【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子传感领域，特别是涉及一种基于差分降噪的量子传感器、电流互感器及检测方法。
技术介绍
1、基于量子固态自旋色心的精密测量技术，可实现对磁场、温度等的测量，主要是利用固态自旋色心的自旋特性，对于具体的固态自旋色心如金刚石nv色心、碳化硅双空位色心、六方氮化硼vb-色心等，其自旋基态和激发态都具有三重态结构，利用基态自旋三重态之间的能级跃迁来进行磁场、温度检测和相关量子调控。近年来将固态自旋色心应用于电流的检测中，通过测量电流所产生的磁场，进而计算出待测电流，将极大推动电力行业的精密测量发展。
2、在对固态自旋色心产生的荧光进行探测时，对于向色心照射的激发光，其功率往往存在不稳定性，激发光功率的波动会引起荧光强度的不必要波动，给检测带来噪声，影响检测结果的准确度以及稳定性。这就需要对所探测的荧光进行降噪，一般采用的降噪方法为，将激发光进行分束，一束作用于固态自旋色心，另一束作为参考信号，再用探测器进行探测后进行差分处理，以抑制激发光所产生的共模噪声。但是此种降噪方式对于因温度、振动等因素对整个测量系统所产生的噪声，得不到较好的抑制，在基于odmr技术进行共振峰的识别时，亦因噪声的存在降低其识别的灵敏度。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于差分降噪的量子传感器、电流互感器及检测方法，用于在量子测量中，降低测量系统因受温度、振动等因素影响而产生的噪声，提高测量的准确度以及灵敏度。
2、为实现上述目的及其他相
3、进一步的，还包括数据处理单元，连接于光学检测单元，用于接收其传输的差分信号，根据差分信号计算待测环境的温度或磁场。
4、进一步的，还包括磁体，用于向两个探头施加偏置磁场。
5、进一步的，所述固态自旋色心为金刚石氮空位色心、金刚石锗空位色心、金刚石硅空位色心、碳化硅双空位色心、碳化硅硅空位色心、六方氮化硼硼空位色心中的一种。
6、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种基于固态自旋色心的电流互感器，包括：如前任一项所述的基于差分降噪的量子传感器，两个探头位于一载流导体所产生的磁场中，且沿载流导体的外圆周方向排列。
7、进一步的，还包括磁屏蔽罩，罩设在两个探头的外围，磁屏蔽罩的两端面开有供载流导体穿行的通孔。
8、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种基于固态自旋色心的量子检测方法，所述方法包括：
9、步骤s1，将两个含有固态自旋色心的探头放置于待测环境中，一个探头作为测量探头，另一个探头作为参考探头；
10、步骤s2，向两个探头照射激发光，并向测量探头辐射微波，且扫描微波频率，探测两个探头产生的荧光，并进行差分处理，将差分信号作为探测信号，利用探测信号绘制odmr曲线，根据所述odmr曲线获取所需检测参数值。
11、进一步的，步骤s2中，所需检测参数为磁场或温度。
12、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种基于固态自旋色心的电流检测方法，包括：如前所述的一种基于固态自旋色心的量子检测方法，其中，步骤s1中的待测环境为载流导体所产生的磁场环境，步骤s2的所需检测参数为载流导体中的电流。
13、进一步的，步骤s2具体包括如下步骤：
14、s21，先向参考探头照射激发光，并探测参考探头所产生的荧光，根据荧光与磁场的对应关系获取参考探头处所测得磁场的预估值b1，根据电流的方向确定b1的方向；
15、s22，向参考探头施加与b1大小相等、方向相反的磁场，向测量探头施加与b1大小相等、与电流在测量探头处产生的磁场方向相反的磁场，并向两个探头照射激发光，同时向测量探头辐射微波，并扫描微波，探测两个探头产生的荧光，并进行差分处理，将差分信号作为探测信号，利用所述探测信号绘制odmr曲线，根据odmr曲线计算磁场b2的大小及方向；
16、s23，根据向测量探头所施加的b1的大小与方向以及b2的大小与方向计算电流在测量探头处所产生的磁场b的大小与方向；
17、s24，根据磁场b计算载流导体中的电流值。
18、如上所述，本专利技术的一种基于差分降噪的量子传感器、电流互感器及检测方法，具有以下有益效果：
19、1、通过设置两个探头，针对参考探头仅照射激发光，并将测量探头所产生的荧光与参考探头所产生的荧光进行差分处理，将差分信号作为传感器的探测信号，不仅能够降低激发光源的波动给检测带来的噪声，还能够降低环境中的温度、振动等因素对整个测量系统产生的噪音影响，提高测量的准确度。并且，噪声的降低也有助于提高odmr检测中共振峰识别的灵敏度；
20、2、在所提供的电流互感器和电流的检测方法中，利用参考探头进行无微波辐射时的大量程的测量，再基于测量探头与参考探头的差分处理与odmr技术的结合实现小量程、更高灵敏度、更低噪声的高精准测量，最终可实现大量程、高灵敏度、高精准度的测量。
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1.一种基于差分降噪的量子传感器，其特征在于，所述传感器包括：两个含有固态自旋色心的探头（1）、光学检测单元（2）、微波辐射单元（3），其中一个探头（1）为测量探头，另一个探头（1）为参考探头，微波辐射单元（3）用于向测量探头辐射微波，光学检测单元（2）用于向两个探头（1）分别照射激发光，并分别探测两个探头（1）产生的荧光，再将测量探头的荧光探测信号与参考探头的荧光探测信号作差分处理，其差分信号作为传感器的探测信号。
2.根据权利要求1所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：还包括数据处理单元（4），连接于光学检测单元（2），用于接收其传输的差分信号，根据差分信号计算待测环境的温度或磁场。
3.根据权利要求1所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：还包括磁体（5），用于向两个探头（1）施加偏置磁场。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：所述固态自旋色心为金刚石氮空位色心、金刚石锗空位色心、金刚石硅空位色心、碳化硅双空位色心、碳化硅硅空位色心、六方氮化硼硼空位色心中的一种。
5.一种基于固
6.根据权利要求5所述的基于固态自旋色心的电流互感器，其特征在于：还包括磁屏蔽罩（7），罩设在两个探头（1）的外围，磁屏蔽罩（7）的两端面开有供载流导体（6）穿行的通孔（9）。
7.一种基于固态自旋色心的量子检测方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的基于固态自旋色心的量子检测方法，其特征在于：步骤S2中，所需检测参数为磁场或温度。
9.一种基于固态自旋色心的电流检测方法，其特征在于，所述方法包括：如权利要求7中所述的一种基于固态自旋色心的量子检测方法，其中，步骤S1中的待测环境为载流导体所产生的磁场环境，步骤S2中的所需检测参数为载流导体中的电流。
10.根据权利要求9所述的基于固态自旋色心的电流检测方法，其特征在于：步骤S2具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于差分降噪的量子传感器，其特征在于，所述传感器包括：两个含有固态自旋色心的探头（1）、光学检测单元（2）、微波辐射单元（3），其中一个探头（1）为测量探头，另一个探头（1）为参考探头，微波辐射单元（3）用于向测量探头辐射微波，光学检测单元（2）用于向两个探头（1）分别照射激发光，并分别探测两个探头（1）产生的荧光，再将测量探头的荧光探测信号与参考探头的荧光探测信号作差分处理，其差分信号作为传感器的探测信号。
2.根据权利要求1所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：还包括数据处理单元（4），连接于光学检测单元（2），用于接收其传输的差分信号，根据差分信号计算待测环境的温度或磁场。
3.根据权利要求1所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：还包括磁体（5），用于向两个探头（1）施加偏置磁场。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于差分降噪的量子传感器，其特征在于：所述固态自旋色心为金刚石氮空位色心、金刚石锗空位色心、金刚石硅空位色心、碳化硅双空位色心、碳化硅硅空位色心、六方氮化硼硼空位色心中的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨迪，张少春，赵博文，刘新雨，胡小文，汪鹏，
申请(专利权)人：安徽省国盛量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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