ダイヤモンド量子センシング技術で電流計測機器の校正を簡素化 -同じ装置構成で交流・直流それぞれの電流比を評価できる小型電流比較器を開発-

2026-08-18 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)、東京科学大学、量子科学技術研究開発機構らの共同研究グループは、ダイヤモンド量子センサーを利用した小型電流比較器を開発し、同一装置で交流(AC)と直流(DC)の電流比を高精度に測定できることを実証した。従来は交流用と直流用で異なる測定原理と校正体系が必要だったが、本技術ではダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を利用した量子磁気センシングにより、電流が生じる微弱な磁束を高感度に検出することで両者を統一的に評価できる。さらに、交流測定に必要だった検出コイルが不要となり、電流比較器の中心部を従来比でサイズ3分の1以下、質量10分の1以下に小型化した。交流・直流ともに入力電流1Aに対して約5×10⁻⁸ A/Aの高い再現性を達成し、国家標準レベルを上回る性能を示した。今後、再生可能エネルギーの普及に伴い交流と直流が混在する次世代電力網において、計測機器校正の効率化や電流計測の標準化を支える基盤技術として期待される。

ダイヤモンド量子センシング技術で電流計測機器の校正を簡素化 -同じ装置構成で交流・直流それぞれの電流比を評価できる小型電流比較器を開発-
※原論文の図を引用・改変したものを使用しています。

<関連情報>

交流および直流比測定の両方に対応する電流比較器(タイプa不確かさレベル10⁻⁸) Current comparator for both AC and DC ratio measurements with 10− 8-level type-a uncertainty

Hidekazu Muramatsu,Yuta Kainuma,Hiromitsu Kato,Norihiko Sakamoto,Tatsuji Yamada,Chiharu Urano,Hiroshi Abe,Shinobu Onoda,Takeshi Ohshima,Yuji Hatano,Mutsuko Hatano,Nobu-Hisa Kaneko,Yasutaka Amagai & Takayuki Iwasaki
Scientific Reports  Published:11 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-026-58868-2

Abstract

Accurate measurements of alternating current (AC) and direct current (DC) ratios are fundamental to electric power metrology. However, conventional current comparators for AC and DC typically rely on distinct technologies—electromagnetic induction for AC and superconducting quantum interference devices for DC. This technological divide leads to a fragmented and complex traceability system. Bridging this gap is critical for developing unified current standards that meet the demands of temperature power technologies. In this work, we present a compact, room-temperature AC/DC current comparator that integrates a diamond-based magnetometer using nitrogen-vacancy centers. The device achieves a type-A uncertainty at 10-8 level, while the expanded uncertainty is at 10-6 to 10-7 level, for both AC and DC signals and supports a system bandwidth up to 300HZ, without the need for cryogenics. It is comparable to the performance of typical AC comparators, and provides a compact and room-temperature operating platform for further performance improvement. This unified, cryogenics-free solution not only enhances precision and versatility but also expands the applicability of the system to DC resistance bridges in quantum electrical standards.

0401発送配変電
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