本发明专利技术提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法，其中，检测装置包括：激光发射与荧光探测装置，金刚石NV色心探头、微波发生与辐射装置、控制处理装置。微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波，并将检测区域反射的微波与入射微波叠加后辐射给金刚石NV色心探头，金刚石NV色心探头在激光的激发以及微波的辐射下产生荧光，仅需通过收集荧光，探测荧光变化即可实现微波无损检测，操作简单快捷，且基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术，具有准确性高、空间分辨率高的优点。空间分辨率高的优点。空间分辨率高的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法
[0001]本专利技术涉及无损检测领域，特别是涉及一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法。
技术介绍
[0002]微波无损检测技术作为一种应用较广的检测技术，主要是基于电磁波与检测目标之间的电磁参数的相互作用，通过检测微波的特性参数达到无损检测目标物的目的。微波无损检测可以通过反射、投射等方法对不同类型的材料进行检测。其中，微波反射法常用于金属制品的无损检测，其应用原理为微波对于金属物质具有反射特性，且反射率接近100%，而对于非金属物质具有透射特性。由此，现有技术中采用金属对微波的反射效应，测量微波辐射相关反射系数，比如微波反射后的反射系数幅值、相位参数等来探测周围环境中的金属的状况，且测量工具目前应用较多的比如有矢量网络分析仪、微波功率计等。以上测量工具存在的不足在于，例如矢量网络分析仪是一个复杂的测试体系，内部易产生各种系统误差，操作前需要精确校准，操作相对复杂，并且需要计算与推算多个参数而存在准确性差的问题，并且微波功率计存在较多测量误差，准确性以及空间分辨率均较低。
[0003]针对上述现有技术的不足，急需研制操作简单快捷、准确性高、空间分辨率高的微波反射检测装置及方法。
技术实现思路
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法，用于解决现有技术中采用的微波反射检测装置及方法存在操作复杂、准确性及空间分辨率低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，包括：激光发射与荧光探测装置、金刚石NV色心探头、微波发生与辐射装置、连接于所述激光发射与荧光探测装置以及微波发生与辐射装置的控制处理装置；所述激光发射与荧光探测装置用于向所述金刚石NV色心探头发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置；所述微波发生与辐射装置用于根据控制处理装置发送的控制信号产生微波，并将其辐射给检测区域，以及接收来自检测区域的叠加微波，所述叠加微波由检测区域反射的微波与入射的微波叠加而成，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头；所述金刚石NV色心探头在激光的激发以及叠加微波的辐射下产生荧光；所述控制处理装置用于处理分析所述荧光信号以及向微波发生与辐射装置发送控制信号。
[0006]进一步地，所述激光发射与荧光探测装置包括激光源、双色片、滤波片、光电探测器，所述激光源发射的激光经双色片反射后传输至金刚石NV色心探头，金刚石NV色心探头产生的荧光依次经双色片、滤波片滤波后被光电探测器收集。
[0007]进一步地，所述激光发射与荧光探测装置还包括笼式镜架、两个光纤耦合器、两根光纤，所述双色片位于所述笼式镜架中，由双色片反射的激光经一个光纤耦合器进入一个光纤中，并作用于金刚石NV色心探头，产生的荧光沿此路径返回至双色片，并经过滤波片通过另一个光纤耦合器进入另一个光纤中被光电探测器收集。
[0008]进一步地，所述微波发生与辐射装置包括依次连接的微波源、微波开关、微波放大器、微波环形器以及与所述微波环形器相连接的第一天线、第二天线，所述第一天线用于将微波辐射给检测区域，来自检测区域的叠加微波经第一天线返回至微波环形器再传输至所述第二天线，并辐射给所述金刚石NV色心探头。
[0009]进一步地，所述微波发生与辐射装置包括依次连接的微波源、微波开关、微波放大器、微波分束器、与微波分束器的两个输出端一一对应连接的两个微波环形器，还包括与两个微波环形器一一对应连接的两个第一天线以及与其中一个用作检测的微波环形器连接的第二天线，另一个用作参考的微波环形器还连接于控制处理装置，两个第一天线分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，并分别接收各自的叠加微波至各自的微波环形器中，来自检测区域的叠加微波再经第二天线辐射给所述金刚石 NV色心探头，来自参考区域的叠加微波再传输至控制处理装置中，用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。
[0010]进一步地，所述微波环形器包括第一接口、第二接口、第三接口，所述第一接口用于将微波接收至微波环形器中，所述第二接口用于将接收的微波传输给所述第一天线，还用于将叠加微波接收至微波环形器中，第三接口用于输出所述叠加微波。
[0011]进一步地，所述控制处理装置包括相连接的锁相放大器和上位机，所述锁相放大器还连接于所述光电探测器以及微波开关，用于在上位机的控制下向微波开关发送脉冲信号，还接收光电探测器发送的探测信号，并对探测信号进行处理分析后传送给上位机，所述上位机还连接于所述微波源，用于向其发送微波控制信号。
[0012]进一步地，还包括磁场组件，用于对所述金刚石NV色心探头施加磁场。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测方法，采用如前任一的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，包括如下步骤：调整微波发生与辐射装置与检测区域间的距离；由所述控制处理装置设置辐射微波的参数，并向所述微波发生与辐射装置发送参数指令，控制所述微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波；所述微波发生与辐射装置接收来自检测区域的叠加微波，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头；所述激光发射与荧光探测装置向所述金刚石NV色心探头发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置；所述控制处理装置对荧光信号进行处理分析，并根据处理分析后的荧光信号获取检测结果。
[0014]进一步地，所述检测结果包括判断检测区域中是否存在金属构件或检测区域中的金属构件是否存在缺陷或比较检测区域中的金属构件的尺寸大小或获取检测区域中的金属构件的位置。
[0015]如上，本专利技术的一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法，具有以下有益效果：
1、通过设置微波发生与辐射装置对检测区域辐射微波，并将检测区域反射的微波与入射微波叠加后辐射给金刚石NV色心探头，金刚石NV色心探头在激光的激发以及微波的辐射下产生荧光，仅需通过收集荧光，探测荧光变化即可实现微波的无损检测，操作简单快捷，且基于金刚石NV色心的nm级高空间分辨率，具有准确性高、灵敏度高的优点，可广泛应用于微波无损检测领域；2、通过设置对参考区域的微波辐射，将来自参考区域的叠加微波作为本底值与检测值进行差分处理，可以降低环境噪音，提高检测准确性；3、通过施加磁场，改变磁场强度，进而调整微波共振频率，能够实现在保障微波穿透性能的基础上以精细化、可控化的方式获取更高的空间分辨率。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的实施例一的结构示意图；图2为本专利技术的荧光谱线随微波功率变化的变化图；图3为本专利技术的实施例二的结构示意图；图4为本专利技术的未施加磁场下的ODMR荧光光谱图；图5为本专利技术的实施例三的结构示意图；图6为本专利技术的检测金属杆的荧光光谱图；图7为本专利技术的比较金属杆尺寸的荧光光谱图。
[0017]元件标号说明：1—激光发射与荧光探测装置；11—激光源；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光发射与荧光探测装置（1）、金刚石NV色心探头（2）、微波发生与辐射装置（3）、连接于所述激光发射与荧光探测装置（1）以及微波发生与辐射装置（3）的控制处理装置（4）；所述激光发射与荧光探测装置（1）用于向所述金刚石NV色心探头（2）发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头（2）产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置（4）；所述微波发生与辐射装置（3）用于根据控制处理装置（4）发送的控制信号产生微波，并将其辐射给检测区域，以及接收来自检测区域的叠加微波，所述叠加微波由检测区域反射的微波与入射的微波叠加而成，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头（2）；所述金刚石NV色心探头（2）在激光的激发以及叠加微波的辐射下产生荧光；所述控制处理装置（4）用于处理分析所述荧光信号以及向微波发生与辐射装置（3）发送控制信号。2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述激光发射与荧光探测装置（1）包括激光源（11）、双色片（12）、滤波片（13）、光电探测器（14），所述激光源（11）发射的激光经双色片（12）反射后传输至金刚石NV色心探头（2），金刚石NV色心探头（2）产生的荧光依次经双色片（12）、滤波片（13）滤波后被光电探测器（14）收集。3.根据权利要求2所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述激光发射与荧光探测装置（1）还包括笼式镜架（15）、两个光纤耦合器（16）、两根光纤（17），所述双色片（12）位于所述笼式镜架（15）中，由双色片（12）反射的激光经一个光纤耦合器（16）进入一个光纤（17）中，并作用于金刚石NV色心探头（2），产生的荧光沿此路径返回至双色片（12），并经过滤波片（13）通过另一个光纤耦合器（16）进入另一个光纤（17）中被光电探测器（14）收集。4.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述微波发生与辐射装置（3）包括依次连接的微波源（31）、微波开关（32）、微波放大器（33）、微波环形器（34）以及与所述微波环形器（34）相连接的第一天线（35）、第二天线（36），所述第一天线（35）用于将微波辐射给检测区域，来自检测区域的叠加微波经第一天线（35）返回至微波环形器（34）再传输至所述第二天线（36），并辐射给所述金刚石NV色心探头（2）。5.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述微波发生与辐射装置（3）包括依次连接的微波源（31）、微波开关（32）、微波放大器（33）、微波分束器（37）、与微波分束器（37）的两个输出端一一对应连接的两个微波环形器（34），还包括与两个微波环形器（34）一...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵博文，张少春，周梦良，罗大程，陈守祥，
申请(专利权)人：安徽省国盛量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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