在前两篇文章中 ，我们相识了量子精密丈量的根基道理 ，也意识了其中的关键资料——NV色心 ，它能够感知磁场和温度 ，还能以极高的精度读出量子态信息 。
近日 ，中国科学技术大学量子信息沉点尝试室结合多家企业 ，组成“产学研用”结合钻研团队 ，利用量子精密丈量技术 ，研造出国际上首个用于高压交变电流监测的量子电流互感器 ，并且在110kV（千伏）变电站不变运行超过一年 ，这台设备的主题部件 ，就是我们前面讲到的NV色心 。它把一颗“钻石缺点” ，造成了丈量千安级大电流的量子传感器 。
在现代电力系统中 ，电流互感器长短�；∮殖烈纳璞� 。它的作用是把高压线路中的大电流转换成仪器能够读数的幼电流 ，援手我们监测、�；ず徒谠煺龅缤脑诵� 。就如同我们人体内的神经元一样 ，可能随时感应表界或内部的各类信息 ，统一汇总到大脑中期待下一步处置 。
电流的磁效应能够单一总结为“电生磁” ，指的是当电流通过一根导线时 ，导线周围就会产生一个环形的磁场 ，方向遵循右手螺旋定则：右手握拳 ，大拇指指向电流方向 ，其余四指指向磁场方向 。恒定的电流 ，如直流电 ，周围会产生恒定的磁� �；变动的电流 ，如互换电 ，周围则会产生变动的磁场 。
电磁感应道理能够总结为“磁生电” ，指的是当穿过关合电路的磁通量产生变动时 ，电路中会产生感生电动势 ，进而产生感应电流 。传统的电流互感器内部通常有两组线圈和一个铁芯 ，“电生磁”和“磁生电”两种机造协同作用 ，组成了其主题工作道理 。
对于传统的互换电流互感器 ，当一次侧的大电流通过电流互感器的一次绕组（由导线绕造而成线圈组）时 ，会在铁芯中产生交变磁� 。ǖ缟牛� 。这个交变磁场会通过铁芯传导至二次绕组 ，并在二次绕组中产生感应电流（磁生电） ，二次侧的感应电流与一次侧电流呈正比 ，比例系数与两组线圈的匝数有关 。通过这种方式 ，能够将难以直接丈量的大电流 ，转换为可能用通用仪表丈量的幼电流 ，大大降低了电流丈量的成本与难度 。固然这种技术已经使用了上百年 ，但在一些关键环节 ，它正逐步露出出显著的不及：
5.装置成本高：由于铁芯的存在 ，设备整机的体积大、沉量高达几十公斤 ，通常必要吊装作业；并且由于一次侧必要接入高压回路 ，因而设备必要做额表的电气隔离 ，这也会带来额表的装置和守护成本 。
为相识决这些问题 ，科学家们一向在寻找一种不依赖铁芯、抗滋扰、体积幼且更精准的代替规划 。而量子精密丈量 ，尤其是基于NV色心的磁场探测技术 ，正好具备这些潜力 。它不必要铁芯 ，在环境变动下不变 ，体积幼、响应快 ，并且丈量了局基于物理常数 ，无需人为现场校准 ，甚至还能同时丈量互换和直流电流 。
我们在上一篇文章介绍过NV色心的道理 ，但是它自身并不能直接测电流 ，它测的是磁场 。那怎么从磁场得到电流呢？凭据电磁感应道理 ，电流周围天生环形磁场 ，利用电流大幼能够推算出空间中某一点的磁场强度 ，反之凭据安培环路定理 ，能够利用电流周围的磁场强度推算出电流的大幼 。因而 ，我们就能够用测磁场强度的方式 ，间接推算出电流的大幼 。
量子电流互感器的主题 ，就是把多个NV色心探头环抱在导线周围 ，均匀安插在一个环形结构中 。当导线中有电流流过期 ，会在周围产生一个磁场 。NV色心与磁场相互作用 ，通过我们之前介绍的陆续波光探测磁共振(CW-ODMR)技术 ，把磁场的强度“转化”为光信号 。这些光信号通过光纤传输到节造系统中 ，由推算机分析出磁场的大幼 ，再通过公式推算出电流值 。
为了提高丈量的不变性和精度 ，来自中国科学技术大学的“产学研用”结合钻研团队使用了四个NV色心传感器 ，均匀散布在导线周围的磁屏蔽环上 。磁屏蔽环能够抑造来自地磁或其他电磁设备的滋扰 ，多个探头同时工作 ，相当于“沉复丈量” ，不仅能够提高信噪比 ，还能够降低导线偏离圆心时造成的误差 。这台设备的节造系统还能凭据丈量了局进行实时反馈 ，采取温度赔偿、激光调节等操作 ，确保丈量了局不变靠得住 。
这台设备最大的特点之一 ，就是它的丈量数据最终能够溯源至物理常数和功夫丈量 。凭据我们推算磁场强度的公式：磁场强度蹬宗频率差的一半除以NV色心的电子旋磁比 ，其中电子旋磁比是一个固定不变的常数 。
也就是说 ，我们在整个电流丈量过程中 ，影响丈量了局正确性的、真正必要丈量的物理量是“频率” ，而频率是功夫周期的倒数 ，丈量频率就是在丈量功夫 。这意味着：未来能够通过卫星远程授时的方式对设备进行实时的在线校准 ，提宏伟量互感器的校准频率、校准效能和单次校准比例 ，削减因停电检建、人为校准带来的经济损失和功夫成本 。此表 ，分歧电流互感器之间能够全球同步 ，统一尺度 ，这将从底子上改革电力系统的计量、�；び爰嗖庀低� 。
量子电流互感器在尝试室中的阐发极度优良 。其一是丈量精度高 ，在0—1000A（安培）的电流领域内 ，丈量误差低至0.05%；其二是线性度达到了0.16% ，换而言之 ，不论是丈量大电流还是幼电流 ，都能维持优良的丈量精度；其三是活络度高 ，可达到6nT/√Hz（纳特/√赫兹） ，可能探测极度幽微的磁场变动；其四是带宽领域覆盖宽泛 ，能监测1Hz（赫兹）—1.4kHz（千赫兹）的从低频到中频的互换电流；同时 ，其温度漂移节造优良 ，根基解除了温度变动对电流丈量精度的影响；此表 ，它还拥有绝缘要求低、设备体积幼、交直流通用蹬着点 。
更沉要的是 ，这台设备已经实现了实地运行测试 。其于2022年正式在国度电网入网调测 ，在安徽省岳阳市110kV（千伏）潜水路变电站中挂网运行240幼时后获得了圆满成功 。这是量子精密丈量技术初次在电力系统钟装挂网运杏妆 ，意味着它可能在真正的工业环境下持久工作 ，不依赖尝试室前提 。
这一成就还被量子科技服务平台“光子河妆评为“2022年度中国量子公司十大社会影响力事务”之一 ，也被安徽创新馆永远珍藏 ，作为标志性设备对表展示 。
量子电流互感器的出现 ，不仅仅是一个新仪器 ，更代表着电力行业进入“量子时期”的初步 。当然 ，作为量子精密丈量技术在电力行业的首款产品 ，这台量子电流互感器依然有一些处所有待改进 。钻研团队在尝试将激光器、光电探测器和金刚石探头集成在一路 ，取缔中央衔接用的光纤 ，从而削减由光纤振动引入的滋扰 ，提高丈量不变性 。
同时 ，他们也在开发一种关环反馈节造系统 ，让传感器始终工作在靠近“零磁场”的状态 ，以进一步提升丈量精度 。在未来 ，这套系统还将被优化用于更复杂的特高压直流场景中 ，并支持与远程监控系统、工业数据平台无缝衔接 ，成为智能电网中真正的“量子级基础单元” 。
在《计量发展规划（2021—2035年）》中 ，我国国务院明确提出要施杏装量子怀抱衡”打算 ，建成以量子计量为主题、科技水平一流、符应时期发展需要和国际化发展潮水的国度现代先进丈量系统 。量子电流互感器的研发与利用 ，正是量子计量在电力行业的典型落地成就 。
未来 ，类似的量子丈量设备还有可能呈此刻矿产勘探、电磁检测、导航定位、环境监测等各个行业 。量子精密丈量技术将以颠覆性的高机能沉新界说人类感知世界的方式 ，更会在全新的计量基准之上 ，为现代科技发展与工业利用奠定新基� 。�
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