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。

技術(shù)特征：

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。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及配電箱檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為用于檢測配電箱的量子掃描磁成像系統(tǒng)。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)，其包括激發(fā)光路、成像光路；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、平凸透鏡后、高倍物鏡、檢測探頭后射向配電箱；成像光路包括CCD相機，配電箱被激發(fā)光路射出的激光激發(fā)后，配電箱內(nèi)部產(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、收光筒后聚焦至CCD相機。本發(fā)明所述系統(tǒng)的檢測效率高、安全指數(shù)高。

技術(shù)研發(fā)人員：郝文淵,溫煥飛,唐軍,李鑫
受保護的技術(shù)使用者：中北大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26