本發(fā)明涉及配電箱檢測,具體為用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、隨著現(xiàn)有的自動化設(shè)備的增多,配電箱的應(yīng)用也隨之普及。配電箱具有體積小、安裝簡便、技術(shù)性能特殊、位置固定、配置功能獨特、不受場地限制、操作穩(wěn)定可靠,空間利用率高、占地少且具有環(huán)保效應(yīng)的特點,是指揮供電線路中各種元器件以及電線合理分配電能的控制中心,是可靠接納上端電源,正確反饋荷載電能的控制環(huán)節(jié),也是獲取用戶對供電質(zhì)量滿意與否的關(guān)鍵,因此保證配電箱的可靠性十分重要。
2、傳統(tǒng)的對配電箱進行檢測時,常采用萬用表檢測,當配電箱內(nèi)部元器件以及電線較多時,作業(yè)人員只能手持萬用表挨個進行檢測,檢測效率較低,同時萬用表檢測時常由于作業(yè)人員操作不當而造成萬用表燒壞,嚴重時可能會對作業(yè)人員造成電擊危險,安全指數(shù)低,另外,現(xiàn)有技術(shù)中用于檢測配電箱的設(shè)備少之又少,從而限制了對配電箱可靠性的研究。
3、金剛石nv色心作為一種固態(tài)單自旋體系,具有易于初始化和讀出、可操控以及較長相干時間等優(yōu)點,這些特性使得金剛石nv色心在量子精密測量和量子計算等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。基于金剛石nv色心的量子精密測量技術(shù),科學家們已經(jīng)開發(fā)出了多款量子精密測量設(shè)備,如量子鉆石原子力顯微鏡、量子鉆石顯微鏡以及量子鉆石單自旋譜儀等。隨著科學技術(shù)的不斷進步,金剛石nv色心測磁技術(shù)將繼續(xù)得到深入研究和廣泛應(yīng)用,一方面,金剛石nv色心在量子計算、量子通信等領(lǐng)域的應(yīng)用將進一步拓展,為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供新的可能性,另一方面,金剛石nv色心測磁技術(shù)還將不斷向高靈敏度、小型化、集成化、便攜化的方向發(fā)展,但金剛石nv色心測磁技術(shù)在很多領(lǐng)域還未被開發(fā)應(yīng)用,如現(xiàn)有技術(shù)中還沒有發(fā)現(xiàn)將該技術(shù)應(yīng)用于檢測配電箱的相關(guān)研究。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的采用萬用表檢測配電箱的方法存在檢測效率較低、安全指數(shù)低的問題,故提供了一種新的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng)。
2、本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
3、一種用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),包括激發(fā)光路、成像光路:
4、激發(fā)光路,包括激光器,激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過濾光片、光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、反射鏡、二向色分光棱鏡,經(jīng)二向色分光棱鏡反射的激光再經(jīng)過平凸透鏡后到達高倍物鏡聚焦,最終經(jīng)過檢測探頭后射向配電箱,其中檢測探頭包括筒體、其中心為空的微波天線、磁體、金剛石nv色心,筒體的一端開口朝向高倍物鏡布置,微波天線擋設(shè)于筒體的另一端開口,金剛石nv色心擋設(shè)于微波天線的中心,筒體外壁上安裝有連接支架,磁體安裝于連接支架上且用于對配電箱內(nèi)部元器件以及電線提供磁場環(huán)境;
5、成像光路,包括ccd相機,配電箱內(nèi)部元器件以及電線被激發(fā)光路射出的激光激發(fā)后,配電箱內(nèi)部元器件以及電線產(chǎn)生光學信號,該光學信號再依次通過金剛石nv色心、高倍物鏡、平凸透鏡、二向色分光棱鏡、收光筒后聚焦至ccd相機。
6、檢測原理:激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過濾光片、光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、反射鏡、二向色分光棱鏡,經(jīng)二向色分光棱鏡反射的激光再經(jīng)過平凸透鏡后到達高倍物鏡聚焦,最終經(jīng)過檢測探頭內(nèi)部時,微波天線傳輸定頻微波給金剛石nv色心,使得金剛石nv色心產(chǎn)生光探測磁共振odmr信號,磁體提供的磁場對金剛石nv色心產(chǎn)生的odmr信號進行八峰劈裂,同時激光通過金剛石nv色心射向配電箱內(nèi)部元器件以及電線,配電箱內(nèi)部元器件以及電線被激發(fā)后其內(nèi)部電磁元件產(chǎn)生光學信號,該光學信號再通過高倍物鏡進行捕捉,然后再通過平凸透鏡、二向色分光棱鏡、收光筒傳送給ccd相機。具體檢測時,需將ccd相機與上位機連接,上位機將ccd相機得到的一系列原始觀測圖片處理成三維矢量磁場圖(如何將ccd相機得到的一系列原始觀測圖片處理成三維矢量磁場圖屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識),通過觀測其磁場分布以及磁場強度來判斷配電箱內(nèi)部元器件以及電線的工作狀態(tài)是否正常,從而完成對配電箱的檢測。
7、進一步地,該量子掃描磁成像系統(tǒng)還包括檢測光路,檢測光路包括apd雪崩管探測器,配電箱內(nèi)部元器件以及電線被激發(fā)光路射出的激光激發(fā)后,配電箱內(nèi)部元器件以及電線產(chǎn)生光學信號,該光學信號依次通過金剛石nv色心、高倍物鏡、平凸透鏡、二向色分光棱鏡、收光筒后射至apd雪崩管探測器。使用時,通過將apd雪崩管探測器接入示波器后觀察odmr八峰劈裂狀況,從而檢測該量子掃描磁成像系統(tǒng)的光信號是否正常,進行量子成像所需的傳感測試。
8、進一步地,激發(fā)光路、檢測光路、成像光路皆安裝在光學籠式調(diào)整架上,使得整體系統(tǒng)布局緊湊、所占空間位置更小、便于移動。
9、進一步地,安裝在光學籠式調(diào)整架上的激發(fā)光路、檢測光路、成像光路整體集成并通過碳纖維3d打印外殼包裝,其中,檢測探頭外露于碳纖維3d打印外殼,ccd相機外露于碳纖維3d打印外殼。碳纖維3d打印外殼的散熱性好,降低溫度對磁共振odmr信號的影響,從而降低檢測的誤差性,且包裝后方便攜帶。
10、進一步地,檢測探頭的筒體包括圓柱形筒體、錐形筒體,圓柱形筒體的一端與錐形筒體的大直徑端適配連接,圓柱形筒體的另一端朝向高倍物鏡布置,微波天線、金剛石nv色心布置于錐形筒體的小直徑端,磁體通過連接支架與圓柱形筒體的外壁固定連接。該結(jié)構(gòu)便于激光聚焦。
11、進一步地,磁體為環(huán)形磁鐵,便于提供恒溫磁場環(huán)境。
12、進一步地,連接支架包括半圓環(huán)形支架以及兩個條狀支架,兩個條狀支架的一端分別與半圓形支架的兩端通過螺栓連接,兩個條狀支架的另一端分別與圓柱形筒體外壁的相對的兩側(cè)通過螺栓連接,環(huán)形磁鐵安裝于半圓環(huán)形支架上。當需要得到不同方向、不同強度的磁場時,可對環(huán)形磁鐵的角度進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)環(huán)形磁鐵的角度時,需松動螺栓,轉(zhuǎn)動半圓環(huán)形支架或/和兩個條狀支架,從而方便了對環(huán)形磁鐵的角度的調(diào)節(jié)。
13、進一步地,激發(fā)光路中,激光器發(fā)射的激光為532mm的可見綠光,第一凸透鏡的焦距為25.4mm,第二凸透鏡的焦距為125mm,反射鏡為45度反射鏡。
14、本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果如下:1)本發(fā)明操作簡便,便于安裝,實現(xiàn)了配電箱的量子掃描磁成像,通過觀察成像特征可得出配電箱內(nèi)部元器件以及電線的工作狀態(tài),檢測安全指數(shù)高;2)本發(fā)明能夠?qū)ζ渑潆娤鋬?nèi)部元器件以及電線進行區(qū)域性的磁光檢測,檢測效率高;3)通過共用部分光路的方式以及在檢測探頭部分采用微型集成化結(jié)構(gòu)即將天線、金剛石、磁體集成在一起,提高了該系統(tǒng)的便攜性。
1.用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,包括激發(fā)光路、成像光路;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,該量子掃描磁成像系統(tǒng)還包括檢測光路,檢測光路包括apd雪崩管探測器(10),配電箱內(nèi)部元器件以及電線被激發(fā)光路射出的激光激發(fā)后,配電箱內(nèi)部元器件以及電線產(chǎn)生光學信號,該光學信號依次通過金剛石nv色心(1302)、高倍物鏡(12)、平凸透鏡(11)、二向色分光棱鏡(7)、收光筒(8)后射至apd雪崩管探測器(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,激發(fā)光路、檢測光路、成像光路皆安裝在光學籠式調(diào)整架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,安裝在光學籠式調(diào)整架上的激發(fā)光路、檢測光路、成像光路整體集成并通過碳纖維3d打印外殼包裝,其中,檢測探頭(13)外露于碳纖維3d打印外殼,ccd相機(9)外露于碳纖維3d打印外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,檢測探頭(13)的筒體包括圓柱形筒體(1305)、錐形筒體(1304),圓柱形筒體(1305)的一端與錐形筒體(1304)的大直徑端適配連接,圓柱形筒體(1305)的另一端朝向高倍物鏡(12)布置,微波天線(1301)、金剛石nv色心(1302)布置于錐形筒體(1304)的小直徑端,磁體(1303)通過連接支架(1306)與圓柱形筒體(1305)的外壁固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,磁體(1303)為環(huán)形磁鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,連接支架(1306)包括半圓環(huán)形支架以及兩個條狀支架,兩個條狀支架的一端分別與半圓形支架的兩端通過螺栓連接,兩個條狀支架的另一端分別與圓柱形筒體(1305)外壁的相對的兩側(cè)通過螺栓連接,環(huán)形磁鐵安裝于半圓環(huán)形支架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng),其特征在于,激發(fā)光路中,激光器(1)發(fā)射的激光為532mm的可見綠光,第一凸透鏡(4)的焦距為25.4mm,第二凸透鏡(5)的焦距為125mm,反射鏡(6)為45度反射鏡。