[发明专利]一种NSiV双色心的磁场与温度双参量测试方法及装置

说明书

本发明专利提供了一种NSiV双色心的磁场与温度双参量测试方法及装置，它包括光纤激光器(1)、磁场及温度测试装置(2)、光电转换模块(3)、ADC模块(4)；微处理器(5)、计算机(6)。本发明专利采用倏逝场以及SPR原理提升传感器的灵敏度，通过金刚石NSiV双色心纳米材料涂覆MNF对磁场传感，PDMS涂覆镀金属银膜的单模光纤进行温度传感，光纤激光器输出的光使马赫曾德结构中发生干涉，基于SPR的单模光纤金属层的倏逝波与等离子体波发生共振。当磁场与温度变化时干涉光谱发生漂移，并定义平均波长漂移以及平均光强来判定光纤传感器的传感性能。由计算机处理得到传感器的灵敏度，实现对磁场的实时监测。有效解决了温度与磁场同时探测的问题。

技术领域

本发明专利涉及一种NSiV双色心的磁场与温度双参量测试方法及装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

磁场是最常见的物理量之一，在生物、医疗、教育、军事等领域的应用越来越广泛。尤其是军事方面的应用更为迫切，在信息化时代的战争离不开磁场，电磁控制成为制胜的法宝。目前，磁场传感器在军事领域中广泛应用于磁性扫雷、水底磁探测、船舶磁导航、太空磁探测等。然而，有较多环境下的磁探测难以准确实现，例如太空中进行磁探测是有较高温度的影响，因此亟需解决高温环境下磁探测难的问题。

传统磁场探测方式为多数由电信号探测为主，但是承载电信号的器件多为金属材质，这种器件本身就会对磁场造成一定的变化产生较大误差。另外，一些大型磁场环境存在油，尤其是电流互感器本身就存在油，以电信号为主的检测导致磁场环境存在易燃易爆炸等风险；而且还存在退磁现象以及磁滞现象，很大程度上对测量结果产生较大误差。

光纤传感器与传统的电子传感器相比，具有信噪比高、可远程监测、不受电磁干扰、灵敏度高、并且具有较高的灵活使用性。目前，已经研制出很多有关温度、应力、磁场等光纤传感器，用于磁场检测的光纤传感器多采用磁致伸缩以及磁流体作为敏感材料，存在对弱磁场的探测能力较弱的缺陷，而金刚石NSiV双色心作为敏感材料可以实现对弱磁场的检测，同时镀银膜可以实现SPR原理，而PDMS作为温敏材料可以实现温度的检测，并且倏逝场的存在可以有效提高检测灵敏度。

张少春(张少春.基于金刚石氮-空位色心的光纤量子传感测量方法研究[D].中国科学技术大学,2021.DOI:10.27517/d.cnki.gzkju.2021.001767.)等人采用空间光调制法研究了基于金刚石氮-空位色心的光纤量子传感测量，实现磁场和温度的检测，但是此方法不能实现磁场与温度同时检测；HatanoY等人(Hatano Y,Shin J,Nishitani D,etal.Simultaneous thermometry and magnetometry using a fiber-coupled quantumdiamond sensor[J].Applied Physics Letters,2021,118(3):034001.)提出使用光纤耦合量子金刚石传感器同时进行测温和磁力测量技术，该方法能够实现磁场检测但不能同时对温度进行检测，本方法则采用矩阵解调法实现磁场与温度同时检测；

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种NSiV双色心的磁场与温度双参量测试方法及装置，解决目前对磁场检测易受温度影响并且难以实现弱磁场检测的问题，实现了一些温度环境下较弱磁场的检测。

一种NSiV双色心的磁场与温度双参量测试方法及装置，所述测试方法及装置具体实现过程为：

包括光纤激光器(1)、磁场及温度测试装置(2)、光电转换模块(3)、ADC模块(4)；微处理器(5)、计算机(6)；

所述方法的具体实现过程为：

所述光纤激光器(1)中心波长为532nm，强度为20mw用于产生光信号；

所述磁场及温度测试装置(2)包括旋转磁力座(2-1)、N级磁铁(2-2)、S级磁铁(2-3)、磁力座供电装置(2-4)、传感单元(2-5)，温控平台(2-6)其中：