本發(fā)明涉及量子無損檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、無損檢測技術(shù)是指在不損壞材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的條件下，檢測其表面或內(nèi)部是否存在缺陷或不均勻性，能夠在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，為在役設(shè)備或材料的安全使用提供可靠性評估。常見的無損檢測有超聲波探測、機器視覺檢測、磁粉檢測等，這些檢測手段存在的不足在于無法實現(xiàn)高精密的檢測目的，例如針對微米級、甚至納米級缺陷的無損檢測。

2、量子精密測量技術(shù)因具有微/納米級的空間分辨率、極高的靈敏度，近年來應(yīng)用在無損探測中，例如針對管道、鋼軌等鐵磁性結(jié)構(gòu)的檢測，利用固態(tài)自旋色心與磁場的作用，通過光致發(fā)光效應(yīng)，進行缺陷的漏磁檢測，但是這種方式需要先對鐵磁性材料進行磁化，磁化設(shè)備的引入增加了操作的復(fù)雜性，并且對于無法磁化的材料不能適用。如何提高量子無損檢測的廣泛適用性以及便捷性成為需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的量子無損檢測僅適用于鐵磁性材料，適用范圍較窄，且需要對鐵磁性材料磁化，便捷性差的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備，包括：

3、探頭，包含有固態(tài)自旋色心，對向待測面；

4、激光源，用于產(chǎn)生激光，并將激光照射至探頭，所述激光經(jīng)過探頭后照射在待測面上，經(jīng)待測面反射的部分光再照射至探頭；所述激光用于激發(fā)固態(tài)自旋色心產(chǎn)生熒光；

5、熒光探測裝置，用于探測探頭產(chǎn)生的熒光，并輸出熒光電信號；

6、控制機構(gòu)，用于控制探頭與待測面之間的相對運動，以使得探頭對向待測面上的不同探測位置；

7、信號處理模塊，用于采集熒光電信號，并將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)后，將不同探測位置下的圖像數(shù)據(jù)集合在一張圖中，形成表征熒光強度的分布圖。

8、進一步的，所述圖像數(shù)據(jù)為彩色值或灰度值，在所述信號處理模塊中，通過設(shè)置熒光電信號與彩色值或灰度值之間的關(guān)系，將采集的熒光電信號轉(zhuǎn)換成彩色值或灰度值。

9、進一步的，還包括攝像機，用于拍攝待測面上的不同探測位置被對向探頭的視頻；信號處理模塊，還用于采集所述視頻的多個視頻幀，并對多個視頻幀進行拼接處理，得到待測面上的所有探測位置集合而成的區(qū)域圖。

10、進一步的，信號處理模塊還從分布圖上獲取缺陷點，并對照區(qū)域圖確定缺陷點在待測面上的位置。

11、進一步的，熒光探測裝置從激光照射側(cè)對熒光進行探測，還包括至少一個光學(xué)元件，用于對激光以及來自探頭的光進行分離引導(dǎo)，引導(dǎo)激光傳輸至探頭，并引導(dǎo)來自探頭的光傳輸至熒光探測裝置。

12、進一步的，還包括微波模塊，用于向探頭輻射微波。

13、進一步的，在進行檢測時，向探頭輻射的微波頻率為定值，通過在檢測前對探頭實施微波掃頻的odmr測量，并由信號處理模塊繪制odmr譜線，選取譜線上的共振頻率點或位于任一共振峰的一側(cè)譜線斜率最大值處所對應(yīng)的微波頻率作為定頻點。

14、進一步的，還包括偏置磁場模塊，用于向探頭施加偏置磁場。

15、進一步的，所述固態(tài)自旋色心為金剛石氮空位色心、金剛石鍺空位色心、金剛石硅空位色心、碳化硅雙空位色心、碳化硅硅空位色心、六方氮化硼硼空位色心中的一種。

16、為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種基于固態(tài)自旋色心的檢測方法，包括：

17、將含有固態(tài)自旋色心的探頭對向待測面，向探頭照射激光，且激光經(jīng)過探頭后照射至待測面，經(jīng)待測面反射的部分光再照射至探頭，或還向探頭輻射微波，收集探頭產(chǎn)生的熒光，獲取熒光電信號；

18、控制探頭與待測面之間的相對運動，使得探頭對向待測面上的不同探測位置，得到多個探測位置下的熒光電信號，將熒光電信號轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，并將不同探測位置下的圖像數(shù)據(jù)集合在一張圖中，形成表征熒光強度的分布圖。

19、如上所述，本發(fā)明的一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備及方法，具有以下有益效果：

20、通過將待測面反射的激光作用于固態(tài)自旋色心，并基于色心響應(yīng)激光強度的變化而產(chǎn)生變化的熒光的原理，來實現(xiàn)待測面的掃面探測，通過對所采集的熒光電信號的處理，將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，再將不同探測位置下的圖像數(shù)據(jù)集合在一張圖中，形成表征熒光強度的分布圖，以供無損檢測的診斷。在實現(xiàn)微米或納米級的缺陷診斷的同時，因激光反射可應(yīng)用于多種材料，擴大了量子無損檢測的適應(yīng)范圍，且結(jié)構(gòu)簡單，便捷性高。

21、通過設(shè)置攝像機進行待測面在不同探測位置對向探頭時的視頻拍攝，并通過視頻幀拼接技術(shù)，形成不同探測位置所在的區(qū)域圖，建立分布圖與區(qū)域圖之間的對應(yīng)關(guān)系，可進一步實現(xiàn)缺陷定位。

技術(shù)特征：

1.一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備，其特征在于，所述檢測設(shè)備包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其特征在于：所述圖像數(shù)據(jù)為彩色值或灰度值，在所述信號處理模塊中，通過設(shè)置熒光電信號與彩色值或灰度值之間的關(guān)系，將采集的熒光電信號轉(zhuǎn)換成彩色值或灰度值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其特征在于：還包括攝像機，用于拍攝待測面上的不同探測位置被對向探頭的視頻；信號處理模塊，還用于采集所述視頻的多個視頻幀，并對多個視頻幀進行拼接處理，得到待測面上的所有探測位置集合而成的區(qū)域圖。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測設(shè)備，其特征在于：信號處理模塊還從分布圖上獲取缺陷點，并對照區(qū)域圖確定缺陷點在待測面上的位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其特征在于：熒光探測裝置從激光照射側(cè)對熒光進行探測，還包括至少一個光學(xué)元件，用于對激光以及來自探頭的光進行分離引導(dǎo)，引導(dǎo)激光傳輸至探頭，并引導(dǎo)來自探頭的光傳輸至熒光探測裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的檢測設(shè)備，其特征在于：還包括微波模塊，用于向探頭輻射微波。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測設(shè)備，其特征在于：在進行檢測時，向探頭輻射的微波頻率為定值，通過在檢測前對探頭實施微波掃頻的odmr測量，并由信號處理模塊繪制odmr譜線，選取譜線上的共振頻率點或位于任一共振峰的一側(cè)譜線斜率最大值處所對應(yīng)的微波頻率作為定頻點。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測設(shè)備，其特征在于：還包括偏置磁場模塊，用于向探頭施加偏置磁場。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測設(shè)備，其特征在于：所述固態(tài)自旋色心為金剛石氮空位色心、金剛石鍺空位色心、金剛石硅空位色心、碳化硅雙空位色心、碳化硅硅空位色心、六方氮化硼硼空位色心中的一種。

10.一種基于固態(tài)自旋色心的檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于固態(tài)自旋色心的檢測設(shè)備及方法，其中檢測設(shè)備包括：探頭、激光源、熒光探測裝置、控制機構(gòu)、信號處理模塊。探頭包含固態(tài)自旋色心，對向待測面；激光源，用于產(chǎn)生激光，所述激光沿傳輸路徑經(jīng)過探頭，并照射在待測面上，經(jīng)待測面反射的部分光傳輸至探頭；控制機構(gòu)，用于控制探頭與待測面之間的相對運動，以使得探頭對向待測面上的不同探測位置；信號處理模塊，用于采集熒光電信號，并將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)后，將不同探測位置下的圖像數(shù)據(jù)集合成表征熒光強度的分布圖。根據(jù)此分布圖可實現(xiàn)微米級或納米級的無損檢測的診斷，因激光反射可應(yīng)用于多種材料，擴大了檢測的適應(yīng)范圍，且結(jié)構(gòu)簡單，便捷性高。

技術(shù)研發(fā)人員：趙博文,張少春,陳道源,楊萬陽
受保護的技術(shù)使用者：安徽省國盛量子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6