量子无损传感器及铁轨表面缺陷检测机的制作方法

本发明涉及量子无损检测，具体涉及到一种量子无损传感器及铁轨表面缺陷检测机。

背景技术：

1、漏磁检测一直是无损检测领域重要的一门研究方向，使用传统磁传感器的漏磁检测设备已经较为完善，其功能好坏各有优劣，本申请基于量子精密测量这一新型探测技术的研究，计划在基于量子传感的漏磁无损检测领域做出新的突破。近些年，固态自旋色心体系在量子精密领域的研究发展迅速，尤其是对于磁场的探测研究，发展出了以光探测磁共振（odmr）为主的探测方法，通过研究磁共振频率与外界磁场之间的线性关系，可实现对外界磁场的精密测量。

2、在本申请的方案中，主要针对光探测磁共振法中微波共振频率获取的相关问题进行讨论，现有技术中，提取微波共振频率的方法主要包括人工手动点取和曲线拟合获取，但这两个方法在测量不同磁场时均需要通过扫频法获取odmr扫频谱线，才能获取共振频率，其共振频率获取时间较长，影响漏磁检测效率。

3、基于此，本发明设计了一种量子无损传感器及铁轨表面缺陷检测机。

技术实现思路

1、本发明提出了一种量子无损传感器及铁轨表面缺陷检测机，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种量子漏磁检测仪，包含：

3、磁化器，用于磁化待测面以使其缺陷处产生漏磁场；

4、金刚石探头，包含若干nv色心，用于感知外部磁场，并可在激励激光和微波场的作用下产生反馈荧光；

5、激光模块，用于输出所述激励激光；

6、微波模块，用于输出微波信号，及接收调制信号并调制所述微波信号；

7、微波天线，用于接收所述微波信号并将其形成微波场辐射至所述金刚石探头处；

8、光电探测模块，用于接收所述反馈荧光并输出电压信号；

9、光路单元，用于将所述激励激光传输至所述金刚石探头处，同时，将所述反馈荧光传输至所述光电探测模块；

10、锁相放大器，用于输出所述调制信号，及解调所述电压信号输出解调结果；

11、频率锁定模块，用于将解调结果作为输入值并基于pid算法对所述微波模块输出的微波信号进行频率调节，使微波模块输出的微波信号从初始微波共振频率切换为表征当前磁场的微波共振频率；

12、数据处理模块，用于数据分析及处理。

13、优选的，所述锁相放大器为双相数字锁相放大器，所述双相数字锁相放大器被配置为输出的两项分量值其中之一为零，并输出另一项分量值作为pid算法的输入值。

14、优选的，还包含相位自调模块，所述相位自调模块用于按设定目标自动调节锁相放大器的初始相位。

15、优选的，还包含磁场发生模块，用于产生作用于所述金刚石nv色心的偏置磁场。

16、优选的，所述金刚石探头内含系综nv色心，所述金刚石探头被配置为处于所述磁场发生模块产生的偏置磁场中，且该偏置磁场方向与所述金刚石探头的其中一个色心轴向平行，所述初始微波共振频率被配置为等于表征沿该色心轴向上的磁场分量的微波共振频率。

17、优选的，所述金刚石探头内含单个nv色心，所述金刚石探头被配置为处于所述磁场发生模块产生的偏置磁场中，所述初始微波共振频率被配置为等于表征所述磁场的微波共振频率。

18、优选的，所述金刚石探头内含单个nv色心，所述初始微波共振频率被配置为等于表征所述金刚石探头内在特性的微波共振频率。

19、一种铁轨裂纹检测设备，用于铁轨表面裂纹的检测，应用了一个或多个如前所述的量子漏磁检测仪，所述磁化器被配置为对铁轨的探测面进行磁化，所述金刚石探头被配置为对铁轨的探测面进行磁场感知。

20、优选的，还包含定位模块，所述定位模块用于对铁轨裂纹检测设备进行定位，且被配置为可将位置信息与裂纹信息进行对应绑定。

21、优选的，还包含远程数据收发模块，所述远程数据收发模块用于实现远端主机与铁轨裂纹检测设备之间的无线传输。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案无需每次测量漏磁场都得绘制odmr扫频谱线，其可通过目标数据与解调数据的比对，来快速实现对变化的微波共振频率的跟踪，极大缩短了对新的微波共振频率的获取时间，提高了设备的漏磁检测效率。

技术特征：

1.一种量子无损传感器，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的量子无损传感器，其特征在于，所述锁相放大器为双相数字锁相放大器，所述双相数字锁相放大器被配置为输出的两项分量值其中之一为零，并输出另一项分量值作为pid算法的输入值。

3.根据权利要求2所述的量子无损传感器，其特征在于，还包含相位自调模块，所述相位自调模块用于按设定目标自动调节锁相放大器的初始相位。

4.根据权利要求1所述的量子无损传感器，其特征在于，还包含磁场发生模块，用于产生作用于所述金刚石探头的偏置磁场。

5.根据权利要求4所述的量子无损传感器，其特征在于，所述金刚石探头内含系综nv色心，所述金刚石探头被配置为处于所述磁场发生模块产生的偏置磁场中，且该偏置磁场方向与所述金刚石探头的其中一个色心轴向平行，所述初始微波共振频率被配置为等于表征沿该色心轴向上的磁场分量的微波共振频率。

6.根据权利要求4所述的量子无损传感器，其特征在于，所述金刚石探头内含单个nv色心，所述金刚石探头被配置为处于所述磁场发生模块产生的偏置磁场中，所述初始微波共振频率被配置为等于表征所述磁场的微波共振频率。

7.根据权利要求1所述的量子无损传感器，其特征在于，所述金刚石探头内含单个nv色心，所述初始微波共振频率被配置为等于表征所述金刚石探头内在特性的微波共振频率。

8.一种铁轨表面缺陷检测机，用于铁轨表面裂纹的检测，其特征在于，应用了一个或多个如权利要求1-7任一项所述的量子无损传感器，所述磁化器被配置为对铁轨的探测面进行磁化，所述金刚石探头被配置为对铁轨的探测面进行磁场感知。

9.根据权利要求8所述的铁轨表面缺陷检测机，其特征在于，还包含定位模块，所述定位模块用于对铁轨表面缺陷检测机进行定位，且被配置为可将位置信息与裂纹信息进行对应绑定。

10.根据权利要求8或9所述的铁轨表面缺陷检测机，其特征在于，还包含远程数据收发模块，所述远程数据收发模块用于实现远端主机与铁轨表面缺陷检测机之间的无线传输。

技术总结
本发明涉及量子无损传感技术领域，方案为一种量子无损传感器，包含磁化器、金刚石探头、激光模块、微波模块、微波天线、光电探测模块、光路单元、锁相放大器、频率锁定模块以及数据处理模块；本方案无需每次测量漏磁场都得绘制ODMR扫频谱线，其可通过目标数据与解调数据的比对，来快速实现对变化的微波共振频率的跟踪，极大缩短了对新的微波共振频率的获取时间，提高了设备的漏磁检测效率。

技术研发人员：赵博文,伍军,余志武,毛建锋,项诸宝,张少春,廖燕飞,汪鹏,周梦良
受保护的技术使用者：高速铁路建造技术国家工程研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17