[发明专利]基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统及探测方法

说明书

本发明涉及量子传感技术领域，方案为一种基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统，包括有激光收发处理单元、量子传感器、激励线圈、供电单元、微波线圈和微波单元，本发明将金刚石NV色心精密测量技术与涡流无损探伤技术结合，相比于传统技术，金刚石NV色心的显著性能能够提高涡流无损探伤的精度，实现对细微裂纹缺陷的准确检测，同时本发明根据涡流无损探伤的特点，设计了针对交流磁场的探测方法。

技术领域

本发明涉及量子传感技术领域，具体涉及到一种基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统及探测方法。

背景技术

金刚石NV色心在激光的泵浦下表现出较强的荧光，并在室温下可观测到其零声子线，因而可作为纳米尺寸的传感器，用于磁场、电场、温度等物理量的高精密测量，将NV色心传感技术与无损探伤结合是具备广阔前景的。

在无损探伤领域，涡流检测是其中非常重要的一个检测技术，其是在电磁感应原理的理论基础上建立的，在交变磁场中放置一块导体，导体周边会形成感应电流，这种感应电流催生涡流。当导体在缺陷、尺寸、形状等方面产生变动之后，涡流也会在其影响下出现变化，依靠这种现象即可实现对导体状态与性质的有效检测。

然而现有技术中，缺乏将NV色心精密测量技术与涡流无损探伤技术结合的研究，基于此，本发明设计了一种基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统及探测方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提出了一种基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统及探测方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统，包括有激光收发处理单元、量子传感器、激励线圈、供电单元、微波线圈和微波单元：

激光收发处理单元，其用于产生激励量子传感器的触发光，同时采集量子传感器产生的反馈荧光并进行处理分析；

微波单元，用于产生调制微波，并通过微波线圈作用于量子传感器；

供电单元，用于向激励线圈提供交变电流以产生交变磁场，所述交变磁场使得待测物品上产生涡流；

量子传感器，其在触发光以及调制微波的作用下感知周围的交变磁场并产生反馈荧光；

其中，所述量子传感器包含传感光纤，所述传感光纤的两端分别为光输入端和光输出端，所述光输出端设置有金刚石NV色心。

如前所述的量子涡流无损检测系统，还有更进一步的设计：所述激光收发处理单元包含激光器、共轭镜组、双色片、滤波片、光电探测器、主机以及光纤耦合器，所述激光器产生的触发光先经共轭镜组缩束，再经双色片反射后通过光纤耦合器进入传输光纤中，并经传输光纤传入传感光纤中对金刚石NV色心进行触发，金刚石NV色心工作时产生的部分反馈荧光沿原光路返回，反馈荧光直接穿过双色片，并经滤波片过滤杂散光后被光电探测器采集，主机对光电探测器采集的反馈荧光进行处理分析。

如前所述的量子涡流无损检测系统，还有更进一步的设计：所述激光收发处理单元还包括报警器，所述主机控制连接报警器。

如前所述的量子涡流无损检测系统，还有更进一步的设计：所述量子传感器还包括套设在传感光纤外围的支撑套管，所述激励线圈绕接在支撑套管上。

一种涡流探伤系统的探测方法，包含以下步骤：

S1、测定零磁场共振劈裂值：在零磁场环境下，启动激光收发处理单元和微波单元，绘制量子传感器上金刚石NV色心的ODMR谱，通过计算波峰间距得出零磁场共振劈裂值；

S2、参数设置及启动：设置供电单元的工作参数，以零磁场共振劈裂值作为交流电频率，同时启动激光收发处理单元和微波单元，控制量子传感器靠近待测物品的表面，量子传感器感知周围的交变磁场并及时反馈荧光信号；