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

背景技術(shù)：

1、無(wú)損檢測(cè)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(cè)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(shí)，為在役設(shè)備或材料的安全使用提供可靠性評(píng)估。常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè)有超聲波探測(cè)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等，這些檢測(cè)手段存在的不足在于無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精密的檢測(cè)目的，例如針對(duì)微米級(jí)、甚至納米級(jí)缺陷的無(wú)損檢測(cè)。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，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(cè)設(shè)備及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的量子無(wú)損檢測(cè)僅適用于鐵磁性材料，適用范圍較窄，且需要對(duì)鐵磁性材料磁化，便捷性差的問(wèn)題。

2、為實(shí)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(cè)設(shè)備，包括：

3、探頭，包含有固態(tài)自旋色心，對(duì)向待測(cè)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(guò)探頭后照射在待測(cè)面上，經(jīng)待測(cè)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(cè)裝置，用于探測(cè)探頭產(chǎn)生的熒光，并輸出熒光電信號(hào)；

6、控制機(jī)構(gòu)，用于控制探頭與待測(cè)面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使得探頭對(duì)向待測(cè)面上的不同探測(cè)位置；

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

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

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

10、進(jìn)一步的，信號(hào)處理模塊還從分布圖上獲取缺陷點(diǎn)，并對(duì)照區(qū)域圖確定缺陷點(diǎn)在待測(cè)面上的位置。

11、進(jìn)一步的，熒光探測(cè)裝置從激光照射側(cè)對(duì)熒光進(jìn)行探測(cè)，還包括至少一個(gè)光學(xué)元件，用于對(duì)激光以及來(lái)自探頭的光進(jìn)行分離引導(dǎo)，引導(dǎo)激光傳輸至探頭，并引導(dǎo)來(lái)自探頭的光傳輸至熒光探測(cè)裝置。

12、進(jìn)一步的，還包括微波模塊，用于向探頭輻射微波。

13、進(jìn)一步的，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，向探頭輻射的微波頻率為定值，通過(guò)在檢測(cè)前對(duì)探頭實(shí)施微波掃頻的odmr測(cè)量，并由信號(hào)處理模塊繪制odmr譜線，選取譜線上的共振頻率點(diǎn)或位于任一共振峰的一側(cè)譜線斜率最大值處所對(duì)應(yīng)的微波頻率作為定頻點(diǎn)。

14、進(jìn)一步的，還包括偏置磁場(chǎng)模塊，用于向探頭施加偏置磁場(chǎng)。

15、進(jìn)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(shí)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(cè)方法，包括：

17、將含有固態(tài)自旋色心的探頭對(duì)向待測(cè)面，向探頭照射激光，且激光經(jīng)過(guò)探頭后照射至待測(cè)面，經(jīng)待測(cè)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(hào)；

18、控制探頭與待測(cè)面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得探頭對(duì)向待測(cè)面上的不同探測(cè)位置，得到多個(gè)探測(cè)位置下的熒光電信號(hào)，將熒光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，并將不同探測(cè)位置下的圖像數(shù)據(jù)集合在一張圖中，形成表征熒光強(qiáng)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(cè)設(shè)備及方法，具有以下有益效果：

20、通過(guò)將待測(cè)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(qiáng)度的變化而產(chǎn)生變化的熒光的原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)待測(cè)面的掃面探測(cè)，通過(guò)對(duì)所采集的熒光電信號(hào)的處理，將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，再將不同探測(cè)位置下的圖像數(shù)據(jù)集合在一張圖中，形成表征熒光強(qiáng)度的分布圖，以供無(wú)損檢測(cè)的診斷。在實(shí)現(xiàn)微米或納米級(jí)的缺陷診斷的同時(shí)，因激光反射可應(yīng)用于多種材料，擴(kuò)大了量子無(wú)損檢測(cè)的適應(yīng)范圍，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便捷性高。

21、通過(guò)設(shè)置攝像機(jī)進(jìn)行待測(cè)面在不同探測(cè)位置對(duì)向探頭時(shí)的視頻拍攝，并通過(guò)視頻幀拼接技術(shù)，形成不同探測(cè)位置所在的區(qū)域圖，建立分布圖與區(qū)域圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可進(jìn)一步實(shí)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(cè)設(shè)備，其特征在于，所述檢測(cè)設(shè)備包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)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(hào)處理模塊中，通過(guò)設(shè)置熒光電信號(hào)與彩色值或灰度值之間的關(guān)系，將采集的熒光電信號(hào)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(cè)設(shè)備，其特征在于：還包括攝像機(jī)，用于拍攝待測(cè)面上的不同探測(cè)位置被對(duì)向探頭的視頻；信號(hào)處理模塊，還用于采集所述視頻的多個(gè)視頻幀，并對(duì)多個(gè)視頻幀進(jìn)行拼接處理，得到待測(cè)面上的所有探測(cè)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(cè)設(shè)備，其特征在于：信號(hào)處理模塊還從分布圖上獲取缺陷點(diǎn)，并對(duì)照區(qū)域圖確定缺陷點(diǎn)在待測(cè)面上的位置。

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

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)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(cè)設(shè)備，其特征在于：在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，向探頭輻射的微波頻率為定值，通過(guò)在檢測(cè)前對(duì)探頭實(shí)施微波掃頻的odmr測(cè)量，并由信號(hào)處理模塊繪制odmr譜線，選取譜線上的共振頻率點(diǎn)或位于任一共振峰的一側(cè)譜線斜率最大值處所對(duì)應(yīng)的微波頻率作為定頻點(diǎn)。

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

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)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(cè)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(cè)設(shè)備及方法，其中檢測(cè)設(shè)備包括：探頭、激光源、熒光探測(cè)裝置、控制機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理模塊。探頭包含固態(tài)自旋色心，對(duì)向待測(cè)面；激光源，用于產(chǎn)生激光，所述激光沿傳輸路徑經(jīng)過(guò)探頭，并照射在待測(cè)面上，經(jīng)待測(cè)面反射的部分光傳輸至探頭；控制機(jī)構(gòu)，用于控制探頭與待測(cè)面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使得探頭對(duì)向待測(cè)面上的不同探測(cè)位置；信號(hào)處理模塊，用于采集熒光電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)后，將不同探測(cè)位置下的圖像數(shù)據(jù)集合成表征熒光強(qiáng)度的分布圖。根據(jù)此分布圖可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)或納米級(jí)的無(wú)損檢測(cè)的診斷，因激光反射可應(yīng)用于多種材料，擴(kuò)大了檢測(cè)的適應(yīng)范圍，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便捷性高。

技術(shù)研發(fā)人員：趙博文,張少春,陳道源,楊萬(wàn)陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽省國(guó)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