CN115791740A - 一种基于金刚石nv色心的微波反射成像检测装置、方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置、方法，检测装置包括：激光发射与荧光成像装置，含有NV色心的金刚石薄膜、微波发生与辐射装置、控制处理装置。微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波，并将检测区域反射的微波与入射微波叠加后辐射给金刚石薄膜，金刚石薄膜在激光的激发以及微波的辐射下产生荧光，仅需通过收集荧光并成像，即可直观、大范围、准确的获取金属构件表面的结构特征以及尺寸特征，实现无损检测，且基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术所能达到的nm级的高分辨率，具有准确性高、灵敏度高的优点。

Description

一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置、方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置、方法。

背景技术

在如今科技革命的时代，金属可以说是工业领域中必备的原材料，小到金属纳米颗粒，大到舰艇，金属除了在电子学领域中作为导电载体，更多的作为设备、建筑、大型机械的支撑载体，而金属的质量问题直接影响着这些机械的工作性能与使用寿命。现有技术中，为检测金属的质量，多采用无损检测手段，比如视觉检测、光学检测，更准确的如超声、微波甚至X射线探测手段。其中，微波反射法常用于金属制品的无损检测，其应用原理为微波对于金属物质具有反射特性，且反射率接近100%，而对于非金属物质具有透射特性。现有技术中通过测量微波辐射相关反射系数，比如微波反射后的反射系数幅值、相位参数等来探测金属表面的缺陷，常用的测量工具比如有矢量网络分析仪、微波功率计等。但是，现有技术中对金属表面的无损检测，仅停留在采用相关微波反射系数进行表征，其精确度受限于检测仪器的灵敏度、分辨率以及反射系数的计算、优化方法等因素，往往无法更真实反映金属表面的特征，并且，所采用的表征参数的计算及优化繁冗复杂、直观性差。此外，对于金属结构的尺寸特征，比如径向尺寸、轴向尺寸的检测，还未见报道，而此项检测对金属作为隐蔽检测目标比如检测墙体内的金属构件时具有重要的意义，将极大推动无损检测向精密测量的发展。

针对现有技术中的上述不足，如何实现对检测目标的更精确性、更简便性、更直观性的无损检测成为亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置、方法，用于解决现有技术中微波无损检测方式较为复杂、直观性差、准确性低、空间分辨率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，检测装置包括：激光发射与荧光成像装置、含有NV色心的金刚石薄膜、微波发生与辐射装置、连接于所述激光发射与荧光成像装置和微波发生与辐射装置的控制处理装置；

所述激光发射与荧光成像装置用于根据控制处理装置发送的控制信号向所述金刚石薄膜发射激光，并采集由所述金刚石薄膜产生的荧光，对其进行成像，再将成像信息发送给控制处理装置；

所述微波发生与辐射装置用于根据控制处理装置发送的控制信号产生微波，并将其辐射给检测区域；

所述微波经检测区域反射后与入射的微波进行叠加后辐射给金刚石薄膜；所述金刚石薄膜在激光的激发以及叠加微波的辐射下产生荧光；

所述控制处理装置用于处理分析所述成像信息以及用于分别向激光发射与荧光成像装置、微波发生与辐射装置发送控制信号。

进一步地，所述激光发射与荧光成像装置包括激光发生装置、扩束镜、双色片、反射镜、滤波片、成像装置，所述反射镜位于所述金刚石薄膜与微波发生与辐射装置的微波辐射端之间，所述激光发生装置发射的激光经过扩束镜扩束后，依次经双色片、反射镜反射后传输至金刚石薄膜，金刚石薄膜产生的荧光依次经反射镜反射以及双色片、滤波片滤波后被成像装置接收成像。

进一步地，所述微波发生与辐射装置包括依次连接的微波源、微波开关、微波放大器、微波环形器、微波天线，所述微波天线用于将微波辐射给检测区域。

进一步地，所述微波发生与辐射装置包括依次连接的微波源、微波开关、微波放大器、微波分束器、与微波分束器的两个输出端一一对应连接的两个微波环形器，还包括分别与两个微波环形器一一对应连接的两个微波天线，其中一个用作参考的微波环形器还连接于控制处理装置，两个微波天线分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，经反射后，来自检测区域的叠加微波辐射给所述金刚石薄膜，来自参考区域的叠加微波经相应的微波天线返回至相应的用作参考的微波环形器后，再被传输至控制处理装置，用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。

进一步地，所述控制处理装置包括上位机以及与其相连接的锁相放大器，所述上位机还连接于所述微波源，用于向其发送微波控制信号，所述锁相放大器还连接于微波开关，用于在上位机的控制下向其发送脉冲信号，还接收成像装置发送的成像信息，并对成像信息进行处理分析后传送给上位机。

进一步地，所述微波天线为喇叭天线或阵列天线。

进一步地，所述控制处理装置还包括移动装置，连接于所述成像装置以及上位机，用于在上位机的控制下移动成像装置，对荧光区域进行分块成像，所述上位机还用于对分块的成像信息进行合成以形成荧光区域的图像。

进一步地，还包括磁场组件，用于对金刚石薄膜施加磁场。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于金刚石NV色心的金属构件无损检测方法，采用如前任一的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，包括如下步骤：

调整微波发生与辐射装置与检测区域间的距离；由所述控制处理装置分别向激光发射与荧光成像装置、微波发生与辐射装置发送控制信号，以控制所述微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波，以及控制激光发射与荧光成像装置向金刚石薄膜发射激光，并采集由所述金刚石薄膜产生的荧光，对其进行成像；

所述激光发射与荧光成像装置将成像信息发送给控制处理装置；

所述控制处理装置对成像信息进行处理分析，并根据处理分析后的成像信息获取检测结果。

进一步地，所述检测结果包括判断检测区域中是否存在金属构件或检测区域中的金属构件是否存在缺陷或获取检测区域中的金属构件的尺寸大小或获取检测区域中的金属构件的位置。

如上，本发明的一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置、方法，具有以下有益效果：

1、基于金刚石NV色心的nm级高空间分辨率，通过微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波，并将检测区域反射的微波与入射微波叠加后辐射给金刚石薄膜，金刚石薄膜在激光的激发以及微波的辐射下产生荧光，通过检测荧光变化实现微波反射的检测，并采用成像技术对荧光分布进行直观、大范围、高准确性的显示，具有操作简便、准确性高、灵敏度高的优点；

2、通过设置对参考区域的微波辐射，将来自参考区域的叠加微波作为本底值与检测值进行差分处理，可以降低环境噪音，提高检测准确性；

3、通过施加磁场，改变磁场强度，进而调整微波共振频率，能够实现在保障微波穿透性能的基础上以精细化、可控化的方式获取更高的空间分辨率。

附图说明

图1为本发明的实施例一中的结构示意图；

图2为本发明的荧光谱线随微波功率变化的变化图；

图3为本发明的实施例二中的结构示意图；

图4为本发明的未施加磁场下的ODMR荧光光谱图；

图5为本发明的实施例四中的结构示意图。

元件标号说明：1—激光发射与荧光成像装置；11—激光发生装置；12—扩束镜；13—双色片；14—反射镜；15—滤波片；16—成像装置；2—金刚石薄膜； 3—微波发生与辐射装置；31—微波源；32—微波开关；33—微波放大器；34—微波环形器；35—微波天线；36—微波分束器；4—控制处理装置；41—上位机；42—锁相放大器；5—磁场组件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一：

如图1所示，本发明提供一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，检测装置包括：激光发射与荧光成像装置1，含有NV色心的金刚石薄膜2、微波发生与辐射装置3、控制处理装置4；

激光发射与荧光成像装置1连接于控制处理装置4，用于根据控制处理装置4发送的控制信号向金刚石薄膜2发射激光，并采集由金刚石薄膜2产生的荧光，对其进行成像，再将成像信息发送给控制处理装置4；

微波发生与辐射装置3连接于控制处理装置4，用于根据控制处理装置4发送的控制信号产生微波，并将微波辐射给检测区域；

微波经检测区域反射后与入射的微波进行叠加后辐射给金刚石薄膜2；金刚石薄膜 2在激光的激发以及叠加微波的辐射下产生荧光；

控制处理装置4用于处理分析激光发射与荧光成像装置1所发送的成像信息以及用于分别向激光发射与荧光成像装置1、微波发生与辐射装置3发送控制信号。

本发明所提供的微波反射成像检测装置是基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术在微波反射检测领域的创造性应用，且创造性地提出检测的原理为：金刚石NV色心在激光以及微波的作用下激发出荧光，在激光功率不变的情况下，对于一特定的微波频率，荧光信号强度C随着微波功率P_MW的变化如图2所示，变化关系为：

，

上式中，

为常数，

的单位mW，图2中将

单位换算成dBm，即

，由此，可以通过探测荧光信号来表征微波功率，并且采用成像技术将检测区域所反射的微波分布转换为荧光信号的分布，以实现检测区域的无损检测。例如当检测区域存在金属时，基于金属对微波的反射效应，以及当微波从空气传向金属表面(由波疏介质传向波密介质)，反射的微波对于入射微波发生π相位突变，金刚石NV色心接收到的微波辐射是入射微波与反射微波的叠加（如图1、图3中用实线与虚线分别示意表示入射微波与反射微波），金刚石薄膜所产生的荧光会发生相应的响应，对金刚石薄膜所产生的荧光进行成像，即可获取金属表面的荧光分布情况，由此获取金属表面的结构特征以及尺寸特征。

可见，本发明仅需通过探测金刚石NV色心所激发的荧光变化即可实现微波无损检测，操作简单快捷，并且采用成像技术对荧光分布进行直观、大范围显示，能够准确、直观的获取检测结果，基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术所能达到的nm级的高空间分辨率，具有准确性高、灵敏度高的优点，可广泛应用于基于微波反射的无损检测领域。

实施例二：

进一步地，在实施例一的基础上，如图3所示，激光发射与荧光成像装置1包括激光发生装置11、扩束镜12、双色片13、反射镜14、滤波片15、成像装置16，反射镜14位于金刚石薄膜2与微波天线35之间，金刚石薄膜2面向微波天线35，激光发生装置11发射的激光经过扩束镜12扩束后，依次经双色片13、反射镜14反射后传输至金刚石薄膜2，金刚石薄膜2产生的荧光依次经反射镜14反射以及双色片12、滤波片15滤波后被成像装置16接收成像。优选地，扩束镜12可采用凸透镜。

优选地，成像装置15为CCD相机或CMOS相机。

如图3所示，微波发生与辐射装置3包括依次连接的微波源31、微波开关32、微波放大器33、微波环形器34、微波天线35，微波天线35用于将微波辐射给检测区域，经检测区域反射后的微波与入射的微波叠加后辐射给金刚石薄膜2。

优选地，微波天线35为喇叭天线或阵列天线，以扩大微波的辐射面。

如图3所示，控制处理装置4包括上位机41以及与其相连接的锁相放大器42，上位机41向锁相放大器42发送脉冲控制信号以产生脉冲信号，上位机41还连接于微波源31，用于向其发送微波控制信号，锁相放大器42还连接于微波开关32、激光发生装置11，用于分别向其发送脉冲信号，还接收成像装置16发送的成像信息，并对成像信息进行处理分析后传送给上位机41。上位机41向锁相放大器42发送的脉冲控制信号包括用于产生脉冲信号的微波调制脉冲参数，比如脉冲频率，以及调制激光为脉冲激光的脉冲参数。上位机42向微波源31发送的微波控制信号包括微波频率、微波功率等。

可选地，激光发生装置11包括激光器，激光源为可调脉冲激光器，根据所接收的脉冲控制信号，调控激光为脉冲激光。

可选地，激光发生装置11包括激光器、声光调制器、孔径光阑，锁相放大器42连接于声光调制器，向声光调制器发送脉冲信号以控制声光调制器产生衍射光斑。

进一步地，控制处理装置4还包括移动装置，连接于成像装置16以及上位机41，用于在上位机41的控制下移动成像装置16，对荧光区域进行分块成像，上位机41还用于对分块的成像信息进行合成以形成荧光区域的图像。图像合成方法可采用图像拼接算法进行合成计算，由此，能够解决大范围荧光区域无法一次成像的问题。可选地，移动装置还连接于微波发生与辐射装置3，用于对检测区域进行移动检测。

微波频率选用NV色心电子基态能级发生共振的频率。如图4所示，在532nm激光下，扫描微波频率，获取零磁场下NV色心的ODMR光学探测磁共振荧光光谱，为了消除外界微弱磁场变化对探测结果的影响，优选ODMR中间的谷值频率

进行测量。

微波功率选取ODMR光谱对微波功率变化的灵敏度最大时的功率值。曲线斜率最大时， ODMR对微波功率变化的灵敏度最大，可进一步提高检测的灵敏度。

实施例三：在实施例二的基础上，对微波发生与辐射装置 3进一步改进，如图 5所示，微波发生与辐射装置3包括依次连接的微波源31、微波开关32、微波放大器33、微波分束器36、两个微波环形器 34，两个微波环形器 34的第一接口341分别一一对应连接于微波分束器 36的两个输出端，还包括分别与两个微波环形器34的第二接口一一对应连接的两个微波天线 35，其中一个用作参考的微波环形器34的第三接口还连接于锁相放大器 42，用作检测的微波环形器34的第三接口进行阻抗匹配，两个微波天线 35分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，经反射后，来自检测区域的叠加微波辐射给金刚石薄膜 2，来自参考区域的叠加微波经相应的微波天线35返回至相应的用作参考的微波环形器34后，再被传输至锁相放大器 42，用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。参考区域为与检测区域处于相同环境的不含有检测目标物的区域，将测量的参考区域的微波信号作为本底值，在进行荧光信号处理分析时，将荧光信号值与本底值作差分处理，即可去除环境所带来的噪音，进一步提高检测准确性。

实施例四：分别在实施例二、实施例三的基础上，进一步地，在金刚石薄膜2的两侧设置磁场组件 5，用于对金刚石薄膜2施加磁场。对实施例二的改进未在图中示出，对实施例三的改进如图 5所示，磁场组件 5选用两个磁铁，分别位于金刚石薄膜2的两侧，磁铁的N极与S极相对设置。通过调整磁场组件 5的位置，使得磁场方向与金刚石 NV色心的某一个轴向一致（轴向 [1 1 1]或[-1-1 1]或[1 -1 -1]或[-1 1 -1]中的任一个），并获取 NV色心的 ODMR光谱，获取四个共振频率，根据需求，设置微波频率与任一个共振频率相同，从而获取不同的空间分辨率，以提高空间分辨率的灵活调整。

实施例五：本发明还提供一种基于金刚石 NV色心的金属构件无损检测方法，采用前述任一实施例中的基于金刚石 NV色心的微波反射成像检测装置，基于如图 1所示的成像检测装置，来示例性展示此检测方法：

调整微波发生与辐射装置 3与检测区域间的距离；由控制处理装置 4分别向激光发射与荧光成像装置 1、微波发生与辐射装置 3发送控制信号，以控制微波发生与辐射装置 3向检测区域辐射微波，以及控制激光发射与荧光成像装置1向金刚石薄膜2发射激光，并采集由金刚石薄膜2产生的荧光，对其进行成像；

激光发射与荧光成像装置1将成像信息发送给控制处理装置4；

控制处理装置4对成像信息进行处理分析，并根据处理分析后的成像信息获取检测结果。

实施例六：

基于如图 3所示的实施例二的装置，来示例性展示此检测方法：如图3所示，调整微波发生与辐射装置 3与检测区域间的距离，由上位机41设置辐射微波频率、微波功率，并发送给微波源31，设置脉冲参数，并发送给锁相放大器42，微波源31根据接收的参数产生微波，并发送给微波开关32，锁相放大器42根据接收的参数产生脉冲信号，并发送给微波开关32以及激光发生装置11，微波开关32根据脉冲信号对微波进行调制，并将调制的微波传输给微波放大器33，经放大处理后的微波再依次传输至微波环形器34、微波天线35，将微波辐射给检测区域；

成像装置16将成像信息发送给锁相放大器42；

锁相放大器42对成像信息进行处理分析后，将其发送给上位机41，上位机41根据处理后的成像信息获取检测结果。

本实施例中，基于金属对微波的反射效应以及反射微波对于入射微波的π相位突变，金刚石NV色心接收到的微波是入射微波与反射微波的叠加，第一方面，所获得的金属构件的成像信息将有别于其他不存在金属构件区域的成像信息，根据叠加增强或叠加削弱的原理，对应金属构件所成像的区域的荧光强度或强于其他区域或弱于其他区域，由此可判别金属构件的存在与否；第二方面，金属构件表面存在缺陷时，缺陷处所反射的微波与无缺陷处所反射的微波不同，最终反映在荧光强度上亦不同，由此可判别金属构件表面是否存在缺陷；第三方面，由金属构件所成像区域的尺寸大小即可确定金属构件的尺寸大小，比如径向尺寸、轴向尺寸等；第四方面，根据判别出的金属构件所对应的荧光图像出现的响应时间，来判断金属构件相对检测装置的距离从而确定金属构件的存在位置。由此，本发明仅需通过将金刚石NV色心激发所产生的荧光成像，即可直观、大范围、准确的获取金属构件表面的结构特征以及尺寸特征，实现无损检测。

检测方法还包括预先获取成像信息与检测结果之间的对应关系，在获取成像信息后，根据对应关系获取检测结果。具体操作为，设置相同的微波参数、激光参数，变换金刚石薄膜与检测区域的距离，在不同的距离下，获取检测区域中存在金属构件和不存在金属构件的荧光成像信息，或获取检测区域中金属构件表面存在缺陷与不存在缺陷的荧光成像信息，或获取检测区域中特定结构尺寸的金属构件的荧光图像尺寸，将他们之间的对应关系作为后续检测的参照，以方便检测判断。

锁相放大器42对成像信息进行处理分析包括将输出给微波开关的脉冲信号作为参考信号，对成像信息进行计算分析，比如傅里叶变化，以实现降噪，进一步提高准确性。

实施例七：

基于如图 5所示的实施例三的装置，来示例性展示此检测方法，与实施例六所不同的是，本实施例中，设置了两个微波环形器 34，从微波分束器36出来的微波传输至如图5所示的左边的微波环形器 34，由左边的微波天线 35辐射给检测区域，还传输至右边微波环形器 34，由右边的微波天线 35辐射给参考区域，来自参考区域的叠加微波再经右边的微波环形器 34的第二接口 342返回至微波环形器中，并从第三接口 343传输至锁相放大器 42，作为检测的本底值，与锁相放大器 42处理分析后的荧光图像作差分计算后得到检测结果再传输至上位机41。

实施例八：

基于实施例四中的装置，来示例性展示此检测方法，与前述检测方法所不同的是，本实施例中还包括对微波频率以及检测距离进行调整，以获取更高的空间分辨率。检测方法为：

初选频率步骤：调整磁场组件5的位置以及磁场强度，使得磁场方向与NV色心的一个轴向方向一致，扫描微波频率，获取ODMR图谱，从ODMR图谱中获取四个共振频率： f1<f2<f3<f4，选取其中的一个共振频率作为辐射微波的频率参数；

检测步骤：由前述任一实施例中的基于金刚石NV色心的金属构件无损检测方法获取检测结果；根据检测结果判断是否需要进一步提高空间分辨率，若是，则执行再选频率步骤，若否，则结束检测步骤；

再选频率步骤：增大磁场组件 5的磁场强度，并扫描微波频率，获取 ODMR图谱，从ODMR图谱中获取四个共振频率，选取比前次频率值大的共振频率作为辐射微波的频率参数，或同时缩短微波发生与辐射装置3与检测区域间的距离，再执行检测步骤。

本实施例通过调整磁场强度，进而调整微波共振频率，能够实现在保障微波穿透性能的基础上以精细化、可控化的方式获取更高的空间分辨率。

综上，本发明基于金刚石NV色心的nm级高空间分辨率，NV色心在激光以及微波的作用下产生荧光，通过检测荧光变化实现微波无损检测，并采用成像技术对荧光分布进行直观、大范围、高准确性的显示，具有操作简便、准确性高、灵敏度高的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

激光发射与荧光成像装置（1）、含有NV色心的金刚石薄膜（2）、微波发生与辐射装置（3）、连接于所述激光发射与荧光成像装置（1）和微波发生与辐射装置（3）的控制处理装置（4）；

所述激光发射与荧光成像装置（1）用于根据控制处理装置（4）发送的控制信号向所述金刚石薄膜（2）发射激光，并采集由所述金刚石薄膜（2）产生的荧光，对其进行成像，再将成像信息发送给控制处理装置（4）；

所述微波发生与辐射装置（3）用于根据控制处理装置（4）发送的控制信号产生微波，并将其辐射给检测区域；

所述微波经检测区域反射后与入射的微波进行叠加后辐射给金刚石薄膜（2）；所述金刚石薄膜（2）在激光的激发以及叠加微波的辐射下产生荧光；

所述控制处理装置（4）用于处理分析所述成像信息以及用于分别向激光发射与荧光成像装置（1）、微波发生与辐射装置（3）发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述激光发射与荧光成像装置（1）包括激光发生装置（11）、扩束镜（12）、双色片（13）、反射镜（14）、滤波片（15）、成像装置（16），所述反射镜（14）位于所述金刚石薄膜（2）与微波发生与辐射装置（3）的微波辐射端之间，所述激光发生装置（11）发射的激光经过扩束镜（12）扩束后，依次经双色片（13）、反射镜（14）反射后传输至金刚石薄膜（2），金刚石薄膜（2）产生的荧光依次经反射镜（14）反射以及双色片（13）、滤波片（15）滤波后被成像装置（16）接收成像。

3.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述微波发生与辐射装置（3）包括依次连接的微波源（31）、微波开关（32）、微波放大器（33）、微波环形器（34）、微波天线（35），所述微波天线（35）用于将微波辐射给检测区域。

4.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述微波发生与辐射装置（3）包括依次连接的微波源（31）、微波开关（32）、微波放大器（33）、微波分束器（36）、与微波分束器（36）的两个输出端一一对应连接的两个微波环形器（34），还包括分别与两个微波环形器（34）一一对应连接的两个微波天线（35），其中一个用作参考的微波环形器（34）还连接于控制处理装置（4），两个微波天线（35）分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，经反射后，来自检测区域的叠加微波辐射给所述金刚石薄膜（2），来自参考区域的叠加微波经相应的微波天线（35）返回至相应的用作参考的微波环形器（34）后，再被传输至控制处理装置（4），用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。

5.根据权利要求3或4所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述控制处理装置（4）包括上位机（41）以及与其相连接的锁相放大器（42），所述上位机（41）还连接于所述微波源（31），用于向其发送微波控制信号，所述锁相放大器（42）还连接于微波开关（32），用于在上位机（41）的控制下向其发送脉冲信号，还接收成像装置（16）发送的成像信息，并对成像信息进行处理分析后传送给上位机（41）。

6.根据权利要求5所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述微波天线（35）为喇叭天线或阵列天线。

7.根据权利要求5所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：所述控制处理装置（4）还包括移动装置，连接于所述成像装置（16）以及上位机（41），用于在上位机（41）的控制下移动成像装置（16），对荧光区域进行分块成像，所述上位机（41）还用于对分块的成像信息进行合成以形成荧光区域的图像。

8.根据权利要求 1所述的基于金刚石 NV色心的微波反射成像检测装置，其特征在于：还包括磁场组件（5），用于对所述金刚石薄膜（2）施加磁场。

9.一种基于金刚石NV色心的金属构件无损检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的基于金刚石NV色心的微波反射成像检测装置，包括如下步骤：

调整微波发生与辐射装置（3）与检测区域间的距离；由所述控制处理装置（4）分别向激光发射与荧光成像装置（1）、微波发生与辐射装置（3）发送控制信号，以控制所述微波发生与辐射装置（3）向检测区域辐射微波，以及控制激光发射与荧光成像装置（1）向金刚石薄膜（2）发射激光，并采集由所述金刚石薄膜（2）产生的荧光，对其进行成像；

所述激光发射与荧光成像装置（1）将成像信息发送给控制处理装置（4）；

所述控制处理装置（4）对成像信息进行处理分析，并根据处理分析后的成像信息获取检测结果。

10.根据权利要求9所述的基于金刚石NV色心的金属构件无损检测方法，其特征在于：所述检测结果包括判断检测区域中是否存在金属构件或检测区域中的金属构件是否存在缺陷或获取检测区域中的金属构件的尺寸大小或获取检测区域中的金属构件的位置。

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