一种电能表采样链路在线监测系统的制作方法

本发明涉及电能表运行状态监测、采样链路在线校核及量子传感应用，并且更具体地，涉及一种电能表采样链路在线监测系统。

背景技术：

1、电能表的计量准确性取决于电压采样回路、电流采样回路、信号调理电路、模数转换器（adc）和adc电压基准等关键链路的长期稳定性。运行过程中，分压器、分流器、互感器、调理放大器、adc增益、adc零点和电压基准均可能发生漂移，进而导致电能表误差超差。

2、现有电能表状态确认多依赖周期检定、现场校验或外接标准装置比对，难以在不停电、不拆表条件下实时发现采样链路的缓慢漂移、突发异常和温度相关漂移，且缺少对电压采样回路、电流采样回路、adc转换链路和adc电压基准的一体化在线监测方法。

3、nv色心金刚石量子磁传感器可在室温条件下工作，并通过光探测磁共振方式实现高灵敏磁场测量，适合构建电能表内部参比监测通道。但若直接将量子传感器作为主计量通道，则会面临长期连续运行、结构复杂度和成本等问题。因此，有必要提出一种以电能表为对象、以nv色心量子磁传感器作为分时参比单元的在线监测方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种电能表采样链路在线监测系统。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种电能表采样链路在线监测系统，包括：

3、电能表主计量链路至少包括被测电压/电流输入、电压采样回路、电流采样回路、adc转换链路、adc电压基准单元和电能计量单元；

4、量子参比在线监测链路至少包括nv色心量子磁传感参比单元、参比线圈阵列、多对象串并联接入与切换模块、同步采样与偏差计算模块以及超差判别与异常定位模块，其中多对象串并联接入与切换模块分时接通电流采样回路、电压采样回路、adc转换链路和adc电压基准监测单元，实现对电能表关键采样链路的在线监测，得到量子参比量。

5、可选地，nv色心量子磁传感参比单元包括金刚石nv色心敏感元件、激光激励单元、微波激励单元、荧光探测单元和磁场反演计算单元；

6、其中，激光激励单元的输出端与金刚石nv色心敏感元件连接，二者形成光泵浦通道，用于向金刚石nv色心敏感元件提供激光激励，使nv色心电子自旋态完成初始化；微波激励单元通过微波天线、微带传输线或近场微波耦合结构与金刚石nv色心敏感元件连接，用于向金刚石nv色心敏感元件施加微波扫频信号或锁频信号，以驱动nv色心电子自旋能级发生磁共振跃迁；荧光探测单元与金刚石nv色心敏感元件连接，用于接收在激光激励和微波激励共同作用下产生的荧光信号，并输出荧光强度随微波频率变化的检测结果；磁场反演计算单元分别与微波激励单元和荧光探测单元连接，用于接收微波频率信息和荧光检测信息，确定金刚石nv色心的磁共振频率，并根据磁共振频率分裂反演得到磁场测量值；

7、nv色心量子磁传感参比单元的磁场测量关系为：

8、

9、其中，为量子传感器测得的磁场，和为磁共振频率，为电子旋磁比。

10、可选地，在电流采样回路的监测状态下，切换模块接通电流磁场耦合支路，nv色心量子磁传感参比单元用于测量被测电流产生的磁场并反演得到量子参比电流，偏差计算模块用于根据量子参比电流与电能表主采样链路折算电流值计算电流采样相对偏差；

11、量子参比电流的计算过程表达式为：

12、

13、

14、

15、其中，为被测电流在nv色心量子磁传感参比单元处产生的磁场为电流—磁场转换系数，为被测电流，为原电流采样链路折算电流值，为量子参比电流，为电流采样相对偏差。

16、可选地，在电压采样回路的监测状态下，切换模块将高阻抗电压参比支路并联接入被测电压端，被测电压经高稳定电阻转换为参比电流并流过参比线圈阵列，nv色心量子磁传感参比单元用于测量磁场并反演得到量子参比电压，偏差计算模块用于根据量子参比电压与电能表主采样链路折算电压值计算电压采样相对偏差；

17、其中，量子参比电压的计算过程表达式为：

18、

19、

20、

21、

22、其中，为由被测电压经过参比电阻后转换得到的参比电流，为被测电压，为高稳定电压参比电阻，为电压参比线圈的电流—磁场转换系数，为根据nv色心测得的磁场反演得到的量子参比电压，为原电压采样链路折算电压值，为电压采样相对偏差。

23、可选地，在adc转换链路的监测状态下，切换模块将检测信号接入adc输入端，同步采样模块用于获取adc输出码值并折算为等效输入值，偏差计算模块用于计算adc转换偏差；

24、其中，等效输入值的计算过程表达式为：

25、

26、

27、其中，为adc 输出码值折算得到的等效输入电压值，为adc输出码值，为adc位数，为adc转换所采用的电压基准值，为量子参比等效输入值，为adc转换偏差。

28、可选地，在adc电压基准的监测状态下，切换模块将adc电压基准接入基准检测支路，基准电压通过高稳定电阻和参比线圈阵列转换为磁场信号，nv色心量子磁传感参比单元用于反演得到量子参比基准电压，偏差计算模块用于计算adc电压基准偏差；

29、其中，量子参比基准电压的计算过程表达式为：

30、

31、

32、

33、

34、其中，为经基准检测电阻转换得到的参比电流，为adc电压基准的实时电压值，为基准检测电阻，为参比电流流过基准检测线圈后产生的磁场，为基准检测线圈的电流—磁场转换系数，为根据磁场反演得到的量子参比基准电压，为adc电压基准标称值，为adc电压基准偏差。

35、可选地，超差判别与异常定位模块用于根据各监测得到的量子参比量分别计算电流采样相对偏差、电压采样相对偏差、adc转换偏差和adc电压基准偏差，并采用两级判断结构，判断nv色心量子磁传感参比单元及其接入支路是否有效，在有效性确认后根据各偏差的组合关系定位异常来源；

36、可选地，两级判断结构包括：

37、第一级：判断nv色心量子磁传感参比单元及其接入支路是否满足在线监测条件，若满足则进入第二级；

38、第二级：根据电流采样相对偏差、电压采样相对偏差、adc转换偏差和adc电压基准偏差的组合关系定位异常来源；

39、其中，定位判据包括：全部偏差均未超限时判定采样链路正常；仅电流采样相对偏差超限时判定电流采样回路异常；仅电压采样相对偏差超限时判定电压采样回路异常；adc转换偏差超限且adc电压基准偏差正常时判定adc或前端调理链路异常；adc电压基准偏差超限，或电压采样相对偏差与电流采样相对偏差出现同向同比例偏移时，判定adc电压基准存在漂移风险。

40、可选地，切换模块按正常计量状态→电流采样回路监测状态→电压采样回路监测状态→adc监测状态→adc基准监测状态→正常计量状态的顺序执行状态切换。

41、可选地，系统还还包括：综合健康指标计算模块，用于将电压采样相对偏差、电流采样相对偏差、adc转换偏差、adc电压基准偏差和动态相关性偏差分别归一化后，按下式计算综合健康指标：

42、

43、式中为综合健康指标，为电流采样偏差权重，为电压采样偏差权重，为adc转换偏差权重，为adc电压基准偏差权重，为动态相关性偏差权重，为电流采样相对偏差，为电压采样相对偏差，为adc转换偏差，为adc电压基准偏差，为原采样链路与量子参比链路的动态相关性指标；

44、其中当时，判定电能表采样链路存在超差风险，。

45、从而，本本发明采用“量子参比单元+串并联接入与切换模块+分时比对判据”的技术路线，不改变电能表原有主计量工作方式，即可实现对电压采样回路、电流采样回路、adc转换链路和adc电压基准的在线监测。本发明既发挥了nv色心量子磁传感器高稳定参比测量的优势，又避免其长期连续承担主计量任务，有利于提高电能表运行状态感知能力、超差预警能力和异常定位能力。