一种磁强计交流电流测量工作窗口构建方法、设备和介质与流程

本技术涉及量子测量与微电流检测，特别是涉及一种磁强计交流电流测量工作窗口构建方法、设备和介质。

背景技术：

1、得益于灵敏度优势，serf（spin-exchange relaxation-free，无自旋交换弛豫）原子磁强计已在众多前沿领域得到广泛应用。近年来，其应用边界进一步拓展至工程化物理量测量领域，其中一个重要方向是基于毕奥–萨伐尔定律实现微弱电流的高精度间接测量。理论上，结合确定的线圈常数，serf原子磁强计的ft级磁场分辨能力可支持亚pa量级电流的检测。

2、现有技术主要包括将serf原子磁强计集成至闭环反馈系统中，以及已有的电流反演方法。这些方法缺乏对测量系统工作边界的定量评价、频率与电流幅值耦合作用下测量性能的统一表征、对系统非线性工作边界的定量描述以及无法为工程应用提供测量参数的优化选择依据。

3、针对相关技术中存在的测量系统工作边界缺乏定量评价、频率与电流幅值耦合作用下测量性能缺乏统一表征、系统非线性工作边界缺乏定量描述以及无法为工程应用提供测量参数优化选择依据的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、在本实施例中提供了一种磁强计交流电流测量工作窗口构建方法、设备和介质，以解决相关技术中如何测量系统工作边界的定量评价、频率与电流幅值耦合作用下测量性能统一表征、对系统非线性工作边界的定量描述以及为工程应用提供测量参数的优化选择依据的问题。

2、第一个方面，在本实施例中提供了一种磁强计交流电流测量工作窗口构建方法，应用于原子磁强计交流电流测量设备，所述方法包括：

3、基于预设的测试频率参数集合与预设的测试电流参数集合构建二维测试空间；

4、将所述二维测试空间内的各测试频率参数与各测试电流参数进行组合，得到多个工作点；

5、对于各所述工作点，多次测量对应的响应幅值，并将各所述响应幅值转换为对应的输入电流估计值；

6、基于各所述工作点对应的多个所述输入电流估计值得到对应的平均估计电流，并基于对应的所述平均估计电流和输入电流真实值得到每个所述工作点的相对测量误差，基于各所述工作点的所述相对测量误差构建二维误差矩阵；

7、对所述二维误差矩阵进行连续化处理得到连续误差函数，基于所述连续误差函数与预设误差阈值对所述二维测试空间进行划分，确定满足所述预设误差阈值的工作窗口，并提取所述工作窗口的边界；

8、从所述工作窗口的边界提取各所述频率参数对应的临界电流，得到对应的数据对，基于所述数据对建立连续边界模型；并基于所述连续边界模型，确定最大允许输入电流或最低工作频率。

9、在其中的一些实施例中，所述基于预设的测试频率参数集合与预设的测试电流参数集合构建二维测试空间包括：

10、确定所述预设的测试频率参数集合，其中，所述参数集合中的所述频率参数根据预设频率范围确定，在所述预设频率范围内等间隔或不等间隔选取；

11、确定所述预设的测试电流参数集合，其中，所述预设的测试电流参数在其对数坐标上等间隔分布，在所述对数坐标上等间隔选取。

12、在其中的一些实施例中，所述对于各所述工作点，多次测量对应的响应幅值包括：

13、对所述二维测试空间中的各所述工作点，输出对应频率和幅值的正弦交流信号，采集对应的响应信号；

14、通过频域分析获得对应所述工作点的所述响应幅值，其中，对每个所述工作点进行预设次数的重复采集。

15、在其中的一些实施例中，所述基于多个所述相对测量误差构建二维误差矩阵包括：

16、所述矩阵的行对应所述电流参数，所述矩阵的列对应所述频率参数，所述矩阵用于描述不同所述频率参数和所述电流参数组合条件下的误差分布。

17、在其中的一些实施例中，所述基于所述连续误差函数与所述预设误差阈值对所述二维测试空间进行划分，确定满足所述预设误差阈值的工作窗口，并提取所述工作窗口的边界包括：

18、对所述二维误差矩阵进行连续化处理得到所述连续误差函数；

19、设定所述预设误差阈值，其中，所述预设误差阈值的取值根据具体测量任务的精度要求确定；

20、基于所述连续误差函数与所述预设误差阈值将所述二维测试空间划分为满足所述预设误差阈值和不满足所述预设误差阈值两个区域，将满足所述预设误差阈值的区域确定为所述工作窗口，并提取所述工作窗口的边界。

21、在其中的一些实施例中，

22、所述工作窗口的边界提取公式为：；

23、其中，为所述工作窗口的集合、为所述集合的边界、为所述工作点、为所述工作点的所述相对测量误差、为所述预设误差阈值。

24、在其中的一些实施例中，所述基于所述数据对建立连续边界模型；并基于所述连续边界模型，确定最大允许输入电流或最低工作频率包括：

25、基于每一个所述频率参数和与其对应的最大允许输入的所述电流参数构成的所述数据对，建立所述连续边界模型，其中，所述连续边界模型至少采用分段常数模型、分段三次埃尔米特插值模型以及分段线性模型中的一种；

26、将所述连续边界模型作为工作边界模型，确定最大允许输入电流或最低工作频率。

27、在其中的一些实施例中，所述将所述连续边界模型作为工作边界模型，确定最大允许输入电流或最低工作频率包括：

28、将所述连续边界模型作为满足所述预设误差阈值下的所述工作边界模型；

29、当给定所述频率参数，依据所述工作边界模型得到与其对应的最大允许输入的所述电流参数，若待测电流小于等于所述最大允许输入的所述电流参数，则满足所述预设误差阈值；若待测电流大于所述最大允许输入的所述电流参数，则不满足所述预设误差阈值；

30、当给定所述电流参数，依据所述工作边界模型选取能使对应的所述电流参数大于给定的所述电流参数的所述频率参数。

31、第二个方面，在本实施例中提供了一种原子磁强计交流电流测量设备，所述设备包括：电流源、磁屏蔽系统、电流放大器、数据采集系统，还包括上位机，所述上位机用于实现上述第一个方面所述的方法。

32、第三个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的方法。

33、与相关技术相比，在本实施例中提供的一种磁强计交流电流测量工作窗口构建方法，通过基于预设的测试频率参数集合与预设的测试电流参数集合构建二维测试空间；将所述二维测试空间内的各测试频率参数与各测试电流参数进行组合，得到多个工作点；对于各所述工作点，多次测量对应的响应幅值，并将各所述响应幅值转换为对应的输入电流估计值；基于各所述工作点对应的多个所述输入电流估计值得到对应的平均估计电流，并基于对应的所述平均估计电流和输入电流真实值得到每个所述工作点的相对测量误差，基于各所述工作点的所述相对测量误差构建二维误差矩阵；对所述二维误差矩阵进行连续化处理得到连续误差函数，基于所述连续误差函数与预设误差阈值对所述二维测试空间进行划分，确定满足所述预设误差阈值的工作窗口，并提取所述工作窗口的边界；从所述工作窗口的边界提取各所述频率参数对应的临界电流，得到对应的数据对，基于所述数据对建立连续边界模型；并基于所述连续边界模型，确定最大允许输入电流或最低工作频率，解决了如何测量系统工作边界的定量评价、频率与电流幅值耦合作用下测量性能统一表征、对系统非线性工作边界的定量描述以及为工程应用提供测量参数的优化选择依据的问题，实现了对频率和输入幅值影响综合考虑、将测量性能边界进行可视化表达和定量描述、定量预测最大允许输入电流和最低工作频率、良好的通用性和推广性以及多系统适用的有益效果。

34、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。