用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统

本发明涉及配电箱检测，具体为用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统。

背景技术：

1、随着现有的自动化设备的增多，配电箱的应用也随之普及。配电箱具有体积小、安装简便、技术性能特殊、位置固定、配置功能独特、不受场地限制、操作稳定可靠，空间利用率高、占地少且具有环保效应的特点，是指挥供电线路中各种元器件以及电线合理分配电能的控制中心，是可靠接纳上端电源，正确反馈荷载电能的控制环节，也是获取用户对供电质量满意与否的关键，因此保证配电箱的可靠性十分重要。

2、传统的对配电箱进行检测时，常采用万用表检测，当配电箱内部元器件以及电线较多时，作业人员只能手持万用表挨个进行检测，检测效率较低，同时万用表检测时常由于作业人员操作不当而造成万用表烧坏，严重时可能会对作业人员造成电击危险，安全指数低，另外，现有技术中用于检测配电箱的设备少之又少，从而限制了对配电箱可靠性的研究。

3、金刚石nv色心作为一种固态单自旋体系，具有易于初始化和读出、可操控以及较长相干时间等优点，这些特性使得金刚石nv色心在量子精密测量和量子计算等领域具有巨大的应用前景。基于金刚石nv色心的量子精密测量技术，科学家们已经开发出了多款量子精密测量设备，如量子钻石原子力显微镜、量子钻石显微镜以及量子钻石单自旋谱仪等。随着科学技术的不断进步，金刚石nv色心测磁技术将继续得到深入研究和广泛应用，一方面，金刚石nv色心在量子计算、量子通信等领域的应用将进一步拓展，为这些领域的发展提供新的可能性，另一方面，金刚石nv色心测磁技术还将不断向高灵敏度、小型化、集成化、便携化的方向发展，但金刚石nv色心测磁技术在很多领域还未被开发应用，如现有技术中还没有发现将该技术应用于检测配电箱的相关研究。

技术实现思路

1、本发明为了解决传统的采用万用表检测配电箱的方法存在检测效率较低、安全指数低的问题，故提供了一种新的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，包括激发光路、成像光路：

4、激发光路，包括激光器，激光器发射的激光依次经过滤光片、光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、二向色分光棱镜，经二向色分光棱镜反射的激光再经过平凸透镜后到达高倍物镜聚焦，最终经过检测探头后射向配电箱，其中检测探头包括筒体、其中心为空的微波天线、磁体、金刚石nv色心，筒体的一端开口朝向高倍物镜布置，微波天线挡设于筒体的另一端开口，金刚石nv色心挡设于微波天线的中心，筒体外壁上安装有连接支架，磁体安装于连接支架上且用于对配电箱内部元器件以及电线提供磁场环境；

5、成像光路，包括ccd相机，配电箱内部元器件以及电线被激发光路射出的激光激发后，配电箱内部元器件以及电线产生光学信号，该光学信号再依次通过金刚石nv色心、高倍物镜、平凸透镜、二向色分光棱镜、收光筒后聚焦至ccd相机。

6、检测原理：激光器发射的激光依次经过滤光片、光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、二向色分光棱镜，经二向色分光棱镜反射的激光再经过平凸透镜后到达高倍物镜聚焦，最终经过检测探头内部时，微波天线传输定频微波给金刚石nv色心，使得金刚石nv色心产生光探测磁共振odmr信号，磁体提供的磁场对金刚石nv色心产生的odmr信号进行八峰劈裂，同时激光通过金刚石nv色心射向配电箱内部元器件以及电线，配电箱内部元器件以及电线被激发后其内部电磁元件产生光学信号，该光学信号再通过高倍物镜进行捕捉，然后再通过平凸透镜、二向色分光棱镜、收光筒传送给ccd相机。具体检测时，需将ccd相机与上位机连接，上位机将ccd相机得到的一系列原始观测图片处理成三维矢量磁场图（如何将ccd相机得到的一系列原始观测图片处理成三维矢量磁场图属于本领域技术人员的公知常识），通过观测其磁场分布以及磁场强度来判断配电箱内部元器件以及电线的工作状态是否正常，从而完成对配电箱的检测。

7、进一步地，该量子扫描磁成像系统还包括检测光路，检测光路包括apd雪崩管探测器，配电箱内部元器件以及电线被激发光路射出的激光激发后，配电箱内部元器件以及电线产生光学信号，该光学信号依次通过金刚石nv色心、高倍物镜、平凸透镜、二向色分光棱镜、收光筒后射至apd雪崩管探测器。使用时，通过将apd雪崩管探测器接入示波器后观察odmr八峰劈裂状况，从而检测该量子扫描磁成像系统的光信号是否正常，进行量子成像所需的传感测试。

8、进一步地，激发光路、检测光路、成像光路皆安装在光学笼式调整架上，使得整体系统布局紧凑、所占空间位置更小、便于移动。

9、进一步地，安装在光学笼式调整架上的激发光路、检测光路、成像光路整体集成并通过碳纤维3d打印外壳包装，其中，检测探头外露于碳纤维3d打印外壳，ccd相机外露于碳纤维3d打印外壳。碳纤维3d打印外壳的散热性好，降低温度对磁共振odmr信号的影响，从而降低检测的误差性，且包装后方便携带。

10、进一步地，检测探头的筒体包括圆柱形筒体、锥形筒体，圆柱形筒体的一端与锥形筒体的大直径端适配连接，圆柱形筒体的另一端朝向高倍物镜布置，微波天线、金刚石nv色心布置于锥形筒体的小直径端，磁体通过连接支架与圆柱形筒体的外壁固定连接。该结构便于激光聚焦。

11、进一步地，磁体为环形磁铁，便于提供恒温磁场环境。

12、进一步地，连接支架包括半圆环形支架以及两个条状支架，两个条状支架的一端分别与半圆形支架的两端通过螺栓连接，两个条状支架的另一端分别与圆柱形筒体外壁的相对的两侧通过螺栓连接，环形磁铁安装于半圆环形支架上。当需要得到不同方向、不同强度的磁场时，可对环形磁铁的角度进行调节，调节环形磁铁的角度时，需松动螺栓，转动半圆环形支架或/和两个条状支架，从而方便了对环形磁铁的角度的调节。

13、进一步地，激发光路中，激光器发射的激光为532mm的可见绿光，第一凸透镜的焦距为25.4mm，第二凸透镜的焦距为125mm，反射镜为45度反射镜。

14、本发明所产生的有益效果如下：1）本发明操作简便，便于安装，实现了配电箱的量子扫描磁成像，通过观察成像特征可得出配电箱内部元器件以及电线的工作状态，检测安全指数高；2）本发明能够对其配电箱内部元器件以及电线进行区域性的磁光检测，检测效率高；3）通过共用部分光路的方式以及在检测探头部分采用微型集成化结构即将天线、金刚石、磁体集成在一起，提高了该系统的便携性。

技术特征：

1.用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，包括激发光路、成像光路；

2.根据权利要求1所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，该量子扫描磁成像系统还包括检测光路，检测光路包括apd雪崩管探测器（10），配电箱内部元器件以及电线被激发光路射出的激光激发后，配电箱内部元器件以及电线产生光学信号，该光学信号依次通过金刚石nv色心（1302）、高倍物镜（12）、平凸透镜（11）、二向色分光棱镜（7）、收光筒（8）后射至apd雪崩管探测器（10）。

3.根据权利要求2所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，激发光路、检测光路、成像光路皆安装在光学笼式调整架上。

4.根据权利要求3所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，安装在光学笼式调整架上的激发光路、检测光路、成像光路整体集成并通过碳纤维3d打印外壳包装，其中，检测探头（13）外露于碳纤维3d打印外壳，ccd相机（9）外露于碳纤维3d打印外壳。

5.根据权利要求4所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，检测探头（13）的筒体包括圆柱形筒体（1305）、锥形筒体（1304），圆柱形筒体（1305）的一端与锥形筒体（1304）的大直径端适配连接，圆柱形筒体（1305）的另一端朝向高倍物镜（12）布置，微波天线（1301）、金刚石nv色心（1302）布置于锥形筒体（1304）的小直径端，磁体（1303）通过连接支架（1306）与圆柱形筒体（1305）的外壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，磁体（1303）为环形磁铁。

7.根据权利要求6所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，连接支架（1306）包括半圆环形支架以及两个条状支架，两个条状支架的一端分别与半圆形支架的两端通过螺栓连接，两个条状支架的另一端分别与圆柱形筒体（1305）外壁的相对的两侧通过螺栓连接，环形磁铁安装于半圆环形支架上。

8.根据权利要求7所述的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其特征在于，激发光路中，激光器（1）发射的激光为532mm的可见绿光，第一凸透镜（4）的焦距为25.4mm，第二凸透镜（5）的焦距为125mm，反射镜（6）为45度反射镜。

技术总结本发明涉及配电箱检测技术领域，具体为用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统。为了解决传统的采用万用表检测配电箱的方法存在检测效率较低、安全指数低的问题，故提供了一种新的用于检测配电箱的量子扫描磁成像系统，其包括激发光路、成像光路；激发光路包括激光器，激光器发射的激光依次经过滤光片、光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、二向色分光棱镜、平凸透镜后、高倍物镜、检测探头后射向配电箱；成像光路包括CCD相机，配电箱被激发光路射出的激光激发后，配电箱内部产生光学信号，该光学信号依次通过金刚石NV色心、高倍物镜、平凸透镜、二向色分光棱镜、收光筒后聚焦至CCD相机。本发明所述系统的检测效率高、安全指数高。技术研发人员：郝文渊,温焕飞,唐军,李鑫受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26