CN113960345A - 电流检测方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流检测方法、装置及存储介质，涉及电力电子技术领域，其中，方法包括：向含有NV色心的金刚石传输激光信号和微波信号，以使金刚石产生荧光信号，其中，金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；接收荧光信号，并根据荧光信号得到待测电流的高频成分。由此，解决了相关技术中基于罗氏线圈的互感器去掉了铁芯后，互感器对待测电流的响应明显降低，导致电流测量精度下降，无法准确得到高频成分，以及存在高压侧供电等问题。

Description

电流检测方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电流检测方法、装置及存储介质。

背景技术

谐波主要指50Hz工频电流的倍频成分，比如100Hz的二次谐波、150Hz的三次谐波，等等。谐波产生于电网中的非线性元件与非线性负载设备，对用电设备会造成较大的损害，轻则影响配电效率，重则损坏设备，甚至引发安全事故。现代电网中，工频交流电的谐波逐渐成为研究的要点。人们采取了多种措施来防范高次谐波造成的伤害，比如在电气设备的输入端使用安规电容来隔离高频成分，使用大容量的X类安规电容防范差模干扰，使用小容量的Y安规电容来防范共模干扰，从而阻止高频谐波进入用电设备。

电网中一般用互感器来测量工频电流的高次谐波，根据测量结果来研究和控制高频谐波的成分。然而，传统的互感器通常以电磁感应技术为基础，利用电磁感应线圈来获得工频交流电的感应电流，从而计算出待测电流的幅度。这种方案需要使用铁芯来增强待测电流的磁感应强度，但铁芯的铁磁谐振和涡流效应会降低线圈的带宽，导致电磁式互感器的带宽有限，不能测量高频谐波。

在电磁式互感器的基础上，基于罗氏线圈的互感器去掉了铁芯，互感器的带宽因此得以显著增加。但去掉铁芯后，互感器对待测电流的响应明显降低，导致电流测量精度显著下降。除此以外，罗氏线圈互感器还存在高压侧供电等问题，因此在实际应用中有较大限制。

发明内容

本发明提供一种电流检测方法、装置及存储介质，以解决相关技术中基于罗氏线圈的互感器去掉了铁芯后，互感器对待测电流的响应明显降低，导致电流测量精度下降，无法准确得到高频成分，以及存在高压侧供电等问题。

本发明第一方面实施例提供一种电流检测方法，所述方法包括：向含有NV色心的金刚石传输激光信号和微波信号，以使所述金刚石产生荧光信号，其中，所述金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；接收所述荧光信号，并根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分。

进一步地，通过第一光纤向所述金刚石传输激光信号，通过同轴线向所述金刚石传输微波信号，通过第二光纤接收所述荧光信号。

可选地，所述根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分，包括：根据所述荧光信号得到所述待测电流的电流波形；利用傅里叶算法计算根据所述电流波形得到所述待测电流的高频成分，或者，对所述电流波形进行时域分析得到所述待测电流的高频成分。

进一步地，所述根据所述荧光信号得到所述待测电流的电流波形，包括：根据所述荧光信号得到所述金刚石所在空间的磁场强度；根据所述磁场强度和所述金刚石与所述待测电流之间的距离，得到所述待测电流的幅度；根据所述待测电流的幅度生成所述电流波形。

可选地，所述方法还包括：判断当前是否达到检测的结束条件；如果未达到，则持续接收所述荧光信号，并进行高频成分计算；如果达到，则结束检测。

进一步地，所述结束条件包括如下条件中的至少一者：得到的所述待测电流的电流波形对应的时长达到预设时间；计算得到的所述待测电流的幅值的个数达到预设值。

进一步地，所述预设时间为所述待测电流的基波周期的整数倍。

本发明第二方面实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的电流检测方法。

本发明第三方面实施例提供了一种电流检测装置，所述装置包括：金刚石，所述金刚石含有NV色心，所述金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；控制组件，所述控制组件用于向所述金刚石传输激光信号和微波信号，以使所述金刚石产生荧光信号，并接收所述荧光信号，以及根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分。

进一步地，所述控制组件通过第一光纤向所述金刚石传输激光信号，通过同轴线向所述金刚石传输微波信号，通过第二光纤接收所述荧光信号。

由此，本发明至少具有如下有益效果：

基于含有NV色心的金刚石实现工频电流检测，可以实现较高的磁测量精度，同时保证较高的磁测量带宽，可以测量工频电流的高次谐波成分。由此，解决了相关技术中基于罗氏线圈的互感器去掉了铁芯后，互感器对待测电流的响应明显降低，导致电流测量精度下降，无法准确得到高频成分，以及存在高压侧供电等问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电流检测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的含有NV色心的金刚石设置方式示例图；

图3是本发明实施例提供的电流检测装置的方框示意图；

图4是本发明实施例提供的电流检测装置检测的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-4描述本发明实施例的电流检测方法、装置及存储介质。

图1是本发明实施例提供的电流检测方法的流程图。如图1所示，电流检测方法包括：

S101、向含有NV色心的金刚石传输激光信号和微波信号，以使金刚石产生荧光信号，其中，金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；

在本实施例中，含有NV色心的金刚石作为磁传感器使用时，需要接受激光信号和微波信号，以使金刚石产生荧光信号。可通过第一光纤向金刚石传输激光信号，通过同轴线向金刚石传输微波信号，通过第二光纤接收荧光信号。以图2为例，含有NV色心的金刚石10和待测电流30位于一次侧a，控制组件20位于二次侧b，含有NV色心的金刚石10设置在待测电流30周围的预设区域内，控制组件20通过第一光纤N1向含有NV色心的金刚石10传输激光信号，通过同轴线N3向含有NV色心的金刚石10传输微波信号。当含有NV色心的金刚石10接收到激光信号和微波信号后，产生荧光信号，控制组件20通过第二光纤N2接收荧光信号。其中，第一光纤N1为激光光纤，第二光纤N2为荧光光纤，同轴线N3为微波同轴线。

需要说明的是，NV色心的全称是氮-空位色心，是金刚石里面的一种晶格点缺陷，通过一个碳原子和一个空穴取代一对相邻的碳原子组成。

S102、接收荧光信号，并根据荧光信号得到待测电流的高频成分。

在本实施例中，根据荧光信号得到待测电流的高频成分，可包括：根据荧光信号得到待测电流的电流波形；利用傅里叶算法计算根据电流波形得到待测电流的高频成分，或者，对电流波形进行时域分析得到待测电流的高频成分。其中，根据荧光信号得到待测电流的电流波形，可包括：根据荧光信号得到金刚石所在空间的磁场强度；根据磁场强度和金刚石与待测电流之间的距离，得到待测电流的幅度；根据待测电流的幅度生成电流波形。

具体地，接收荧光信号后，根据荧光信号得到荧光强度，然后以荧光强度的形式输出磁场强度。也就是说，只要测量NV色心的荧光强度，就能计算出含有NV色心的金刚石所在空间的磁场强度，从而根据该磁场强度和含有NV色心的金刚石与待测电流之间的距离推算出待测电流的幅度，再根据待测电流的幅度生成电流波形。进一步地，得到待测电流的电流波形后，就可以利用傅里叶算法根据电流波形计算待测电流的高频成分，或者对电流波形进行时域分析，计算出待测电流的高频成分。

需要说明的是，与现有的电磁式互感器相比，本发明基于含有NV色心的金刚石磁传感器的量子互感器显著提升了测量带宽，可以测量工频电流的高次谐波，为相关的研究提供测试和监控设备。含有NV色心的金刚石不需要使用铁磁性材料来增强待测磁场，不会像电磁式互感器一样受铁磁谐振和涡流效应影响导致带宽降低，可以避免电磁式互感器带宽有限的问题。

另外，基于罗氏线圈的空心线圈互感器虽然也能实现较高的测量带宽，但空心线圈方案的测量精度有限，使用上有较大限制。相比之下，含有NV色心的金刚石磁传感器具有较高的磁测量精度，用于测量电流时，可以较为准确的测量待测电流，在一定程度上改善了空心线圈互感器精度不足的问题。

在一些实施例中，还可判断当前是否达到检测的结束条件；如果未达到，则持续接收荧光信号，并进行高频成分计算；如果达到，则结束检测。

其中，结束条件包括如下条件中的至少一者：得到的待测电流的电流波形对应的时长达到预设时间；计算得到的待测电流的幅值的个数达到预设值。预设时间为待测电流的基波周期的整数倍。作为一个示例，结束条件包括一个条件。例如：检测到待测电流的电流波形对应的时长达到预设时间，又如，计算得到的待测电流的幅值的个数达到预设值。作为另一个示例，结束条件包括两个条件：待测电流的电流波形对应的时长达到预设时间，并且，计算得到的待测电流的幅值的个数达到预设值。

需要说明的是，在上述电流检测方法任意步骤中皆可判断当前是否达到检测的结束条件。

根据本发明实施例的提出的电流检测方法，基于含有NV色心的金刚石实现工频电流检测，可以实现较高的磁测量精度，同时保证较高的磁测量带宽，可以测量工频电流的高次谐波成分。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例的电流检测方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述电流检测方法对应的计算机程序被处理器执行时，基于含有NV色心的金刚石实现工频电流检测，可以实现较高的磁测量精度，同时保证较高的磁测量带宽，可以测量工频电流的高次谐波成分。

图3是本发明实施例提供的电流检测装置的方框示意图。如图3所示，电流检测装置100包括：金刚石10，金刚石10含有NV色心11，金刚石10设置在待测电流周围的预设区域内；控制组件20，控制组件20用于向金刚石10传输激光信号和微波信号，以使金刚石10产生荧光信号，并接收荧光信号，以及根据荧光信号得到待测电流的高频成分。

在本实施例中，控制组件20通过第一光纤向金刚石10传输激光信号，通过同轴线向金刚石10传输微波信号，通过第二光纤接收荧光信号。

需要说明的是，前述对电流检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电流检测装置，此处不再赘述。

另外，本发明实施例中的控制组件20可以作为独立的器件设置，也可以设置于一个器件中，不对其做具体限定。以控制组件20设置于上位机中为例，其中，上位机与含有NV色心11的金刚石10相连。下面将对电流检测装置100的检测流程进行阐述，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S1、开始测试，打开上位机。

步骤S2、上位机开始工作，输出激光信号与微波信号，并从有NV色心11的金刚石10中接收荧光信号和读取荧光强度。

步骤S3、根据测到的荧光强度计算待测电流幅度，并通过数据处理得到待测电流高频成分，实现电流的测量功能。

步骤S4、判断测试是否完成，如果否，则执行步骤S2；如果是，则执行步骤S5。

步骤S5、分析测试结果，结束测试。

根据本发明实施例的提出的电流检测装置，基于含有NV色心的金刚石实现工频电流检测，可以实现较高的磁测量精度，同时保证较高的磁测量带宽，可以测量工频电流的高次谐波成分。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电流检测方法，其特征在于，所述方法包括：

向含有NV色心的金刚石传输激光信号和微波信号，以使所述金刚石产生荧光信号，其中，所述金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；

接收所述荧光信号，并根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分。

2.根据权利要求1所述的电流检测方法，其特征在于，通过第一光纤向所述金刚石传输激光信号，通过同轴线向所述金刚石传输微波信号，通过第二光纤接收所述荧光信号。

3.根据权利要求1所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分，包括：

根据所述荧光信号得到所述待测电流的电流波形；

利用傅里叶算法计算根据所述电流波形得到所述待测电流的高频成分，或者，对所述电流波形进行时域分析得到所述待测电流的高频成分。

4.根据权利要求3所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据所述荧光信号得到所述待测电流的电流波形，包括：

根据所述荧光信号得到所述金刚石所在空间的磁场强度；

根据所述磁场强度和所述金刚石与所述待测电流之间的距离，得到所述待测电流的幅度；

根据所述待测电流的幅度生成所述电流波形。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电流检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断当前是否达到检测的结束条件；

如果未达到，则持续接收所述荧光信号，并进行高频成分计算；

如果达到，则结束检测。

6.根据权利要求5所述的电流检测方法，其特征在于，所述结束条件包括如下条件中的至少一者：

得到的所述待测电流的电流波形对应的时长达到预设时间；

计算得到的所述待测电流的幅值的个数达到预设值。

7.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述预设时间为所述待测电流的基波周期的整数倍。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现根据权利要求1-7中任一项所述的电流检测方法。

9.一种电流检测装置，其特征在于，所述装置包括：

金刚石，所述金刚石含有NV色心，所述金刚石设置在待测电流周围的预设区域内；

控制组件，所述控制组件用于向所述金刚石传输激光信号和微波信号，以使所述金刚石产生荧光信号，并接收所述荧光信号，以及根据所述荧光信号得到所述待测电流的高频成分。

10.根据权利要求9所述的电流检测装置，其特征在于，所述控制组件通过第一光纤向所述金刚石传输激光信号，通过同轴线向所述金刚石传输微波信号，通过第二光纤接收所述荧光信号。

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