CN218767080U

CN218767080U - 一种基于钻石nv色心的量子电流传感器

Info

Publication number: CN218767080U
Application number: CN202221955451.7U
Authority: CN
Inventors: 武震宇; 陈浩; 刘启慧; 程建功
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2032-07-27

Abstract

本实用新型提供一种基于钻石NV色心的量子电流传感器，该传感器包括电磁转换收集模块(收集穿过聚磁环的待测导线的电流的感应磁场)、磁场检测模块(检测聚磁环开口处的磁场信息，并通过输入其内部钻石NV色心处的激光和微波共同作用后产生的荧光信号输出)、光电转换模块(接收激光输入设备产生的参考激光及环形器输出的荧光信号，并将参考激光和荧光信号转换成电信号放大)和微波生成与分析模块(输入频率自主实时切换的微波信号至钻石NV色心磁传感探头并基于光电转换模块输出的电信号解调出磁场信息)。本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器由模块化与芯片化器件构成，可实现不同应用场景下的便携电流测量。

Description

一种基于钻石NV色心的量子电流传感器

技术领域

本实用新型属于量子传感技术领域，涉及一种基于钻石NV色心的量子电流传感器。

背景技术

在当今科技发展中，电流精确传感技术对新能源应用、国防军工、工业检测及电网系统等领域起着至关重要的作用。基于电流分流式的传统电流测量方法容易对电路造成影响甚至改变电流的工作状态。因此，制备高精度、高稳定性的电流传感器，通常要求实现非接触式测量，以减少对原电路的干扰。

电流在空间中会产生磁场，通过测量磁场可以实现非接触式测量。目前，开环式非接触测量主要有基于霍尔效应的霍尔传感器，基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律的罗氏线圈，以及基于法拉第磁光效应的光学电流传感器。近年来，国内外研究组针对这些传感器展开了大量的研究，取得了可观的成果，但依然存在着一定的限制，例如传感器易受温度影响，对材料的要求过高，抗干扰能力较弱，使得传感器灵敏度和稳定性难以进一步提高。

随着量子技术的不断发展，基于固态自旋NV色心(Nitrogen-Vacancy Center)的磁强计凭借其出色的磁灵敏度以及高稳定性等优势得到了广泛的关注，使其成为当代最具潜力的量子器件之一。NV色心基于电子自旋能级在磁场中产生塞曼劈裂，塞曼劈裂位移大小受磁场大小影响，由此可通过对应的微波频率调控NV色心自旋能级实现磁场探测。目前基于钻石NV色心的光检测磁共振(Optically Detected Magnetic Resonance，ODMR)传感技术已经可检测nT甚至pT量级的磁场，但基本基于共聚焦系统实现，导致结构复杂，很难实现便携化场景应用。

因此，如何提供一种结构简单的基于钻石NV色心的量子电流传感器，以实现便携化场景应用，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于钻石NV色心的量子电流传感器，用于解决现有技术中基于固态自旋NV色心磁强计结构复杂、难以实现便携化场景应用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于钻石NV色心的量子电流传感器，包括：

电磁转换收集模块，包括聚磁环和封装外壳，所述聚磁环装设于所述封装外壳内，所述聚磁环用于收集穿过所述聚磁环的待测导线的电流的感应磁场，所述聚磁环具有一开口；

磁场检测模块，包括钻石NV色心磁传感探头和环形器，所述钻石NV色心磁传感探头位于所述开口处以探测所述开口处的磁场，所述环形器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述第一端口用于连接激光输入设备，所述第二端口用于将激光传输至所述钻石NV色心磁传感探头，所述第三端口用于输出所述钻石NV色心磁传感探头产生的荧光信号；

光电转换模块，与所述激光输入设备和所述环形器连接，用于接收所述激光输入设备产生的参考激光及所述环形器输出的荧光信号，并将光信号转换放大成电信号；

微波生成与分析模块，与所述钻石NV色心磁传感探头及所述光电转换模块连接，用于输入频率自主实时切换的微波信号至所述钻石NV色心磁传感探头并基于所述光电转换模块输出的电信号解调出磁场信息。

可选地，所述钻石NV色心磁传感探头设有光信号输入输出接口和微波信号输入接口，所述封装外壳上设有与所述光信号输入输出接口对应的第一开口及与所述微波信号输入接口对应的第二开口。

可选地，所述光信号输入输出接口设有光纤插槽。

可选地，所述激光输入设备包括依次相连的激光器、分束镜及耦合器，所述分束镜用于将所述激光器产生的激光分成参考激光和激光束，所述耦合器用于耦合所述激光束输出至所述第一端口。

可选地，所述光电转换模块包括滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器；所述第一光电探测器用于接收所述参考激光并转换为第一电信号，所述第一低噪声放大器的输入端与所述第一光电探测器的输出端相连以放大所述第一电信号；所述第二光电探测器用于接收经所述滤光片过滤的所述环形器输出的荧光信号并转换成第二电信号，所述第二低噪声放大器的输入端与所述第二光电探测器的输出端相连以放大所述第二电信号；所述第一低噪声放大器和所述第二低噪声放大器的输出端均与所述模数转换器的输入端相连，所述模数转换器用于采样放大的所述第一电信号和放大的所述第二电信号。

可选地，所述微波生成与分析模块包括FPGA模块、数模转换器、低通滤波器、本振信号源、第一混频器、第二混频器、捷变射频源及功率放大器；所述数模转换器的输入端与所述FPGA模块相连，所述数模转换器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，所述数模转换器用于将所述FPGA模块产生的数字信号转换成调制信号，所述低通滤波器用于将所述滤除所述调制信号的低频噪声；所述第一混频器的输入端与所述低通滤波器的输出端及所述本振信号源相连以将所述低通滤波器输出的调制信号和所述本振信号源输出的本振信号混频；所述第二混频器的输入端与所述第一混频器的输出端及所述捷变射频源的输出端连接以将所述第一混频器的输出信号与所述捷变射频源的输出信号混频；所述功率放大器的输入端与所述第二混频器的输出端相连以放大所述第二混频器输出的微波信号；所述功率放大器的输出端与所述钻石NV色心磁传感探头相连以将所述功率放大器输出的微波信号输入所述钻石NV色心磁传感探头。

可选地，所述捷变射频源和所述FPGA模块连接以产生受所述FPGA模块控制的跳变信号。

可选地，所述FPGA模块还与所述模数转换器的输出端相连以基于所述模数转换器的输出信号解调得到磁场信息。

可选地，所述第一混频器、第二混频器包括单边带混频器或IQ混频器，用于产生边带抑制的单边带频率信号。

可选地，所述基于钻石NV色心的量子电流传感器还包括与所述微波生成与分析模块相连的上位机。

如上所述，本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器包括电磁转换收集模块、磁场检测收集模块、光电转换模块及微波生成与分析模块，其中，电磁转换收集模块用于收集穿过聚磁环的待测导线的电流的感应磁场；磁场检测模块用于检测聚磁环开口处的磁场信息，并通过输入其内部钻石NV色心处的激光和微波共同作用后产生的荧光信号输出；光电转换模块用于接收激光输入设备产生的参考激光及环形器输出的荧光信号，并将参考激光和荧光信号转换成电信号放大；微波生成与分析模块用于输入频率自主实时切换的微波信号至钻石NV色心磁传感探头并基于光电转换模块输出的电信号解调出磁场信息。本实用新型的量子电流传感器由模块化与芯片化器件构成，实现全板级化集成系统，可自动跟随磁场变化，实现不同应用场景下的便携电流测量；此外，该量子电流传感器基于电子顺磁共振光探测原理，能有效避免温漂，提高灵敏度；进一步地，量子电流传感器的封装外壳固定磁传感探头和聚磁环，同时隔离了待测电流的导线，可实现大动态范围、高灵敏度、高稳定性的非接触式电流测量，具备良好的系统鲁棒性。

附图说明

图1显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器结构示意图。

图2显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器中的电磁转换收集模块与磁场检测模块组装在一起后的局部立体结构示意图。

图3显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器中的微波生成与分析模块的局部结构示意图。

图4显示为待测导线上的电流穿过矩形聚磁环在开口处测量到的磁场随电流变化的趋势图。

图5显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器与LEM公司霍尔传感器HAT1000S测量电流时的测量精度对比图。

图6显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器测量电流抑制温度漂移的效果图。

元件标号说明

100 电磁转换收集模块

101 聚磁环

102 封装外壳

103 开口

104 第一开口

105 第二开口

200 磁场检测模块

201 钻石NV色心磁传感探头

202 环形器

203 第一端口

204 第二端口

205 第三端口

206 光信号输入输出接口

207 微波信号输入接口

300 光电转换模块

301 第一光电探测器

302 第一低噪声放大器

303 滤光片

304 第二光电探测器

305 第二低噪声放大器

306 带通滤波器

307 模数转换器(ADC)

400 微波生成与分析模块

401 FPGA模块

402 数模转换器(DAC)

403 低通滤波器

404 本振信号源

405 第一混频器

406 捷变射频源

407 第二混频器

408 功率放大器

500 待测导线

600 激光输入设备

601 激光器

602 分光镜

603 耦合器

700 上位机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型提供一种基于钻石NV色心的量子电流传感器，请参阅图1，显示为该量子电流传感器的结构示意图，包括电磁转换收集模块100、磁场检测模块200、光电转换模块300及微波生成与分析模块400。

具体的，请参阅图2，显示为所述电磁转换收集模块100与所述磁场检测模块200组装在一起后的局部立体结构示意图，其中，所述电磁转换收集模块100包括聚磁环101和封装外壳102，所述聚磁环101装设于所述封装外壳102内，所述聚磁环101用于收集穿过所述聚磁环101的待测导线500的电流的感应磁场，所述聚磁环101具有一开口103。

具体的，请结合参阅图1及图2，所述磁场检测模块200包括钻石NV色心磁传感探头201和环形器202，所述钻石NV色心磁传感探头201位于所述开口103处以探测所述开口103处的磁场，所述环形器202包括第一端口203、第二端口204及第三端口205，所述第一端口203用于连接激光输入设备600，所述第二端口204用于将激光传输至所述钻石NV色心磁传感探头201，所述第三端口205用于输出所述钻石NV色心磁传感探头201产生的荧光信号。

作为示例，所述钻石NV色心磁传感探头201可以基于标准微加工工艺制作得到。所述聚磁环101可以是矩形聚磁环、圆形聚磁环或其它合适形状的聚磁环。所述聚磁环101收集穿过所述聚磁环101的待测导线500的电流的感应磁场的方式为将待测导线500的电流产生的磁场聚集并作用到所述钻石NV色心磁传感探头201处，并屏蔽外界磁干扰，使用时所述钻石NV色心磁传感探头201与所述聚磁环101放置在所述封装外壳102中，相对位置固定。本实施例中，所述聚磁环101优选为将收集的磁场在所述开口103处形成与电流大小成比例的磁场。

具体的，所述封装外壳102用于固定和保护所述聚磁环101与所述钻石NV色心磁传感探头201，隔离电流导线与传感设备，实现非接触式测量。

本实用新型中，聚磁环将电流产生的磁场聚集并在开口处检测，结合封装外壳，可实现于大动态范围、高灵敏度、高稳定性的电流探测。

具体的，如图2所示，所述钻石NV色心磁传感探头201设有光信号输入输出接口206和微波信号输入接口207，所述光信号输入输出接口206和所述微波信号输入接口207分别用于将所述激光输入设备600输入的激光和所述微波生成与分析模块400输入的微波作用到所述钻石NV色心磁传感探头201的内部NV色心处，所述封装外壳102上设有与所述光信号输入输出接口206对应的第一开口208及与所述微波信号输入接口207对应的第二开口209。

作为示例，所述光信号输入输出接口206设有光纤插槽，所述光纤插槽可固定光纤，用于激光输入与荧光输出。所述微波信号输入接口207用于微波信号输入。

作为示例，如图1所示，所述激光输入设备600包括依次相连的激光器601、分束镜602及耦合器603，所述分束镜602用于将所述激光器601产生的激光分成激发激光和参考激光，所述耦合器603用于耦合所述激发激光并输出至所述第一端口203。

作为示例，所述激光器发出的激光包括532nm的绿色激光，所述环形器202输出的荧光信号波长包括637nm。

具体的，如图1所示，所述光电转换模块300与所述激光输入设备600和所述环形器202连接，用于接收所述激光输入设备600产生的参考激光信号及所述环形器202输出的荧光信号，并将光信号转换放大成电信号。

作为示例，所述光电转换模块300包括第一光电探测器301、第一低噪声放大器302、滤光片303、第二光电探测器304、第二低噪声放大器305、带通滤波器306和模数转换器307，其中，所述第一光电探测器301用于接收所述参考激光并转换为第一电信号，所述第一低噪声放大器302的输入端与所述第一光电探测器301的输出端相连以放大所述第一电信号；所述第二光电探测器304用于接收经所述滤光片303过滤的所述环形器202输出的荧光信号并转换成第二电信号，所述第二低噪声放大器305的输入端与所述第二光电探测器304的输出端相连以放大所述第二电信号；所述第一低噪声放大器302和所述第二低噪声放大器305的输出端均与所述带通滤波器306的输入端相连，所述带通滤波器306的输出端与所述模数转换器307的输入端相连，所述模数转换器307用于采样放大的所述第一电信号和放大的所述第二电信号。

具体的，所述滤光片301用于滤除不需要的波段的光。作为示例，所述滤光片301用于将绿色光波段滤除，只接收红色荧光信号。

具体的，所述第一低噪声放大器302和所述第二低噪声放大器305分别对所述第一电信号和所述第二电信号进行低噪声前置放大。

具体的，所述带通滤波器306用于提取调频模式下选定的频率调制信号。

具体的，所述模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)307将模拟信号转换为数字信号，并输出到现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)模块(以下简称“FPGA模块”)进行数据处理。

具体的，如图1所示，所述微波生成与分析模块400与所述钻石NV色心磁传感探头201及所述光电转换模块300连接，用于输入频率自主实时切换的微波信号至所述钻石NV色心磁传感探头201并基于所述光电转换模块300输出的电信号解调出磁场信息。

作为示例，所述微波生成与分析模块400基于所述光电转换模块300输出的电信号解调出磁场信息包括以下过程：通过信号零点计算得到相应的磁场值，并通过跟踪解调信号的零点位置，将控制字输出到捷变射频源，保持解调信号过零点，实现电流跟随式测量。本实施例中，优选使用差分锁相解调，将荧光解调信号和参考激光噪声解调信号相减，以抑制激光噪声，提高信噪比。

作为示例，请参阅图3，显示为所述微波生成与分析模块400的局部结构示意图，所述微波生成与分析模块400包括FPGA模块401、数模转换器402、低通滤波器403、本振信号源404、第一混频器405、第二混频器406、捷变射频源407及功率放大器408，其中，所述数模转换器402的输入端与所述FPGA模块401相连，所述数模转换器402的输出端与所述低通滤波器403的输入端相连，所述数模转换器402用于将所述FPGA模块401产生的数字信号转换成调制信号，所述低通滤波器403用于将所述滤除所述调制信号的低频噪声；所述第一混频器405的输入端与所述低通滤波器403的输出端及所述本振信号源404相连以将所述低通滤波器403输出的调制信号和所述本振信号源404输出的本振信号混频；所述第二混频器406的输入端与所述第一混频器405的输出端及所述捷变射频源407的输出端连接以将所述第一混频器405的输出信号与所述捷变射频源407的输出信号混频；所述功率放大器408的输入端与所述第二混频器406的输出端相连以放大所述第二混频器406输出的微波信号；所述功率放大器408的输出端与所述钻石NV色心磁传感探头201(请结合参见图1)相连以将所述功率放大器408输出的微波信号输入所述钻石NV色心磁传感探头201。

具体的，所述的FPGA模块401通过直接数字合成(Direct Digital Synthesizer，DDS)技术产生一组正交的频率调制信号(调制频率为f_mod,调制深度为f_dev)。

具体的，所述的数模转换器(Digital to Analog Converter，DAC)402将所述FPGA模块401产生的数字信号转换为模拟信号。

具体的，所述低通滤波器403滤除所述数模转换器(DAC)402输出的高频噪声以提取低频调制信号。

具体的，所述本振信号源404提供高频本振信号，实现高频的调制频率输出。

具体的，所述第一混频器405将所述本振信号源404提供的高频本振信号与所述数模转换器(DAC)402输出的调频信号混频，输出下边频抑制的上边频调制信号。

具体的，所述捷变射频源406提供高精度(精度可达微Hz)、频率快速切换的(切换速度可至ns量级)信号。

作为示例，所述捷变射频源406和所述FPGA模块401连接以产生受所述FPGA模块401控制的跳变信号。

具体的，所述第二混频器407将所述第一混频器405输出的上边频调制信号与所述捷变射频源406输出的快速跳变频率信号进行混频，生成频率自主实时切换的微波信号。

具体的，所述功率放大器408将所述第二混频器407输出的微波信号进行功率放大并输出至所述钻石NV色心磁传感探头201的所述微波信号输入接口207。

本实施例中，所述功率放大器408输出的信号范围由所述FPGA模块401、所述本振信号源404和所述捷变射频源406的带宽和频率决定。

具体的，本实用新型的量子电流传感器利用共振频率追踪方式拓展了测量动态范围，相较于传统传感器，本实用新型的量子电流传感器的测量动态范围原理上不受限制，仅由捷变射频源的带宽Δω与电流到磁场的转化率α决定，单通道测量时，投影磁场强度最大变化量

对应磁场范围/>

即/>

电流。

作为示例，所述第一混频器405、第二混频器407可选用单边带混频器或IQ混频器，用于产生边带抑制的单边带频率信号。

本实用新型中，微波生成及分析模块主要由FPGA模块、PCB功能板和混频器组成，完全实现板级化集成，在室温与自由空间中就可测量，具备良好的便携性与广泛的适用性。

本实施例中，FPGA模块产生一组正交的DDS数字频率调制信号与参考信号，分析输入的荧光电信号解调得到磁场值，并控制捷变射频源输出快速跳变频率。

作为示例，如图1所示，所述FPGA模块401还与所述光电转换模块300中所述模数转换器307的输出端相连以基于所述模数转换器307的输出信号解调得到磁场信息。

作为示例，如图1所示，所述基于钻石NV色心的量子电流传感器还包括与所述微波生成与分析模块400相连的上位机700。

本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器探测电流方法原理如下：

电流对解调信号值过零点频率影响f_0±为

f_0±＝D_gs±γB_NV

其中D_gs为钻石NV色心的零场劈裂量，γ＝28Hz/nT为磁旋比，B_NV为电流的感应磁场：

B_NV＝nαI

其中，n为测量电流的导线数量，α为电流产生感应磁场的比例系数，由聚磁环材料，形状决定。

检测时，微波模块跟踪解调信号的过零点频率，在FPGA模块中通过计算出两个过零点频率的差值，获得感应磁场的大小，转换为电流大小：

请参阅图4，显示为待测导线上的电流穿过矩形聚磁环在开口处测量到的磁场随电流变化的趋势图，图4中的误差棒为真实误差放大1000倍的显示结果，待测导线上电流到聚磁环开口中心处的磁感应强度转化率为5.31uT/A，在大电流范围内的线性度为1％以下，重复性好，适合开环测量。

请参阅图5，显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器与LEM公司霍尔传感器HAT1000S测量电流时的测量精度对比图。基于钻石NV色心的量子电流传感器测量电流的峰峰值误差反映了该量子电流传感器实际可探测到的最小电流约为0.5A，因此，该电流传感器理论电流精度为万分之五，并可随着钻石NV色心磁传感探头的磁灵敏度进一步提升。LEM公司的霍尔传感器HAT1000S测量电流时所得到的峰峰值误差，用以进一步对比评估本实用新型的基于钻石NV色心量子电流传感器的噪声水平。

请参阅图6，显示为本实用新型的基于钻石NV色心的量子电流传感器测量电流抑制温度漂移的效果图，其中A曲线为温度测量线，B曲线为没有温度漂移抑制测量到的电流波动情况，可以看到随着温度的上升，测量结果不断偏移真实电流值，C曲线为采用温度矫正后测量到的电流波动情况，可以看到温度漂移基本被抑制，从而有效提高传感器精度和传感器的应用场景。

综上所述，本实用新型的量子电流传感器由模块化与芯片化器件构成，实现全板级化集成系统，可自动跟随磁场变化，实现不同应用场景下的便携电流测量；此外，该量子电流传感器基于电子顺磁共振光探测原理，能有效避免温漂，提高灵敏度与精度；进一步地，量子电流传感器的封装外壳固定磁传感探头和聚磁环，同时隔离了待测电流的导线，可实现大动态范围、高灵敏度、高稳定性的非接触式电流测量，具备良好的系统鲁棒性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于，包括：

磁场检测模块，包括钻石NV色心磁传感探头和环形器，所述钻石NV色心磁传感探头位于所述开口处以探测所述开口处的磁场，所述环形器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述第一端口用于连接激光输入设备，所述第二端口用于将激发激光传输至所述钻石NV色心磁传感探头，所述第三端口用于输出所述钻石NV色心磁传感探头产生的荧光信号；

2.根据权利要求1所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述钻石NV色心磁传感探头设有光信号输入输出接口和微波信号输入接口，所述封装外壳上设有与所述光信号输入输出接口对应的第一开口及与所述微波信号输入接口对应的第二开口。

3.根据权利要求2所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述光信号输入输出接口设有光纤插槽。

4.根据权利要求1所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述激光输入设备包括依次相连的激光器、分束镜及耦合器，所述分束镜用于将所述激光器产生的激光分成激发激光和参考激光，所述耦合器用于耦合所述激发激光并输出至所述第一端口。

5.根据权利要求1所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述光电转换模块包括滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、带通滤波器和模数转换器；所述第一光电探测器用于接收所述参考激光并转换为第一电信号，所述第一低噪声放大器的输入端与所述第一光电探测器的输出端相连以放大所述第一电信号；所述第二光电探测器用于接收经所述滤光片过滤的所述环形器输出的荧光信号并转换成第二电信号，所述第二低噪声放大器的输入端与所述第二光电探测器的输出端相连以放大所述第二电信号；所述第一低噪声放大器和所述第二低噪声放大器的输出端均与所述模数转换器的输入端相连，所述模数转换器用于采样放大的所述第一电信号和放大的所述第二电信号。

6.根据权利要求5所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述微波生成与分析模块包括FPGA模块、数模转换器、低通滤波器、本振信号源、第一混频器、第二混频器、捷变射频源及功率放大器；所述数模转换器的输入端与所述FPGA模块相连，所述数模转换器的输出端与所述低通滤波器的输入端相连，所述数模转换器用于将所述FPGA模块产生的数字信号转换成调制信号，所述低通滤波器用于将所述滤除所述调制信号的低频噪声；所述第一混频器的输入端与所述低通滤波器的输出端及所述本振信号源相连以将所述低通滤波器输出的调制信号和所述本振信号源输出的本振信号混频；所述第二混频器的输入端与所述第一混频器的输出端及所述捷变射频源的输出端连接以将所述第一混频器的输出信号与所述捷变射频源的输出信号混频；所述功率放大器的输入端与所述第二混频器的输出端相连以放大所述第二混频器输出的微波信号；所述功率放大器的输出端与所述钻石NV色心磁传感探头相连以将所述功率放大器输出的微波信号输入所述钻石NV色心磁传感探头。

7.根据权利要求6所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述捷变射频源和所述FPGA模块连接以产生受所述FPGA模块控制的跳变信号。

8.根据权利要求6所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述FPGA模块还与所述模数转换器的输出端相连以基于所述模数转换器的输出信号解调得到磁场信息。

9.根据权利要求6所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述第一混频器、第二混频器包括单边带混频器或IQ混频器。

10.根据权利要求1所述的基于钻石NV色心的量子电流传感器，其特征在于：所述基于钻石NV色心的量子电流传感器还包括与所述微波生成与分析模块相连的上位机。