探测位上各个nv色心传感单元，同时收集并输出各个nv色心传感单元产生的反馈荧光至传输线路。

11、进一步的，位于绝缘通道内部的传输线路为光纤线路。

12、进一步的，位于绝缘通道内部的传输线路为空间光路。

13、进一步的，所述绝缘通道为真空腔。

14、进一步的，所述绝缘通道靠近前端的两侧均设有空间光收集结构，所述空间光收集结构用于空间光的采集聚束。

15、进一步的，所有探测位均匀分布在若干个虚拟圆环上，所有所述虚拟圆环在正投影视角下的圆心重合，且任一所述虚拟圆环上的探测位均为偶数个。

16、进一步的，所述虚拟圆环的数量不低于2个，且在正投影视角下任一探测位与虚拟圆环圆心的连线不重合。

17、进一步的，所述检测通道的中心设置一导体棒，任一所述探测位与导体棒中心线的距离相等，所述导体棒的两端设有接线头。

18、进一步的，所述检测通道两侧设有夹持结构，待测通电导体经夹持结构固定后，任一所述探测位与待测通电导体的中心线距离相等。

19、进一步的，所述前端包含一聚磁器，所述聚磁器包含若干个聚磁气隙，所有nv色心一一对应安装于聚磁气隙内。

20、进一步的，所述前端包含一磁屏蔽环，所述探测位均位于磁屏蔽环的内侧。

21、一种电流检测方法，其应用了如前所述的量子电流互感器，包含以下步骤：

22、s1、将位于绝缘过渡区上侧的前端置于电网高压侧，将位于绝缘过渡区下侧的后端置于电网低压侧，使得载有待测电流的导体穿过检测通道；

23、s2、从电网低压侧通过传输线路向电网高压侧传输激励光信号；

24、s3、nv色心传感单元感知探测位处的磁场并在激励光信号的刺激下输出反馈荧光；

25、s4、反馈荧光通过传输线路从电网高压侧向电网低压侧传输；

26、s5、在电网电压侧对反馈荧光进行收集、处理及分析，得到待测电流大小。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案基于全光学检测原理设计了适用于电网高压侧检测环境的量子电流互感器，使得检测前端仅只有光信号输入，简化了检测前端的结构组成，同时提高了设备在电网高压侧检测环境的使用安全性。

技术特征：

1.一种全光学量子电流互感器，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所述nv色心传感单元为含系综nv色心的金刚石粒，且其上nv色心含量不低于5×1010个/mm3。

3.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，每处探测位上的nv色心传感单元均独立配设一传感光纤，所述传感光纤用于传输激励光信号至该nv色心传感单元，同时收集并输出该nv色心传感单元产生的反馈荧光至传输线路。

4.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所述nv色心传感单元不低于2个，多个nv色心传感单元共同配设一传感光纤，所述传感光纤用于传输激励光信号至相应探测位上各个nv色心传感单元，同时收集并输出各个nv色心传感单元产生的反馈荧光至传输线路。

5.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，位于绝缘通道内部的传输线路为光纤线路。

6.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，位于绝缘通道内部的传输线路为空间光路。

7.根据权利要求6所述的量子电流互感器，其特征在于，所述绝缘通道为真空腔。

8.根据权利要求6所述的量子电流互感器，其特征在于，所述绝缘通道靠近前端的两侧均设有空间光收集结构，所述空间光收集结构用于空间光的采集聚束。

9.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所有探测位均匀分布在若干个虚拟圆环上，所有所述虚拟圆环在正投影视角下的圆心重合，且任一所述虚拟圆环上的探测位均为偶数个。

10.根据权利要求9所述的量子电流互感器，其特征在于，所述虚拟圆环的数量不低于2个，且在正投影视角下任一探测位与虚拟圆环圆心的连线不重合。

11.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所述检测通道的中心设置一导体棒，任一所述探测位与导体棒中心线的距离相等，所述导体棒的两端设有接线头。

12.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所述检测通道两侧设有夹持结构，待测通电导体经夹持结构固定后，任一所述探测位与待测通电导体的中心线距离相等。

13.根据权利要求1所述的量子电流互感器，其特征在于，所述前端包含一聚磁器，所述聚磁器包含若干个聚磁气隙，所有nv色心一一对应安装于聚磁气隙内。

14.根据权利要求1-13任一项所述的量子电流互感器，其特征在于，所述前端包含一磁屏蔽环，所述探测位均位于磁屏蔽环的内侧。

15.一种电流检测方法，其特征在于，其应用了如权利要求1-14任一项所述的量子电流互感器，包含以下步骤：

技术总结
本发明记载一种全光学量子电流互感器及检测方法，涉及量子精密测量技术领域，包含前端、绝缘子、传输线路以及后端，本发明基于全光学检测原理设计了适用于电网高压侧检测环境的量子电流互感器，使得检测前端仅只有光信号输入，简化了检测前端的结构组成，同时提高了设备在电网高压侧检测环境的使用安全性。

技术研发人员：赵龙,励刚,赵博文,仇茹嘉,耿佳琪,张少春,田腾,丁国成,胡小文,谢涛,黄杰,汪鹏
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16