CN116660604B - 基于光供能及通信技术的量子互感器及电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及量子精密测量技术领域，方案为一种基于光供能及通信技术的量子互感器，包含后端、前端、绝缘子以及连接于前端与后端之间的光纤线路，绝缘子内设用于安装光纤线路的绝缘通道，后端包含激光模块、光接收机以及主机，前端包含NV色心探头、光电探测模块、光发送机、光电池模块以及光路模块，本方案使用激光供能的方式为高压侧的检测用电器件供电，还利用光纤通信技术从高压侧传输回荧光探测数据，此种系统设计能够使得高低压侧的检测组件之间无电信号的传输，提高了系统使用安全性，有利于互感器长期使用，且光纤通信技术使得荧光信号转化为适宜远距离传输的调制光信号进行传输，有效解决了荧光传输损耗严重的问题。

Description

基于光供能及通信技术的量子互感器及电流检测方法

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，具体涉及到一种基于光供能及通信的量子互感器及检测方法。

背景技术

固态自旋色心体系是实现量子精密测量的重要物理体系，以该体系中的金刚石NV色心为例，其在激光的泵浦下表现出较强的荧光，且该荧光强度与外界物理量规律性相关，因而可作为一种新型的传感核心，用于磁场、电场、温度等物理量的测量，固态自旋色心体系除了金刚石NV色心，还有硅空位色心、硼空位色心等。

如今利用固态自旋色心体系进行传感测量的研究逐渐增多，如公开号为CN113804941A的中国专利公开了一种基于金刚石NV色心的光纤电流互感器以及测量方法，包括有激光激发及反射光接收分析设备、金刚石固态自旋量子探头、聚磁器以及微波激发设备，该方案即利用了NV色心实现了对电流的检测，但是其也存在一定使用局限性，对于电网高压侧或超高压侧的电流检测，由于高电压差的存在，因而不适于从低压侧向高压侧进行电流供给，传统技术上，一般使用蓄电池或太阳能电池为高压侧检测用电器件供电，但是方式均面临着供能不稳定、寿命短等问题，另外，现有基于NV色心量子传感技术的电流互感器都是在远端以电信号的形式传输荧光数据或者直接传输反馈荧光进至总机端，在电网高压侧使用时，以电信号传输荧光数据的方式是不适宜的，而直接传输反馈荧光则会出现由于传输距离远导致荧光损耗严重的问题。

基于此，本发明设计了一种基于光供能及通信的量子互感器及检测方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够适用于电网高压侧检测电流的量子互感器及电流检测方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于光供能及通信技术的量子互感器，包含后端、前端、绝缘子以及连接于前端与后端之间的光纤线路，所述绝缘子内设用于安装光纤线路的绝缘通道，所述后端包含激光模块、光接收机以及主机，所述前端包含固态自旋量子探头、光电探测模块、光发送机、光电池模块以及光路模块；

其中，所述激光模块用于输出激光信号，所述光路模块用于前端内各类光信号的调节及传输，所述光电池模块用于将部分激光信号转化为前端电能并为前端的用电器件供电，所述固态自旋量子探头用于感知外界环境并在部分激励激光的作用下产生反馈荧光，所述光电探测模块用于采集反馈荧光并将其转化调制为前端电信号，所述光发送机用于根据远端电信号产生并输出调制光信号，所述光接收机用于获取调制光信号并将其转化为近端电信号输出，所述主机用于分析处理近端电信号。

进一步的，所述前端还包含微波模块，所述微波模块用于输出作用于固态自旋量子探头的激励微波。

进一步的，所述前端还包含光回收模块，所述光回收模块用于回收前端内的无用光信号并通过光电池模块将其转化为前端电能。

进一步的，所述激光模块输出的激光信号分为波长不同的两种激光，其中一种作为激励固态自旋量子探头的激励激光，另一种作为光电池模块转化电能的供能激光。

进一步的，所述激光模块输出的激光信号为一种波长的激光，该激光的一部分用于激励固态自旋量子探头，另一部分通过光电池模块转化为电能。

进一步的，所述光纤线路为一光纤，在前端与后端二者之间传输的光信号均通过此光纤进行传输。

进一步的，所述固态自旋量子探头具备2n个探测位，且所有探测位均匀分布在一虚拟圆周上。

进一步的，所述前端还包含电磁屏蔽室，位于前端的部分或所有通电设备安装于电磁屏蔽室内，所述固态自旋量子探头位于电磁屏蔽室的外侧。

进一步的，所述光电探测模块还包含锁相放大器，所述锁相放大器对测量信号进行锁相放大处理后输出。

进一步的，所述光电探测模块还包含处理器，所述处理器用于对测量信号进行计算分析以得到待测量信息，并将该待测量信息以电信号形式输出。

进一步的，还包含磁屏蔽环，所述固态自旋量子探头位于磁屏蔽环内侧。

进一步的，还包含聚磁器，所述固态自旋量子探头位于聚磁器的聚磁气隙内。

进一步的，所述聚磁器上还配设有反馈调节线圈，所述光电池模块包含反馈电源单元，所述反馈调节线圈用于调控聚磁气隙内的磁场强度，所述反馈电源用于为反馈调节线圈供电以产生调节磁场。

一种电流检测方法，应用了如前所述的量子互感器，包含以下步骤：

S1、将前端置于电网高压侧，将后端置于电网低压侧，将固态自旋量子探头置于待测通电导体处；

S2、从电网低压侧向电网高压侧传输激光信号；

S3、在电网高压侧，一部分激光信号转化为电能并为前端中的用电件供电，固态自旋量子探头感知通电导体产生的磁场并在另一部分激光信号的作用下产生反馈荧光；

S4、通过光电探测模块将反馈荧光转化为远端电信号，并利用光发送机将远端电信号转化为调制光信号，从电网高压侧向电网低压侧传输调制光信号；

S5、在电网低压侧利用光接收机接收调制光信号并将其转化为近端电信号，通过对近端电信号进行分析处理得到待测通电导体内的电流信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案使用激光供能的方式为高压侧的检测用电器件供电，还利用光纤通信技术从高压侧传输回荧光探测数据，此种系统设计能够使得高低压侧的检测组件之间无电信号的传输，提高了系统使用安全性，且激光供能更稳定持久，有利于互感器长期使用，同时，光纤通信技术使得荧光信号转化为适宜远距离传输的调制光信号进行传输，有效解决了荧光传输损耗严重的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中量子互感器的一结构示意图；

图2为本发明实施例中NV色心探头的结构示意图；

图3为本发明实施例中前端附近组成结构的示意图；

图4为本发明实施例中的一系统设计图；

图5为本发明实施例中的另一系统设计图；

图6为本发明实施例中多量子探头下的前端的光路设计图；

图7为本发明实施例中光回收模块的示意图；

图8为本发明实施例中单NV色心探头的聚磁器结构示意图；

图9为本发明实施例中多NV色心探头的聚磁器结构示意图；

图10为本发明实施例中反馈调节线圈和聚磁器的组合示意图；

图11为本发明实施例中电流反馈检测方法的流程图；

图12为本发明实施例中检测方法的流程图；

图13为本发明实施例中量子互感器检测电流时的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

量子互感器实施例

如附图1所示，本实施例公开了一种基于光供能及通信技术的量子互感器，包含后端1、前端、绝缘子7以及连接于前端与后端之间的光纤线路4，绝缘子4内设用于安装光纤线路的绝缘通道，后端1包含激光模块11、光接收机12以及主机13，前端包含固态自旋量子探头（本例及后续实施例中，以NV色心探头3作为固态自旋量子探头进行描述，当然实际中，固态自旋量子探头还可以由该体系内其他材料制作而成，如硅空位色心、硼空位色心等）以及功能单元2，功能单元2包含光路模块21、光电池模块22、光电探测模块23以及光发送机24。

本例中，激光模块11用于输出激光信号，示例性的，一种设计为，激光模块11包含两种激光源，输出的激光信号分为波长不同的两种激光，其中一种作为激励NV色心探头3的激励激光，另一种作为光电池模块22转化电能的供能激光；在另外一些设计中，激光模块11为单一激光源，输出的激光信号为一种波长的激光，该激光的一部分用于激励NV色心探头3，另一部分通过光电池模块22转化为电能。

本例中，光路模块21用于前端内各类光信号的调节及传输，示例性的，一些实现方式中，光路模块21包含光纤接头、若干光纤、镜片等，其能够实现激光的接入或接出以及各类光信号的传输调节。

本例中，光电池模块22用于将部分激光信号转化为前端电能并为前端的用电器件供电，示例性的，一种具体的方式中，光电池模块22至少由光电池以及DC-DC变换器组成，作为本实施例中的一种优选结构，光电池单元包含光伏取电模块，光伏取电模块用于将日光能转化为电能，其增加了其他储能方式，储能更多样。

本例中，光电探测模块23用于采集反馈荧光并将其转化调制为前端电信号，示例性的，一种具体的方式中，光电探测模块23至少包含光电探测器，其可以是光电二极管（优选为雪崩二极管），通过光电二极管可以采集反馈荧光并将其转化为一次电信号，该一次电信号可以直接作为光发送机24的输入值，当然，作为一种优选，光电探测模块23还包含锁相放大器，其可以对光电二极管输出的一次电信号进行锁相放大处理，以得到降噪后的二次电信号，将二次电信号作为光发送机24的输入值可以获得更佳的调制效果；作为另外一些可能的设计，光电探测模块23还可以包含处理器，该处理器能够对二次电信号直接进行计算处理以得到表征通电导体内电流信息的三次电信号，该三次电信号作为光发送机24的输入值以产生对应的调制光信号进行传输。

本例中，光发送机24用于根据远端电信号产生并输出调制光信号，示例性的，一种图示未示出的方式中，光发送机24具体包含输入接口、线缆编码、调制电路、光源以及控制电路等部分，具体的，远端电信号首先通过输入接口变换成普通的NRZ（或者是RZ）码，输入接口的作用是不仅保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，而且要进行适当的码型变换，以适合光发送机的要求，在光纤通信系统中，由于光源不可能有负光能，只能采用二电平码，但是简单的二电平码具有随信息随机起伏的直流和低频分量，对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求；调制电路将电信号转变为调制电流，以便实现对光源的强度调制；光源一般为半导体激光器，其是对温度敏感的器件，它的输出光功率和输出光谱的中心波长随着温度发生变化；因此为了稳定输出功率和波长，光发送机往往加有控制电路，控制电路包括自动功率控制（APC）电路和自动温度控制（ATC）电路。

本例中，NV色心探头3用于感知外界环境并在部分激励激光的作用下产生反馈荧光，示例性的，一种具体的方式中，如附图2所示，NV色心探头3包含金刚石NV色心，其颗粒大小在5um-100um之间，金刚石NV色心贴设在一传感光纤的端面中部，该传感光纤优选为多模光纤，检测时，激光信号通过传感光纤与其端面的金刚石NV色心进行接触。

本例中，光接收机12用于获取调制光信号并将其转化为近端电信号输出，示例性的，一种具体方式为，调制光信号通过光接收机完成后续解调过程（解调过程包含光电转换、数据还原、数据处理和数据输出），主机13对光接收机输出的解调数据进行最终处理分析，从而得到测量结果。

在本例中，绝缘子7内设用于安装光纤线路4的绝缘通道，绝缘子使得前、后端之间的线路连接更加安全可靠，作为优选，绝缘子7为陶瓷绝缘子或玻璃绝缘子或复合绝缘子。

在一些另外的实施例中，考虑到ODMR检测法的优越性，还在前端设置了微波模块，微波模块用于输出激励微波，激励微波与激光信号共同激励NV色心探头3，光电池模块22为微波模块供电，示例性的，一种具体的方式中，微波模块包含微波源、微波放大器以及微波开关，且针对微波模块的设计，还在NV色心探头中设计有微波天线（还可以是其它能够释放微波的输出结构，如微带天线等）。

可以预知的是，前述实施例中的量子互感器可以是电力互感器、温度互感器、磁场互感器、压力互感器等。

考虑到前端的用电器件会产生干扰信号（电、磁场等），其能够对实际测量环境造成干扰，导致测量精度降低，在一些另外的实施例中，前端还包含电磁屏蔽室，位于前端的部分或所有通电设备安装于电磁屏蔽室内，NV色心探头位于电磁屏蔽室的外侧，示例性的，如附图3所示，电磁屏蔽室5设在一次环6的底部位置，功能单元2安装于电磁屏蔽室5内，NV色心探头3安装于一次环6内，一次环6的内孔即为检测通道，在进行电流检测时，通电导体置于检测通道内，NV色心探头3感知其周围磁场并在激励下产生反馈荧光。

注意的是，为避免尖端放电等问题，电磁屏蔽室5的各个转角处应做成光滑曲面，还应做好防水防尘设计。

作为一种优选设计，光纤线路4的设计多样，常规的设计是，不同光信号的传输均通过独立的光纤进行传输；作为一种简化设计，此处提出一种优化改进设计，具体的，光纤线路4为一根光纤，在前端与后端二者之间传输的光信号（激光信号以及调制光信号）均通过此光纤进行传输，现基于此设计提出两种互感器的系统设计方案：

其一，参见附图4，其中激光信号仅为一种波长（532nm），其中，后端1包含第一激光器111、光接收机12以及主机13，功能单元2包含光路模块21、光电池模块22、光电探测模块23、光发送机24以及微波模块25，光路模块21包含若干光纤耦合器211、双色片232、滤波片213及若干光纤，光纤线路4为一混合传输光纤（优选为多模光纤），混合传输光纤靠近后端1的一端连接有近端环形器41，另一端连接有远端环形器42，远端环形器42的一出口连接有分光器43（为一分二分光器，分光比根据需求可调），NV色心探头3由金刚石NV色心、传感光纤以及微波天线组成，微波天线与微波模块25电性连接；具体检测时，第一激光器111发出的532nm激光通过近端环形器41进入混合传输光纤进行传输，并在通过远端环形器42后被分光器43分为两路，其中一路532nm激光穿透双色片212后进入传感光纤，并对金刚石NV色心进行激励，另一路532nm激光通过光电池模块22转化为电能为前端供电，微波模块25输出微波信号至微波天线以产生激励金刚石NV色心的微波，在微波以及532nm激光的双重激励下，金刚石NV色心产生反馈荧光，该反馈荧光沿原光路返回并经双色片212反射，再经滤波片213过滤杂散光之后被光电探测模块23采集转化为电信号，光发送机24根据该电信号产生对应的调制光信号，调制光信号通过远端环形器42进入混合传输光纤进行传输，并在通过近端环形器41后被光接收机12接收，并在解调后送至主机13内进行计算分析以得到通电导体内电流值。

其二、参见附图5，其中激光信号为两种波长的激光，该系统与图4所示系统仅存在以下不同：

a、激光模块11还包含第二激光器112，第二激光器112输出的激光信号的波长取值区间为500nm~1200nm，第二激光器112输出的光能用于转化电能，第一激光器111输出的激光用于激励金刚石NV色心；

b、光纤线路4包含一混合传输光纤，混合传输光纤靠近后端1的一端连接有近端环形器41，近端环形器41的一出口通过合波器44与激光模块11连接，混合传输光纤靠近前端的一端连接有远端环形器42，远端环形器42的一出口连接有分波器45。

具体检测时，第一激光器111输出的532nm激光以及第二激光器112输出的850nm激光先通过合波器44合束，合束后的混合激光通过近端环形器41进入混合传输光纤进行传输，在通过远端环形器42后，混合激光被分波器45重新分开，其中532nm激光穿透双色片212后进入传感光纤，并对金刚石NV色心进行激励，另一路850nm激光通过光电池模块22转化为电能为前端供电，微波模块25输出微波信号至微波天线以产生激励金刚石NV色心的微波，在微波以及532nm激光的双重激励下，金刚石NV色心产生反馈荧光，该反馈荧光沿原光路返回并经双色片212反射，再经滤波片213过滤杂散光之后被光电探测模块23采集转化为电信号，光发送机24根据该电信号产生对应的调制光信号，调制光信号通过远端环形器42进入混合传输光纤进行传输，并在通过近端环形器41后被光接收机12接收，并在解调后送至主机13内进行计算分析以得到待测量。

在一些实施例中，将NV色心探头3设置为2n个探测位，且所有探测位均匀分布在一虚拟圆周上，此种设计在对通电导体进行电流测量时会得到偶数个探测数据，然后利用环路积分法处理这些数据，可以有效降噪，提高检测精度，示例性的，如附图3所示，一次环内6含4组NV色心探头3（均为单探测点位的探头结构），4组探头均匀分布在一圆周上，该圆周与一次环同心，且相邻探头之间夹角均近似相等，当然，如附图3所示，可以设计特定支架10实现探头的定位安装；关于多个NV色心探头的系统方案，需要对其进行光路设计，示例性的，本例此处提出一种前端的光路设计，如附图6所示，功能单元2包含光路模块21、光电池模块22、光电探测模块23以及光发送机24，NV色心探头3共计4组，对应的，光纤线路4包含四条独立的光纤用于传输激励NV色心探头3的532nm激光，光路模块共计四路光路，每路均包含光纤耦合器211、双色片212以及滤波片213，光电探测模块23包含四个光电二极管、一个锁相放大器以及一处理器，具体使用时，经光纤线路4传输来的供能激光经光电池模块22转化为电能使用，四路532nm激光经光纤耦合器211进入各光路，并分别对各NV色心探头3进行激励， NV色心探头3在532nm激光的激励下产生反馈荧光，各路反馈荧光被对应的光电二极管采集转化为电信号，四路电信号通过锁相放大器后进入处理器，处理器对调制后的四路电信号进行求平均后得到平均电信号，光发送机24根据该平均电信号输出调制光信号，并通过一独立光纤传回后端中，在本例中，光电池模块22为光电探测模块23以及光发送机24供电。

在一些实施例中，前端还包含光回收模块，光回收模块用于回收前端内的无用光信号，并通过光电池模块将无用光信号转化为电能，示例性的，考虑到前端内主要的光损耗是在NV色心探头处发生，因而主要考虑回收NV色心探头处浪费的光信号，具体的，本例此处提出一种前端的光回收模块的设计，如附图7所示，光回收模块设在NV色心探头的近处，光回收模块包含聚焦镜组和光纤耦合器，聚焦镜组用于收集NV色心探头处产生的反射荧光并将其汇聚成束，该成束的激光成为回收激光，通过光纤耦合器将该回收激光耦合进入一光纤内进行传输，回收激光通过光纤导入光电池模块用以发电。

本例光回收模块的设计能够减少光能的损耗，尤其是多探头的量子电流互感器，因为探头数量的增加，导致较多光能被浪费，光回收模块的设计能很好改善此问题。

在一些实施例中，考虑到将量子互感器用于磁场检测时，常有因外界磁场干扰导致检测精度降低的问题，此处提出两种解决方案，具体如下：

其一、在前端设计磁屏蔽环9，NV色心探头3位于磁屏蔽环9内侧，该设计可以有效减少外界磁场对测量结果的影响，提高测量精确度，示例性的，参见附图3，磁屏蔽环9同心安装于一次环6内。

其二、在前端设计聚磁器14，NV色心探头3位于聚磁器14的聚磁气隙内，针对单个NV色心探头的情况，示例性的，一种具体的结构设计为，如附图8所示，聚磁器14为一C型环，其含一缺口（聚磁气隙）；针对多个NV色心探头情况，示例性的，一种具体的结构设计为，聚磁器14包含若干弧形部分，当所有弧形部分呈环形分布时，其存在与NV色心探头数量相等且位置一致的缺口（聚磁气隙），如附图9所示为4组NV色心探头时的聚磁器14结构设计。

本例作如此改进的原因在于，聚磁器能够放大通电导体产生的磁场，而不放大外界干扰磁场，因而测得的混合磁场中外界干扰磁场的占比极小，基本可忽略，从而实现提高设备检测精度的效果。

考虑到聚磁器有一定聚磁饱和区间，在待测磁场较大的情况下，很容易导致聚磁饱和的问题出现，当磁场超过阈值，就无法实现准确探测，基于此问题，本例进一步做以下改进：如附图10所示，聚磁器14上还配设有反馈调节线圈15，光电池模块包含反馈电源单元，反馈电源单元与反馈调节线圈15电性连接，示例性的，反馈电源单元含电源部分和控制部分，其能够可控的为反馈调节线圈供电，控制部分接受光电探测模块传输的电信号信息并根据其调控反馈电流大小。

本例此处提出一种反馈调节线圈的使用方法，具体参见附图11，其包含以下步骤：

在步骤S10中，判断NV色心探头3检测的磁场强度是否为0；

在步骤S11中，在判断该磁场强度不为0的情况下，判断磁场强度是否大于0；

在步骤S12中，在判断磁场强度大于0的情况下，降低反馈电流的电流值；

在步骤S13中，在判断磁场强度小于0的情况下，提高反馈电流的电流值；

在步骤S14中，在判断磁场强度为0的情况下，输出反馈电流的电流值以作为待测电流的测量结果。

结合本方案，要知道的是，作为测量结果的电流值也会作为光发送机的输入值输入，此例仍然是通过调制光信号向低压侧传输检测数据。

注意的是，上述方法提出判断的条件为“磁场强度是否为0”，其实际意义表示是某种合适稳定状态，可以通过反馈荧光强度或光电二极管输出的电信号作为判断主体，且判断条件也可以是非饱和区间内的一磁场定值。

检测方法实施例

如附图12所示，本例介绍一种电流检测方法，包含以下步骤：

S1、将前端置于电网高压侧，将后端置于电网低压侧，将NV色心探头置于待测通电导体处；

S2、从电网低压侧向电网高压侧传输激光信号，示例性的，一种具体的方式为，激光信号分为532nm激励激光以及830nm供能激光，二者由低压侧的两个激光器稳定输出；

S3、在电网高压侧，一部分激光信号转化为电能并为前端中的用电件供电，NV色心探头感知通电导体产生的磁场并在另一部分激光信号的作用下产生反馈荧光，示例性的，一种具体的方式为，利用532nm激励激光激励NV色心以产生红色的反馈荧光（波长637nm），利用光电池将830nm供能激光转化为电能；

S4、通过光电探测模块将反馈荧光转化为远端电信号，并利用光发送机将远端电信号转化为调制光信号，从电网高压侧向电网低压侧传输调制光信号，示例性的，一种具体的方式为，利用雪崩二极管采集反馈荧光并转化为电信号，该电信号作为光发送机的输入值，光发送机根据该电信号的变化输出不同强弱的调制光信号，调制光信号通过光纤线路传输至低压侧；

S5、在电网低压侧利用光接收机接收调制光信号并将其转化为近端电信号，通过对近端电信号进行分析处理得到待测通电导体内的电流信息。

为便于理解，以附图13为例进行详述，一次环6及电磁屏蔽室5的组合结构即为前端，将其置于电网高压侧，并通过绝缘子7进行支撑，通电导体8穿过一次环6的内孔，后端1中的激光模块1发出532nm激励激光以及830nm供能激光，并通过传输线路4传输至电磁屏蔽室5，在其内，供能激光被光电池模块转化为电能，NV色心探头感知通电导体8产生的磁场并在激励激光的作用下产生反馈荧光，光电探测模块收集反馈荧光并转化为远端电信号，光发送机根据远端电信号输出调制光信号，调制光信号经传输线路4传输电网低压侧，光接收机接收调制光信号并解调为近端电信号输出，主机对近端电信号进行计算处理可以得到通电导体8外侧磁场大小，进而通过磁场大小计算出通电导体8内电流大小。

在一些实施例中，为了提高检测结果的准确性，还使用微波信号同步对NV色心进行激励，通过ODMR技术可获得更精准的测量效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (14)

1.一种基于光供能及通信技术的量子互感器，包含后端、前端、绝缘子以及连接于前端与后端之间的光纤线路，所述绝缘子内设用于安装光纤线路的绝缘通道，其特征在于，所述后端包含激光模块、光接收机以及主机，所述前端包含固态自旋量子探头、光电探测模块、光发送机、光电池模块以及光路模块，工作时，所述前端安装于电网高压侧，所述后端安装于电网低压侧；

其中，所述激光模块用于输出激光信号，所述光路模块用于前端内各类光信号的调节及传输，所述光电池模块用于将部分激光信号转化为前端电能并为前端的用电器件供电，所述固态自旋量子探头用于感知外界环境并在部分激励激光的作用下产生反馈荧光，所述光电探测模块用于采集反馈荧光并将其转化调制为前端电信号，所述光发送机用于根据前端电信号产生并输出调制光信号，所述光接收机用于获取调制光信号并将其转化为后端电信号输出，所述主机用于分析处理后端电信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述前端还包含微波模块，所述微波模块用于输出作用于固态自旋量子探头的激励微波。

3.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述前端还包含光回收模块，所述光回收模块用于回收前端内的无用光信号并通过光电池模块将其转化为前端电能。

4.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述激光模块输出的激光信号分为波长不同的两种激光，其中一种作为激励固态自旋量子探头的激励激光，另一种作为光电池模块转化电能的供能激光。

5.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述激光模块输出的激光信号为一种波长的激光，该激光的一部分用于激励固态自旋量子探头，另一部分通过光电池模块转化为电能。

6.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述光纤线路为一光纤，在前端与后端二者之间传输的光信号均通过此光纤进行传输。

7.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述固态自旋量子探头具备2n个探测位，且所有探测位均匀分布在一虚拟圆周上。

8.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述前端还包含电磁屏蔽室，位于前端的部分或所有通电设备安装于电磁屏蔽室内，所述固态自旋量子探头位于电磁屏蔽室的外侧。

9.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述光电探测模块还包含锁相放大器，所述锁相放大器对测量信号进行锁相放大处理后输出。

10.根据权利要求1所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述光电探测模块还包含处理器，所述处理器用于对测量信号进行计算分析以得到待测量信息，并将该待测量信息以电信号形式输出。

11.根据权利要求1-10任一项所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，还包含磁屏蔽环，所述固态自旋量子探头位于磁屏蔽环内侧。

12.根据权利要求1-10任一项所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，还包含聚磁器，所述固态自旋量子探头位于聚磁器的聚磁气隙内。

13.根据权利要求12所述的一种基于光供能及通信技术的量子互感器，其特征在于，所述聚磁器上还配设有反馈调节线圈，所述光电池模块包含反馈电源单元，所述反馈调节线圈用于调控聚磁气隙内的磁场强度，所述反馈电源用于为反馈调节线圈供电以产生调节磁场。

14.一种电流检测方法，其特征在于，应用了如权利要求1-13任一项所述的量子互感器，包含以下步骤：

S1、将前端置于电网高压侧，将后端置于电网低压侧，将固态自旋量子探头置于待测通电导体处；

S2、从电网低压侧向电网高压侧传输激光信号；

S3、在电网高压侧，一部分激光信号转化为电能并为前端中的用电件供电，固态自旋量子探头感知通电导体产生的磁场并在另一部分激光信号的作用下产生反馈荧光；

S4、通过光电探测模块将反馈荧光转化为前端电信号，并利用光发送机将前端电信号转化为调制光信号，从电网高压侧向电网低压侧传输调制光信号；

S5、在电网低压侧利用光接收机接收调制光信号并将其转化为后端电信号，通过对后端电信号进行分析处理得到待测通电导体内的电流信息。