CN117147004B - 一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，针对在弱磁场环境下对样本的温度和磁场信号测量需求，本发明通过改进测试样品搭载系统，使其适配于增加的外部磁场屏蔽系统；通过引入光纤，改进金刚石NV色心测温系统，将金刚石探针引入外部磁场屏蔽系统；通过引入传动系统，并将测试样品搭载系统固定在传动系统上，传动系统与外部的高精度位移台连接，实现对待测样品的移动，使得细胞样品与金刚石NV色心光纤探针及SERF探头产生相对位移，进而达到获取整个细胞样品表面的温度场和磁场分布的目的，最终实现弱磁环境下对样本的温度和磁信号测量。本发明结构紧凑、安装简便、易于维护，操作要求低。
Description
技术领域
本发明涉及量子精密测量领域，特别涉及一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置。
背景技术
神经细胞内的各种生化反应过程会受到温度的调控，如离子通道的打开速度、神经元的放电活动、突触前末端的囊泡动力学等。此外，细胞温度不仅会受细胞代谢变化的影响，还可能会在某些病理条件下发生改变。例如，正常细胞癌变后由于其代谢活性的提高会导致细胞温度上升；在某些神经性病症例如帕金森病或阿尔茨海默病中，异常蛋白质聚集的过程也是具有温度依赖性。细胞内的温度梯度和由外界条件驱动的温度变化可用于监测细胞的功能活动，识别生理条件下的某些弱信号并用作相应的病症诊断工具。
在生理条件下，神经细胞在传导生物电流的过程中钙、钾、钠等离子在细胞内连续泵送和传输时产生的时变电场不仅会影响神经元的放电活动, 而且会诱导时变磁场去进一步调节细胞内离子的传播。根据麦克斯韦电磁场理论, 时变的电场和磁场在细胞内外的电生理环境中会相互激发而产生电磁场, 磁场强度与细胞本身传导的电流强度及外界环境施加的刺激密切相关。在单位面积神经系统中，数千个神经细胞几乎同时进行神经活动，产生集合电流及与集合电流方向正切的脑磁场。105个细胞同步活动时产生的磁场强度约为100 fT，神经磁场的强度通常在50-500 fT范围。然而由于其强度过小,在受到地磁场及其他外加磁场作用时会影响到细胞内的部分代谢过程进而影响到对其温度的测量。
通常地磁场的总大小约为50000 nT，其磁场波动带来的噪声为pT量级。为了实现对温度和磁信号的精确测量，需要使用磁屏蔽技术来屏蔽外界磁场的干扰并构建相应的弱磁环境。常见的磁屏蔽装置采用高导磁的软磁材料来屏蔽外界环境磁场，利用磁通分流效应和涡流效应等实现极弱的磁场环境，而常用作磁屏蔽的材料主要是坡莫合金、硅钢片等合金材料。普林斯顿大学首次提出了使用铁氧体软磁材料作为内层磁屏蔽材料的低噪声磁屏蔽技术方案，相比较单一使用坡莫合金的磁屏蔽的噪声水平提升了一个数量级。然而，在弱磁环境下检测细胞水平的温度波动和磁波动仍然是目前的一个挑战。
通过与信息技术、激光技术、生物技术等相结合，近年来以量子力学为基础的量子技术在通信加密、时钟基准、目标检测、生物医疗等等领域获得了极高的关注度，并逐渐渗透到人们的日常生活之中。除了较为成熟的量子通信技术和原子钟技术以外，近年来利用原子自旋效应的量子传感测量技术也取得了突破性的进展。基于量子自旋体系的量子精密测量技术可以实现对温度、磁等物理信号的高精度测量，其中金刚石氮-空位色心(Nitrogen Vacancy center，NV)这一固态单自旋体系具有易于初始化和读出、可操控、相干时间较长等优点，具有巨大的应用前景。与几种细胞内测温技术如荧光分子温度计、量子点等相比，纳米金刚石表现出更好的生物相容性、对生物环境的不敏感性、更稳定的光致发光和更低的背景噪声。此外，根据金刚石的特性，NV色心可以与光纤、扫描显微镜等技术结合,实现不同场景中的温度测量。NV色心可实现微纳米尺度空间中微小温度变化的测量，其零场分裂能D对温度的敏感性原理最早于2010年由加州伯克利大学D.Budker研究小组提出。随后2013年，哈佛大学的M.D.Lukin小组将纳米级NV色心温度探测应用于活体细胞，获得了细胞中温度分布的荧光成像图，并有效测量了1.8 mK的温度变化，灵敏度达到9 mK/Hz1/2，实现了200nm尺度的热环境测量，由此实现了其亚微米尺度的温度测量。国内针对金刚石NV色心温度测量的研究起步较晚，目前仍处于灵敏度和空间分辨率等指标提升阶段。中国科学技术大学最先于2016年利用单NV色心实现了10.1 mK/Hz1/2的温度测量灵敏度；并于2020年将样品集成于光纤中，实现了芯片的表面温度成像，温度灵敏度达到18 mK/Hz1/2，为装置的小型化以及亚微米空间的温度测量奠定了基础。
此外NV色心在磁测量方面也具有巨大的潜力，中科大彭新华组利用基于NV色心的量子精密测量技术发展了“零磁场核磁共振技术”，消除了传统核磁共振对超导磁体的依赖性，有望推动该技术在生物、医学及化学领域的应用。但是，目前还未发现有在弱磁环境下对样本同时进行温度测量和磁测量的相关装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的技术对于弱磁环境下的生物温度和磁场信号测量难的问题，提供一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，将基于金刚石NV色心的固态量子自旋体系与SERF磁测量技术、磁屏蔽技术相结合，克服现有技术中的不足，并实现在极弱磁场环境下对于生物细胞生命活动中的温度信号和磁场信号的测量，具备样品表面温度场和磁场扫描成像功能，为类细胞样本的温度测量和磁场测量提供了一种高精度的测量装置，实现更快速、更方便的信号测量。该装置具有金刚石NV色心光纤温度探针灵敏度高、环境磁场噪声抑制效果好、磁测量灵敏度高、使用简便和易于维护等特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，包括光纤测温系统、多模金刚石NV色心光纤探针、外部磁场屏蔽系统、测试样品搭载系统、位移传动系统、SERF磁信号检测系统；
所述测试样品搭载系统位于外部磁场屏蔽系统内部，所述光纤测温系统、位移传动系统、SERF磁信号检测系统位于外部磁场屏蔽系统外部；所述多模金刚石NV色心光纤探针一端连接所述光纤测温系统，另一端穿过所述外部磁场屏蔽系统置于所述测试样品搭载系统上方作为温度探针进行样品温度测量及温度场的扫描成像；所述光纤测温系统用于提供稳定的激发光源并对所述多模金刚石NV色心光纤探针探测到的荧光信号进行处理；所述位移传动系统与所述测试样品搭载系统连接，用于驱动所述测试样品搭载系统移动，进而带动位于所述测试样品搭载系统上的样品移动；
所述SERF磁信号检测系统包括SERF探头和电脑测试端，所述SERF探头固定在所述测试样品搭载系统上，且位于样品正下方，与所述多模金刚石NV色心光纤探针同轴布置，用于探测待测样品表面的磁场信号并进行磁场成像；所述电脑测试端用于对测试得到的磁场信号进行读取和分析。
进一步地，所述光纤测温系统包括半导体激光器、光谱仪、第一反射镜、二向色镜、滤光片、第二反射镜、第三反射镜和光纤耦合器；所述半导体激光器用于提供稳定的单色相干激发光；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜依次将所述半导体激光器所发出的激发光反射；所述光纤耦合器与所述多模金刚石NV色心光纤探针连接，用于将所述第三反射镜反射后的激发光耦合进所述多模金刚石NV色心光纤探针，从而将位于探针表面的纳米金刚石粉末激发，产生荧光信号；所述荧光信号依次经所述第三反射镜、第二反射镜反射至所述二向色镜处被完全反射，经由滤光片过滤掉杂散光之后进入到所述光谱仪中进行光谱信号和处理。
进一步地，所述外部磁场屏蔽系统由坡莫合金制作而成。
进一步地，所述测试样品搭载系统包括多个横向支撑结构和多个纵向支撑结构，以及样品台底部支撑结构、光纤插槽、载物台；多个横向支撑结构平行布置，并通过多个纵向支撑结构连接支撑；所述载物台位于多个横向支撑结构和多个纵向支撑结构组成的内部空间，并与所述位移传动系统固连；所述光纤插槽固定在位于顶部的横向支撑结构上，用于安装所述多模金刚石NV色心光纤探针；所述样品台底部支撑结构位于顶部的横向支撑结构上，用于固定所述SERF探头。
进一步地，所述多模金刚石NV色心光纤探针和所述SERF探头的数量相等，且布置位置一一对应。
进一步地，所述载物台包括载物底板、样品支撑结构、无磁加热膜和样品台，所述载物底板固定在所述位移传动系统上，两个所述样品支撑结构固定在所述载物底板上，所述样品台固定支撑在两个所述样品支撑结构上，所述无磁加热膜放置在样品台的待测样品底部，用于改变样品部分区域的温度并形成温度分布。
进一步地，所述位移传动系统包括传动装置和高精度位移台；所述传动装置用于将所述测试样品搭载系统中的载物台与高精度位移台相连接；所述高精度位移台的最小量程为微米级，用于控制所述载物台的空间位置从而实现动态多轴扫描功能。
进一步地，所述半导体激光器为窄线宽的半导体连续激光器，波长为532nm。
进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为镀银反射镜。
进一步地，所述多模金刚石NV色心光纤探针的端面使用紫外固化胶与纳米金刚石粉末混合处理。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明为了适应弱磁环境下对样本的温度测量，通过改进测试样品搭载系统，使其适配于增加的外部磁场屏蔽系统；其次，通过引入光纤，改进金刚石NV色心测温系统，将金刚石探针引入外部磁场屏蔽系统；最后，通过引入传动系统，并将测试样品搭载系统固定在传动系统上，传动系统与外部的高精度位移台连接，实现对待测样品的移动，使得细胞样品与金刚石NV色心光纤探针及SERF探头产生相对位移，进而达到获取整个细胞样品表面的温度场和磁场分布的目的，最终实现弱磁环境下对样本的温度和磁信号测量。
（2）本发明结构紧凑、安装简便、易于维护，当需要更换样品时，仅需更换样品台上的样品即可，操作要求低。
附图说明
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
图1是本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的整体装置结构示意图；
图2是本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的光纤测温系统结构示意图；
图3是本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的测试样品搭载系统的主视图的剖视图。
图4为本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的测试样品搭载系统的左视图的剖视图。
图5为本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的测试样品搭载系统的俯视图。
图6是本发明的一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置的测试样品搭载系统中样品台结构图。
图中，光纤测温系统1、多模金刚石NV色心光纤探针2、外部磁场屏蔽系统3、测试样品搭载系统4、位移传动系统5、SERF磁信号检测系统6、传动装置51、高精度位移台52、SERF磁强计探头61、电脑测试端62、半导体激光器11、光谱仪12、第一反射镜13、二向色镜14、滤光片15、第二反射镜16、第三反射镜17、光纤耦合器18、横向支撑结构41、纵向支撑结构42、样品台底部支撑结构43、光纤插槽44、载物台45、载物底板451、样品支撑结构452、无磁加热膜453、样品台454。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
如图1所示，本发明提供一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，包括沿水平方向布置的光纤测温系统1、多模金刚石NV色心光纤探针2、外部磁场屏蔽系统3、测试样品搭载系统4、位移传动系统5、SERF磁信号检测系统6。测试样品搭载系统4位于外部磁场屏蔽系统3内部，光纤测温系统1、位移传动系统5、SERF磁信号检测系统6位于外部磁场屏蔽系统3外部。外部磁场屏蔽系统3的顶部和侧面设置开孔，多模金刚石NV色心光纤探针2穿过外部磁场屏蔽系统3的顶部开孔，置于测试样品搭载系统4上方作为温度探针进行样品温度测量及温度场的扫描成像。光纤测温系统1与多模金刚石NV色心光纤探针2连接，用于探测并分析处理多模金刚石NV色心光纤探针2中探测到的从放置于测试样品搭载系统上的细胞样本因温度变化返回的NV色心光纤探针表面的荧光信号。位移传动系统5穿过外部磁场屏蔽系统3的侧面开孔，与测试样品搭载系统4固连，用于驱动测试样品搭载系统4运动。SERF磁信号检测系统6的一端穿过外部磁场屏蔽系统3的侧面开孔，用于探测放置于测试样品搭载系统4上的细胞样本的磁场信号并进行磁场成像。
其中，如图2所示，光纤测温系统1包括半导体激光器11、光谱仪12、第一反射镜13、二向色镜14、滤光片15、第二反射镜16、第三反射镜17、光纤耦合器18。光纤耦合器18与多模金刚石NV色心光纤探针2连接。半导体激光器11为窄线宽的半导体连续激光器，波长为532nm，用于为系统提供稳定的单色相干激发光，所发出的激发光经过第一反射镜13、第二反射镜16、第三反射镜17反射后进入到光纤耦合器18被耦合进多模金刚石NV色心光纤探针2中。第一反射镜13、第二反射镜16、第三反射镜17优选为镀银反射镜。多模金刚石NV色心光纤探针2端面使用紫外固化胶与纳米金刚石粉末混合处理，置于测试样品搭载系统4上方作为温度探针进行温度测量及温度场的扫描成像。当受到从半导体激光器11发射出的激光激发后，多模金刚石NV色心光纤探针2表面会产生荧光信号。产生的荧光由多模金刚石NV色心光纤探针2反向传输至光纤耦合器18后出射，经由第三反射镜17和第二反射镜16反射至二向色镜14处被完全反射，经由滤光片15过滤掉杂散光之后进入到光谱仪12中并进行光谱信号和处理。
外部磁场屏蔽系统3由坡莫合金制作而成，用于抑制环境中的外部磁场噪声并为测试样品搭载系统4提供接近零磁场的磁屏蔽环境，以消除外部磁场对放置于测试样品搭载系统4上的细胞样本的温度信号和磁场信号的干扰。外部磁场屏蔽系统3使用前需先通过交流线圈进行消磁操作。
测试样品搭载系统4如图3、图4和图5所示，用于为光纤测温系统1和SERF磁场信号检测系统6搭载待测样品。测试样品搭载系统4包括由多个横向支撑结构41和多个纵向支撑结构42，还包括样品台底部支撑结构43、光纤插槽44、载物台45。如图3所示，该实施例中，横向支撑结构41为3个，其中两个横向支撑结构41之间通过4个纵向支撑结构42固连支撑。另一个横向支撑结构41通过两个样品台底部支撑结构43固连在上部的其中一个横向支撑结构41上。如图4所示，位于顶部的横向支撑结构41上安装有两个光纤插槽44，用于多模金刚石NV色心光纤探针2通过光纤插槽44固定在待测试的细胞样品表面。位于底部的横向支撑结构41上开设有孔，用于SERF探头61的数据线穿过。SERF磁信号检测系统6包括SERF探头61和电脑测试端62，SERF探头61分别固定在两个样品台底部支撑结构43，每个SERF探头61对应一个多模金刚石NV色心光纤探针2，两者保持同轴布置，从而实现探测待测细胞样品表面的磁场信号并进行磁场成像。横向支撑结构41、纵向支撑结构42和样品台底部支撑结构43用于为载物台45提供空间支撑并集成温度测量和磁场测量功能。载物台45用于放置待测样品，与外部位移传动系统5相连接，从而实现载物台45的动态多轴位移移动。SERF磁场信号检测系统6中的SERF探头61放置于测试样品搭载系统4下方用以探测待测细胞样品表面的磁场信号并进行磁场成像，通过采用电磁屏蔽线缆材料制作而成的数据传输线连接到SERF磁场信号检测系统中的电脑测试端62进行磁场信号读取及分析。
如图6所示，载物台45包括载物底板451、样品支撑结构452、无磁加热膜453、样品台454，载物底板451固定在传动装置51上，两个样品支撑结构452固定在载物底板451，样品台454固定在两个样品支撑结构452上。无磁加热膜453放置在样品台454的待测样品底部，用于改变样品部分区域的温度并形成温度分布，供光纤测温系统1探测待测细胞表面不同温度下的温度梯度场信号扫描。
位移传动系统5包括传动装置51、高精度位移台52。传动装置51用于将测试样品搭载系统4中的载物台45与高精度位移台52相连接。高精度位移台52的最小量程为微米级，用于控制测试样品搭载系统4中的载物台45的空间位置并实现动态多轴扫描功能。
实施例1
本实施例阐述了将本发明的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置配置给人神经干细胞（分化自H9细胞）样本，在极弱磁场环境下探测人神经干细胞生命活动中的温度信号和磁场信号并进行扫描成像。
具体实施时，光纤测温系统1集成在单块光学板上，多模金刚石NV色心光纤探针2通过光纤耦合器18和光纤插槽44分别与光纤测温系统1和测试样片搭载系统4相连。
采用本实施例的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置进行温度和磁场信号测量时，包括如下步骤：
步骤1：打开外部磁场屏蔽系统3，取出测试样品搭载系统4，并将置于3cm×3cm载玻片中的人神经干细胞放置在载物台45上，将固定好后的载物台45与传动装置51连接好后放入外部磁场屏蔽系统3内部。
步骤2：选取合适的多模金刚石NV色心光纤探针2及SERF磁强计探头61，穿过外部磁场屏蔽系统3侧面的开孔，将多模金刚石NV色心光纤探针2固定在光线插槽44中，将SERF磁强计探头61放置于测试样品搭载系统4正下方并与多模金刚石NV色心光纤探针2共线。
步骤3：密封整个外部磁场屏蔽系统3并进行消磁操作。
步骤4：调节外部的位移传动系统5进行初始化，使得多模金刚石NV色心光纤探针2位于搭载测试样品搭载系统4的待测人神经干细胞样品测试初始位置上方，使得SERF磁强计探头61位于待测人神经干细胞样品测试初始位置下方；
步骤5：开始测量，通过多模金刚石NV色心光纤探针2和SERF磁强计探头61探测搭载于测试样品搭载系统4的待测人神经干细胞样品表面的温度信号和磁场信号；
步骤6：利用外部的位移传动系统5使得测试样品搭载系统4产生位移，进行待测人神经干细胞样品的平面扫描，达到扫描测试整个待测人神经干细胞样品的目的；
步骤7: 通过光纤测温系统1的光谱仪12和磁信号检测系统6的电脑测试端62处理并分析待测人神经干细胞样品表面的温度信号和磁场信号。
步骤8: 通过无磁加热膜453改变人神经干细胞样品的温度，重复步骤6-步骤7，通过光谱仪12和电脑测试端62处理并分析待测人神经干细胞样品在不同温度场下表面的温度梯度信号和磁场信号。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.一种用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，其特征在于，包括光纤测温系统（1）、多模金刚石NV色心光纤探针（2）、外部磁场屏蔽系统（3）、测试样品搭载系统（4）、位移传动系统（5）、SERF磁信号检测系统（6）；
所述测试样品搭载系统（4）位于外部磁场屏蔽系统（3）内部，所述光纤测温系统（1）、位移传动系统（5）、SERF磁信号检测系统（6）位于外部磁场屏蔽系统（3）外部；所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）一端连接所述光纤测温系统（1），另一端穿过所述外部磁场屏蔽系统（3）置于所述测试样品搭载系统（4）上方作为温度探针进行样品温度测量及温度场的扫描成像；所述光纤测温系统（1）用于提供稳定的激发光源并对所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）探测到的荧光信号进行处理；所述位移传动系统（5）与所述测试样品搭载系统（4）连接，用于驱动所述测试样品搭载系统（4）移动，进而带动位于所述测试样品搭载系统（4）上的样品移动；
所述SERF磁信号检测系统（6）包括SERF探头（61）和电脑测试端（62），所述SERF探头（61）固定在所述测试样品搭载系统（4）上，且位于样品正下方，与所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）同轴布置，用于探测待测样品表面的磁场信号并进行磁场成像；所述电脑测试端（62）用于对测试得到的磁场信号进行读取和分析；
所述测试样品搭载系统（4）包括多个横向支撑结构（41）和多个纵向支撑结构（42），以及样品台底部支撑结构（43）、光纤插槽（44）、载物台（45）；多个横向支撑结构（41）平行布置，并通过多个纵向支撑结构（42）连接支撑；所述载物台（45）位于多个横向支撑结构（41）和多个纵向支撑结构（42）组成的内部空间，并与所述位移传动系统（5）固连；所述光纤插槽（44）固定在位于顶部的横向支撑结构（41）上，用于安装所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）；所述样品台底部支撑结构（43）位于顶部的横向支撑结构（41）上，用于固定所述SERF探头（61）；
所述载物台（45）包括载物底板（451）、样品支撑结构（452）、无磁加热膜（453）和样品台（454），所述载物底板（451）固定在所述位移传动系统（5）上，两个所述样品支撑结构（452）固定在所述载物底板（451）上，所述样品台（454）固定支撑在两个所述样品支撑结构（452）上，所述无磁加热膜（453）放置在样品台（454）的待测样品底部，用于改变样品部分区域的温度并形成温度分布；
所述光纤测温系统（1）包括半导体激光器（11）、光谱仪（12）、第一反射镜（13）、二向色镜（14）、滤光片（15）、第二反射镜（16）、第三反射镜（17）和光纤耦合器（18）；所述半导体激光器（11）用于提供稳定的单色相干激发光；所述第一反射镜（13）、第二反射镜（16）、第三反射镜（17）依次将所述半导体激光器（11）所发出的激发光反射；所述光纤耦合器（18）与所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）连接，用于将所述第三反射镜（17）反射后的激发光耦合进所述多模金刚石NV色心光纤探针（2），从而将位于探针表面的纳米金刚石粉末激发，产生荧光信号；所述荧光信号依次经所述第三反射镜（17）、第二反射镜（16）反射至所述二向色镜（14）处被完全反射，经由滤光片（15）过滤掉杂散光之后进入到所述光谱仪（12）中进行光谱信号和处理；
所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）和所述SERF探头（61）的数量相等，且布置位置一一对应；
所述位移传动系统（5）包括传动装置（51）和高精度位移台（52）；所述传动装置（51）用于将所述测试样品搭载系统（4）中的载物台（45）与高精度位移台（52）相连接；所述高精度位移台（52）的最小量程为微米级，用于控制所述载物台（45）的空间位置从而实现动态多轴扫描功能。
2.根据权利要求1所述的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，其特征在于，所述外部磁场屏蔽系统（3）由坡莫合金制作而成。
3.根据权利要求1所述的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，其特征在于，所述半导体激光器（11）为窄线宽的半导体连续激光器，波长为532 nm。
4.根据权利要求1所述的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，其特征在于，所述第一反射镜（13）、第二反射镜（16）和第三反射镜（17）均为镀银反射镜。
5.根据权利要求1所述的用于弱磁场环境下的高精度温度与磁场信号测量装置，其特征在于，所述多模金刚石NV色心光纤探针（2）的端面使用紫外固化胶与纳米金刚石粉末混合处理。
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