CN115825033A - 一种基于金刚石nv色心的微波反射检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法，其中，检测装置包括：激光发射与荧光探测装置，金刚石NV色心探头、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NV色心探头，金刚石NV色心探头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，探测荧光变化即可实现微波无损检测，操作简单快捷，且基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术，具有准确性高、空间分辨率高的优点。

Description

一种基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法

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色心的微波反射检测装置及方法。

背景技术

微波无损检测技术作为一种应用较广的检测技术，主要是基于电磁波与检测目标之间的电磁参数的相互作用，通过检测微波的特性参数达到无损检测目标物的目的。微波无损检测可以通过反射、投射等方法对不同类型的材料进行检测。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。由此，现有技术中采用金属对微波的反射效应，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、相位参数等来探测周围环境中的金属的状况，且测量工具目前应用较多的比如有矢量网络分析仪、微波功率计等。以上测量工具存在的不足在于，例如矢量网络分析仪是一个复杂的测试体系，内部易产生各种系统误差，操作前需要精确校准，操作相对复杂，并且需要计算与推算多个参数而存在准确性差的问题，并且微波功率计存在较多测量误差，准确性以及空间分辨率均较低。

针对上述现有技术的不足，急需研制操作简单快捷、准确性高、空间分辨率高的微波反射检测装置及方法。

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色心的微波反射检测装置及方法，用于解决现有技术中采用的微波反射检测装置及方法存在操作复杂、准确性及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色心的微波反射检测装置，包括：激光发射与荧光探测装置、金刚石NV色心探头、微波发生与辐射装置、连接于所述激光发射与荧光探测装置以及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探测装置用于向所述金刚石NV色心探头发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头产生的荧光，再将荧光信号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，以及接收来自检测区域的叠加微波，所述叠加微波由检测区域反射的微波与入射的微波叠加而成，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头；

所述金刚石NV色心探头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荧光信号以及向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探测装置包括激光源、双色片、滤波片、光电探测器，所述激光源发射的激光经双色片反射后传输至金刚石NV色心探头，金刚石NV色心探头产生的荧光依次经双色片、滤波片滤波后被光电探测器收集。

进一步地，所述激光发射与荧光探测装置还包括笼式镜架、两个光纤耦合器、两根光纤，所述双色片位于所述笼式镜架中，由双色片反射的激光经一个光纤耦合器进入一个光纤中，并作用于金刚石NV色心探头，产生的荧光沿此路径返回至双色片，并经过滤波片通过另一个光纤耦合器进入另一个光纤中被光电探测器收集。

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、微波环形器以及与所述微波环形器相连接的第一天线、第二天线，所述第一天线用于将微波辐射给检测区域，来自检测区域的叠加微波经第一天线返回至微波环形器再传输至所述第二天线，并辐射给所述金刚石NV色心探头。

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，还包括与两个微波环形器一一对应连接的两个第一天线以及与其中一个用作检测的微波环形器连接的第二天线，另一个用作参考的微波环形器还连接于控制处理装置，两个第一天线分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，并分别接收各自的叠加微波至各自的微波环形器中，来自检测区域的叠加微波再经第二天线辐射给所述金刚石 NV色心探头，来自参考区域的叠加微波再传输至控制处理装置中，用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。

进一步地，所述微波环形器包括第一接口、第二接口、第三接口，所述第一接口用于将微波接收至微波环形器中，所述第二接口用于将接收的微波传输给所述第一天线，还用于将叠加微波接收至微波环形器中，第三接口用于输出所述叠加微波。

进一步地，所述控制处理装置包括相连接的锁相放大器和上位机，所述锁相放大器还连接于所述光电探测器以及微波开关，用于在上位机的控制下向微波开关发送脉冲信号，还接收光电探测器发送的探测信号，并对探测信号进行处理分析后传送给上位机，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。

进一步地，还包括磁场组件，用于对所述金刚石NV色心探头施加磁场。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种基于金刚石NV色心的微波反射检测方法，采用如前任一的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，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设置辐射微波的参数，并向所述微波发生与辐射装置发送参数指令，控制所述微波发生与辐射装置向检测区域辐射微波；

所述微波发生与辐射装置接收来自检测区域的叠加微波，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头；

所述激光发射与荧光探测装置向所述金刚石NV色心探头发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置；

所述控制处理装置对荧光信号进行处理分析，并根据处理分析后的荧光信号获取检测结果。

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比较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色心的微波反射检测装置及方法，具有以下有益效果：

1、通过设置微波发生与辐射装置对检测区域辐射微波，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NV色心探头，金刚石NV色心探头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，探测荧光变化即可实现微波的无损检测，操作简单快捷，且基于金刚石NV色心的nm级高空间分辨率，具有准确性高、灵敏度高的优点，可广泛应用于微波无损检测领域；

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为本发明的实施例三的结构示意图；

图6为本发明的检测金属杆的荧光光谱图；

图7为本发明的比较金属杆尺寸的荧光光谱图。

元件标号说明：1—激光发射与荧光探测装置；11—激光源；12—双色片；13—滤波片；14—光电探测器；15—笼式镜架；16—光纤耦合器；17—光纤； 2—金刚石NV色心探头；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；341—第一接口；342—第二接口；343—第三接口；35—第一天线；36—第二天线；37—微波分束器；4—控制处理装置；41—锁相放大器；42—上位机；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色心的微波反射检测装置，检测装置包括：激光发射与荧光探测装置1，金刚石NV色心探头2、微波发生与辐射装置3、连接于激光发射与荧光探测装置1以及微波发生与辐射装置3的控制处理装置4；

激光发射与荧光探测装置1用于向金刚石NV色心探头2发射激光，并探测由金刚石NV色心探头2产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置4；

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，并将微波辐射给检测区域，以及接收来自检测区域的叠加微波，叠加微波由检测区域反射的微波与入射的微波叠加而成，并将其辐射给金刚石NV色心探头2；

金刚石NV色心探头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探测装置1所发送的荧光信号以及向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。比如，若检测墙体中是否存在金属，则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将发生变化，其是入射微波与反射微波的叠加（如图1中用实线与虚线分别示意表示入射微波与反射微波），叠加后的微波或增强或削弱，其荧光光谱会发生相应的响应。

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反射的检测，操作简单快捷，基于金刚石NV色心这一量子精密测量技术的nm级高空间分辨率，具有准确性高、灵敏度高的优点，可广泛应用于微波反射检测领域。

实施例二：

进一步地，在实施例一的基础上，如图3所示，激光发射与荧光探测装置1包括激光源11、双色片12、滤波片13、光电探测器14，激光源11发射532nm的激光经双色片12反射后传输至金刚石NV色心探头2，金刚石NV色心探头2产生的荧光依次经双色片12、滤波片13滤波后被光电探测器14收集。

如图3所示，激光发射与荧光探测装置1还包括笼式镜架15、两个光纤耦合器16、两根光纤17，双色片12位于笼式镜架15中，笼式镜架15的三个侧面分别用于入射激光、反射激光和通过荧光，滤波片13安装于笼式镜架15的通过荧光的侧面，一根光纤17的一端通过一光纤耦合器16与笼式镜架15的反射激光的侧面相连接，另一端的端面与金刚石NV色心探头2相连接，另一根光纤17的一端通过另一光纤耦合器16与安装有滤波片13的侧面相连接，另一端与光电探测器14相连接。532nm的激光从笼式镜架15的入射激光的侧面入射至双色片12上，被双色片12反射后，从反射激光的侧面进入光纤17中，并传输至金刚石NV色心探头2，金刚石NV色心探头2激发产生的荧光沿此光纤返回至双色片12上，并通过双色片12，从笼式镜架15的通过荧光的侧面传输至滤波片13上，经滤波后进入另一根光纤17中，并传输至光电探测器14被收集。本实施例中，笼式镜架15为一中空结构，中空部放置双色片12，其与两个光纤耦合器16、两根光纤17、滤波片13集成设置，一方面能够提高装置的集成度，进一步使得操作更方便、灵活性更高，另一方面能够提高荧光激发效率以及荧光收集效率，进一步提高微波反射检测的准确性与灵敏度。

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，还包括与微波环形器34相连接的第一天线35、第二天线36，第一天线35用于将微波辐射给检测区域，来自检测区域的叠加微波经第一天线35返回至微波环形器34再传输至第二天线36，并由第二天线36辐射给金刚石NV色心探头2。微波环形器34包括与微波放大器33相连接的第一接口341、与第一天线35相连接的第二接口342、与第二天线36相连接的第三接口343，微波放大器33将放大后的微波经第一接口341传输至微波环形器34，并由第二接口342传输至第一天线35，来自检测区域的叠加微波被第一天线35接收并经第二接口342返回至微波环形器34中，再经第三接口343传输至第二天线36。

第一天线35、第二天线36为螺旋天线或共面波导天线。第一天线35位于靠近检测区域的位置，第二天线36位于靠近金刚石NV色心探头2的位置。

优选地，第一天线35采用圆极化天线，第二天线36采用共面波导天线。

如图3所示，控制处理装置4包括相连接的锁相放大器41和上位机42，锁相放大器41还连接于光电探测器14以及微波开关32，用于根据上位机42向其发送的脉冲控制信号产生脉冲信号，并将脉冲信号发送给微波开关32，还接收光电探测器14发送的探测信号，并对探测信号进行处理分析后传送给上位机42，上位机42还连接于微波源31，用于向其发送微波控制信号。上位机42向锁相放大器41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，比如脉冲频率等。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。

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。

优选地，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。如图2所示，曲线斜率最大时，ODMR对微波功率变化的灵敏度最大，由此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 37、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37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342一一对应连接的两个第一天线 35以及与其中一个用作检测的微波环形器34的第三接口343连接的第二天线 36，另一个用作参考的微波环形器34还通过其第三接口343连接于锁相放大器41，两个第一天线 35分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，并将接收的叠加微波再分别返回至各自的微波环形器 34，用作检测的微波环形器34将叠加微波再传输至第二天线 36，并由第二天线 36辐射给金刚石 NV色心探头 2，用作参考的微波环形器 34将叠加微波再传输至锁相放大器41，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，进一步提高检测的准确性。

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NV色心探头2的两侧设置磁场组件5，用于对金刚石NV色心探头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选用两个线圈，分别位于金刚石NV色心探头2的两侧，两个线圈分别套设在两个导磁杆上。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色心的微波反射检测方法，采用前述任一实施例中的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，基于如图1所示的实施例一的装置，通过检测目标区域是否存在金属构件，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设置辐射微波的参数，并向微波发生与辐射装置3发送参数指令，控制微波发生与辐射装置3向检测区域辐射微波；

微波发生与辐射装置3接收来自检测区域的叠加微波，并将其辐射给金刚石NV色心探头2；

激光发射与荧光探测装置1向金刚石NV色心探头2发射激光，并探测由金刚石NV色心探头2产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置4；

控制处理装置4对荧光信号进行处理分析，并根据处理分析后的荧光信号获取检测结果。

实施例六：

基于如图3所示的实施例二的装置，通过检测目标区域是否存在金属构件，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42设置辐射微波频率、微波功率，并发送给微波源31，设置微波调制脉冲参数，并发送给锁相放大器41，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41根据接收的参数产生脉冲信号，并发送给微波开关32，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经第一接口341传输至微波环形器34，并经第二接口342传输至第一天线35，第一天线35将微波辐射给检测区域，如图3所示，示例性检测了多个检测区域，每个区域的位置采用与设定的起始原点的距离来表示，有四个检测区域放置有金属杆；

微波环形器34的第二接口342接收来自检测区域的叠加微波，并从第三接口343将其传输给第二天线36，由第二天线36辐射给金刚石NV色心探头2；

激光源11向金刚石NV色心探头2发射激光，并由光电探测器14探测由金刚石NV色心探头2产生的荧光，再将荧光信号发送给锁相放大器41；

锁相放大器41对光电探测器14发送的荧光信号进行处理分析，并将处理分析后的荧光信号发送给上位机42，上位机42根据处理后的荧光信号获取如图6所示的荧光光谱图，图中荧光信号以电压值表示，以此来判断目标区域是否存在金属构件。从图6可以看出，标记a、b、c、d的位置区域的荧光光谱出现谷值，与其他区域不同，表明此四个位置处存在金属杆。

在上述实施例中，检测结果还可以是判断检测区域中的金属构件是否存在缺陷，有缺陷和无缺陷的金属对微波功率的反射量和/或反射距离不同，反射后被金刚石NV色心感应到的微波功率亦不同，在获取的荧光光谱曲线上会出现不同的响应。

检测结果还可以是比较检测区域中的金属构件的尺寸大小，不同尺寸的金属构件微波反射范围不同，如图7所示，针对不同直径的金属杆所测得的荧光的峰形不同，具体为峰的半高宽与金属杆的直径呈正向关，半高宽值较大的金属杆的直径也较大。基于此，通过比较荧光光谱图中响应峰的半高宽即可比较金属构件的尺寸大小。

检测结果还可以是获取检测区域中的金属构件的位置。根据判别出的金属构件所对应的荧光光谱出现的响应时间，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位置。

进一步地，检测方法还包括预先获取荧光信号与检测结果之间的对应关系，在获取荧光信号后，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NV色心探头与检测区域的距离，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信号，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信号，或获取检测区域中特定结构尺寸的金属构件的荧光信号，将他们之间的对应关系作为后续检测的参照，可进一步方便检测结果的判断。

锁相放大器41对荧光信号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，对探测的荧光信号进行计算分析，比如傅里叶变化，以实现降噪。

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，由左边的第一天线35辐射给检测区域，还传输至右边微波环形器34，由右边的第一天线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41，作为检测的本底值，与锁相放大器41处理分析后的荧光信号作差分计算后得到检测结果再传输至上位机42。

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微波反射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。

综上，本发明提供基于金刚石NV色心的微波反射检测装置及方法，操作简单快捷，具有准确性高、灵敏度高、空间分辨率高的优点。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色心的微波反射检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光发射与荧光探测装置（1）、金刚石NV色心探头（2）、微波发生与辐射装置（3）、连接于所述激光发射与荧光探测装置（1）以及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探测装置（1）用于向所述金刚石NV色心探头（2）发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头（2）产生的荧光，再将荧光信号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，以及接收来自检测区域的叠加微波，所述叠加微波由检测区域反射的微波与入射的微波叠加而成，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头（2）；

所述金刚石NV色心探头（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）用于处理分析所述荧光信号以及向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色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述激光发射与荧光探测装置（1）包括激光源（11）、双色片（12）、滤波片（13）、光电探测器（14），所述激光源（11）发射的激光经双色片（12）反射后传输至金刚石NV色心探头（2），金刚石NV色心探头（2）产生的荧光依次经双色片（12）、滤波片（13）滤波后被光电探测器（14）收集。

3.根据权利要求2所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述激光发射与荧光探测装置（1）还包括笼式镜架（15）、两个光纤耦合器（16）、两根光纤（17），所述双色片（12）位于所述笼式镜架（15）中，由双色片（12）反射的激光经一个光纤耦合器（16）进入一个光纤（17）中，并作用于金刚石NV色心探头（2），产生的荧光沿此路径返回至双色片（12），并经过滤波片（13）通过另一个光纤耦合器（16）进入另一个光纤（17）中被光电探测器（14）收集。

4.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，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）以及与所述微波环形器（34）相连接的第一天线（35）、第二天线（36），所述第一天线（35）用于将微波辐射给检测区域，来自检测区域的叠加微波经第一天线（35）返回至微波环形器（34）再传输至所述第二天线（36），并辐射给所述金刚石NV色心探头（2）。

5.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，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（37）、与微波分束器（37）的两个输出端一一对应连接的两个微波环形器（34），还包括与两个微波环形器（34）一一对应连接的两个第一天线（35）以及与其中一个用作检测的微波环形器（34）连接的第二天线（36），另一个用作参考的微波环形器（34）还连接于控制处理装置（4），两个第一天线（35）分别用于将微波辐射给检测区域和参考区域，并分别接收各自的叠加微波至各自的微波环形器（34）中，来自检测区域的叠加微波再经第二天线（36）辐射给所述金刚石 NV色心探头（2），来自参考区域的叠加微波再传输至控制处理装置（4）中，用于作为本底值参与荧光信号的处理分析。

6.根据权利要求4或5所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述微波环形器（34）包括第一接口（341）、第二接口（342）、第三接口（343），所述第一接口（341）用于将微波接收至微波环形器（34）中，所述第二接口（342）用于将接收的微波传输给所述第一天线（35），还用于将叠加微波接收至微波环形器（34）中，第三接口（343）用于输出所述叠加微波。

7.根据权利要求6所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测装置，其特征在于：所述控制处理装置（4）包括相连接的锁相放大器（41）和上位机（42），所述锁相放大器（41）还连接于所述光电探测器（14）以及微波开关（32），用于在上位机（42）的控制下向微波开关（32）发送脉冲信号，还接收光电探测器（14）发送的探测信号，并对探测信号进行处理分析后传送给上位机（42），所述上位机（42）还连接于所述微波源（31），用于向其发送微波控制信号。

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

9.一种基于金刚石NV色心的微波反射检测方法，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）设置辐射微波的参数，并向所述微波发生与辐射装置（3）发送参数指令，控制所述微波发生与辐射装置（3）向检测区域辐射微波；

所述微波发生与辐射装置（3）接收来自检测区域的叠加微波，并将其辐射给所述金刚石NV色心探头（2）；

所述激光发射与荧光探测装置（1）向所述金刚石NV色心探头（2）发射激光，并探测由所述金刚石NV色心探头（2）产生的荧光，再将荧光信号发送给控制处理装置（4）；

所述控制处理装置（4）对荧光信号进行处理分析，并根据处理分析后的荧光信号获取检测结果。

10.根据权利要求9所述的基于金刚石NV色心的微波反射检测方法，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比较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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