[发明专利]基于双向光补偿技术的量子电流互感器

说明书

本发明提出了一种基于双向光补偿技术的量子电流互感器，包括环形腔、多个量子探头、前端激光源、后端激光源和量子处理系统；多个量子探头安装在环形腔内且多个量子探头呈圆周分布，多个量子探头通过激光光纤依次串联，处于串联光路两端的两个量子探头通过激发光纤分别与处于环形腔外的前端激光源、后端激光源连接；量子处理系统通过多个采集光纤分别与多个量子探头连接。本发明通过激发光纤将多个量子探头串联，通过前端激光源、后端激光源即可实现对多个量子探头的激发，简化了设备结构，降低了生产成本，且前端激光源、后端激光源的设计，能够进行光强补偿，使得多个金刚石NV色心处接触的光强保持一致，进而保证了探测结果的精度。

技术领域

本发明涉及电流互感器技术领域，尤其涉及一种基于双向光补偿技术的量子电流互感器。

背景技术

在众多量子体系中，固态自旋由于其能够工作于室温大气环境且具有高灵敏度等优点，近些年来得到广泛研究。同时，固态自旋体系由于物理载体的结构稳定性，在鲁棒性等方面有较大潜力。氮-空位色心(NV色心)是金刚石中的一种点缺陷，它属于固态自旋中的一种，也是其中最为广泛研究的一种，NV色心用于磁测量理论上预测灵敏度可达飞特斯拉量级。

近年来，利用金刚石NV色心作为磁场测量组件，设计电流传感器的研究逐渐增多，如专利号CN201910265975.X的发明专利公开了一种基于量子精密测量的高电压电流互感器，属于电流的精密测量技术领域，该方案通过多个金刚石NV色心传感器实现对通电导体周围磁场的多点测量，进而通过处理多个磁场信息计算出通电导体内电流大小，但是该种测量方式需要多个激发光路单元配合使用，这使得电流互感器的设计成本较高，且光路设计复杂，不利于设备整体的小型化、集成化设计。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于双向光补偿技术的量子电流互感器。

本发明提出的一种基于双向光补偿技术的量子电流互感器，包括环形腔、多个量子探头、前端激光源、后端激光源和量子处理系统；

多个量子探头安装在环形腔内且多个量子探头呈圆周分布，多个量子探头通过激光光纤依次串联，处于串联光路两端的两个量子探头通过激发光纤分别与处于环形腔外的前端激光源、后端激光源连接；

量子处理系统通过多个采集光纤分别与多个量子探头连接。

优选的，前端激光源、后端激光源的光强一致。

优选的，还包括外壳，外壳呈圆环结构并提供所述环形腔，多个量子探头所在圆周与外壳同心设置，外壳内壁设置有可耐高温的除湿层；环形腔设置有磁屏蔽环，多个量子探头均位于磁屏蔽环内。

优选的，量子探头包括安装架、旋转抛物面聚光罩、光收集器和内含系综NV色心的金刚石粒，安装架安装在外壳内壁上，旋转抛物面聚光罩、光收集器均安装在安装架上且光收集器位于旋转抛物面聚光罩的出光口一侧，光收集器背向旋转抛物面聚光罩一侧设置有与采集光纤连接的采集光路接口；安装架上位于旋转抛物面聚光罩两侧位置均设置有与激发光纤连接的激发光路接口，激发光路接口密封贯穿旋转抛物面聚光罩并伸入到旋转抛物面聚光罩内，金刚石粒设在旋转抛物面聚光罩的焦点处并通过支撑件安装在旋转抛物面聚光罩上。

优选的，旋转抛物面聚光罩的出光口处设置有玻璃防尘罩。

优选的，激发光路接口包括密封贯穿旋转抛物面聚光罩并伸入到旋转抛物面聚光罩内的圆管，圆管靠近金刚石粒一端安装有第一透镜且第一透镜的焦点与旋转抛物面聚光罩的焦点重合，圆管远离金刚石粒一端设置有与激发光纤连接的光纤接头。

优选的，光收集器包括安装在安装架上的筒体，筒体靠近旋转抛物面聚光罩一端具有开口且筒体远离旋转抛物面聚光罩一端设置有采集光路接口，筒体内设置有第二透镜、第三透镜且第二透镜、第三透镜组成对旋转抛物面聚光罩反射的荧光进行缩束处理的共轭透镜组。