[发明专利]一种基于量子自然基准的电流计量装置及方法

权利要求书

1.一种基于量子自然基准的电流计量装置，其特征在于，所述装置包括：待测磁场产生组件、抽运-检测型原子磁力仪3和量子电流测量组件；

所述待测磁场产生组件包括磁屏蔽筒1、标准线圈2和电流源8；所述磁屏蔽筒1用于屏蔽地磁场，所述标准线圈2轴对称地置于所述磁屏蔽筒1内，所述电流源8向所述标准线圈2输入电流以产生待测磁场；

所述抽运-检测型原子磁力仪3的探头部分置于所述标准线圈2的几何中心，用于测量所述标准线圈2轴线上的均匀磁场；

所述量子电流测量组件包括被量子电阻基准校准的标准电阻4和被量子电压基准校准的标准电压表5，用于标定所述电流源8输出的电流。

2.根据权利要求1所述的电流计量装置，其特征在于，所述磁屏蔽筒1为圆柱形，筒内直径为500mm，筒内长度大于或等于700mm。

3.根据权利要求1所述的电流计量装置，其特征在于，所述磁屏蔽筒1可被替换为磁屏蔽系数小于10^-4的磁屏蔽室。

4.根据权利要求1所述的电流计量装置，其特征在于，抽运-检测型原子磁力仪3用于测量所述标准线圈2轴线上的均匀磁场的大小和噪声。

5.一种基于量子自然基准的电流计量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4所述的电流计量装置，所述方法包括：

步骤1：严格控制实验环境，保持磁屏蔽筒1恒温；

步骤2：采用基于约瑟夫森效应的量子电压基准装置标定标准电压表，采用基于量子化霍尔效应的量子电阻基准装置标定标准电阻；

步骤3：启动抽运-检测型原子磁力仪3，打开开关7，闭合开关6，电流源8输出电流，所述电流通入量子电流测量组件后被标定为量子电流I，所述量子电流I为被量子电压基准校准的标准电压表5和被量子电阻基准校准的标准电阻4的比值，所述量子电流I通入标准线圈2后抽运-检测型原子磁力仪3测得磁感应强度B；改变电流源8输出的电流值，得到多个量子电流I对应的磁感应强度B，根据关系式B＝C*I拟合测量数据得到标准线圈2恒定的线圈系数C₁；

步骤4：打开开关6，闭合开关7，电流源8输出恒定电流I₁，同时利用抽运-检测型原子磁力仪3测得磁感应强度B₁，根据步骤3中得到线圈系数C₁和关系式B₁＝C₁*I₁计算电流源8输出的恒定电流I₁，通过分析一段时间内磁感应强度值或恒定电流值的功率谱密度得到磁场噪声或电流噪声。