DE102022131305B4 - Sensor head for high spatial resolution, purely optical and wireless measurement of magnetic material properties on the surface of a workpiece - Google Patents

Sensor head for high spatial resolution, purely optical and wireless measurement of magnetic material properties on the surface of a workpiece Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensorkopf SK zur Vermessung der Materialeigenschaften ferromagnetischer Oberflächen mit einem Sensorelement NV, das Diamanten mit NV-Zentren NVZ umfasst. Das Sensorelement NV befindet sich an einem ersten Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL. Der Sensorkopf SK umfasst Funktionselemente eines magnetischen Kreises, die zumindest eine Quelle magnetischer Erregung H, insbesondere einen Permanentmagneten PM umfassen, der röhrenförmig mit einer Achse AX ausgebildet ist. Der Sensorkopf SK weist ein Sensorkopfgehäuse GH mit einer Auflagefläche AF auf, in dem der Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV in dem Sensorkopfgehäuse GH eingebaut ist. Das Sensorelement NV befindet sich in einem Abstand von der Auflagefläche AF, der kleiner als der Durchmesser des Lichtwellenleiter LWL inclusive einer ggf. vorhanden mechanischen Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL ist. Das Sensorelement NV befindet sich dabei in der Nähe der Verlängerung der Achse AX.The invention relates to a sensor head SK for measuring the material properties of ferromagnetic surfaces with a sensor element NV that comprises diamonds with NV centers NVZ. The sensor element NV is located at a first end ELWL1 of an optical fiber LWL. The sensor head SK comprises functional elements of a magnetic circuit that comprise at least one source of magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM that is tubular with an axis AX. The sensor head SK has a sensor head housing GH with a support surface AF, in which the optical fiber LWL with the sensor element NV is installed in the sensor head housing GH. The sensor element NV is located at a distance from the support surface AF that is smaller than the diameter of the optical fiber LWL including any mechanical sheath MH of the optical fiber LWL. The sensor element NV is located near the extension of the axis AX.

Description

Feld der ErfindungField of invention

Die Erfindung richtet sich auf Sensorkopf zur hoch ortsaufgelösten Messung von magnetischen Materialeigenschaften an der Oberfläche eines Werkstücks, wobei der Sensorkopf ein Sensorelement mit einer Vielzahl von Diamanten unterschiedlicher Orientierung zueinander und zum Sensorkopfgehäuse aufweist und wobei Diamanten dieser Diamanten NV-Zentren oder andere paramagnetische Zentren umfassen.The invention is directed to a sensor head for the highly spatially resolved measurement of magnetic material properties on the surface of a workpiece, wherein the sensor head has a sensor element with a plurality of diamonds of different orientation to one another and to the sensor head housing, and wherein diamonds of these diamonds comprise NV centers or other paramagnetic centers.

Allgemeine EinleitungGeneral introduction

Ein immer wieder auftauchendes Problem ist die Erkennung von Rissen und anderen Störungen in Oberflächen von ferromagnetischen Werkstücken. Im Stand der Technik sind zwar entsprechende Messmethoden bekannt. Diese zeigen aber nur eine unzureichende Ortsauflösung um kleine Risse detektieren zu können.A recurring problem is the detection of cracks and other defects in the surfaces of ferromagnetic workpieces. The state of the art does indeed contain appropriate measuring methods. However, these only show insufficient spatial resolution to detect small cracks.

Das hier vorgelegte Dokument gibt nur kurze Stichpunkte zur Prinzip für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung hinsichtlich des Stands der Technik.The document presented here provides only brief points on the principles of non-destructive testing of materials with regard to the state of the art.

Für die Vermessung von Werkstücken mittels Magnetfeldmessung ergeben sich bei der Verwendung von Hallsensoren / -spulen zur Messung von magnetischen Streufeldern / Wirbelstromfeldern die Probleme, dass diese Messmethoden ein großes Messvolumen bei einem limitierter Abstand zum Werkstück und einen großen Messquerschnitt aufweisen. Die entsprechenden Vorrichtungen sind nicht Diamagnetisch und verändern daher das Messobjekt, das Magnetfeld.When measuring workpieces using magnetic field measurement, the use of Hall sensors/coils to measure magnetic stray fields/eddy current fields results in the problems that these measuring methods have a large measuring volume at a limited distance to the workpiece and a large measuring cross-section. The corresponding devices are not diamagnetic and therefore change the measuring object, the magnetic field.

Dem soll das hier vorgestellte Verfahren und die hier vorgestellte Vorrichtung abhelfen.The method and device presented here are intended to remedy this.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2019 120 076 A1 , der DE 11 2020 003 569 A5 , der DE 11 2020 004 650 A5 , der DE 10 2021 101 565 A1 und der EP 3 874 343 A2 sind bereits leitungsfreie Vorrichtungen zur Erfassung von Magnetfeldern bekannt.From the EN 10 2019 120 076 A1 , the EN 11 2020 003 569 A5 , the EN 11 2020 004 650 A5 , the EN 10 2021 101 565 A1 and the EP 3 874 343 A2 Wireless devices for detecting magnetic fields are already known.

Aus der DE 10 2020 109 477 A1 sind Methoden zur Produktion von NV-Zentren bekannt.From the EN 10 2020 109 477 A1 Methods for producing NV centers are known.

Weitere Eigenschaften sind aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 114 589.9 bekannt.Further properties are known from the still unpublished German patent application EN 10 2021 114 589.9 known.

Aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 121 444.3 ist die Kommutierung eines Elektromotors mittels einer leitungslosen Magnetfeldmessung bekannt.From the still unpublished German patent application EN 10 2022 121 444.3 The commutation of an electric motor by means of a wireless magnetic field measurement is known.

Aus der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 122 505.7 ist die Herstellung eines geeigneten Lichtwellenleiters bekannt.From the still unpublished German patent application EN 10 2022 122 505.7 The production of a suitable optical waveguide is known.

Aus der Schrift WO 2022 096 891 A1 ist ein Sensor bekannt, der einen Magneten umfasst. Gemäß der technischen Lehre der WO 2022 096 891 A1 ist der Magnet so angeordnet, dass er ein inhomogenes Magnetfeld an ein bestimmtes Volumen anlegt. Der Sensor der WO 2022 096 891 A1 umfasst drüber hinaus ein Magnetometer mit einem aktiven Element zum Erfassen des Magnetfelds in einem Volumen, das das bestimmte Volumen umfasst.From the Scripture WO 2022 096 891 A1 A sensor is known which comprises a magnet. According to the technical teaching of WO 2022 096 891 A1 The magnet is arranged in such a way that it applies an inhomogeneous magnetic field to a certain volume. The sensor of the WO 2022 096 891 A1 further comprises a magnetometer having an active element for detecting the magnetic field in a volume comprising the specific volume.

Aus der Schrift CN 114 994 006 A ist ein Detektionssystem für orthogonale Risse auf der Basis der NV-Farbzentrumserfassungstechnologie bekannt. Das Detektionssystem der CN 1 14 994 006 A umfasst ein Erregungsende, ein Sammelende und ein Magnetisierungserfassungsvorderende. Die technische Lehre der CN 1 14 994 006 A verwendet das Anregungsende zur Erzeugung von Anregungslicht, wobei das Anregungslicht auf das vordere Ende des Magnetisierungssensors wirkt. Das vordere Ende des Magnetisierungssensors umfasst einen Magnetisierungsteil und einen Erfassungsteil, wobei der Magnetisierungsteil zum Magnetisieren eines zu erfassenden ferromagnetischen Gegenstands verwendet wird. Der Magnetisierungsteil der Vorrichtung der CN 114 994 006 A umfasst ein Magnetisierungsintervall. Wenn ein Riss auf dem zu erfassenden ferromagnetischen Gegenstand in dem Magnetisierungsintervall positioniert ist, kann die Vorrichtung der CN 114 994 006 A ein magnetisches Streufeld an dem Riss erzeugen. Der Erfassungsteil der Vorrichtung der CN 114 994 006 A erzeugt eine Spannungsfluoreszenz unter der Wirkung des Anregungslichts und des magnetischen Streufelds. Der der Erfassungsteil der Vorrichtung der CN 114 994 006 A dient zum Empfangen der Spannungsfluoreszenz und zum Analysieren und Verarbeiten der Spannungsfluoreszenz. Der Magnetisierungsteil der CN 114 994 006 A umfasst zwei Gruppen von Elektromagneten. Die Magnetisierungsrichtungen der beiden Gruppen von Elektromagneten der Vorrichtung der CN 1 14 994 006 A sind orthogonal zueinander. Der Sensorteil der Vorrichtung der CN 1 14 994 006 A umfasst eine optische Sensorfaser, ein Endteil der optischen Sensorfaser ist ein Erfassungsende, und diamantförmige NV-Farbmittelteilchen, die an dem Faserkern befestigt sind, sind an der Endfläche des Erfassungsendes angeordnet.From the Scripture CN114 994 006 A is a detection system for orthogonal cracks based on the NV color center detection technology. The detection system of the CN1 14 994 006 A comprises an excitation end, a collecting end and a magnetization detection front end. The technical teaching of the CN1 14 994 006 A uses the excitation end to generate excitation light, the excitation light acting on the front end of the magnetization sensor. The front end of the magnetization sensor comprises a magnetization part and a detection part, the magnetization part being used to magnetize a ferromagnetic object to be detected. The magnetization part of the device of the CN114 994 006 A comprises a magnetization interval. If a crack on the ferromagnetic object to be detected is positioned in the magnetization interval, the device can CN114 994 006 A generate a magnetic stray field at the crack. The detection part of the device of the CN114 994 006 A generates a voltage fluorescence under the action of the excitation light and the magnetic stray field. The detection part of the device of the CN114 994 006 A is used to receive the voltage fluorescence and to analyze and process the voltage fluorescence. The magnetization part of the CN114 994 006 A comprises two groups of electromagnets. The magnetization directions of the two groups of electromagnets of the device of the CN1 14 994 006 A are orthogonal to each other. The sensor part of the device of the CN1 14 994 006 A comprises an optical sensor fiber, an end portion of the optical sensor fiber is a detection end, and diamond-shaped NV colorant particles attached to the fiber core are arranged on the end face of the detection end.

Aus der Schrift CN 1 12 146 782 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen Quantensonde mit kontrollierbarer Diamantpartikeldotierung bekannt. Das Verfahren der CN 1 12 146 782 A umfasst die folgenden Schritte:

  • Schritt 1) Mischen der Lösung mit einer wässrigen Nano-Diamantpartikel-Lösung, die NV-Farbzentren enthält;
  • Schritt 2) Auflösen der hergestellten Lösung, die mit den Nano-Diamantpartikeln, die die NV-Farbzentren enthalten, dotiert ist, mit Ultraschall durch ein Sol-Gel-Verfahren, Versiegeln und Stehenlassen der Lösung und vollständiges Hydrolysieren der Lösung, um Sol-Gel zu bilden; und 3) gleichmäßiges Auftragen des in Schritt 2) hergestellten Sol-Gels auf die Endfläche der optischen Faser, Halten der optischen Faser durch einen Schrittmotor, Kontaktieren der Endfläche der optischen Faser mit dem Sol-Gel, Ziehen der Endfläche der optischen Faser mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach einer Zeitspanne, um einen halbkugelförmigen Gelfilm mit einer bestimmten Dicke und einer bestimmten Krümmung zu bilden, und Aushärten, um die hergestellte Quantensonde der optischen Faser zu erhalten. Laut der technischen Lehre der CN 1 12 146 782 A kann die Dotierungskonzentration der Nanodiamantteilchen, die NV-Farbzentren enthalten, gesteuert werden. Laut der technischen Lehre der CN 1 12 146 782 A sind die Nanodiamantteilchen gleichmäßig gemischt. Die Schrift CN 1 12 146 782 A gibt an, dass der Herstellungsprozess der Sonde einfach ist, seine Wiederholbarkeit ist hoch ist und dass eine Massenproduktion realisiert werden kann.
From the Scripture CN 1 12 146 782 A A method for producing a fiber optic quantum probe with controllable diamond particle doping is known. The method of CN 1 12 146 782 A includes the following steps:
  • Step 1) Mixing the solution with an aqueous nano diamond particle solution containing NV color centers;
  • Step 2) dissolving the prepared solution doped with the nano diamond particles containing the NV color centers with ultrasonics by a sol-gel method, sealing and allowing the solution to stand, and completely hydrolyzing the solution to form sol-gel; and 3) uniformly applying the sol-gel prepared in step 2) onto the end face of the optical fiber, holding the optical fiber by a stepping motor, contacting the end face of the optical fiber with the sol-gel, pulling the end face of the optical fiber at a certain speed after a period of time to form a hemispherical gel film with a certain thickness and a certain curvature, and curing to obtain the prepared optical fiber quantum probe. According to the technical teaching of CN 1 12 146 782 A the doping concentration of the nanodiamond particles containing NV color centers can be controlled. According to the technical teaching of CN 1 12 146 782 A the nanodiamond particles are evenly mixed. The writing CN 1 12 146 782 A states that the manufacturing process of the probe is simple, its repeatability is high and that mass production can be realized.

Aus der Schrift CN 1 14 720 553 A ist eine Vorrichtung zur Erkennung des Streuflusses in einer Pipeline bekannt. Die Vorrichtung der CN 1 14 720 553 A basiert auf einer optischen Faser, die ein Diamant-Stickstoff-Vakanz-Farbzentrum ankoppelt.From the Scripture CN 1 14 720 553 A A device for detecting leakage flux in a pipeline is known. The device of the CN 1 14 720 553 A is based on an optical fiber that couples a diamond nitrogen vacancy color center.

AufgabeTask

Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.The proposal is therefore based on the task of creating a solution which does not have the above-mentioned disadvantages of the prior art and has further advantages.

Diese Aufgabe wird durch den ersten Anspruch und die ebenläufigen Ansprüche gelöst.This problem is solved by the first claim and the parallel claims.

Lösung der AufgabeSolution to the task

Bei einem Sensorkopf der vorgeschlagenen Art wird die Aufgabe vorschlagsgemäß dadurch gelöst, dass

  • • dass der Sensorkopf NV-reichen Diamantstaub als Magnetfeldsensor verwendet und
  • • dass Permanentmagnete oder -spulen (AC oder DC Magnetfelder) des Sensorkopfes ein magnetisches Prüffeld erzeugen, das in die Oberfläche des Werkstücks eindringt, und
  • • dass das Diamantmaterial des Diamantstubs an einem Faserende eines Lichtwellenleiters das Sensorelement bildet und
  • • dass der Sensorkopf eine rein optische Vermessung des Magnetfelds und damit der magnetischen Eigenschaften der Oberfläche des Werkstücks über den Lichtwellenleiter ermöglicht.
In a sensor head of the proposed type, the task is solved according to the proposal by
  • • that the sensor head uses NV-rich diamond dust as a magnetic field sensor and
  • • that permanent magnets or coils (AC or DC magnetic fields) of the sensor head generate a magnetic test field that penetrates the surface of the workpiece, and
  • • that the diamond material of the diamond stub forms the sensor element at a fiber end of an optical fiber and
  • • that the sensor head enables a purely optical measurement of the magnetic field and thus of the magnetic properties of the surface of the workpiece via the optical fiber.

Die hier vorgelegte Schrift schlägt eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in der Nähe einer Störung einer ferromagnetischen Oberfläche vor.The present document proposes a device for detecting the magnetic flux density B in the vicinity of a disturbance of a ferromagnetic surface.

Der Sensorkopf SK weist ein Sensorelement NV mit einem Trägermittel TM auf. In das Trägermittel TM sind vorzugsweise eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial TM Glas und/oder einen ausgehärteten Kunststoff. Das Trägermaterial TM fixiert die Diamanten DM und verhindert eine Repositionierung der Diamanten DM. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für die Pumpwellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB und für die Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren in den Diamanten DM transparent. Einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen typischerweise NV-Zentren NVZ auf. Die magnetische Flussdichte B wirkt auf die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV ein. Typischerweise bewirkt die magnetische Flussdichte B eine Reduktion der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Für den Zutritt von Pumpstrahlung LB einer Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV verfügt der Sensorkopf SK bevorzugt über einen Lichtwellenleiter LWL. Die Pumpstrahlung LB besitzt bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle PL1 mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV emittieren typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren. Andere Wellenlängen können durch plasmonische Kopplung mit metallischen Nanokristallen in dem Trägermaterial TM erreicht werden. Die optischen Eigenschaften der NV-Zentren können durch Kombination der Nanodiamanten bzw. Diamanten DM im Trägermaterial TM mit metallischen Nanopartikeln modifiziert werden. Der Lichtwellenleiter LWL transportiert bevorzugt die Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV zu einem Fotodetektor PD hin. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist darüber hinaus eine Teilvorrichtung, insbesondere einen dichroitischen Spiegel F1, auf, um die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB zu trennen, sodass im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL und möglichst keine Pumpstrahlung LB auf den Fotodetektor PD fällt. Diese Teilvorrichtung in Form eines Filters F1 oder dichroitischen Spiegel lässt die Passage von Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL - z.B. 637nm bei NV-Zentren NVZ mit einem Phononenseitenband von 637nm bis 850 nm - in Richtung des Fotodetektors PD passieren, während es die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL und somit die modulierte Pumpstrahlung LB nicht passieren lässt oder so führt, dass sie den Fotodetektor PD nicht trifft oder beeinflusst. Der Fotodetektor PD wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung FL in ein Empfängerausgangsignal SO. Die Vorrichtung wertet das Empfängerausgangssignal S0 aus, um Informationen über die Verzerrung des Magnetfelds B eines Permanentmagneten PM durch Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM.The sensor head SK has a sensor element NV with a carrier TM. A large number of diamonds DM are preferably embedded in the carrier TM. The carrier material TM preferably comprises glass and/or a hardened plastic. The carrier material TM fixes the diamonds DM and prevents repositioning of the diamonds DM. After solidification in the manufacturing process, the carrier material TM is preferably transparent to the pump wavelength λ pmp of the pump radiation LB and to the fluorescence radiation FL of the NV centers in the diamonds DM. One or more or all diamonds DM of these diamonds DM typically have NV centers NVZ. The magnetic flux density B acts on the NV centers NVZ of the sensor element NV. Typically, the magnetic flux density B causes a reduction in the intensity of the fluorescence radiation FL. The sensor head SK preferably has an optical fiber LWL to allow pump radiation LB from a pump radiation source PL to reach the sensor element NV. The pump radiation LB preferably has a pump radiation wavelength λ pmp in a wavelength range of 400 nm to 700 nm wavelength and/or better 450 nm to 650 nm and/or better 500 nm to 550 nm and/or better 515 nm to 540 nm. A wavelength of 532 nm is clearly preferred as the pump radiation wavelength λ pmp . In the case of NV centers in diamond or in diamonds, a laser diode from Osram of the type PLT5 520B is suitable, for example, as a pump radiation source PL1 with a 520 nm pump radiation wavelength λ pmp . The NV centers NVZ of the sensor element NV typically emit a fluorescence radiation FL with a typical fluorescence wavelength λ fl of approximately 637 nm at NV centers when irradiated with pump radiation LB of the pump radiation wavelength λ pmp described above. Other wavelengths can by plasmonic coupling with metallic nanocrystals in the carrier material TM. The optical properties of the NV centers can be modified by combining the nanodiamonds or diamonds DM in the carrier material TM with metallic nanoparticles. The optical waveguide LWL preferably transports the fluorescence radiation FL of the sensor element NV to a photodetector PD. The proposed device also has a sub-device, in particular a dichroic mirror F1, to separate the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB, so that essentially only fluorescence radiation FL and, if possible, no pump radiation LB falls on the photodetector PD. This sub-device in the form of a filter F1 or dichroic mirror allows the passage of radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL - e.g. 637 nm at NV centers NVZ with a phonon sideband from 637 nm to 850 nm - in the direction of the photodetector PD, while it does not allow the radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB of the pump radiation source PL and thus the modulated pump radiation LB to pass or guides it in such a way that it does not hit or influence the photodetector PD. The photodetector PD converts the intensity signal of the fluorescence radiation FL into a receiver output signal SO. The device evaluates the receiver output signal S0 to obtain information about the distortion of the magnetic field B of a permanent magnet PM by cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM.

Die vorgeschlagene Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Magnetfeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird. Des Weiteren ist das Sensorelement NV vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung der Magnetfelder und/oder von Störfeldern auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement NV und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich. Dadurch kann das System auch in Hochspannungssystemen mit Vorrichtungsteilen, die mit sehr hohen Spannungen angetrieben werden, eingesetzt werden. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nicht.The proposed device has the advantage that the magnetic field of the cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM is not disturbed by supply lines, such as when measuring magnetic fields with Hall sensors. Furthermore, the sensor element NV is completely diamagnetic. A reaction of the magnetic fields and/or interference fields on the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element NV and the optical fiber LWL is very unlikely due to the galvanic isolation. This means that the system can also be used in high-voltage systems with device parts that are driven with very high voltages. Systems from the state of the art do not show this.

In einer Variante sind die Diamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den Fertigungstechnischen Vorteil, dass eine Ausrichtung der Diamanten DM nicht mehr notwendig ist und die das Herstellverfahren zur Herstellung des Sensorelements NV beispielsweise Diamantpulver mit einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Diamanten DM verwenden kann. Ein Sensorelement NV mit einer solchen ungeordneten Vielzahl von Diamanten DM hat den Vorteil, dass die Messung der magnetischen Flussdichte B isotrop ist. Das bedeutet, dass das Sensorelement NV nur den Betrag der magnetischen Flussdichte B erfasst, nicht jedoch die Richtung. Dies hat den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements NV und des Lichtwellenleiters LWL und des Sensorkopfes SK nicht mehr notwendig ist. Die Montage eines solchen Sensorelements NV können Hilfskräfte oder wenig präzise maschinelle Vorrichtungen übernehmen, die das Sensorelement NV mit dem Lichtwellenleiter LWL nur in den Kanal KN des Sensorkopfes SK stecken müssen. Hierdurch sinken die Fertigungskosten für einen solche Sensorkopf SK drastisch. Um die räumliche Isotropie zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, wenn die Orientierung der Diamanten DM stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.In one variant, the diamonds DM in the carrier material TM are essentially oriented differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the manufacturing advantage that alignment of the diamonds DM is no longer necessary and the manufacturing process for producing the sensor element NV can use, for example, diamond powder with a very large number of very small diamonds DM. A sensor element NV with such a disordered multitude of diamonds DM has the advantage that the measurement of the magnetic flux density B is isotropic. This means that the sensor element NV only records the amount of the magnetic flux density B, but not the direction. This has the advantage that alignment of the sensor element NV and the optical fiber LWL and the sensor head SK is no longer necessary. The assembly of such a sensor element NV can be carried out by assistants or less precise mechanical devices, which only have to insert the sensor element NV with the optical fiber LWL into the channel KN of the sensor head SK. This drastically reduces the manufacturing costs for such a sensor head SK. In order to achieve spatial isotropy, it is therefore advantageous if the orientation of the diamonds DM is stochastically essentially uniformly distributed.

Im Zuge der Ausarbeitung der technischen lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkannt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft ist, wenn das Sensorelement NV sich im Streufeld BSTR des Magnetfelds des Permanentmagneten PM befindet. Statt eines Permanentmagneten sind andere Feldanregungen denkbar. Diese sind im Sinne des hier vorgelegten Dokuments von der Beschreibung „Permanentmagnet PM“ umfasst.In the course of developing the technical teaching of this document, the applicant recognized that, in accordance with the preceding statements, it is also advantageous if the sensor element NV is located in the stray field BSTR of the magnetic field of the permanent magnet PM. Instead of a permanent magnet, other field excitations are conceivable. These are included in the description "permanent magnet PM" in the sense of the document presented here.

Um die Anzahl der Lichtwellenleiter LWL zu minimieren und die Modifikationen am Sensorkopf SK gering zu halten, ist es vorteilhaft einen einzigen Lichtwellenleiter LWL für die Zuführung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zum Sensorelement NV und für die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement NV zum Fotodetektor PD zu benutzen. In dem Fall ist nur ein einziger Kanal KN für die Montage des Lichtwellenleiters LWL notwendig, sodass dann der erste Kanal KN mit dem zweiten Kanal KN identisch ist. Der folgende Text bezeichnet dann einen solchen Kanal KN als gemeinsamen Kanal KN.In order to minimize the number of optical fibers LWL and to keep the modifications to the sensor head SK to a minimum, it is advantageous to use a single optical fiber LWL for supplying the pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element NV and for returning the fluorescence radiation FL from the sensor element NV to the photodetector PD. In this case, only a single channel KN is required for mounting the optical fiber LWL, so that the first channel KN is identical to the second channel KN. The following text then refers to such a channel KN as a common channel KN.

Somit umfasst der vorschlagsgemäße Sensorkopf SK bevorzugt ein Sensorelement NV mit einer Vielzahl von Diamanten DM mit NV-Zentren NVZ in einem Trägermaterial TM und einen ersten Lichtwellenleiter LWL, an dem das Sensorelement NV befestigt ist, wobei der Lichtwellenleiter LWL die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV transportiert, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement NV bestrahlt und die NV-Zentren NVZ Fluoreszenzstrahlung FL abgeben, die der Lichtwellenleiter LWL erfasst und in Richtung auf den Fotodetektor PD zurücktransportiert.Thus, the proposed sensor head SK preferably comprises a sensor element NV with a plurality of diamonds DM with NV centers NVZ in a carrier material TM and a first optical waveguide LWL to which the sensor element NV is attached, wherein the optical waveguide LWL transports the pump radiation LB of the pump radiation source PL to the sensor element NV, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element NV and the NV centers NVZ emit fluorescence radiation FL, which the optical waveguide LWL detects and transports back in the direction of the photodetector PD.

Der Lichtwellenleiter LWL kann dabei parallel zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement NV bevorzugt im Streufeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM befindet. Der Lichtwellenleiter LWL kann aber auch senkrecht zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK mittels eines senkrechten Kanals in den Sensorkopf eingebracht werden und in die Nähe der Auflagefläche AF vorgeschoben werden, sodass das Sensorelement NV dann die magnetische Flussdichte B im Streufeld der Risse RI und/oder Vertiefungen in der Oberfläche des ferromagnetischen Materials FM erfasst. Das Sensorelement NV kann auch bis zur unmittelbaren Nähe der Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK vorgeschoben werden, wobei dann aber das Problem auftaucht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung im Messbetrieb des Sensorkopfes SK durch eine Bewegung längs der Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK steigt.The optical waveguide LWL can be inserted parallel to the support surface AF of the sensor head SK, whereby the sensor element NV is then preferably located in the stray field of the cracks RI and/or depressions in the surface of a ferromagnetic material FM. The optical waveguide LWL can also be inserted into the sensor head perpendicular to the support surface AF of the sensor head SK using a vertical channel and pushed forward into the vicinity of the support surface AF so that the sensor element NV then detects the magnetic flux density B in the stray field of the cracks RI and/or depressions in the surface of the ferromagnetic material FM. The sensor element NV can also be pushed forward into the immediate vicinity of the support surface AF of the sensor head SK, but this then creates the problem that the probability of damage to the sensor head SK during measurement operation increases due to a movement along the support surface AF of the sensor head SK.

Sofern die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement NV zum Fotodetektor PD separat von der Hinführung der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement NV erfolgen soll, umfasst in diesem Fall der Sensorkopf SK bevorzugt einen zweiten Lichtwellenleiter LWL, der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV erfasst, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD transportiert.If the return of the fluorescence radiation FL from the sensor element NV to the photodetector PD is to take place separately from the supply of the pump radiation LB to the sensor element NV, in this case the sensor head SK preferably comprises a second optical waveguide LWL, which detects the fluorescence radiation FL of the sensor element NV and transports the fluorescence radiation FL in the direction of the photodetector PD.

Wie oben ausgeführt, ist jedoch bevorzugt der erste Lichtwellenleiter LWL mit dem zweiten Lichtwellenleiter LWL identisch. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet im Folgenden einen solchen Lichtwellenleiter LWL als gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Ein solche gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL spart Kalibrationsaufwand und reduziert die Montagekomplexität und spart Material und ist daher vorteilhaft. Insbesondere werden die notwendigen Modifikationen am Sensorkopf SK selbst reduziert.As stated above, however, the first optical fiber LWL is preferably identical to the second optical fiber LWL. The document presented here refers to such an optical fiber LWL as a common optical fiber LWL. Such a common optical fiber LWL saves calibration effort and reduces assembly complexity and saves material and is therefore advantageous. In particular, the necessary modifications to the sensor head SK itself are reduced.

Der erste Lichtwellenleiter LWL weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der zweite Lichtwellenleiter LWL weist ebenfalls ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL weist ebenso ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Sensorelement NV an dem ersten Ende des ersten Lichtwellenleiters LWL und/oder zweiten Lichtwellenleiters LWL oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL zu befestigen, um die optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement NV zu stabilisieren.The first optical waveguide LWL has a first end and a second end. The second optical waveguide LWL also has a first end and a second end. The common optical waveguide LWL also has a first end and a second end. The document presented here now proposes attaching the sensor element NV to the first end of the first optical waveguide LWL and/or second optical waveguide LWL or the common optical waveguide LWL in order to stabilize the optical coupling between the optical waveguide LWL and the sensor element NV.

Wenn nun das erste Ende des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL von dem Trägermaterial TM des Sensorelements NV umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.If the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL is covered by the carrier material TM of the sensor element NV, a particularly good stabilization of this optical coupling results.

Bevorzugt bildet dabei eine Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Die Mittelline ML entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL. Eine solche ebene Endfläche EF ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Diamanten DM von dieser ebenen Endfläche EF kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.Preferably, an end face EF of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL forms a flat end face EF perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. The center line ML typically corresponds to the optical axis of the optical waveguide LWL. Such a flat end face EF enables improved coupling of the electromagnetic pump radiation LB from the optical waveguide LWL and improved optical coupling of the fluorescence radiation FL into the optical waveguide LWL. Preferably, the distance of one or preferably several diamonds DM from this flat end surface EF is smaller than the pump radiation wavelength λ pmp and/or better smaller than ½ the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/4 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/8 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/10 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/20 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/50 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/100 of the pump radiation wavelength λ pmp , , and/or better smaller than 1/200 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/500 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/1000 of the pump radiation wavelength λ pmp .

Die Mittenlinie ML, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, durchstößt die Endfläche EF an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF. Die Dicke dl des Trägermaterials TM ist bevorzugt an diesem Mittelpunkt MP dicker ist als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL. Dies hat den Vorteil, dass Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter LWL zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad steigt.The center line ML, which is an imaginary auxiliary construction to clarify the situation, penetrates the end surface EF at a center point MP of the end surface EF. The thickness dl of the carrier material TM is preferably thicker at this center point MP than the thickness dr at other points of the end surface EF of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL. This has the advantage that light is reflected back into the optical waveguide LWL through the interface between the carrier material TM and air, and that the efficiency and effectiveness then increase.

Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL kann aber auch so groß wie der der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL sein, was aber nach den Erfahrungen bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments nicht optimal ist.The carrier material TM therefore preferably forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. The diameter DLWLL of the lens LWLL is typically smaller than the diameter DLWL of the optical waveguide LWL. The diameter DLWLL of the lens LWLL can also be as large as the diameter DLWL of the optical waveguide LWL, but this is not optimal based on experience in preparing the technical teaching of this document.

Bevorzugt ist der der erste Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der zweite Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise ebenfalls durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise in gleicher Weise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Die mechanische Hülle MH stützt und schützt den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL gegen die rauen Bedingungen innerhalb und außerhalb des Sensorkopfes SK. Die mechanische Hülle MH innerhalb des Sensorkopfes SK muss in der Regel besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität gegen Hitze und Betriebsflüssigkeiten erfüllen. Die mechanische Hülle MH ist daher bevorzugt aus Glas oder Keramik oder dergleichen gefertigt. Ganz besonders bevorzugt umfasst die mechanische Hülle ein mechanisch flexibles Material, beispielsweise ein Gewebe, beispielsweise ein Glasgewebe.Preferably, the first optical waveguide LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is completely or partially by a mechanical sheath MH. Preferably, the second optical fiber LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is also completely or partially covered by a mechanical sheath MH. Preferably, the common optical fiber LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is completely or partially covered in the same way by a mechanical sheath MH. The mechanical sheath MH supports and protects the respective optical fiber LWL against the harsh conditions inside and outside the sensor head SK. The mechanical sheath MH within the sensor head SK must generally meet special requirements with regard to thermal and chemical stability against heat and operating fluids. The mechanical sheath MH is therefore preferably made of glass or ceramic or the like. Most preferably, the mechanical sheath comprises a mechanically flexible material, for example a fabric, for example a glass fabric.

Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Hierdurch kann der Sensorkopf auch bei hohen Temperaturen des ferromagnetischen Materials FM eingesetzt werden. Die mechanische Hülle MH kann also aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein.The mechanical casing MH therefore preferably comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material that is stable at temperatures above 100°C and/or a material that is stable at temperatures above 140°C and/or a material that is stable at temperatures above 170°C and/or a material that is stable at temperatures above 200°C and/or a material that is stable at temperatures above 250°C or comprises these or, in extreme cases, consists of these. This means that the sensor head can also be used at high temperatures of the ferromagnetic material FM. The mechanical casing MH can therefore be made of a ceramic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material stable at temperatures above 100°C and/or of a material stable at temperatures above 140°C and/or of a material stable at temperatures above 170°C and/or of a material stable at temperatures above 200°C and/or of a material stable at temperatures above 250°C.

Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle, in die der jeweilige Lichtwellenleiter LWL beispielsweise hineingeschoben sein kann. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter LWL, Sensorelement NV und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser Dro eines solchen Rohrs oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle ist bevorzugt nur ein Wenig größer als der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL und der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL.Preferably, the mechanical sheath MH is at least partially a tube or a small tube or a capillary or a cannula, into which the respective optical waveguide LWL can be pushed, for example. This simplifies the manufacture of the system comprising optical waveguide LWL, sensor element NV and mechanical sheath MH. The inner diameter Dro of such a tube or such a small tube or such a capillary or such a cannula is preferably only slightly larger than the diameter of the optical waveguide lens LWLL and the diameter DLWL of the optical waveguide LWL.

Um den Zutritt von Fremdlicht im Betrieb zum Sensorelement NV zu minimieren, ist es sinnvoll, wenn der erste Spalt zwischen dem Rand des Kanals KN und dem ersten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist. Aus dem gleichen Grund ist es sinnvoll, wenn der zweite Spalt zwischen dem Rand des zweiten Kanals KN und dem zweiten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist und/oder wenn der gemeinsame Spalt zwischen dem Rand des Kanals KN und dem gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch im Wesentlichen nicht transparenten Füllmasse FM ganz oder teilweise verschlossen ist. Die gemeinsame Füllmasse FM kann den jeweiligen Lichtwellenleiter am Gehäuse des Sensorkopfes SK befestigen.In order to minimize the access of extraneous light to the sensor element NV during operation, it is useful if the first gap between the edge of the channel KN and the first optical fiber LWL is completely or partially closed with an optically opaque filling compound FM. For the same reason, it is useful if the second gap between the edge of the second channel KN and the second optical fiber LWL is completely or partially closed with an optically opaque filling compound FM and/or if the common gap between the edge of the channel KN and the common optical fiber LWL is completely or partially closed with an optically essentially opaque filling compound FM. The common filling compound FM can attach the respective optical fiber to the housing of the sensor head SK.

Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere in Form eines Empfängerausgangssignals S0 zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere aus dem Empfängerausgangssignal S0 und insbesondere mittels eines Lock-In-Verstärkers LIV oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung, zu ermitteln. Schließlich ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL eine Anzeige oder eine andere Signalisierung vorzunehmen.The device is preferably designed to determine the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL, in particular in the form of a receiver output signal S0. Furthermore, the device is preferably designed to determine the temporal value profile of the amplitude value of the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL from the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL, in particular from the receiver output signal S0 and in particular by means of a lock-in amplifier LIV or a functionally equivalent sub-device. Finally, the device is preferably designed to provide a display or other signaling depending on the determined temporal value profile of the amplitude value of the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL.

Vorzugsweise ist die vorschlagsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines Hochpassfilters oder eines funktionsäquivalenten Filters, aus dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL einen Wechselanteil und/oder Gleichanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln.Preferably, the device according to the proposal is designed to determine, in particular by means of a high-pass filter or a functionally equivalent filter, an alternating component and/or a direct component of the temporal course of the amplitude value of the temporal value course of the intensity of the fluorescence radiation FL from the temporal course of the amplitude value of the temporal value course of the intensity of the fluorescence radiation FL.

Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, insbesondere mittels eines zweiten Tiefpasses TP2, einen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln. Dieser Gleichanteil kann die Vorrichtung zur Überwachung des Sensorelements NV und der optischen Strecke nutzen und Abweichungen von Erwartungswerten feststellen. Hierzu vergleicht die Vorrichtung den Wert des Gleichanteils mit einem Erwartungswertintervall. Liegt der Wert des Gleichanteils außerhalb des Erwartungswertintervalls, so schließt die Vorrichtung bevorzugt auf einen Fehler und löst entsprechende Maßnahmen aus. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise sein, dass die Halbbrückensteuerung CTR über einen externen Datenbus EXTDB eine Signalisierung an ein übergeordnetes Rechnersystem übermittelt, das dann alles Weitere veranlasst.Preferably, the device is designed to determine, in particular by means of a second low-pass filter TP2, a low-frequency DC component in the temporal progression of the amplitude value of the temporal progression of the intensity of the fluorescence radiation FL. The device can use this DC component to monitor the sensor element NV and the optical path and to determine deviations from expected values. To do this, the device compares the value of the DC component with an expected value interval. If the value of the DC component is outside the expected value interval, the device preferably concludes that there is an error and initiates appropriate measures. One such measure can be, for example, that the half-bridge control CTR transmits a signal to a higher-level computer system via an external data bus EXTDB, which then initiates everything else.

Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, diesen niederfrequenten Gleichanteil im zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL von dem zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL abzutrennen und so den Wechselanteil des zeitlichen Verlaufs des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL zu ermitteln.Preferably, the device is designed to separate this low-frequency direct component in the temporal progression of the amplitude value of the temporal value progression of the intensity of the fluorescence radiation FL from the temporal progression of the amplitude value of the temporal value progression of the intensity of the fluorescence radiation FL and thus to determine the alternating component of the temporal progression of the amplitude value of the temporal value progression of the intensity of the fluorescence radiation FL.

Eine beispielhafte Anwendung des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL ist die Vermessung eines Magnetfelds eines ferromagnetischen Materials FM. Die Verwendungen des vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL und des Sensorkopfes SK sind hierauf aber nicht beschränkt. Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV vor. Dabei weist das Sensorelement NV ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter LWL ist, dass das Trägermaterial TM bevorzugt ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischer Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.An example application of the proposed optical waveguide LWL is the measurement of a magnetic field of a ferromagnetic material FM. The uses of the proposed optical waveguide LWL and the sensor head SK are not limited to this, however. The document presented here proposes an optical waveguide LWL with the sensor element NV for such and other applications with similar measuring tasks. The sensor element NV has a carrier material TM in which a large number of diamonds DM are embedded. One or more or all of the diamonds DM of these diamonds DM have one or more NV centers NVZ and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the sensor element NV and/or the other paramagnetic centers of the sensor element NV emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB. The special feature of the optical waveguide LWL proposed in the document presented here is that the carrier material TM is preferably a carrier material TM cured by means of electromagnetic radiation and that the carrier material TM is essentially transparent after curing for radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB with which the NV centers NVZ and/or the other paramagnetic centers are pumped. Essentially means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the device for the application in question is still ensured. Likewise, the carrier material TM should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB of the NV centers NVZ or paramagnetic centers. Essentially means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the device for the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier medium TM, the production of such an optical waveguide LWL is particularly simple and process-reliable with a high C pk value.

Die hier vorgelegte Schrift schlägt als Anwendungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Flussdichte B in einem Kanal KN eines Sensorkopfes SK und/oder im Streufeld BSTR eines Permanentmagneten PM des Sensorkopfes SK vor. Der Sensorkopf SK weist bevorzugt ein Sensorelement NV mit einem Trägermittel TM auf. In das Trägermittel TM sind vorzugsweise eine Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM eingebettet. Bevorzugt umfasst das Trägermaterial TM Glas und/oder einen ausgehärteten Kunststoff. Das Trägermaterial TM fixiert die Diamanten DM gegenüber dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL und verhindert eine Repositionierung der Diamanten DM. Bevorzugt ist das Trägermaterial TM nach der Verfestigung im Herstellungsprozess für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB und für Strahlung mir der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren in den Diamanten DM bzw. Nanodiamanten transparent. Einer oder mehrere oder alle Diamanten bzw. Nanodiamanten DM dieser Diamanten bzw. Nanodiamanten DM weisen typischerweise NV-Zentren NVZ auf. Die magnetische Flussdichte B im Streufeld BSTR des Magnetfelds des Permanentmagneten PM wirkt auf die NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren im Sensorelement NV des Sensorkopfes SK ein. Typischerweise bewirkt die magnetische Flussdichte B eine Reduktion der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren im Sensorelement NV. Das Sensorkopfgehäuse GH besitzt vorzugsweis einen ersten Kanal KN für die Zuführung von Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV über einen Lichtwellenleiter LWL oder über dergleichen optischen System. Die Pumpstrahlung LB besitzt im Falle von NV-zentren als paramagnetischen Zentren bevorzugt eine Pumpstrahlungswellenlänge λpmp in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eindeutig eine Wellenlänge von 532 nm als Pumpstrahlungswellenlänge λpmp. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle PL mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge λpmp geeignet. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV emittieren typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB der oben beschriebenen Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eine Fluoreszenzstrahlung FL mit einer typischen Fluoreszenzwellenlänge λfl von ca. 637nm bei NV-Zentren NVZ. Andere Wellenlängen können durch plasmonische Kopplung mit metallischen Nanokristallen in dem Trägermaterial TM erreicht werden. Die optischen Eigenschaften der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren im Sensorelement NV können durch Kombination der Nanodiamanten bzw. Diamanten DM im Trägermaterial TM des Sensorelements NV mit metallischen Nanopartikeln modifiziert werden. Das Sensorkopfgehäuse GH weist bevorzugt einen zweiten Kanal KN für den Austritt von Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV zu einem Fotodetektor PD hin auf. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist darüber hinaus eine Teilvorrichtung, insbesondere einen dichroitischen Spiegel F1, auf, um die Fluoreszenzstrahlung FL von der Pumpstrahlung LB zu trennen, sodass im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL und möglichst keine Pumpstrahlung LB auf den Fotodetektor PD fällt. Diese Teilvorrichtung in Form eines Filters F1 oder dichroitischen Spiegel lässt bevorzugt die Passage von Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung FL - z.B. 637nm bei NV-Zentren NVZ mit einem Phononenseitenband von 637nm bis 850 nm - in Richtung des Fotodetektors PD passieren, während es die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL und somit die modulierte Pumpstrahlung LB nicht passieren lässt oder so führt, dass sie den Fotodetektor PD nicht trifft oder beeinflusst. Der Fotodetektor PD wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung FL in ein Empfängerausgangsignal S0. Die Vorrichtung wertet das Empfängerausgangssignal S0 aus, um Informationen über die Werte magnetischer Materialparameter des Materials an der Oberfläche OF eines Werkstücks zu erlangen oder Informationen zu erlangen, die diese Information umfassen. Vorzugsweise umfasst das Material des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF ein ferromagnetisches Material FM.The document presented here proposes, as an application example, a device for detecting the magnetic flux density B in a channel KN of a sensor head SK and/or in the stray field BSTR of a permanent magnet PM of the sensor head SK. The sensor head SK preferably has a sensor element NV with a carrier TM. A large number of diamonds or nanodiamonds DM are preferably embedded in the carrier TM. The carrier material TM preferably comprises glass and/or a hardened plastic. The carrier material TM fixes the diamonds DM relative to the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL and prevents repositioning of the diamonds DM. Preferably, the carrier material TM is transparent after solidification in the manufacturing process for radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB and for radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the diamonds DM or nanodiamonds. One or several or all of the diamonds or nanodiamonds DM of these diamonds or nanodiamonds DM typically have NV centers NVZ. The magnetic flux density B in the stray field BSTR of the magnetic field of the permanent magnet PM acts on the NV centers NVZ or the paramagnetic centers in the sensor element NV of the sensor head SK. The magnetic flux density B typically causes a reduction in the intensity of the fluorescence radiation FL of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the sensor element NV. The sensor head housing GH preferably has a first channel KN for supplying pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element NV via an optical fiber LWL or via a similar optical system. In the case of NV centers as paramagnetic centers, the pump radiation LB preferably has a pump radiation wavelength λ pmp in a wavelength range of 400 nm to 700 nm wavelength and/or better 450 nm to 650 nm and/or better 500 nm to 550 nm and/or better 515 nm to 540 nm. A wavelength of 532 nm is clearly preferred as the pump radiation wavelength λ pmp . In the case of NV centers in diamond or in diamonds, a laser diode from Osram of the type PLT5 520B is suitable, for example, as a pump radiation source PL with 520 nm pump radiation wavelength λ pmp . The NV centers NVZ of the sensor element NV typically emit when irradiated with pump radiation LB of the above described pump radiation wavelength λ pmp a fluorescence radiation FL with a typical fluorescence wavelength λ fl of approx. 637 nm at NV centers NVZ. Other wavelengths can be achieved by plasmonic coupling with metallic nanocrystals in the carrier material TM. The optical properties of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the sensor element NV can be modified by combining the nanodiamonds or diamonds DM in the carrier material TM of the sensor element NV with metallic nanoparticles. The sensor head housing GH preferably has a second channel KN for the exit of fluorescence radiation FL of the sensor element NV to a photodetector PD. The proposed device also has a sub-device, in particular a dichroic mirror F1, to separate the fluorescence radiation FL from the pump radiation LB, so that essentially only fluorescence radiation FL and if possible no pump radiation LB falls on the photodetector PD. This sub-device in the form of a filter F1 or dichroic mirror preferably allows the passage of radiation with the fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation FL - e.g. 637 nm at NV centers NVZ with a phonon sideband of 637 nm to 850 nm - in the direction of the photodetector PD, while it does not allow the radiation with the pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB of the pump radiation source PL and thus the modulated pump radiation LB to pass or guides it in such a way that it does not hit or influence the photodetector PD. The photodetector PD converts the intensity signal of the fluorescence radiation FL into a receiver output signal S0. The device evaluates the receiver output signal S0 in order to obtain information about the values of magnetic material parameters of the material on the surface OF of a workpiece or to obtain information comprising this information. Preferably, the material of the workpiece in the vicinity of the surface OF comprises a ferromagnetic material FM.

Die vorgeschlagene Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Magnetfeld des Permanentmagnete PM und des ferromagnetischen Materials FM des Werkstücks durch Zuleitungen wie z.B. bei der Magnetfeldmessung mit Hall-Sensoren nicht gestört wird. Des Weiteren ist das Sensorelement NV vollkommen diamagnetisch. Eine Rückwirkung von Feldern des Werkstücks auf die Auswertelektronik des Sensorsystems über das Sensorelement NV und den Sensorkopf SK und den Lichtwellenleiter LWL ist wegen der galvanischen Trennung sehr unwahrscheinlich. Dadurch kann das System auch in Hochspannungssystemen mit Werkstücken, die auf sehr hohen elektrischem Potenzial liegen, eingesetzt werden. Auch ist es denkbar, dass das Werkstück sehr heiß oder sehr kalt ist. Ein Temperaturbereich von 0°C bis 80°C ist möglich. Bei entsprechender Ausgestaltung des Sensorkopfes, des Lichtwellenleiters LWL, der mechanischen Hülle MH, des Trägermaterials TM und des Materials des Sensorkopfgehäuses GH sind Temperaturen bis 700°C und bis zum absoluten Nullpunkt für das Werkstück und das ferromagnetische Material FM denkbar. Systeme aus dem Stand der Technik zeigen dies nichtThe proposed device has the advantage that the magnetic field of the permanent magnet PM and the ferromagnetic material FM of the workpiece is not disturbed by supply lines, such as when measuring magnetic fields with Hall sensors. Furthermore, the sensor element NV is completely diamagnetic. A reaction of fields from the workpiece to the evaluation electronics of the sensor system via the sensor element NV and the sensor head SK and the optical fiber LWL is very unlikely due to the galvanic isolation. This means that the system can also be used in high-voltage systems with workpieces that have a very high electrical potential. It is also conceivable that the workpiece is very hot or very cold. A temperature range of 0°C to 80°C is possible. With appropriate design of the sensor head, the optical fiber LWL, the mechanical casing MH, the carrier material TM and the material of the sensor head housing GH, temperatures of up to 700°C and down to absolute zero for the workpiece and the ferromagnetic material FM are conceivable. State-of-the-art systems do not show this

Bevorzugt befinden sich NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV nicht im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM.Preferably, NV centers NVZ or the paramagnetic centers of the sensor element NV are not located in the stray field BSTR of the permanent magnet PM.

Bevorzugt sind die Diamanten bzw. Nanodiamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert. Dies hat den fertigungstechnischen Vorteil, dass eine Ausrichtung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM nicht mehr notwendig ist und die das Herstellverfahren zur Herstellung des Sensorelements beispielsweise Diamantpulver mit einer sehr großen Anzahl sehr kleiner Diamanten bzw. Nanodiamanten DM verwenden kann. Ein Sensorelement NV mit einer solchen ungeordneten Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM hat den Vorteil, dass die Messung der magnetischen Flussdichte B isotrop ist. Das bedeutet, dass das Sensorelement NV nur den Betrag der magnetischen Flussdichte B erfasst, nicht jedoch die Richtung. Dies hat den Vorteil, dass eine Ausrichtung des Sensorelements NV und des Lichtwellenleiters LWL im Sensorkopf SK nicht mehr notwendig ist. Die Montage eines solchen Sensorelements NV können Hilfskräfte oder wenig präzise maschinelle Vorrichtungen übernehmen, die das Sensorelement NV mit dem Lichtwellenleiter LWL nur in einen dafür vorgesehenen Kanal KN im Sensorkopfgehäuse GH stecken und dort beispielsweise mittels Klebung oder Verschraubung befestigen müssen. Hierdurch sinken die Fertigungskosten für einen solchen Sensorkopf SK drastisch. Um die räumliche Isotropie zu erreichen, ist es daher vorteilhaft, wenn die Orientierung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM stochastisch im Sensorelement NV im Wesentlichen gleichverteilt ist.Preferably, the diamonds or nanodiamonds DM in the carrier material TM are oriented substantially differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the manufacturing advantage that alignment of the diamonds or nanodiamonds DM is no longer necessary and the manufacturing process for producing the sensor element can use, for example, diamond powder with a very large number of very small diamonds or nanodiamonds DM. A sensor element NV with such a disordered multitude of diamonds or nanodiamonds DM has the advantage that the measurement of the magnetic flux density B is isotropic. This means that the sensor element NV only detects the amount of the magnetic flux density B, but not the direction. This has the advantage that alignment of the sensor element NV and the optical fiber LWL in the sensor head SK is no longer necessary. The assembly of such a sensor element NV can be carried out by assistants or less precise mechanical devices, which only have to insert the sensor element NV with the optical fiber LWL into a channel KN provided for this purpose in the sensor head housing GH and fasten it there, for example by means of gluing or screwing. This drastically reduces the manufacturing costs for such a sensor head SK. In order to achieve spatial isotropy, it is therefore advantageous if the orientation of the diamonds or nanodiamonds DM is stochastically distributed essentially evenly in the sensor element NV.

Im Zuge der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments hat die Anmelderin erkennt, dass es entsprechend den vorausgehenden Ausführungen auch vorteilhaft ist, wenn das Sensorelement NV sich im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM befindet.In the course of developing the technical teaching of this document, the applicant has recognized that, in accordance with the preceding statements, it is also advantageous if the sensor element NV is located in the stray field BSTR of the permanent magnet PM.

Um die Anzahl der Lichtwellenleiter LWL zu minimieren und die Modifikationen am Sensorkopf SK gering zu halten, ist es vorteilhaft einen einzigen Lichtwellenleiter LWL für die Zuführung der Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zum Sensorelement NV und für die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement NV zum Fotodetektor PD zu benutzen. In dem Fall ist nur ein einziger Kanal KN für die Montage des Lichtwellenleiters LWL im Sensorkopfgehäuse GH notwendig, sodass dann der erste Kanal KN mit dem zweiten Kanal KN e identisch ist. Der folgende Text bezeichnet dann einen solchen Kanal KN als gemeinsamen Kanal KN.In order to minimize the number of optical fibers LWL and to keep the modifications to the sensor head SK to a minimum, it is advantageous to use a single optical fiber LWL for supplying the pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element NV and for returning the fluorescence resence radiation FL from the sensor element NV to the photodetector PD. In this case, only a single channel KN is necessary for mounting the optical waveguide LWL in the sensor head housing GH, so that the first channel KN is identical to the second channel KN e. The following text then refers to such a channel KN as a common channel KN.

Somit umfasst der vorschlagsgemäße Sensorkopf SK ein Sensorelement NV mit einer Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM mit NV-Zentren NVZ und/oder anderen paramagnetischen Zentren in einem Trägermaterial TM und einen ersten Lichtwellenleiter LWL, an dem das Sensorelement NV befestigt ist, wobei der Lichtwellenleiter LWL die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV transportiert, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement NV bestrahlt und die NV-Zentren NVZ bzw. die paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV Fluoreszenzstrahlung FL abgeben, die der Lichtwellenleiter LWL erfasst und in Richtung auf den Fotodetektor PD zurücktransportiert.Thus, the proposed sensor head SK comprises a sensor element NV with a plurality of diamonds or nanodiamonds DM with NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers in a carrier material TM and a first optical waveguide LWL to which the sensor element NV is attached, wherein the optical waveguide LWL transports the pump radiation LB of the pump radiation source PL to the sensor element NV, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element NV and the NV centers NVZ or the paramagnetic centers of the sensor element NV emit fluorescence radiation FL, which the optical waveguide LWL detects and transports back towards the photodetector PD.

Der Lichtwellenleiter LWL kann dabei parallel oder senkrecht zur Achse AX des Permanentmagneten PM im Sensorkopf SK eingebracht werden, wobei sich dann das Sensorelement NV bevorzugt im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM befindet.The optical fiber LWL can be inserted parallel or perpendicular to the axis AX of the permanent magnet PM in the sensor head SK, whereby the sensor element NV is then preferably located in the stray field BSTR of the permanent magnet PM.

Sofern die Rückführung der Fluoreszenzstrahlung FL vom Sensorelement NV zum Fotodetektor PD separat von der Hinführung der Pumpstrahlung LB zum Sensorelement NV erfolgen soll, umfasst in diesem Fall der Sensorkopf SK bevorzugt einen zweiten Lichtwellenleiter LWL, der Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV erfasst, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung des Fotodetektors PD transportiert.If the return of the fluorescence radiation FL from the sensor element NV to the photodetector PD is to take place separately from the supply of the pump radiation LB to the sensor element NV, in this case the sensor head SK preferably comprises a second optical waveguide LWL, which detects the fluorescence radiation FL of the sensor element NV and transports the fluorescence radiation FL in the direction of the photodetector PD.

Wie oben ausgeführt, ist jedoch bevorzugt der erste Lichtwellenleiter LWL mit dem zweiten Lichtwellenleiter LWL identisch. Das hier vorgelegte Dokument bezeichnet im Folgenden einen solchen Lichtwellenleiter LWL als gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Ein solche gemeinsamer Lichtwellenleiter LWL spart Kalibrationsaufwand und reduziert die Montagekomplexität und spart Material und ist daher vorteilhaft. Insbesondere werden die notwendigen Modifikationen am Sensorkopf SK selbst reduziert.As stated above, however, the first optical fiber LWL is preferably identical to the second optical fiber LWL. The document presented here refers to such an optical fiber LWL as a common optical fiber LWL. Such a common optical fiber LWL saves calibration effort and reduces assembly complexity and saves material and is therefore advantageous. In particular, the necessary modifications to the sensor head SK itself are reduced.

Der erste Lichtwellenleiter LWL weist ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Der zweite Lichtwellenleiter LWL weist ebenfalls ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL weist ebenso ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Das hier vorgelegte Dokument schlägt nun vor, das Sensorelement NV an dem ersten Ende ELWL1 des ersten Lichtwellenleiters LWL und/oder zweiten Lichtwellenleiters LWL oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL zu befestigen, um die optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement NV zu stabilisieren.The first optical waveguide LWL has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The second optical waveguide LWL also has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The common optical waveguide LWL also has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The document presented here now proposes attaching the sensor element NV to the first end ELWL1 of the first optical waveguide LWL and/or second optical waveguide LWL or the common optical waveguide LWL in order to stabilize the optical coupling between the optical waveguide LWL and the sensor element NV.

Wenn nun das erste Ende ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL von dem Trägermaterial TM des Sensorelements NV umhüllt ist, ergibt sich eine besonders gute Stabilisierung dieser optischen Kopplung.If the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL is covered by the carrier material TM of the sensor element NV, a particularly good stabilization of this optical coupling results.

Bevorzugt bildet dabei eine Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Die Mittelline ML entspricht typischerweise der optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL. Eine solche ebene Endfläche EF ermöglicht eine verbesserte Auskopplung der elektromagnetischen Pumpstrahlung LB aus dem Lichtwellenleiter LWL und eine verbesserte optische Einkopplung der Fluoreszenzstrahlung FL in den Lichtwellenleiter LWL. Bevorzugt ist der Abstand eines oder bevorzugt mehrerer Diamanten bzw. Nanodiamanten DM von dieser ebenen Endfläche EF kleiner als die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und/oder besser kleiner als ½ der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/4 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/8 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/10 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/20 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/50 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/100 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, , und/oder besser kleiner als 1/200 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/500 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp, und/oder besser kleiner als 1/1000 der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp.Preferably, an end face EF of the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL forms a flat end face EF perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. The center line ML typically corresponds to the optical axis of the optical waveguide LWL. Such a flat end face EF enables improved coupling of the electromagnetic pump radiation LB from the optical waveguide LWL and improved optical coupling of the fluorescence radiation FL into the optical waveguide LWL. Preferably, the distance of one or preferably several diamonds or nanodiamonds DM from this flat end surface EF is smaller than the pump radiation wavelength λ pmp and/or better smaller than ½ the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/4 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/8 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/10 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/20 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/50 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/100 of the pump radiation wavelength λ pmp , , and/or better smaller than 1/200 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/500 of the pump radiation wavelength λ pmp , and/or better smaller than 1/1000 of the pump radiation wavelength λ pmp .

Die Mittenlinie ML, die eine gedachte Hilfskonstruktion zur Verdeutlichung des Sachverhalts ist, durchstößt die Endfläche EF an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF. Die Dicke dl des Trägermaterials TM ist bevorzugt an diesem Mittelpunkt MP dicker ist als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL. Dies hat den Vorteil, dass Licht durch die Grenzfläche Trägermaterial TM/ Luft in den Lichtwellenleiter LWL zurückgespiegelt wird und dass dann die Effizienz und der Wirkungsgrad steigt.The center line ML, which is an imaginary auxiliary construction to clarify the situation, penetrates the end surface EF at a center point MP of the end surface EF. The thickness d l of the carrier material TM is preferably thicker at this center point MP than the thickness d r at other points of the end surface EF of the first end of the first and/or the second or the common optical waveguide LWL. This has the advantage that light is reflected back into the optical waveguide LWL through the interface between the carrier material TM and air, and that the efficiency and effectiveness then increase.

Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL. Der Durchmesser DLWLL der Linse LWLL kann aber auch so groß wie der der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL sein, was aber nach den Erfahrungen bei der Ausarbeitung der technischen Lehre dieses Dokuments nicht optimal ist.Preferably, the carrier material TM therefore forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. The diameter D LWLL of the lens LWLL is typically smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL. The diameter D LWLL of the lens LWLL can also be as large as the diameter D LWL of the optical waveguide LWL, but this is not optimal based on experience in preparing the technical teaching of this document.

Bevorzugt ist der der erste Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der zweite Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise ebenfalls durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt ist der der gemeinsame Lichtwellenleiter LWL im Bereich des Sensorkopfes SK und/oder innerhalb des Sensorkopfes SK ganz oder teilweise in gleicher Weise durch eine mechanische Hülle MH umhüllt. Die mechanische Hülle MH stützt und schützt den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL gegen die rauen Bedingungen der jeweiligen Messsituation. Die mechanische Hülle MH innerhalb des Sensorkopfes SK muss den jeweiligen besondere Anforderungen hinsichtlich thermischer und chemischer Stabilität gegen Hitze und Betriebsflüssigkeiten erfüllen. Die mechanische Hülle MH ist daher bevorzugt aus Glasgewebe oder Keramik oder Kunststoff oder dergleichen gefertigt.Preferably, the first optical fiber LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is completely or partially covered by a mechanical sheath MH. Preferably, the second optical fiber LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is also completely or partially covered by a mechanical sheath MH. Preferably, the common optical fiber LWL in the area of the sensor head SK and/or within the sensor head SK is completely or partially covered in the same way by a mechanical sheath MH. The mechanical sheath MH supports and protects the respective optical fiber LWL against the harsh conditions of the respective measuring situation. The mechanical sheath MH within the sensor head SK must meet the respective special requirements with regard to thermal and chemical stability against heat and operating fluids. The mechanical sheath MH is therefore preferably made of glass fabric or ceramic or plastic or the like.

Die mechanische Hülle MH weist daher bevorzugt einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder umfasst diese oder besteht aus diesen im Extremfall. Die mechanische Hülle MH kann also aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt sein oder dieses umfassen.The mechanical casing MH therefore preferably comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material that is stable at temperatures above 100°C and/or a material that is stable at temperatures above 140°C and/or a material that is stable at temperatures above 170°C and/or a material that is stable at temperatures above 200°C and/or a material that is stable at temperatures above 250°C, or comprises these or, in extreme cases, consists of these. The mechanical casing MH can therefore be made of or comprise a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material that is stable at temperatures above 100°C and/or a material that is stable at temperatures above 140°C and/or a material that is stable at temperatures above 170°C and/or a material that is stable at temperatures above 200°C and/or a material that is stable at temperatures above 250°C.

Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle oder ein Schlauch, in die der jeweilige Lichtwellenleiter LWL hineingeschoben ist. Dies vereinfacht die Fertigung des Systems aus Lichtwellenleiter LWL, Sensorelement NV und mechanischer Hülle MH. Der Innendurchmesser Dro eines solchen Rohrs oder eines solchen Röhrchens oder einer solchen Kapillare oder einer solchen Kanüle oder eines solchen Schlauches ist bevorzugt nur ein Wenig größer als der Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL und der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL.Preferably, the mechanical sheath MH is at least partially a tube or a small tube or a capillary or a cannula or a hose into which the respective optical waveguide LWL is pushed. This simplifies the manufacture of the system comprising optical waveguide LWL, sensor element NV and mechanical sheath MH. The inner diameter D ro of such a tube or such a small tube or such a capillary or such a cannula or such a hose is preferably only slightly larger than the diameter of the optical waveguide lens LWLL and the diameter DLWL of the optical waveguide LWL.

Um den Zutritt von Fremdlicht im Betrieb zum Sensorelement NV zu minimieren, ist es sinnvoll, wenn der erste Spalt zwischen dem Rand des ersten Kanals KN und dem ersten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse ganz oder teilweise oder abschnittsweise verschlossen ist. Aus dem gleichen Grund ist es sinnvoll, wenn der zweite Spalt zwischen dem Rand des zweiten Kanals KN und dem zweiten Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch intransparenten Füllmasse ganz oder teilweise verschlossen oder abschnittsweise ist und/oder wenn der gemeinsame Spalt zwischen dem Rand des gemeinsamen Kanals KN und dem gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL mit einer optisch im Wesentlichen nicht transparenten Füllmasse ganz oder teilweise oder abschnittsweise verschlossen ist. Die gemeinsame Füllmasse kann den jeweiligen Lichtwellenleiter LWL im jeweiligen Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH befestigen.In order to minimize the access of extraneous light to the sensor element NV during operation, it is useful if the first gap between the edge of the first channel KN and the first optical fiber LWL is completely, partially or in sections closed with an optically opaque filling compound. For the same reason, it is useful if the second gap between the edge of the second channel KN and the second optical fiber LWL is completely, partially or in sections closed with an optically opaque filling compound and/or if the common gap between the edge of the common channel KN and the common optical fiber LWL is completely, partially or in sections closed with an optically essentially opaque filling compound. The common filling compound can secure the respective optical fiber LWL in the respective channel KN of the sensor head housing GH.

Bevorzugt ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere in Form eines Empfängerausgangssignals S0 zu ermitteln. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf des Amplitudenwerts des zeitlichen Werteverlaufs der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL aus dem zeitlichen Werteverlauf der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL, insbesondere aus dem Empfängerausgangssignal S0 und insbesondere mittels eines Lock-In-Verstärkers LIV oder einer funktionsäquivalenten Teilvorrichtung, zu ermitteln.Preferably, the device is designed to determine the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL, in particular in the form of a receiver output signal S0. Furthermore, the device is preferably designed to determine the temporal value profile of the amplitude value of the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL from the temporal value profile of the intensity of the fluorescent radiation FL, in particular from the receiver output signal S0 and in particular by means of a lock-in amplifier LIV or a functionally equivalent sub-device.

Das hier vorgelegte Dokument schlägt für solche und andere Anwendungen mit ähnlichen Messaufgaben einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV vor. Dabei weist das Sensorelement NV ein Trägermaterial TM auf, in dem eine Vielzahl von Diamanten bzw. Nanodiamanten DM eingebettet sind. Ein oder mehrere oder alle Diamanten bzw. Nanodiamanten DM dieser Diamanten DM weisen dabei ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere andere paramagnetischen Zentren auf. Die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Sensorelements NV emittieren bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL. Das Besondere des in dem hier vorgelegten Dokument vorgeschlagenen Lichtwellenleiter LWL ist, dass das Trägermaterial TM bevorzugt ein mittels elektromagnetischer Strahlung ausgehärtetes Trägermaterial TM ist und dass das Trägermaterial TM nach dem Aushärten für Strahlung mit einer Pumpstrahlungswellenlänge λpmp der Pumpstrahlung LB, mit der die NV-Zentren NVZ und/oder die anderen paramagnetischen Zentren gepumpt werden, im Wesentlichen transparent ist. Im Wesentlichen bedeutet dabei, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. In gleicherweise sollte das Trägermaterial TM für Strahlung mit einer Fluoreszenzwellenlänge λfl der Fluoreszenzstrahlung LB der NV-Zentren bzw. der paramagnetischen Zentren im Wesentlichen transparent sein. Im Wesentlichen bedeutet dabei wiederum, dass die unzweifelhaft auftretenden Verluste immer noch so gering sind, dass die Funktionsfähigkeit der betreffenden Anwendung immer noch gegeben ist. Durch die Aushärtung eines zuvor flüssigen Trägermittels TM ist die Fertigung eines solchen Lichtwellenleiters LWL besonders einfach und prozesssicher mit einem hohen Cpk-Wert zu fertigen.The document presented here proposes an optical waveguide LWL with a sensor element NV for such and other applications with similar measuring tasks. The sensor element NV has a carrier material TM in which a large number of diamonds or nanodiamonds DM are embedded. One or more or all diamonds or nanodiamonds DM of these diamonds DM have one or more NV centers NVZ and/or one or more other paramagnetic centers. The NV centers NVZ of the sensor element NV and/or the other paramagnetic centers of the sensor element NV emit at least a fluorescent radiation FL. The special feature of the optical waveguide LWL proposed in the document presented here is that the carrier material TM is preferably a carrier material TM cured by means of electromagnetic radiation and that the carrier material TM is essentially transparent after curing for radiation with a pump radiation wavelength λ pmp of the pump radiation LB with which the NV centers NVZ and/or the other paramagnetic centers are pumped. Essentially means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. Likewise, the carrier material TM should be essentially transparent for radiation with a fluorescence wavelength λ fl of the fluorescence radiation LB of the NV centers or the paramagnetic centers. Essentially means that the losses that undoubtedly occur are still so low that the functionality of the application in question is still ensured. By curing a previously liquid carrier medium TM, the production of such an optical waveguide LWL is particularly simple and process-reliable with a high C pk value.

In einer Variante des Lichtwellenleiters sind die Diamanten bzw. Nanodiamanten DM im Trägermaterial TM im Wesentlichen zueinander unterschiedlich mit einer jeweils im Wesentlichen unterschiedlichen Orientierung orientiert sind. Dies hat den Vorteil, dass sich das Sensorelement isotrop verhält und keine Vorzugsrichtung zeigt. Die Mischung verschiedenster Diamantkristalle homogenisiert die Messergebnisse und verbessert den Cpk-Wert.In one variant of the optical waveguide, the diamonds or nanodiamonds DM in the carrier material TM are essentially oriented differently from one another, each with a substantially different orientation. This has the advantage that the sensor element behaves isotropically and does not show a preferred direction. The mixture of various diamond crystals homogenizes the measurement results and improves the C pk value.

Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn im Trägermaterial TM die Orientierung der Diamanten bzw. Nanodiamanten DM stochastisch im Wesentlichen gleichverteilt ist.For the same reason, it is advantageous if the orientation of the diamonds or nanodiamonds DM in the carrier material TM is stochastically distributed essentially uniformly.

Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter LWL dazu eingerichtet oder bestimmt ist, Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL zu dem Sensorelement NV zu transportieren, sodass die Pumpstrahlung LB das Sensorelement NV mit Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp bestrahlt.Preferably, the optical waveguide LWL is designed or intended to transport pump radiation LB from the pump radiation source PL to the sensor element NV, so that the pump radiation LB irradiates the sensor element NV with radiation of the pump radiation wavelength λ pmp .

Der Lichtwellenleiter LWL ist bevorzugt ebenfalls dazu eingerichtet oder bestimmt, Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV zu erfassen, und die Fluoreszenzstrahlung FL in Richtung eines Fotodetektors PD zu transportieren.The optical waveguide LWL is preferably also designed or intended to detect fluorescent radiation FL of the sensor element NV and to transport the fluorescent radiation FL in the direction of a photodetector PD.

Der vorgeschlagene Lichtwellenleiter LWL weist wieder bevorzugt ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 auf. Das Trägermaterial TM bildet bevorzugt das Sensorelement NV und befestigt dieses Sensorelement NV an dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL.The proposed optical waveguide LWL again preferably has a first end ELWL1 and a second end ELWL2. The carrier material TM preferably forms the sensor element NV and attaches this sensor element NV to the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL.

Bevorzugt umhüllt das Trägermaterial TM des Sensorelements NV das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die mechanische Verbindung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Sensorelement NV.Preferably, the carrier material TM of the sensor element NV envelops the first end ELWL1 of the optical fiber LWL. This improves the mechanical connection between the optical fiber LWL and the sensor element NV.

Bevorzugt bildet eine Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine ebene Endfläche EF senkrecht zur Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement NV und umgekehrt.Preferably, an end surface EF of the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL forms a flat end surface EF perpendicular to the center line ML of the optical waveguide LWL. This improves the coupling of electromagnetic radiation from the core LWLC of the optical waveguide LWL into the sensor element NV and vice versa.

Die gedachte virtuelle Mittenlinie ML des Lichtwellenleiters LWL durchstößt die Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL an einem Mittelpunkt MP der Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt ist Dicke dl des Trägermaterials TM an diesem Mittelpunkt MP dicker als die Dicke dr an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Hierdurch formt sich ein optisches Funktionselement am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus. Dies verbessert die Auskopplung elektromagnetischer Strahlung aus dem Kern LWLC des Lichtwellenleiters LWL in das Sensorelement NV und umgekehrt.The imaginary virtual center line ML of the optical waveguide LWL penetrates the end face EF of the optical waveguide LWL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL at a center point MP of the end face EF of the optical waveguide LWL. Preferably, the thickness d l of the carrier material TM at this center point MP is thicker than the thickness d r at other points of the end face EF of the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This forms an optical functional element at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This improves the coupling of electromagnetic radiation from the core LWLC of the optical waveguide LWL into the sensor element NV and vice versa.

Bevorzugt formt daher das Trägermaterial TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL eine Linse LWLL aus, deren Durchmesser DLWLL vorzugsweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL oder so groß wie der der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL ist. Dies verringert das Messvolumen des Sensorelements und steigert damit die Ortsauflösung magnetischer Messungen. Somit kann dann das hier vorgestellte Verfahren mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung besonders kleine Risse RI in der Oberfläche OF des Materials des Werkstücks entdecken.Preferably, the carrier material TM therefore forms a lens LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL, the diameter D LWLL of which is preferably smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL or as large as the diameter D LWL of the optical waveguide LWL. This reduces the measuring volume of the sensor element and thus increases the spatial resolution of magnetic measurements. The method presented here can therefore then detect particularly small cracks RI in the surface OF of the material of the workpiece using the proposed device.

Bevorzugt ist der erste Lichtwellenleiter LWL ganz oder teilweise durch eine erste mechanische Hülle MH umhüllt. Bevorzugt umfasst die mechanische Hülle MH einen Keramikwerkstoff oder ein anderes nicht magnetisierbares und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabiles Material und/oder ein bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabiles Material oder weist ein solches Material auf. Dies schützt das Sensorelement NV und den Lichtwellenleiter LWL vor Beschädigung. Bevorzugt ist die mechanische Hülle MH aus einem Keramikwerkstoff oder aus einem anderen nicht magnetisierbaren und/oder elektrisch nichtleitendes Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 100°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 140°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 170°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 200°C stabilen Material und/oder aus einem bei Temperaturen oberhalb von 250°C stabilen Material gefertigt.Preferably, the first optical waveguide LWL is completely or partially covered by a first mechanical casing MH. Preferably, the mechanical casing MH comprises a ceramic material or another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or a material stable at temperatures above 100°C and/or a material stable at temperatures above 140°C and/or a material stable at temperatures above 170°C and/or a material stable at temperatures above 200°C and/or a material stable at temperatures above 250°C or has such a material. This protects the sensor element NV and the light waves conductor LWL from damage. The mechanical sheath MH is preferably made of a ceramic material or of another non-magnetizable and/or electrically non-conductive material and/or of a material that is stable at temperatures above 100°C and/or of a material that is stable at temperatures above 140°C and/or of a material that is stable at temperatures above 170°C and/or of a material that is stable at temperatures above 200°C and/or of a material that is stable at temperatures above 250°C.

Zur besseren Verarbeitung und Montage umfasst die mechanische Hülle MH bevorzugt zumindest abschnittweise ein Rohr oder Röhrchen oder eine Kapillare oder eine Kanüle oder einen Schlauch, insbesondere einen Gewebeschlauch.For better processing and assembly, the mechanical sheath MH preferably comprises at least in sections a tube or pipe or a capillary or a cannula or a hose, in particular a fabric hose.

Die Fluoreszenzstrahlung der NV-Zentren NVZ und/oder der anderen paramagnetischen Zentren in den Diamanten bzw. den Nanodiamanten DM des Trägermaterials TM und insbesondere die Fluoreszenzwellenlänge λfl derer Fluoreszenzstrahlung FL kann beispielsweise mittels plasmonischer Kopplung durch metallische Nanopartikel, die dem Trägermaterial TM ebenfalls beigemischt werden, modifiziert werden. In dem Fall kann dann beispielsweise das Trägermaterial TM metallische Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm aufweisen, die später dann in dem verfestigten Trägermaterial TM eingelagert sind. Dies verbessert die Anwendbarkeit in speziellen Anwendungsfällen.The fluorescence radiation of the NV centers NVZ and/or the other paramagnetic centers in the diamonds or the nanodiamonds DM of the carrier material TM and in particular the fluorescence wavelength λ fl of their fluorescence radiation FL can be modified, for example, by means of plasmonic coupling by metallic nanoparticles that are also mixed into the carrier material TM. In this case, the carrier material TM can then, for example, have metallic nanoparticles with a diameter of less than 200 nm and/or less than 100 nm and/or less than 50 nm and/or less than 20 nm and/or less than 10 nm and/or less than 5 nm, which are then later embedded in the solidified carrier material TM. This improves the applicability in special applications.

Die metallischen Nanopartikel wechselwirken dann typischerweise plasmonisch mit Diamanten bzw. Nanodiamanten DM in dem Trägermaterial TM und beeinflussen dann so die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten DM.The metallic nanoparticles then typically interact plasmonically with diamonds or nanodiamonds DM in the carrier material TM and thus influence the fluorescence radiation FL of these diamonds DM.

Diese metallischen Nanopartikel weisen typischerweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gadolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium auf. Wobei erstere besonders bevorzugt sind.These metallic nanoparticles typically comprise gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and/or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gadolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium. The former are particularly preferred.

Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassen eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop eines Elements weist dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis dieses Elements auf. Hinsichtlich der dieser Anteile und der Werte verweist das hier vorgelegte Dokument auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2020 125 178 A1 der Anmelderin. Diese Isotope weisen jeweils ein magnetisches Kernmoment µ auf oder nichtaufweisen je nach Isotop. Bevorzugt weisen die metallischen Nanopartikel bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf: 12C, 14C, 28Si, 30Si, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 76Ge,112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Zn, 122Zn, 124Zn 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188Os, 190Os, 192Os 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 190Pt, 192Pt, 194Pt, 196Pt, 198Pt 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy, 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu.The atoms of the metal of the nanoparticles comprise one or more elements of the periodic table. Each of these elements occurs in different isotopes in nature with a respective natural isotope mixing ratio. Each isotope of an element has a natural proportion corresponding to the natural isotope mixing ratio of this element. With regard to these proportions and the values, the document presented here refers to the German patent application EN 10 2020 125 178 A1 of the applicant. These isotopes each have a nuclear magnetic moment µ or not, depending on the isotope. Preferably, the metallic nanoparticles have an increased proportion in the isotope mixing ratio for at least one element that the metallic nanoparticles have compared to the natural proportion of the isotope mixing ratio for at least one of the following isotopes: 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn, 114 Zn, 116 Zn, 118 Zn, 120 Zn, 122 Zn, 124 Zn 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te, 128 Te, 130 Te, 24 Mg , 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca, 48 Ca, 84 Sr, 86 Sr, 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba, 46 Ti, 48 Ti, 50 Ti, 90 Zr, 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf, 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo, 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W, 184 W, 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os, 188 Os, 190 Os, 192 Os 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 64 Ni, 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd, 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd, 190 Pt, 192 Pt, 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt 64 Zn, 66 Zn, 68 Zn, 70 Zn, 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd, 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 162 Dy, 164 Dy , 162 Er, 164 Er, 166 Er, 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb, 174 Yb, 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U, 238 U, 244 Pu .

Der Lichtwellenleiter LWL weist typischerweise einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. In dem Trägermaterial TM formt das Trägermaterial TM bevorzugt ein optisches Funktionselement am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus. Dies verbessert wieder die besagte optische Kopplung zwischen Lichtwellenleiter LWL und Trägermaterial TM. Das optische Funktionselement wirkt dann so mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC des Lichtwellenleiters LWL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammen.The optical waveguide LWL typically has an optical waveguide core LWLC. In the carrier material TM, the carrier material TM preferably forms an optical functional element at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. This in turn improves the optical coupling between the optical waveguide LWL and the carrier material TM. The optical functional element then interacts optically with the optical waveguide core LWLC of the optical waveguide LWL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL.

Bevorzugt weist das optische Funktionselement eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM im Bereich des optischen Funktionselements, auf.The optical functional element preferably has an optical waveguide lens LWLL, in particular in the form of a thickening of the carrier material TM in the region of the optical functional element.

Das Wesentliche des hier vorgelegten Dokuments ist nun, dass es auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters LWL, wie er zuvor beschrieben und verwendet wurde, beschreibt und offenlegt. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:

  • Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;
  • • Bereitstellen 142 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Diamanten DM, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ der Diamanten DM des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
  • Benetzen 145 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM aufweist;
  • Einspeisen 150 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH, so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt.
  • Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement NV bildet.
The essence of the document presented here is that it also describes a method for producing an optical waveguide LWL as previously described and used, and The proposed procedure includes the following steps:
  • • Providing 140 an optical waveguide LWL, wherein the optical waveguide LWL has a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
  • • Providing 142 a liquid carrier material TM which can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds DM, preferably nanodiamonds, are embedded in the carrier material TM and wherein one or several or all diamonds DM of these diamonds DM have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the diamonds DM of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the diamonds DM of the carrier material TM emit at least one fluorescence radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
  • • Wetting 145 the first end of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM having the plurality of embedded diamonds DM;
  • • Feeding 150 electromagnetic radiation into the second end of the optical waveguide LWL, wherein the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , is selected such that the carrier material TM cures at the second end of the optical waveguide LWL and turns into a solid.
  • Removal 160 of the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, wherein the remaining film of the carrier material TM at the first end of the optical waveguide LWL forms the sensor element NV.

Typischerweise härtet das Trägermaterial TM nur teilweise aus, was die Bildung des optischen Funktionselements ermöglicht.Typically, the carrier material TM only partially cures, which enables the formation of the optical functional element.

Die elektromagnetischen Strahlung mit der Aushärtewellenlänge λH weist eine Eindringtiefe in das Trägermaterial TM auf, so dass das Trägermaterial TM nur bis zu einer Dicke dl des Trägermaterials aushärtet und so das optische Funktionselement bildet, was im Rahmen der Ausarbeitung der technischen Lehre dieser Schrift erst als überraschendes und vorteilhaftes Vorgehen erkannt wurde.The electromagnetic radiation with the curing wavelength λ H has a penetration depth into the carrier material TM, so that the carrier material TM only cures up to a thickness d l of the carrier material and thus forms the optical functional element, which was only recognized as a surprising and advantageous procedure in the context of the elaboration of the technical teaching of this document.

Die Strahlung der am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL zur Aushärtung eingespeisten Strahlung ist bevorzugt UV-Strahlung. Ganz besonders bevorzugt ist eine Strahlung zur Aushärtung mit einer Aushärtewellenlänge λH zwischen 320-380nm.The radiation fed into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL for curing is preferably UV radiation. Radiation for curing with a curing wavelength λ H between 320-380 nm is particularly preferred.

In bestimmten Anwendungsfällen können dem Trägermaterial TM Nanopartikel mit einem Durchmesser kleiner 200nm und/oder kleiner 100nm und/oder kleiner 50nm und/oder kleiner 20nm und/oder kleiner 10nm und/oder kleiner 5nm vor dem Bereitstellen beigemischt werden, sodass diese in dem Trägermaterial TM nach dem Aushärten eingelagert sind. Bevorzugt handelt es sich um metallische Nanopartikel.In certain applications, nanoparticles with a diameter of less than 200 nm and/or less than 100 nm and/or less than 50 nm and/or less than 20 nm and/or less than 10 nm and/or less than 5 nm can be mixed into the carrier material TM before it is provided, so that they are embedded in the carrier material TM after curing. These are preferably metallic nanoparticles.

Solche metallischen Nanopartikel wechselwirken mit Diamanten bzw. Nanodiamanten DM in dem Trägermaterial TM und können beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung FL dieser Diamanten bzw. Nanodiamanten DM beeinflussen.Such metallic nanoparticles interact with diamonds or nanodiamonds DM in the carrier material TM and can, for example, influence the fluorescence radiation FL of these diamonds or nanodiamonds DM.

Die metallischen Nanopartikel umfassen beispielsweise Gold und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Chrom und/oder Silizium und/oder Germanium und/oder Zinn und/oder Schwefel und/oder Selen und/oder Tellur und/oder Magnesium und/oder Kalzium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Chrom und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Eisen und/oder Ruthenium und/oder Osmium und/oder Nickel und/oder Zinn und/oder Kadmium und/oder Quecksilber und/oder Cerium und/oder Neodym und/oder Samarium und/oder Gadolinium und/oder Dysprosium und/oder Erbium und/oder Ytterbium und/oder Thorium und/oder Proactinium und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Mischungen derselben.The metallic nanoparticles include, for example, gold and/or platinum and/or palladium and/or graphite and/or graphene and/or chromium and/or silicon and/or germanium and/or tin and/or sulfur and/or selenium and/or tellurium and/or magnesium and/or calcium and/or strontium and/or barium and/or titanium and/or zirconium and/or hafnium and/or chromium and/or molybdenum and/or tungsten and/or iron and/or ruthenium and/or osmium and/or nickel and/or tin and/or cadmium and/or mercury and/or cerium and/or neodymium and/or samarium and/or gadolinium and/or dysprosium and/or erbium and/or ytterbium and/or thorium and/or proactinium and/or uranium and/or plutonium and/or mixtures thereof.

Die Atome des Metalls der Nanopartikel umfassten naturgemäß eines oder mehrerer Elemente des Periodensystems der Elemente. Jedes dieser Elemente tritt in verschiedenen Isotopen in der Natur mit einem jeweiligen natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Jedes Isotop weit in der Natur dabei einen natürlichen Anteil entsprechend dem natürlichen Isotopenmischungsverhältnis auf. Diese Isotope können ein magnetisches Kernmoment µ aufweisen oder nichtaufweisen je nach Isotop. Die metallischen Nanopartikel weisen bei zumindest einem Element, das die metallischen Nanopartikel aufweisen, einen erhöhten Anteil im Isotopenmischungsverhältnis gegenüber dem natürlichen Anteil des Isotopenmischungsverhältnisses für zumindest eines der folgenden Isotope auf :12C, 14C, 28Si, 30Si, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 76Ge,112Zn, 114Zn, 116Zn, 118Zn, 120Zn, 122Zn, 124Zn 16O, 18O, 32S, 34S, 36S, 74Se, 76Se, 78Se, 80Se, 82Se, 120Te, 122Te, 124Te, 126Te, 128Te, 130Te, 24Mg, 26Mg, 40Ca, 42Ca, 44Ca, 46Ca, 48Ca, 84Sr, 86Sr, 88Sr, 130Ba, 132Ba, 134Ba, 136Ba, 138Ba, 46Ti, 48Ti, 50Ti, 90Zr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 96Zr, 174Hf, 176Hf, 178Hf, 50Cr, 52Cr, 53Cr, 92Mo, 94Mo, 96Mo, 98Mo, 100Mo, 180W, 182W, 184W, 186W, 54Fe, 56Fe, 58Fe, 96Ru, 98Ru, 100Ru, 102Ru, 104Ru, 184Os, 186Os, 188Os, 190Os, 192Os 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni, 102Pd, 102Pd, 104Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 190Pt, 192Pt, 194Pt, 196Pt, 198Pt 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn, 106Cd, 108Cd, 110Cd, 112Cd, 114Cd, 116Cd, 196Hg, 198Hg, 200Hg, 202Hg, 204Hg 136Ce, 138Ce, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd, 144Sm, 146Sm, 148Sm, 150Sm, 152Sm, 154Sm, 152Gd, 154Gd, 156Gd, 158Gd, 160Gd, 156Dy, 158Dy, 160Dy, 162Dy, 164Dy, 162Er, 164Er, 166Er, 168Er, 170Er, 168Yb, 170Yb, 172Yb, 174Yb, 176Yb, 232Th, 234Pa, 234U, 238U, 244Pu. „Erhöht“ bedeutet dabei im Sinne dieses Dokuments, dass der Anteil im Isotopenmischverhältnis der vorstehenden Isotope um 50% oder mehr erhöht ist.The atoms of the metal in the nanoparticles naturally comprise one or more elements of the periodic table of elements. Each of these elements occurs in nature in various isotopes with a respective natural isotope mixing ratio. Each isotope in nature has a natural proportion corresponding to the natural isotope mixing ratio. These isotopes may or may not have a nuclear magnetic moment µ, depending on the isotope. The metallic nanoparticles have, for at least one element that the metallic nanoparticles have, an increased proportion in the isotope mixing ratio compared to the natural proportion of the isotope mixing ratio for at least one of the following isotopes: 12 C, 14 C, 28 Si, 30 Si, 70 Ge, 72 Ge, 74 Ge, 76 Ge, 112 Zn, 114 Zn, 116 Zn, 118 Zn, 120 Zn, 122 Zn, 124 Zn 16 O, 18 O, 32 S, 34 S, 36 S, 74 Se, 76 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se, 120 Te, 122 Te, 124 Te, 126 Te , 128 Te, 130 Te, 24 Mg, 26 Mg, 40 Ca, 42 Ca, 44 Ca, 46 Ca, 48 Ca, 84 Sr, 86 Sr, 88 Sr, 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 136 Ba, 138 Ba, 46 Ti, 48 Ti, 50 Ti, 90 Zr, 90 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr, 174 Hf, 176 Hf, 178 Hf, 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 92 Mo, 94 Mo, 96 Mo, 98 Mo, 100 Mo, 180 W, 182 W, 184 W, 186 W, 54 Fe, 56 Fe, 58 Fe, 96 Ru, 98 Ru, 100 Ru, 102 Ru, 104 Ru, 184 Os, 186 Os, 188 Os, 190 Os, 192 Os 58 Ni, 60 Ni, 62 Ni, 102 Pd, 102 Pd, 104 Pd , 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd, 190 Pt, 192 Pt, 194 Pt, 196 Pt, 198 Pt 64 Zn , 66 Zn , 68 Zn , 70 Zn , 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 112 Cd, 114 Cd, 116 Cd, 196 Hg, 198 Hg, 200 Hg, 202 Hg, 204 Hg 136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce, 142 Nd, 144 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd, 144 Sm, 146 Sm, 148 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm, 152 Gd, 154 Gd, 156 Gd, 158 Gd, 160 Gd, 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 162 Dy, 164 Dy, 162 Er, 164 Er, 166 Er, 168 Er, 170 Er, 168 Yb, 170 Yb, 172 Yb , 174 Yb, 176 Yb, 232 Th, 234 Pa, 234 U , 238 U , 244 Pu . For the purposes of this document, “increased” means that the proportion in the isotopic mixing ratio of the above isotopes is increased by 50% or more.

Der Lichtwellenleiter LWL weist einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. Das vorgeschlagene Verfahren formt bevorzugt in dem Trägermaterial TM beim Aushärten mit Strahlung der Aushärtewellenlänge λH ein optisches Funktionselement LWLL am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL aus, wobei die Strahlung der Aushärtewellenlänge λH über das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL eingespeist und dem Trägermaterial TM zugeführt wird.The optical waveguide LWL has an optical waveguide core LWLC. The proposed method preferably forms an optical functional element LWLL at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL in the carrier material TM during curing with radiation of the curing wavelength λ H , wherein the radiation of the curing wavelength λ H is fed in via the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and supplied to the carrier material TM.

Das dann so ausgeformte optische Funktionselement LWL kann dann mit dem Lichtwellenleiterkern LWLC am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL optisch zusammenwirken, wenn am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL optische Strahlung, insbesondere Pumpstrahlung LB mit der Pumpstrahlungswellenlänge λpmp eingespeist wird.The optical functional element LWL thus formed can then optically interact with the optical waveguide core LWLC at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL when optical radiation, in particular pump radiation LB with the pump radiation wavelength λ pmp , is fed into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL.

Das optische Funktionselement weist dann eine Lichtwellenleiterlinse LWLL, insbesondere in Form einer Verdickung des Trägermaterials TM aufweist.The optical functional element then has an optical waveguide lens LWLL, in particular in the form of a thickening of the carrier material TM.

Das hier vorgestellte Dokument schlägt als Trägermaterial TM beispielsweise ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, beispielsweise den optischen Norland Klebstoff 61 vor. Weitere Informationen sind zum Zeitpunkt der Anmeldung des hier vorgelegten Dokuments unter https://www.norlandprod.com/adhesives/noa%2061.html verfügbar.The document presented here suggests, for example, a clear, colorless, liquid photopolymer, such as Norland Optical Adhesive 61, as the carrier material TM. Further information is available at https://www.norlandprod.com/adhesives/noa%2061.html at the time of filing the document presented here.

Norland Optical Adhesive 61 („NOA 61“) ist ein klares, farbloses, flüssiges Fotopolymer, das unter ultraviolettem Licht aushärtet. Da es sich um ein Einkomponentensystem mit 100 % Feststoffanteil handelt, bietet es viele Vorteile bei Verklebungen, bei denen der Klebstoff UV-Licht ausgesetzt werden kann. Durch die Verwendung von NOA 61 entfällt das Vormischen, Trocknen oder Aushärten durch Wärme, wie es bei anderen Klebstoffsystemen üblich ist. Die Aushärtezeit ist kurz und hängt von der aufgetragenen Dicke und der verfügbaren UV-Lichtenergie ab. Es ist besonders sinnvoll, wenn das Trägermittel TM Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe erfüllt. NOA 61 erfüllt die Federal Specification MIL-A-3920 für optische Klebstoffe. Das Trägermaterial TM soll eine bestmögliche optische Verbindung zu Glasoberflächen, Metallen, Glasfasern und glasgefüllten Kunststoffen herstellen. NOA61 erfüllt diese Voraussetzung. Besonders günstig ist die Verwendung eines Trägermaterials TM, das für die Verklebung von Linsen, Prismen und Spiegeln für militärische, luft- und raumfahrttechnische und kommerzielle Optiken sowie für den Abschluss und das Spleißen von Glasfasern empfohlen ist. NOA61 erfüllt diese Voraussetzungen.Norland Optical Adhesive 61 (“NOA 61”) is a clear, colorless liquid photopolymer that cures under ultraviolet light. Because it is a one-component, 100% solids system, it offers many advantages in bonding applications where the adhesive can be exposed to UV light. Using NOA 61 eliminates the need for premixing, drying, or heat curing common with other adhesive systems. Cure time is short and depends on the thickness applied and the UV light energy available. It is particularly useful when the TM carrier meets Federal Specification MIL-A-3920 for optical adhesives. NOA 61 meets Federal Specification MIL-A-3920 for optical adhesives. The TM carrier is designed to provide the best possible optical bond to glass surfaces, metals, fiberglass, and glass-filled plastics. NOA61 meets this requirement. It is particularly advantageous to use a carrier material TM, which is recommended for bonding lenses, prisms and mirrors for military, aerospace and commercial optics, as well as for terminating and splicing optical fibers. NOA61 meets these requirements.

Das Trägermaterial TM soll sich außerdem durch hervorragende Klarheit, geringe Schrumpfung und Lichtflexibilität auszeichnen. Diese Eigenschaften sind wichtig, damit der Anwender qualitativ hochwertige Sensorelemente NV herstellen und eine langfristige Leistung unter wechselnden aggressiven Umgebungsbedingungen erzielen kann.The TM substrate material is also said to have excellent clarity, low shrinkage and light flexibility. These properties are important to enable the user to produce high-quality NV sensor elements and achieve long-term performance under changing aggressive environmental conditions.

NOA 61 härtet, wie für das Trägermaterial TM gewünscht, mit ultraviolettem Licht aus, wobei die maximale Absorption im Bereich von 320-380 Nanometern für die Aushärtewellenlänge λH liegt und die höchste Empfindlichkeit bei 365 nm erreicht wird. Die empfohlene Energie für die vollständige Aushärtung beträgt 3 Joule/cm2 bei diesen Wellenlängen. Die Aushärtung wird durch Sauerstoff nicht gehemmt, so dass alle Bereiche, die mit Luft in Berührung kommen, zu einem nicht klebrigen Zustand aushärten, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden.NOA 61 cures with ultraviolet light as desired for the substrate TM, with maximum absorption in the range of 320-380 nanometers for the curing wavelength λ H and highest sensitivity achieved at 365 nm. The recommended energy for complete cure is 3 Joules/cm 2 at these wavelengths. Curing is not inhibited by oxygen, so all areas in contact with air will cure to a non-tacky state when exposed to ultraviolet light.

Bei den meisten optischen Anwendungen erfolgt die Aushärtung in zwei Schritten. Zunächst erfolgt eine kurze, gleichmäßige Belichtung, die sogenannte Vorhärtung. Die Aushärtungszeit ist ausreichend lang, um die Verbindung zu verfestigen und zu ermöglichen, dass sie bewegt werden kann, ohne die Ausrichtung zu stören. Danach folgt eine längere Aushärtung unter UV-Licht, um eine vollständige Vernetzung und Lösungsmittelbeständigkeit des Klebstoffs zu erreichen. Die Aushärtung kann in 10 Sekunden mit einer 100-Watt-Quecksilberlampe bei 6" erfolgen. Wenn für die Ausrichtung eine längere Zeit erforderlich ist, kann sie mit einer Lichtquelle sehr geringer Intensität auf einige Minuten verlängert werden. Die endgültige Aushärtung kann mit der 100-Watt-Quecksilberlampe in 5 bis 10 Minuten erreicht werden.For most optical applications, curing is a two-step process. First, there is a short, uniform exposure to light, called pre-cure. The cure time is long enough to solidify the bond and allow it to be moved without disturbing the alignment. This is followed by a longer cure under UV light to achieve complete cross-linking and solvent resistance of the adhesive. Cure can be achieved in 10 seconds with a 100 watt mercury lamp at 6". If a longer time is required for alignment, it can be extended to several minutes using a very low intensity light source. Final cure can be achieved in 5 to 10 minutes with the 100 watt mercury lamp.

Die Vorhärtung ermöglicht es dem Anwender, den Lichtwellenleiter LWL bei Bedarf schnell auszurichten und zu fixieren, und minimiert die Anzahl der erforderlichen Haltevorrichtungen. Nach der Vorfixierung kann überschüssiger Klebstoff mit einem mit Alkohol oder Aceton als beispielhaftes Lösungsmittel angefeuchteten Tuch abgewischt werden. Die Lichtwellenleiter LWL sollten zu diesem Zeitpunkt geprüft und Ausschuss in Methylenchlorid separiert werden. Der beschichtete Bereich der Sensorelemente NV muss in dem Lösungsmittel eingeweicht werden und löst sich normalerweise über Nacht. Die Zeit, die benötigt wird, um das Trägermaterial TM zu lösen, hängt vom Ausmaß der Aushärtung und der Größe der Beschichtung ab.Pre-curing allows the user to quickly align and fix the fiber optic cable when needed and minimizes the number of fixtures required. After pre-fixing, excess adhesive can be wiped off with a cloth moistened with alcohol or acetone as an example solvent. The fiber optic cable should be inspected at this time and scrap should be placed in methylene chloride. The coated area of the sensor elements NV must be soaked in the solvent and will normally dissolve overnight. The time required to dissolve the carrier material TM depends on the extent of curing and the size of the coating.

Nach der Aushärtung weist NOA 61 eine sehr gute Haftung und Lösungsmittelbeständigkeit auf, aber es hat noch nicht seine optimale Haftung auf Glas erreicht. Diese wird durch eine Alterung über einen Zeitraum von etwa 1 Woche erreicht, in der sich eine chemische Verbindung zwischen Glas und Klebstoff bildet. Diese optimale Haftung kann auch durch eine Alterung bei 50° C für 12 Stunden in einem Temperaturschrank erreicht werden.After curing, NOA 61 has very good adhesion and solvent resistance, but it has not yet reached its optimum adhesion to glass. This is achieved by ageing for a period of about 1 week, during which a chemical bond is formed between the glass and the adhesive. This optimum adhesion can also be achieved by ageing at 50° C for 12 hours in a temperature cabinet.

NOA 61 hält vor der Alterung Temperaturen von -15°C bis 60° C stand, wenn es zum Beschichten des Lichtwellenleiters LWL verwendet wird. Nach der Alterung hält es Temperaturen von -150°C bis 125°C stand. Als Beschichtung auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters hält NOA 61 drei Stunden lang 260°C und beim Reflow-Löten stand. Hierdurch kann das Sensorelement NV bis zu diesen Temperaturen für die Messung der magnetischen Flussdichte B verwendet werden. Das hier vorgelegte Dokument schlägt daher die Verwendung eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL bei Temperaturen oberhalb von 100°C und/oder sogar oberhalb von 110°C und/oder sogar oberhalb von 120°C und/oder sogar oberhalb von 130°C und/oder sogar oberhalb von 140°C und/oder sogar oberhalb von 150°C und/oder sogar oberhalb von 160°C und/oder sogar oberhalb von 170°C und/oder sogar oberhalb von 180°C und/oder sogar oberhalb von 190°C und/oder sogar oberhalb von 200°C und/oder sogar oberhalb von 210°C und/oder sogar oberhalb von 220°C und/oder sogar oberhalb von 230°C und/oder sogar oberhalb von 240°C und/oder sogar oberhalb von 250°C und/oder sogar oberhalb von 260°C vor.Before aging, NOA 61 can withstand temperatures from -15°C to 60°C when used to coat the optical fiber LWL. After aging, it can withstand temperatures from -150°C to 125°C. As a coating on the surface of the optical fiber, NOA 61 can withstand 260°C for three hours and reflow soldering. This means that the NV sensor element can be used to measure the magnetic flux density B up to these temperatures. The document presented here therefore proposes the use of a proposed optical waveguide LWL at temperatures above 100°C and/or even above 110°C and/or even above 120°C and/or even above 130°C and/or even above 140°C and/or even above 150°C and/or even above 160°C and/or even above 170°C and/or even above 180°C and/or even above 190°C and/or even above 200°C and/or even above 210°C and/or even above 220°C and/or even above 230°C and/or even above 240°C and/or even above 250°C and/or even above 260°C.

Typische Eigenschaften eines Trägermittel sind ein Feststoffgehalt mehr als 80%%, eine Viskosität bei 25°C von mehr als 250 cps, ein Brechungsindex des gehärteten Trägermaterials TM von mehr als 1,2 eine Dehnung bei Bruch von weniger als 50% oder mehr als 25% je nach Anwendung, ein Elastizitätsmodul von weniger als (psi) 200.000, eine Zugfestigkeit von mehr als (psi) 3.000 und eine Härte von mehr als Shore D 60.Typical properties of a carrier are a solids content greater than 80%, a viscosity at 25°C greater than 250 cps, a refractive index of the cured carrier material TM greater than 1.2, an elongation at break of less than 50% or greater than 25% depending on the application, a modulus of elasticity less than (psi) 200,000, a tensile strength greater than (psi) 3,000 and a hardness greater than Shore D 60.

Typische Eigenschaften von NOA 61 als beispielhaftes Trägermittel sind ein Feststoffgehalt von 100%, eine Viskosität bei 25°C von 300 cps, en Brechungsindex des gehärteten Polymers von 1,56, eine Dehnung bei Bruch von 38%, ein Elastizitätsmodul von (psi) 150.000, eine Zugfestigkeit von (psi) 3.000 und eine Härte von Shore D 85.Typical properties of NOA 61 as an exemplary vehicle are a solids content of 100%, a viscosity at 25°C of 300 cps, a refractive index of the cured polymer of 1.56, an elongation at break of 38%, a modulus of elasticity (psi) of 150,000, a tensile strength (psi) of 3,000 and a hardness of Shore D 85.

VorteilAdvantage

Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.

  • • Sensor ist galvanisch getrennt
  • • Diamagnetischer Messkopf (Sensor beeinflusst Messung nicht)
  • • Unanfällig gegenüber elektrostatischen Störungen
  • • Kleines Messvolumen (Fibercore- Durchmesser 9µm) bis 1000µm), Dicke des Materials an der Spitze variabel
  • • Messfrequenz DC bis zu MHz Bereich
  • • Gleicher Sensor für DC / AC Magnetfeldanregung
But the advantages are not limited to this.
  • • Sensor is galvanically isolated
  • • Diamagnetic measuring head (sensor does not affect measurement)
  • • Not susceptible to electrostatic interference
  • • Small measuring volume (fiber core diameter 9µm) to 1000µm), thickness of the material at the tip variable
  • • Measuring frequency DC up to MHz range
  • • Same sensor for DC / AC magnetic field excitation

Merkmale des VorschlagsFeatures of the proposal

Die Liste der Merkmale Beschreibt lediglich bevorzugte Abhängigkeiten. Die technische Lehre dieses Dokuments ist hierauf nicht beschränkt. Auch Untermerkmale können mit anderen Merkmalen und Teilen der Beschreibung kombiniert werden. Solche Kombinationen sind ausdrücklicher Teil der Offenbarung des hier vorgelegten DokumentsThe list of features only describes preferred dependencies. The technical teaching of this document is not limited to this. Sub-features can also be combined with other features and parts of the description. Such combinations are an explicit part of the disclosure of the document presented here.

Merkmal 1: Sensorkopf SK,
mit einem Sensorelement NV,
wobei das Sensorelement NV eine Vielzahl von Diamanten DM und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und
wobei das Sensorelement NV sich an einem ersten Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL befindet und
wobei der Sensorkopf SK Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und
wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung H umfassen und
wobei der Sensorkopf SK ein Sensorkopfgehäuse GH mit einer Auflagefläche AF aufweist und
wobei der Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV in dem Sensorkopfgehäuse GH in einen Winkel α zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK zwischen 10° und 70° eingebaut ist und
wobei das Sensorelement NV sich in einem Abstand von der Auflagefläche AF befindet, der kleiner als der Durchmesser des Lichtwellenleiter LWL inclusive einer ggf. vorhanden mechanischen Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL ist und
wobei der Lichtwellenleiter LWL in einem Winke β zur Senkrechten AFS zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK Auflagefläche AF von 45° bis 135° und/oder von 70° bis 110° und/oder von 80° bis 100° und/oder von 85° bis 95° und/oder von 87° bis 93°aus dem Sensorkopfgehäuse GH austritt.
Feature 1: Sensor head SK,
with a sensor element NV,
wherein the sensor element NV comprises a plurality of diamonds DM and/or nanodiamonds with NV centers NVZ and/or paramagnetic centers and
wherein the sensor element NV is located at a first end ELWL1 of an optical fiber LWL and
wherein the sensor head SK comprises functional elements of a magnetic circuit and
wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation H and
wherein the sensor head SK has a sensor head housing GH with a support surface AF and
wherein the optical waveguide LWL with the sensor element NV is installed in the sensor head housing GH at an angle α to the support surface AF of the sensor head SK between 10° and 70° and
wherein the sensor element NV is located at a distance from the support surface AF that is smaller than the diameter of the optical fiber LWL including any mechanical sheath MH of the optical fiber LWL and
wherein the optical waveguide LWL exits the sensor head housing GH at an angle β to the perpendicular AFS to the support surface AF of the sensor head SK support surface AF of 45° to 135° and/or from 70° to 110° and/or from 80° to 100° and/or from 85° to 95° and/or from 87° to 93°.

Merkmal 2: Sensorkopf SK,
mit einem Sensorelement NV,
wobei das Sensorelement NV eine Vielzahl von Diamanten DM und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und
wobei das Sensorelement NV sich an einem ersten Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL befindet und
wobei der Sensorkopf SK Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und
wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung H umfassen und
wobei die Funktionselemente eines magnetischen Kreises einen Permanentmagneten PM und/oder eine elektrische Spule als Quelle magnetischer Erregung H umfassen und
wobei der Permanentmagnet PM und/oder die elektrische Spule röhrenförmig mit einer Achse AX ausgebildet ist und
wobei der Permanentmagnet PM parallel zur Achse AX magnetisiert ist und/oder wobei die elektrische Spule ihr magnetisches Feld parallel zur Achse AX bei Bestromung ausbildet und
wobei der Sensorkopf SK ein Sensorkopfgehäuse GH mit einer Auflagefläche AF aufweist und
wobei der Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV in dem Sensorkopfgehäuse GH eingebaut ist und
wobei das Sensorelement NV sich in einem Abstand von der Auflagefläche AF befindet, der kleiner als der Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL ist und
wobei das Sensorelement NV sich auf oder zumindest in der Nähe der Verlängerung der Achse AX befindet.
Feature 2: Sensor head SK,
with a sensor element NV,
wherein the sensor element NV comprises a plurality of diamonds DM and/or nanodiamonds with NV centers NVZ and/or paramagnetic centers and
wherein the sensor element NV is located at a first end ELWL1 of an optical fiber LWL and
wherein the sensor head SK comprises functional elements of a magnetic circuit and
wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation H and
wherein the functional elements of a magnetic circuit comprise a permanent magnet PM and/or an electric coil as a source of magnetic excitation H and
wherein the permanent magnet PM and/or the electric coil is tubular with an axis AX and
wherein the permanent magnet PM is magnetized parallel to the axis AX and/or wherein the electric coil forms its magnetic field parallel to the axis AX when energized and
wherein the sensor head SK has a sensor head housing GH with a support surface AF and
wherein the optical waveguide LWL with the sensor element NV is installed in the sensor head housing GH and
wherein the sensor element NV is located at a distance from the support surface AF which is smaller than the diameter D LWLMH of the coated optical waveguide LWL and
wherein the sensor element NV is located on or at least near the extension of the axis AX.

Merkmal 3: Sensorkopf SK nach Merkmal 2,
wobei der Sensorkopf SK eine ferromagnetische Stütze ST oder ein anderes ferromagnetisches Vorrichtungselement des Sensorkopfes SK umfasst, die von dem Permanentmagneten PM und/oder der elektrischen Spule verschieden sind.
Feature 3: Sensor head SK according to feature 2,
wherein the sensor head SK comprises a ferromagnetic support ST or another ferromagnetic device element of the sensor head SK, which are different from the permanent magnet PM and/or the electrical coil.

Merkmal 4: Sensorkopf SK nach Merkmal 3,
wobei die ferromagnetische Stütze ST mit dem Permanentmagneten PM und/oder der elektrischen Spule Vorrichtungsteile eines magnetischen Kreises sind und
wobei die magnetische Erregung H einen magnetischen Fluss B im magnetischen Kreis verursacht und
wobei dieser magnetische Fluss B das Sensorelement NV und die Oberfläche OF eines Materials des Werkstücks, eines ferromagnetischen Materials FM des Werkstücks, durchflutet und
wobei räumliche Fluktuationen der magnetischen Eigenschaften des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV beeinflussen.
Feature 4: Sensor head SK according to feature 3,
wherein the ferromagnetic support ST with the permanent magnet PM and/or the electric coil are device parts of a magnetic circuit and
where the magnetic excitation H causes a magnetic flux B in the magnetic circuit and
wherein this magnetic flux B flows through the sensor element NV and the surface OF of a material of the workpiece, a ferromagnetic material FM of the workpiece, and
where spatial fluctuations of the magnetic properties of the material of the workpiece near the surface OF influence the intensity of a fluorescence radiation FL of the sensor element NV.

Merkmal 5: Sensorkopf SK nach Merkmal 3 oder 4,
wobei die ferromagnetische Stütze ST röhrenförmig mit einer zweiten Achse ausgeführt ist.
Feature 5: Sensor head SK according to feature 3 or 4,
wherein the ferromagnetic support ST is tubular with a second axis.

Merkmal 6: Sensorkopf SK nach Merkmal 5,
wobei die zweite Achse der ferromagnetische Stütze ST im Wesentlichen parallel zur Achse AX des Permanentmagneten PM ist.
Feature 6: Sensor head SK according to feature 5,
wherein the second axis of the ferromagnetic support ST is substantially parallel to the axis AX of the permanent magnet PM.

Merkmal 7: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 3 bis 6,
wobei die ferromagnetische Stütze ST eine Öffnung OE für den Lichtwellenleiter LWL in der ferromagnetischen Stütze ST aufweist;
Feature 7: Sensor head SK according to one of features 3 to 6,
wherein the ferromagnetic support ST has an opening OE for the optical waveguide LWL in the ferromagnetic support ST;

Merkmal 8: Sensorkopf SK nach Merkmal 7,
wobei die Öffnung OE Teil eines Kanals KN innerhalb des Sensorkopfes SK ist, in dem der Lichtwellenleiter LWL montiert ist.
Feature 8: Sensor head SK according to feature 7,
where the opening OE is part of a channel KN within the sensor head SK in which the optical fiber LWL is mounted.

Merkmal 9: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 3 bis 8,
wobei die ferromagnetische Stütze ST mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns KE der Stütze ST und/oder des Permanentmagneten PM gefüllt ist.
Feature 9: Sensor head SK according to one of features 3 to 8,
wherein the ferromagnetic support ST is filled with at least one filling material of a core KE of the support ST and/or of the permanent magnet PM.

Merkmal 10: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 3 bis 9,
wobei der Permanentmagnet PM mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns KE der Stütze ST und/oder des Permanentmagneten PM gefüllt ist.
Feature 10: Sensor head SK according to one of features 3 to 9,
wherein the permanent magnet PM is filled with at least one filling material of a core KE of the support ST and/or of the permanent magnet PM.

Merkmal 11: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 2 bis 10,
wobei das Sensorelement NV eine Lichtwellenleiterlinse LWLL umfasst und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL eine Vielzahl von Diamanten DM und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL sich an einem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL befindet und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL einen Durchmesser DLWLL der Lichtwellenleiterlinse LWLL aufweist, der kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL ist.
Feature 11: Sensor head SK according to one of features 2 to 10,
wherein the sensor element NV comprises an optical fiber lens LWLL and
wherein the optical waveguide lens LWLL comprises a plurality of diamonds DM and/or nanodiamonds with NV centers NVZ and/or paramagnetic centers and
wherein the optical waveguide lens LWLL is located at a first end ELWL1 of the optical waveguide LWL and
wherein the optical waveguide lens LWLL has a diameter D LWLL of the optical waveguide lens LWLL which is smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL.

Merkmal 12: Sensorkopf SK,
mit einem Sensorelement NV,
wobei das Sensorelement NV eine Vielzahl von Diamanten DM und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und
wobei das Sensorelement NV sich an einem ersten Ende ELWL1 eines Lichtwellenleiters LWL befindet und
wobei der Sensorkopf SK Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und
wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung H umfassen und
wobei die Funktionselemente eines magnetischen Kreises einen Permanentmagneten PM und/oder eine elektrische Spule als Quelle magnetischer Erregung H umfassen und
wobei das Sensorelement NV eine Lichtwellenleiterlinse LWLL umfasst und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL eine Vielzahl von Diamanten DM und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL sich an einem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL befindet und
wobei die Lichtwellenleiterlinse LWLL einen Durchmesser DLWLL der Lichtwellenleiterlinse LWLL aufweist, der kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL ist.
Feature 12: Sensor head SK,
with a sensor element NV,
wherein the sensor element NV comprises a plurality of diamonds DM and/or nanodiamonds with NV centers NVZ and/or paramagnetic centers and
wherein the sensor element NV is located at a first end ELWL1 of an optical fiber LWL and
wherein the sensor head SK comprises functional elements of a magnetic circuit and
wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation H and
wherein the functional elements of a magnetic circuit comprise a permanent magnet PM and/or an electric coil as a source of magnetic excitation H and
wherein the sensor element NV comprises an optical fiber lens LWLL and
wherein the optical waveguide lens LWLL comprises a plurality of diamonds DM and/or nanodiamonds with NV centers NVZ and/or paramagnetic centers and
wherein the optical waveguide lens LWLL is located at a first end ELWL1 of the optical waveguide LWL and
wherein the optical waveguide lens LWLL has a diameter D LWLL of the optical waveguide lens LWLL which is smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL.

Merkmal 13: Sensorkopf SK nach Merkmal 12,
wobei der Permanentmagnet PM und/oder die elektrische Spule röhrenförmig mit einer Achse AX ausgebildet ist und
wobei der Permanentmagnet PM parallel zur Achse AX magnetisiert ist und/oder wobei die elektrische Spule ihr magnetisches Feld parallel zur Achse AX bei Bestromung ausbildet.
Feature 13: Sensor head SK according to feature 12,
wherein the permanent magnet PM and/or the electric coil is tubular with an axis AX and
wherein the permanent magnet PM is magnetized parallel to the axis AX and/or wherein the electric coil forms its magnetic field parallel to the axis AX when energized.

Merkmal 14: Sensorkopf SK nach Merkmal 12 oder Merkmal 13,
wobei der Sensorkopf SK ein Sensorkopfgehäuse GH mit einer Auflagefläche AF aufweist und
wobei der Lichtwellenleiter LWL mit dem Sensorelement NV in dem Sensorkopfgehäuse GH eingebaut ist und
wobei das Sensorelement NV sich in einem Abstand von der Auflagefläche AF befindet, der kleiner als der Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL ist und
wobei das Sensorelement NV sich auf oder zumindest in der Nähe der Verlängerung der Achse AX befindet.
Feature 14: Sensor head SK according to feature 12 or feature 13,
wherein the sensor head SK has a sensor head housing GH with a support surface AF and
wherein the optical waveguide LWL with the sensor element NV is installed in the sensor head housing GH and
wherein the sensor element NV is located at a distance from the support surface AF which is smaller than the diameter D LWLMH of the coated optical waveguide LWL and
wherein the sensor element NV is located on or at least near the extension of the axis AX.

Merkmal 15: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 12 bis 14,
wobei der Sensorkopf SK eine ferromagnetische Stütze ST oder ein anderes ferromagnetisches Vorrichtungselement des Sensorkopfes SK umfasst, die von dem Permanentmagneten PM und/oder der elektrischen Spule verschieden sind.
Feature 15: Sensor head SK according to one of features 12 to 14,
wherein the sensor head SK comprises a ferromagnetic support ST or another ferromagnetic device element of the sensor head SK, which are different from the permanent magnet PM and/or the electrical coil.

Merkmal 16: Sensorkopf SK nach Merkmal 15,
wobei die ferromagnetische Stütze ST mit dem Permanentmagneten PM und/oder der elektrischen Spule Vorrichtungsteile eines magnetischen Kreises sind und
wobei die magnetische Erregung H einen magnetischen Fluss B im magnetischen Kreis verursacht und
wobei dieser magnetische Fluss B das Sensorelement NV und die Oberfläche OF eines Materials des Werkstücks, eines ferromagnetischen Materials FM des Werkstücks, durchflutet und
wobei räumliche Fluktuationen der magnetischen Eigenschaften des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements NV beeinflussen.
Feature 16: Sensor head SK according to feature 15,
wherein the ferromagnetic support ST with the permanent magnet PM and/or the electric coil are device parts of a magnetic circuit and
where the magnetic excitation H causes a magnetic flux B in the magnetic circuit and
wherein this magnetic flux B flows through the sensor element NV and the surface OF of a material of the workpiece, a ferromagnetic material FM of the workpiece, and
where spatial fluctuations of the magnetic properties of the material of the workpiece near the surface OF influence the intensity of a fluorescence radiation FL of the sensor element NV.

Merkmal 17: Sensorkopf SK nach Merkmal 15 oder 16,
wobei die ferromagnetische Stütze ST röhrenförmig mit einer zweiten Achse ausgeführt ist.
Feature 17: Sensor head SK according to feature 15 or 16,
wherein the ferromagnetic support ST is tubular with a second axis.

Merkmal 18: Sensorkopf SK nach Merkmal 17,
wobei die zweite Achse der ferromagnetische Stütze ST im Wesentlichen parallel zur Achse AX des Permanentmagneten PM ist.
Feature 18: Sensor head SK according to feature 17,
wherein the second axis of the ferromagnetic support ST is substantially parallel to the axis AX of the permanent magnet PM.

Merkmal 19: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 15 bis 18,
wobei die ferromagnetische Stütze ST eine Öffnung OE für den Lichtwellenleiter LWL in der ferromagnetischen Stütze ST aufweist;
Feature 19: Sensor head SK according to one of features 15 to 18,
wherein the ferromagnetic support ST has an opening OE for the optical waveguide LWL in the ferromagnetic support ST;

Merkmal 20: Sensorkopf SK nach Merkmal 19,
wobei die Öffnung OE Teil eines Kanals KN innerhalb des Sensorkopfes SK ist, in dem der Lichtwellenleiter LWL montiert ist.
Feature 20: Sensor head SK according to feature 19,
where the opening OE is part of a channel KN within the sensor head SK in which the optical fiber LWL is mounted.

Merkmal 21: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 15 bis 20,
wobei die ferromagnetische Stütze ST mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns KE der Stütze ST und/oder des Permanentmagneten PM gefüllt ist.
Feature 21: Sensor head SK according to one of features 15 to 20,
wherein the ferromagnetic support ST is filled with at least one filling material of a core KE of the support ST and/or of the permanent magnet PM.

Merkmal 22: Sensorkopf SK nach einem der Merkmale 15 bis 21,
wobei der Permanentmagnet PM mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns KE der Stütze ST und/oder des Permanentmagneten PM gefüllt ist.
Feature 22: Sensor head SK according to one of features 15 to 21,
wherein the permanent magnet PM is filled with at least one filling material of a core KE of the support ST and/or of the permanent magnet PM.

Merkmal 23: Verfahren zum Herstellen eines Sensorkopfes SK mit den Schritten:

  • Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL,
    • - wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;
  • Bereitstellen 145 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM,
    • - wobei das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Diamanten DM aufweist und
    • - wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und
    • - wobei die NV-Zentren NVZ der Diamanten DM des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
  • Benetzen 150 des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM;
  • Einspeisen 155 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL,
    • - wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, der Aushärtewellenlänge λH entspricht,
    • - sodass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und
    • - sodass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL sich in einen Festkörper wandelt und
    • - wobei das ausgehärtete Trägermaterial TM dann somit das Sensorelement NV ausbildet und
    • - wobei dann das Sensorelement NV Diamanten DM mit NV-Zentren NVZ der Diamanten DM und/oder mit anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM umfasst, die bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
  • Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM, insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement NV bildet;
  • Bereitstellen 165 eines Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK mit einem Kanal KN und einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H, insbesondere eines Permanentmagneten PM;
  • Einbau 170 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement NV in den Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und Einbau der Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H in das Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK;
  • Verwendung 180 des Sensorkopfes SK zur ortsaufgelösten Vermessung der magnetischen Eigenschaften des Materials eines Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks,
  • wobei der Abstand zwischen dem Mittelpunkt MP der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL und der Oberfläche OF des Werkstücks
    • - kleiner als der fünffache Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL und/oder
    • - kleiner als der doppelte Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL und/oder
    • - kleiner als der Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL und/oder
    • - kleiner als der halbe Durchmesser DLWLMH des ummantelten Lichtwellenleiters LWL ist.
Feature 23: Method for producing a sensor head SK comprising the steps:
  • Providing 140 an optical fiber LWL,
    • - wherein the optical waveguide LWL has a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
  • Providing 145 a liquid carrier material TM which can be cured by means of electromagnetic radiation having a curing wavelength λ H ,
    • - wherein the carrier material TM comprises a plurality of diamonds DM and
    • - wherein one or more or all of the diamonds DM of these diamonds DM have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers and
    • - wherein the NV centers NVZ of the diamonds DM of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the diamonds DM of the carrier material TM emit at least one fluorescence radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
  • Wetting 150 the first end ELWL1 of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM;
  • Feeding 155 electromagnetic radiation into the second end ELWL2 of the optical fiber LWL,
    • - where the wavelength of this electromagnetic radiation corresponds to the curing wavelength λ H ,
    • - so that the carrier material TM hardens at the second end ELWL2 of the optical fiber LWL and
    • - so that the carrier material TM at the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL turns into a solid body and
    • - whereby the cured carrier material TM then forms the sensor element NV and
    • - wherein the sensor element NV then comprises diamonds DM with NV centers NVZ of the diamonds DM and/or with other paramagnetic centers of the diamonds DM which emit at least one fluorescence radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
  • Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, wherein the remaining film of the carrier material TM at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL forms the sensor element NV;
  • Providing 165 a sensor head housing GH of the sensor head SK with a channel KN and an excitation source for a magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM;
  • Installation 170 of the optical waveguide LWL with the newly formed sensor element NV in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK and installation of the excitation source for a magnetic excitation H in the sensor head housing GH of the sensor head SK;
  • Use 180 of the sensor head SK for spatially resolved measurement of the magnetic properties of the material of a workpiece near the surface OF of the workpiece,
  • where the distance between the center MP of the end face EF of the first end ELWL1 of the optical fiber LWL and the surface OF of the workpiece
    • - less than five times the diameter D LWLMH of the sheathed optical fiber LWL and/or
    • - smaller than twice the diameter D LWLMH of the sheathed optical fiber LWL and/or
    • - smaller than the diameter D LWLMH of the sheathed optical fiber LWL and/or
    • - is smaller than half the diameter D LWLMH of the coated optical fiber LWL.

Merkmal 24: Verfahren nach Merkmal 23
wobei die Ortsauflösung besser als 500µm und/oder besser als 200µm und/oder besser als 100µm und/oder besser als 50µm und/oder besser als 20µm und/oder besser als 10µm ist und
wobei „Auflösung“ die Möglichkeit ist zwei beieinanderliegende Störungen der magnetischen Eigenschaften einer Oberfläche OF eines Werkstücks noch durch ein Extremum von 5% der Signalamplitude eines Flussdichtemesssignals S4 zu können, wenn diese entsprechend der Auflösung voneinander beabstandet sind und
wobei insbesondere solche Störungen beispielsweise Risse, Lunker, Materialinhomogenitäten etc. sein können.
Feature 24: Procedure according to feature 23
wherein the spatial resolution is better than 500µm and/or better than 200µm and/or better than 100µm and/or better than 50µm and/or better than 20µm and/or better than 10µm and
where “resolution” is the possibility of resolving two adjacent disturbances of the magnetic properties of a surface OF of a workpiece by an extremum of 5% of the signal amplitude of a flux density measurement signal S4, if they are spaced apart from each other according to the resolution and
Such disturbances may include, for example, cracks, blowholes, material inhomogeneities, etc.

Merkmal 25: Verfahren zur Detektion von Störungen, insbesondere Rissen RI oder Lunkern oder Öffnungen oder Vertiefungen oder Materialparameterschwankungen, in der Oberfläche OF eines magnetisch wirksamen, insbesondere ferromagnetischen Materials FM eines Werkstücks mit den Schritten
Aufsetzen eines Sensorkopfes SK, insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 22, mit einer Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK auf die Oberfläche OF des Werkstücks;
Verschieben des Sensorkopfes SK auf der Oberfläche OF des Werkstücks parallel zur Oberfläche OF des Werkstücks längs eines Weges x und gleichzeitiges Erfassen der Werte eines Flussdichtemesssignals S4, das von der Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL von NV-Zentren NVZ und/oder paramagnetischen Zentren in Diamanten eines Sensorelements NV des Sensorkopfes SK abhängt;
Schließen auf eine Störung, wenn der Wert des Flussdichtemesssignals S4 lokal begrenzt um mehr als 25% und/oder mehr als 10% und/oder mehr als 5% und/oder mehr als 1% vom erfassten Mittelwert abweicht.
Feature 25: Method for detecting defects, in particular cracks RI or cavities or openings or depressions or material parameter fluctuations, in the surface OF of a magnetically active, in particular ferromagnetic material FM of a workpiece, comprising the steps
Placing a sensor head SK, in particular according to one or more of features 1 to 22, with a support surface AF of the sensor head SK on the surface OF of the workpiece;
Moving the sensor head SK on the surface OF of the workpiece parallel to the surface OF of the workpiece along a path x and simultaneously recording the values of a flux density measurement signal S4 which depends on the intensity of the fluorescence radiation FL from NV centers NVZ and/or paramagnetic centers in diamonds of a sensor element NV of the sensor head SK;
Infer that a fault has occurred if the value of the flux density measurement signal S4 deviates locally by more than 25% and/or more than 10% and/or more than 5% and/or more than 1% from the recorded mean value.

Merkmal 26: Verfahren nach Merkmal 25,
wobei das Verschieben des Sensorkopfes SK auf der Oberfläche OF des Werkstücks parallel zur Oberfläche OF des Werkstücks längs eines Weges x und das gleichzeitige Erfassen der Werte des Flussdichtemesssignals S4 ein gleichzeitiges Erfassen und/oder Schätzen einer oder mehrerer Koordinaten des Orts des Sensorkopfes SK oder eines äquivalenten Werts zum Zeitpunkt der Erfassung eines Werts des Flussdichtemesssignals S4 umfassen.
Feature 26: Procedure according to feature 25,
wherein the displacement of the sensor head SK on the surface OF of the workpiece parallel to the surface OF of the workpiece along a path x and the simultaneous detection of the values of the flux density measurement signal S4 comprise a simultaneous detection and/or estimation of one or more coordinates of the location of the sensor head SK or an equivalent value at the time of detection of a value of the flux density measurement signal S4.

Merkmal 27: Verfahren nach Merkmal 26,
Darstellen der Werte des Flussdichtemesssignals S4 in Abhängigkeit von der jeweils erfassten Koordinaten auf einem Bildschirm und/oder Bereitstellung von Daten für eine solche Darstellung.
Feature 27: Procedure according to feature 26,
Displaying the values of the flux density measurement signal S4 as a function of the respectively recorded coordinates on a screen and/or providing data for such a display.

SonstigesMiscellaneous

Die obige Beschreibung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und beschränkt diese Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele. Andere Variationen zu den offengelegten Beispielen können von denjenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse auf dem Gebiet verfügen, anhand der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. Die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ und dessen Flexionen schließen eine Vielzahl nicht aus, während die Erwähnung einer bestimmten Anzahl von Elementen nicht die Möglichkeit ausschließt, dass mehr oder weniger Elemente vorhanden sind. Eine einzige Einheit kann die Funktionen mehrerer in der Offenbarung genannter Elemente erfüllen, und umgekehrt können mehrere Elemente die Funktion einer Einheit erfüllen. Zahlreiche Alternativen, Äquivalente, Variationen und Kombinationen sind möglich, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.The above description is not exhaustive and does not limit this disclosure to the examples shown. Other variations to the disclosed examples can be understood and practiced by those of ordinary skill in the art from the drawings, the disclosure and the claims. The indefinite articles "a" or "an" and their inflections do not exclude a plurality, while the mention of a certain number of elements does not exclude the possibility of more or fewer elements being present. A single unit may perform the functions of several elements mentioned in the disclosure, and conversely, several elements may perform the function of a unit. Numerous alternatives, equivalents, variations and combinations are possible without departing from the scope of the present disclosure.

Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Dies betrifft die gesamte hier vorgelegte Schrift. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Eine Beschränkung einzelner Merkmale der Ausführungsbeispiele auf die Kombination mit anderen Merkmalen der Ausführungsbeispiele ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale der Vorrichtung umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale der Vorrichtung. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.Unless otherwise stated, all features of the present invention can be freely combined with one another. This applies to the entire document presented here. The features described in the description of the figures can also be freely combined with the other features as features of the invention, unless otherwise stated. A restriction of individual features of the exemplary embodiments to the combination with other features of the exemplary embodiments is expressly not intended. In addition, material features of the device can be reformulated and used as process features, and process features can be reformulated as material features of the device. Such a reformulation is therefore automatically disclosed.

In der vorausgehenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen. Die Beispiele in der Beschreibung und den Zeichnungen sollten als illustrativ betrachtet werden und sind nicht als einschränkend für das beschriebene spezifische Beispiel oder Element zu betrachten. Aus der vorausgehenden Beschreibung und/oder den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen können durch Abänderung, Kombination oder Variation bestimmter Elemente mehrere Beispiele abgeleitet werden. Darüber hinaus können Beispiele oder Elemente, die nicht wörtlich beschrieben sind, von einer fachkundigen Person aus der Beschreibung und/oder den Zeichnungen abgeleitet werden.In the foregoing detailed description, reference is made to the accompanying drawings. The examples in the description and drawings should be considered as illustrative and are not to be considered as limiting the specific example or element described. Multiple examples may be derived from the foregoing description and/or drawings and/or the claims by modifying, combining or varying certain elements. In addition, examples or elements not described verbatim may be derived from the description and/or drawings by a person skilled in the art.

Liste der FigurenList of characters

  • 1 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes Materialmesssystem mit einem vorschlagsgemäßen Sensorkopf SK. 1 shows an exemplary and schematically simplified example of an exemplary, proposed material measuring system with a proposed sensor head SK.
  • 2 zeigt einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV direkt auf dem Zentrum MP des Kerns des Lichtwellenleiters LWL. 2 shows an optical fiber LWL with a sensor element NV directly on the center MP of the core of the optical fiber LWL.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch das beispielhafte erste Ende ELWL1 eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL. 3 shows a cross-section through the exemplary first end ELWL1 of a proposed optical fiber LWL.
  • 4 zeigt einen Sensorkopf SK mit der mechanischen Hülle des Lichtwellenleiters LWL, der durch die mechanische Hülle MH verdeckt ist. 4 shows a sensor head SK with the mechanical sheath of the optical fiber LWL, which is covered by the mechanical sheath MH.
  • 5 zeigt den Sensorkopf SK der 4 in der Aufsicht (5a) und in der Seitenansicht (5b) als Schnittbild. 5 shows the sensor head SK of the 4 in supervision ( 5a) and in side view ( 5b) as a cross-section.
  • 6 zeigt die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines vorschlagsgemäßen Sensorkopfes SK und dessen Verwendung. 6 shows the steps of the method for producing a proposed sensor head SK and its use.
  • 7a zeigt ein beispielhaftes Werkstück aus einem ferromagnetischen Material FM in der Aufsicht. 7a shows an exemplary workpiece made of a ferromagnetic material FM in plan view.
  • 7b zweigt einen beispielhaften Werteverlauf des erhaltenen Messignals S4 in Abhängigkeit von der Position x des Sensorkopfes SK auf der Oberfläche OF des Werkstücks der 7a dargestellt. 7b shows an example of the value curve of the obtained measurement signal S4 depending on the position x of the sensor head SK on the surface OF of the workpiece of the 7a shown.

Beschreibung der FigurenDescription of the characters

Die Figuren erläutern den Vorschlag schematisch und vereinfacht. Die Offenlegung der hier vorgelegten Schrift ist nicht auf die Figuren begrenzt und umfasst auch andere Kombinationen.The figures illustrate the proposal schematically and in a simplified manner. The disclosure of the document presented here is not limited to the figures and also includes other combinations.

Figur 1Figure 1

1 zeigt beispielhaft und schematisch vereinfacht ein beispielhaftes, vorschlagsgemäßes Materialmesssystem mit einem vorschlagsgemäßen Sensorkopf SK. Der Sensorkopf SK umfasst das Sensorkopfgehäuse GH. Das Sensorkopfgehäuse GH umfasst bevorzugt einen Permanentmagneten PM. Bevorzugt ist der Permanentmagnet PM röhrenförmig ausgeführt. Bevorzugt weist der Permanentmagnet PM eine Permanentmagnetsymmetrieachse AX auf. Bevorzugt ist der Permanentmagnet PM parallel zur Permanentmagnetsymmetrieachse AX magnetisiert. Der bevorzugt röhrenförmige Permanentmagnet PM weist typischerweise ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das zweite Ende des Permanentmagneten PM weist einen Permanentmagnetabstand dpm von der Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK auf. Da der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL weniger als 1mm beträgt ist der Permanentmagnetabstand dpm kleiner als 1mm, besser kleiner als 0,5mm, besser kleiner als 200µm, besser kleiner als 100µm, besser kleiner als 20µm. Der der Permanentmagnetabstand dpm ist bevorzugt im Bereich des Sensorelements NV bevorzugt etwas größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL.. Der der Permanentmagnetabstand dpm ist im Bereich des Sensorelements NV bevorzugt weniger als 200% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL, besser weniger als 100% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL, , besser weniger als 50% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL, , besser weniger als 25% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL, , besser weniger als 10% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL, , besser weniger als 5% größer als der Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt ist das Material des Gehäuses GH des Sensorkopfes SK nicht magnetisch und/oder nicht magnetisierbar. Im Sinne des hier vorgelegten Dokuments gilt ein Material als nicht magnetisch, wenn für die magnetische Permeabilität µτ dieses Materials µτ<1 gilt. Das hier vorgelegte Dokument empfiehlt die Verwendung von Materialien mit möglichst geringer magnetischer Permeabilität µτ als Material des Sensorkopfgehäuses GH. Bevorzugt befindet sich das Sensorelement NV auf der verlängerten Symmetrieachse, der Permanentmagnetsymmetrieachse AX des Permanentmagneten PM. 1 shows, by way of example and in a simplified schematic, an exemplary, proposed material measuring system with a proposed sensor head SK. The sensor head SK comprises the sensor head housing GH. The sensor head housing GH preferably comprises a permanent magnet PM. The permanent magnet PM is preferably tubular. The permanent magnet PM preferably has a permanent magnet symmetry axis AX. The permanent magnet PM is preferably magnetized parallel to the permanent magnet symmetry axis AX. The preferably tubular permanent magnet PM typically has a first end and a second end. The second end of the permanent magnet PM has a permanent magnet distance d pm from the support surface AF of the sensor head SK. Since the diameter of the optical fiber LWL is less than 1 mm, the permanent magnet distance d pm is less than 1 mm, better less than 0.5 mm, better less than 200 µm, better less than 100 µm, better less than 20 µm. The permanent magnet distance d pm is preferably slightly larger in the area of the sensor element NV than the diameter of the optical fiber LWL. The permanent magnet distance d pm is preferably less than 200% larger than the diameter of the optical fiber LWL, better less than 100% larger than the diameter of the optical fiber LWL, better less than 50% larger than the diameter of the optical fiber LWL, better less than 25% larger than the diameter of the optical fiber LWL, better less than 10% larger than the diameter of the optical fiber LWL, better less than 5% larger than the diameter of the optical fiber LWL. The material of the housing GH of the sensor head SK is preferably non-magnetic and/or non-magnetizable. For the purposes of the document presented here, a material is considered non-magnetic if the magnetic permeability µ τ of this material is µ τ <1. The document presented here recommends the use of materials with the lowest possible magnetic permeability µ τ as the material of the sensor head housing GH. The sensor element NV is preferably located on the extended axis of symmetry, the permanent magnet symmetry axis AX of the permanent magnet PM.

Für die Messung bringen der Bediener oder ein mechanischer Aktor den Sensorkopf SK mit der Auflagefläche AF in Kontakt mit der Oberfläche OF des zu vermessenden Werkstücks. Bevorzugt umfasst die Oberfläche OF des zu vermessenden Werkstücks ein ferromagnetisches Material FM.For the measurement, the operator or a mechanical actuator brings the sensor head SK with the support surface AF into contact with the surface OF of the workpiece to be measured. Preferably, the surface OF of the workpiece to be measured comprises a ferromagnetic material FM.

West nun das zu vermessende Werkstück an seiner Oberfläche OF eine Störung auf, die die magnetische Flussdichte B beeinflusst, so ändert sich die magnetische Flussdichte B, die das Sensorelement NV durchflutet, wenn diese Störung in die Nähe der Permanentmagnetsymmetrieachse AX des Permanentmagneten PM und damit in die Nähe des Sensorelements NV kommt. Bei einer solchen Störung kann es sich beispielsweise um einen Riss Ri oder eine Bohrung oder eine Vertiefung oder einen sonstigen Defekt des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks handeln.If the workpiece to be measured has a disturbance on its surface OF that influences the magnetic flux density B, the magnetic flux density B that flows through the sensor element NV changes when this disturbance comes close to the permanent magnet symmetry axis AX of the permanent magnet PM and thus close to the sensor element NV. Such a disturbance can be, for example, a crack Ri or a hole or a depression or another defect in the material of the workpiece near the surface OF of the workpiece.

Der Generator G erzeugt das Sendevorsignal S5w. Bevorzugt ist das Sendevorsignal S5w pulsmoduliert mit einer Pulsfrequenz. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Rechtecksignal mit einem Duty-Cycle von bevorzugt 50%. Andere Duty-Cycles sind denkbar. Die Offset-Addition OFF1 addiert bevorzugt einen Offset zu dem Wert des Sendevorsignals, um die Pumpstrahlungsquelle PL nutzen zu können. Bevorzugt weist das resultierende Sendesignal S5 keine negativen Signalanteile auf. Die Pumpstrahlungsquelle PL erzeugt in Abhängigkeit von dem Sendesignal S5 eine modulierte Pumpstrahlung LB. In dem Beispiel der 1 transmittiert die Pumpstrahlungsquelle die Pumpstrahlung LB durch einen dichroitischer Spiegel F1 und strahlt Pumpstrahlung LB in den Lichtwellenleiter LWL ein. Das Sensorkopfgehäuse GH weist zumindest einen Kanal KN auf, durch den der Lichtwellenleiter LWL in das Sensorkopfgehäuse GH eingeführt ist. Am Ende des Lichtwellenleiters LWL befindet sich bevorzugt das Sensorelement NV. Das Sensorelement NV umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Nanodiamanten bzw. Diamanten DM, die bevorzugt eine statistisch geleichverteilte unterschiedliche Kristallorientierung aufweisen und die in ein Matrixmaterialeingebettet sind. Typischerweise verbindet das Matrixmaterial aus einem Trägermaterial TM diese Nano-Diamanten ND mechanisch mit dem ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt hat der eigentliche Lichtwellenleiter LWL einen Lichtwellenleiterdurchmesser DLWL von ca. 100µm. Bevorzugt sind kleinere Lichtwellenleiterdurchmesser DLWL. Größere Lichtwellenleiterdurchmesser DLWL sind aber möglich. Hinzukommt typischerweise ein Knickschutz des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt ist der Knickschutz als mechanische Hülle MH ausgeführt. Die Pumpstrahlung LB der Pumpstrahlungsquelle PL trifft am ersten Ende des Lichtwellenleiters ELWL1 auf die Nanodiamanten bzw. Diamanten DM im Sensorelement NV. Bevorzugt umfasst das Sensorelement NV Diamanten mit NV-Zentren. Typischerweise regt die Pumpstrahlung LB die Nanodiamanten bzw. Diamanten DM zur Emission einer Fluoreszenzstrahlung FL mit einer Fluoreszenzwellenlänge µfl an. Bevorzugt befindet sich das Sensorelement NV am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt hat das Sensorelement einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL ist. Typischerweise strahlen die NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV die Fluoreszenzstrahlung FL wieder in den Lichtwellenleiter LWL über das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL ein. Die Fluoreszenzstrahlung FL tritt am anderen, zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aus dem Lichtwellenleiter LWL wieder aus und bestrahlt, beispielsweise umgelenkt durch den dichroitischen Spiegel F1, vorzugsweise den Fotodetektor PD. Der dichroitische Spiegel F1 lenkt die gestreute Pumpstrahlung LB in dem Beispiel der 1 nicht in Richtung des Fotodetektors PD. Hierdurch empfängt der Fotodetektor PD im Wesentlichen nur Fluoreszenzstrahlung FL. Im Wesentlichen bedeutet hierbei, dass die Pumpstrahlung LB und die sonstige Strahlung, die den Fotodetektor PD trotzdem treffen im Wesentlichen für den technischen Zweck der Vorrichtung unbedeutend sind. Um dies zu erreichen, schlägt das hier vorgestellte Dokument die Verwendung eines lichtdichten Gehäuses für die lichtempfindlichen Vorrichtungsteile und die Verwendung von Blenden vor, um den Zutritt unerwünschter Strahlung und unerwünschte Effekte durch Streustrahlung zu vermeiden. Der Fotodetektor PD wandelt bevorzugt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL in einen zeitlichen Werteverlauf eines Empfangssignals S0. Ein beispielhafter Verstärker V1 verstärkt und filtert ggf. das Empfängerausgangssignal SO in dem Beispiel der 1 zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1. In dem Beispiel der 1 multipliziert ein beispielhafter Multiplizierer M1 das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit dem Sendevorsignal S5w zum Filtereingangssignal S3. Ein Tiefpassfilter TP entfernt typischerweise die Frequenzanteile mit den addierten Frequenzen des Sendevorsignals S5w und des verstärkten Empfängerausgangssignals S1 aus dem Spektrum. Der Tiefpassfilter TP filtert so das Empfängereingangssignal zum Flussdichtemesssignal S4. Die Kombination aus dem ersten Multiplizierer M1 und dem Tiefpassfilter TP bildet ein Skalarprodukt zwischen dem Signalvektor des verstärkten Empfängerausgangssignal S1 und dem Sendevorsignal S5w. Es handelt sich um einen einfachen beispielhaften Synchrondemodulator. Der Synchrondemodulator erzeugt ein Signal S4, dass die Korrelation zwischen dem verstärkten Empfängerausgangssignal S1 und dem Sendevorsignal S5w symbolisiert. Dieses Signal S4 ist das Flussdichtemesssignal S4. Die Verwendung anderer Korrelatoren an Stelle eines Synchrondemodulators, beispielsweise die Verwendung von Optimalfiltern, Kalmann-Filtern und/oder Matched-Filtern ist denkbar. Das Besondere an dem Messverfahren der 1 ist, dass der Lichtwellenleiter LWL zusammen mit dem Sensorelement NV und den anderen Vorrichtungsteilen des Sensorkopfes SK typischerweise keine ferromagnetischen und/oder elektrisch leitenden Materialien umfasst und damit das magnetische Feld des Werkstücks, bzw. des ferromagnetischen Materials FM und des Permanentmagneten PM im Wesentlichen nicht beeinflusst.The generator G generates the transmission pre-signal S5w. The transmission pre-signal S5w is preferably pulse-modulated with a pulse frequency. It is particularly preferably a square-wave signal with a duty cycle of preferably 50%. Other duty cycles are conceivable. The offset addition OFF1 preferably adds an offset to the value of the transmission pre-signal in order to be able to use the pump radiation source PL. The resulting transmission signal S5 preferably has no negative signal components. The pump radiation source PL generates a modulated pump radiation LB depending on the transmission signal S5. In the example of the 1 the pump radiation source transmits the pump radiation LB through a dichroic mirror F1 and radiates pump radiation LB into the optical waveguide LWL. The sensor head housing GH has at least one channel KN through which the optical waveguide LWL is introduced into the sensor head housing GH. The sensor element NV is preferably located at the end of the optical waveguide LWL. The sensor element NV preferably comprises a large number of nanodiamonds or diamonds DM, which preferably have a statistically evenly distributed different crystal orientation and which are embedded in a matrix material. Typically, the matrix material made of a carrier material TM mechanically connects these nanodiamonds ND to the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. The actual optical waveguide LWL preferably has an optical waveguide diameter D LWL of approx. 100 µm. Smaller optical waveguide diameters D LWL are preferred. Larger optical waveguide diameters D LWL are possible, however. In addition, the optical waveguide LWL typically has kink protection. The kink protection is preferably designed as a mechanical casing MH. The pump radiation LB of the pump radiation source PL hits the nanodiamonds or diamonds DM in the sensor element NV at the first end of the optical waveguide ELWL1. The sensor element NV preferably comprises diamonds with NV centers. Typically, the pump radiation LB excites the nanodiamonds or diamonds DM to emit a fluorescence radiation FL with a fluorescence wavelength µ fl . Preferably, the sensor element NV is located at the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. Preferably, the sensor element has a diameter that is smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL. Typically, the NV centers NVZ of the sensor element NV emit the fluorescence resonant radiation FL enters the optical waveguide LWL via the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. The fluorescence radiation FL exits the optical waveguide LWL at the other, second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and irradiates, for example deflected by the dichroic mirror F1, preferably the photodetector PD. The dichroic mirror F1 deflects the scattered pump radiation LB in the example of the 1 not in the direction of the photodetector PD. As a result, the photodetector PD essentially only receives fluorescence radiation FL. Essentially, this means that the pump radiation LB and the other radiation that nevertheless hits the photodetector PD are essentially insignificant for the technical purpose of the device. To achieve this, the document presented here proposes the use of a light-tight housing for the light-sensitive device parts and the use of apertures to prevent the entry of unwanted radiation and unwanted effects due to scattered radiation. The photodetector PD preferably converts the intensity of the fluorescence radiation FL into a temporal value curve of a received signal S0. An exemplary amplifier V1 amplifies and, if necessary, filters the receiver output signal SO in the example of the 1 to the amplified receiver output signal S1. In the example of 1 an exemplary multiplier M1 multiplies the amplified receiver output signal S1 with the transmission pre-signal S5w to form the filter input signal S3. A low-pass filter TP typically removes the frequency components with the added frequencies of the transmission pre-signal S5w and the amplified receiver output signal S1 from the spectrum. The low-pass filter TP thus filters the receiver input signal to form the flux density measurement signal S4. The combination of the first multiplier M1 and the low-pass filter TP forms a scalar product between the signal vector of the amplified receiver output signal S1 and the transmission pre-signal S5w. This is a simple exemplary synchronous demodulator. The synchronous demodulator generates a signal S4 that symbolizes the correlation between the amplified receiver output signal S1 and the transmission pre-signal S5w. This signal S4 is the flux density measurement signal S4. The use of other correlators instead of a synchronous demodulator, for example the use of optimal filters, Kalmann filters and/or matched filters, is conceivable. The special feature of the measurement method of the 1 is that the optical waveguide LWL together with the sensor element NV and the other device parts of the sensor head SK typically do not comprise any ferromagnetic and/or electrically conductive materials and thus essentially do not influence the magnetic field of the workpiece, or the ferromagnetic material FM and the permanent magnet PM.

Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der Diamanten DM bzw. Nanodiamanten des Sensorelements NV hängt von der magnetischen Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ des Sensorelements NV ab. Da der Wert des Flussdichtemesssignals S4 angibt, wieviel von dem Sendevorsignal S5w in dem verstärkten Empfängerausgangssignal S1 enthalten ist, ist dieses Flussdichtemesssignals S4 ein Maß für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL. Damit ist das Flussdichtemesssignal S4 ein Maß für die magnetische Flussdichte B am Ort der NV-Zentren NVZ im Sensorelement NV.The intensity of the fluorescence radiation FL of the diamonds DM or nanodiamonds of the sensor element NV depends on the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ of the sensor element NV. Since the value of the flux density measurement signal S4 indicates how much of the transmitted pre-signal S5w is contained in the amplified receiver output signal S1, this flux density measurement signal S4 is a measure of the intensity of the fluorescence radiation FL. The flux density measurement signal S4 is therefore a measure of the magnetic flux density B at the location of the NV centers NVZ in the sensor element NV.

In dem Beispiel der 1 ist das Sensorelement NV im Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM platziert. Das ferromagnetische Material FM des Werkstücks beeinflusst dieses Streufeld BSTR. Wenn nun ein Bediener oder ein Aktor das Werkstück und damit das ferromagnetische Material FM an der Oberfläche OF des Werkstücks an der Auflagefläche AF entlangschiebt, so ändert sich eine Beeinflussung des magnetischen Streufelds BSTR nur dann, wenn diese Translationsbewegung mit der Geschwindigkeit v den das magnetische Streufeld BSTR beeinflussenden Bereich des ferromagnetischen Materials in seiner Verteilung physikalischer Parameter beeinflusst. Eine solcher Beeinflussung kann eine Ungleichverteilung physikalischer Parameter im ferromagnetischen Material FM hervorrufen, die das magnetische Streufeld BSTR beeinflusst. Bevorzugt ist die Vorschubgeschwindigkeit v des Sensorkopfes SK gegenüber dem Werkstück mit dem ferromagnetischen Material FM konstant. Bevorzugt führt ein Bediener manuell den Vorschub des Sensorkopfes SK gegenüber dem Werkstück mit der Vorschubgeschwindigkeit v durch. Das hier vorgelegte Dokument schlägt vor, für Produktionsprüfungen einen Aktor vorzusehen, der der den Sensorkopf SK mit der Auflagefläche AF auf der Oberfläche OF des Werkstücks oder dicht an der der Oberfläche OF des Werkstücks platziert und dann parallel zur Oberfläche OF des Werkstücks längs einer zu untersuchenden Linie zu verschieben. Bevorzugt erfasst ein Rechnersystem dabei mittels eines Koordinatensensorsystems die Position des Sensorkopfes SK und damit des Sensorelements NV relativ zum Werkstück und damit dem ferromagnetischen Material FM. Bevorzugt erfasst das Rechnersystem den Wert des Flussdichtemesssignals S4 zusammen mit den Koordinaten der Position des Sensorkopfes SK und damit der Position des Sensorelements NV. Bevorzugt speichert das Rechnersystem diese Paare aus Koordinaten des Messpunkts und Messwert des Flussdichtemesssignals S4 in einem Speicher des Rechnersystems. Das Rechnersystem kann diese Daten beispielsweise zu einem zwei oder dreidimensionalen Model der Verteilung der Magnetisierbarkeit weiterverarbeiten. Beispielsweise kann das Rechnersystem eine zweidimensionale Verteilung der Werte des Flussdichtemesssignals S4 auf der Oberfläche OF des Werkstücks und damit des ferromagnetischen Materials FM ermitteln und auf einem Bildschirm darstellen oder beispielsweise als JPEG-Bild oder funktionsäquivalenter Form bereithalten. Die Vorschubgeschwindigkeit v kann für eine Punktmessung 0m/s sein. der Eine mechanische Hülle MH umfassend Keramik oder ein Gewebe oder einen robusten Kunststoff schützt den gemeinsamen Lichtwellenleiter LWL. Der Lichtwellenleiter LWL kann mittels einer Schraube SCHR im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH befestigt sein. Ein externer Datenbus EXTDB ermöglicht der Halbbrückensteuerung CTR die Kommunikation mit einem übergeordneten Steuerungssystem. Der Externe Datenbus kann eine drahtgebundene oder drahtlose Datenverbindung sein. Mehrere parallele Datenverbindungen, die unterschiedliche realisiert sein können, sind denkbar.In the example of 1 the sensor element NV is placed in the stray field BSTR of the permanent magnet PM. The ferromagnetic material FM of the workpiece influences this stray field BSTR. If an operator or an actuator now pushes the workpiece and thus the ferromagnetic material FM along the surface OF of the workpiece on the support surface AF, the influence on the magnetic stray field BSTR only changes if this translational movement at the speed v influences the area of the ferromagnetic material that influences the magnetic stray field BSTR in terms of its distribution of physical parameters. Such an influence can cause an uneven distribution of physical parameters in the ferromagnetic material FM, which influences the magnetic stray field BSTR. The feed speed v of the sensor head SK relative to the workpiece with the ferromagnetic material FM is preferably constant. An operator preferably manually feeds the sensor head SK relative to the workpiece at the feed speed v. The document presented here proposes providing an actuator for production tests which places the sensor head SK with the support surface AF on the surface OF of the workpiece or close to the surface OF of the workpiece and then moves it parallel to the surface OF of the workpiece along a line to be examined. Preferably, a computer system uses a coordinate sensor system to record the position of the sensor head SK and thus of the sensor element NV relative to the workpiece and thus the ferromagnetic material FM. Preferably, the computer system records the value of the flux density measurement signal S4 together with the coordinates of the position of the sensor head SK and thus the position of the sensor element NV. Preferably, the computer system stores these pairs of coordinates of the measuring point and measured value of the flux density measurement signal S4 in a memory of the computer system. The computer system can further process this data, for example, into a two- or three-dimensional model of the distribution of magnetizability. For example, the computer system can generate a two-dimensional Determine the distribution of the values of the flux density measurement signal S4 on the surface OF of the workpiece and thus of the ferromagnetic material FM and display it on a screen or, for example, make it available as a JPEG image or functionally equivalent form. The feed rate v can be 0 m/s for a point measurement. A mechanical casing MH comprising ceramic or a fabric or a robust plastic protects the common optical fiber LWL. The optical fiber LWL can be fastened in the channel KN of the sensor head housing GH using a screw SCHR. An external data bus EXTDB enables the half-bridge control CTR to communicate with a higher-level control system. The external data bus can be a wired or wireless data connection. Several parallel data connections, which can be implemented in different ways, are conceivable.

Figur 2Figure 2

Die 2 zeigt einen Lichtwellenleiter LWL mit einem Sensorelement NV direkt auf dem Zentrum MP des Kerns des Lichtwellenleiters LWL. Auf einem Teil der Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL ist das Sensorelement NV als Lichtwellenleiterlinse LWLL ausgeführt.The 2 shows an optical fiber LWL with a sensor element NV directly on the center MP of the core of the optical fiber LWL. On a part of the end surface EF of the optical fiber LWL, the sensor element NV is designed as an optical fiber lens LWLL.

Figur 3Figure 3

3 zeigt einen Querschnitt durch das beispielhafte erste Ende ELWL1 eines vorschlagsgemäßen Lichtwellenleiters LWL. Der Lichtwellenleiter LWL weist einen Lichtwellenleiterkern LWLC auf. Es kann sich bei dem Lichtwellenleiter LWL um einen Monomodelichtwellenleiter oder einen Multimodelichtwellenleiter handeln. Der Lichtwellenleiter LWL kann ein Gradientenlichtwellenleiter oder ein Step-Index-Wellenleiter oder dergleichen sein, bei dem der Lichtwellenleiterkern LWLC fließend in den Außenbereich des Lichtwellenleiters LWL hinsichtlich des Brechungsindex übergeht. Die mechanische Hülle MH schützt den Lichtwellenleiter LWL und lässt das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL bevorzugt frei. Das Trägermaterial TM des Sensorelements NV umgibt das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Das Trägermaterial TM des Lichtwellenleiters LWL ist bevorzugt transparent für die Pumpstrahlungswellenlänge λpmp und die Fluoreszenzwellenlänge λfl. Die Transparenz bezieht sich hierbei auf die Dimensionen des Lichtwellenleiters LWL der einen Durchmesser DLWL durchaus kleiner als 100µm aufweisen kann. Die Endfläche EF des Lichtwellenleiters LWL ist bevorzugt senkrecht zur optischen Achse des Lichtwellenleiters LWL, die hier als Mittenlinie ML beispielhaft gezeichnet ist. Am Durchstoßpunkt der optischen Achse, also der Mittenlinie ML, durch die Endfläche EF ist in dem Trägermaterial TM eine Lichtwellenleiterlinse LWLL als Verdickung des Trägermaterials TM gefertigt. Dort ist die Dicke dl des Trägermaterials TM typischerweise am dicksten. In den übrigen Bereichen des Sensorelements NV ist der Lichtwellenleiter LWL ggf. nur dünn mit einer kleineren Dicke dr mit dem Trägermaterial TM beschichtet. Die Dicke dr kann auch Dm betragen. Der Durchmesser DLWLL der Lichtwellenleiter Linse LWLL ist typischerweise kleiner als der Durchmesser DLWL des Lichtwellenleiters LWL. Zur Verdeutlichung ist das erste Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL mit der Endfläche EF und der Lichtwellenleiterlinse LWLL links noch einmal herausvergrößert. Die kleinen stochastisch gleichverteilten Diamanten bzw. Nanodiamanten DM im Material des Trägermaterials TM sind zur Verdeutlichung angedeutet. bevorzugt sind die Diamanten DM Nanodiamanten mit einer Größe kleiner 500µm, besser kleiner 200µm, besser kleiner 100µm, besser kleiner 50µm, besser kleiner 20µm, besser kleiner 10µm, besser kleiner 5µm, besser kleiner 2µm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 0,5µm, besser kleiner 0,2µm, besser, kleiner 0,1µm, kleiner 50nm, kleiner 20nm, , kleiner 10nm. Besonders bevorzugt sind Größen über 100nm, da Größen kleiner 100nm spezielle Oberflächeneffekte zwischen NV-Zentrum NVZ und Diamantoberfläche des betreffenden Diamanten DM hervorrufen können. Bevorzugt umfassen eine Vielzahl dieser Diamanten bzw. Nanodiamanten DM ein oder mehrere NV-Zentren NVZ und/oder ein oder mehrere paramagnetische Zentren, die dann die bei Bestrahlung mit geeigneter Pumpstrahlung LB Fluoreszenzstrahlung FL erzeugen. 3 shows a cross-section through the exemplary first end ELWL1 of a proposed optical waveguide LWL. The optical waveguide LWL has an optical waveguide core LWLC. The optical waveguide LWL can be a monomode optical waveguide or a multimode optical waveguide. The optical waveguide LWL can be a gradient optical waveguide or a step-index waveguide or the like, in which the optical waveguide core LWLC merges smoothly into the outer region of the optical waveguide LWL with regard to the refractive index. The mechanical sheath MH protects the optical waveguide LWL and preferably leaves the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL free. The carrier material TM of the sensor element NV surrounds the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL. The carrier material TM of the optical waveguide LWL is preferably transparent to the pump radiation wavelength λ pmp and the fluorescence wavelength λ fl . The transparency here refers to the dimensions of the optical waveguide LWL, which can have a diameter D LWL that is certainly smaller than 100 µm. The end face EF of the optical waveguide LWL is preferably perpendicular to the optical axis of the optical waveguide LWL, which is drawn here as an example as the center line ML. At the point where the optical axis, i.e. the center line ML, passes through the end face EF, an optical waveguide lens LWLL is manufactured in the carrier material TM as a thickening of the carrier material TM. This is where the thickness d l of the carrier material TM is typically the thickest. In the other areas of the sensor element NV, the optical waveguide LWL may only be thinly coated with the carrier material TM with a smaller thickness d r . The thickness d r can also be Dm. The diameter D LWLL of the optical waveguide lens LWLL is typically smaller than the diameter D LWL of the optical waveguide LWL. For clarity, the first end ELWL1 of the optical waveguide LWL with the end face EF and the optical waveguide lens LWLL is enlarged again on the left. The small, stochastically evenly distributed diamonds or nanodiamonds DM in the material of the carrier material TM are indicated for clarity. The diamonds DM nanodiamonds are preferably smaller than 500 µm, better smaller than 200 µm, better smaller than 100 µm, better smaller than 50 µm, better smaller than 20 µm, better smaller than 10 µm, better smaller than 5 µm, better smaller than 2 µm, better smaller than 1 µm , better smaller than 0.5 µm, better smaller than 0.2 µm, better smaller than 0.1 µm, smaller than 50 nm, smaller than 20 nm, smaller than 10 nm. Sizes over 100 nm are particularly preferred, since sizes smaller than 100 nm can cause special surface effects between the NV center NVZ and the diamond surface of the diamond DM in question. Preferably, a large number of these diamonds or nanodiamonds DM comprise one or more NV centers NVZ and/or one or more paramagnetic centers, which then generate the fluorescence radiation FL when irradiated with suitable pump radiation LB.

Figur 4Figure 4

4 zeigt einen Sensorkopf SK mit der mechanischen Hülle des Lichtwellenleiters LWL, der durch die mechanische Hülle MH verdeckt ist. Die Zeichnung zeigt den Permanentmagneten PM. Die Auflagefläche AF ist unten und verdeckt. 4 shows a sensor head SK with the mechanical cover of the optical fiber LWL, which is covered by the mechanical cover MH. The drawing shows the permanent magnet PM. The support surface AF is at the bottom and covered.

Figur 5Figure 5

5 zeigt den Sensorkopf der 4 in der Aufsicht (5a) und in der Seitenansicht (5b) als Schnittbild. 5 shows the sensor head of the 4 in supervision ( 5a) and in side view ( 5b) as a cross-section.

Die mechanische Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL ist mit dem Lichtwellenleiter LWL im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK mittels einer Schraube SCHR fixiert. Es ist denkbar, die mechanische Hülle MH des Lichtwellenleiters LWL mit dem Lichtwellenleiter LWL im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK mittels einer Klebung zu fixieren. Der Permanentmagnet PM ist beispielhaft als Zylinder ausgeführt. Das untere Ende des Permanentmagneten PM hat einen Abstand dpm zur Auflagefläche AF. Die Auflagefläche AF liegt in dem Beispiel der 5 auf der Oberfläche OF des beispielhaft ferromagnetischen Materials FM des Werkstücks auf. In dem ferromagnetischen Material FM soll sich beispielhaft ein Riss RI befinden. The mechanical casing MH of the optical fiber LWL is fixed to the optical fiber LWL in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK using a screw SCHR. It is conceivable to fix the mechanical casing MH of the optical fiber LWL to the optical fiber LWL in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK using an adhesive. The permanent magnet PM is designed as a cylinder, for example. The lower end of the permanent magnet PM has a distance d pm to the support surface AF. The support surface AF is located in the example of the 5 on the surface OF of the exemplary ferromagnetic material FM of the workpiece. For example, there is a crack RI in the ferromagnetic material FM.

Dieser Riss RI beeinflusst das Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM. Das Sensorelement NV befindet sich am ersten Ende ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL. Bevorzugt befindet sich das Sensorelement NV in der Nähe der Verlängerung der Achse AX des zylindrischen Permanentmagneten PM. Der Riss RI beeinflusst das Streufeld BSTR des Permanentmagneten PM im Bereich des Sensorelements NV. Daher beeinflusst der Riss RI die Intensität der Fluoreszenzstrahlung FL der NV-Zentren NVZ bzw. paramagnetischen Zentren im Sensorelement NV.This crack RI influences the stray field BSTR of the permanent magnet PM. The sensor element NV is located at the first end ELWL1 of the optical fiber LWL. The sensor element NV is preferably located near the extension of the axis AX of the cylindrical permanent magnet PM. The crack RI influences the stray field BSTR of the permanent magnet PM in the area of the sensor element NV. Therefore, the crack RI influences the intensity of the fluorescence radiation FL of the NV centers NVZ or paramagnetic centers in the sensor element NV.

Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Höhe dSK1. Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Länge dSK2. Der beispielhafte Sensorkopf SK hat die Breite dSK3.The example sensor head SK has the height d SK1 . The example sensor head SK has the length d SK2 . The example sensor head SK has the width d SK3 .

An der Oberseite entgegengesetzt zur Auflagefläche AF weist der Sensorkopf SK eine Vertiefung VT mit der Tiefe dSK4 bezogen auf die Oberseite des Sensorkopfes SK auf. Sofern der Sensorkopf SK für eine manuelle Positionierung auf der Oberfläche OF des Werkstücks vorgesehen ist, hat die Vertiefung VT bevorzugt eine Tiefe dSK4 zwischen 3mm und 1,5cm, wobei 5mm bis 8mm bevorzugt sind. Dies verbessert die Handhabbarkeit.On the top side opposite the support surface AF, the sensor head SK has a recess VT with the depth d SK4 relative to the top side of the sensor head SK. If the sensor head SK is intended for manual positioning on the surface OF of the workpiece, the recess VT preferably has a depth d SK4 between 3 mm and 1.5 cm, with 5 mm to 8 mm being preferred. This improves handling.

In dem Beispiel der 5 weist der Kanal KN einen Knick KI um einen Winkel auf. Dies hat zum ersten den positiven Effekt einer gewissen mechanischen Klemmung des Lichtwellenleiters LWL im Kanal KN und zum zweiten den Effekt, dass der Lichtwellenleiter LWL parallel zur Auflagefläche AF aus dem Sensorkopf SK austreten kann. Dies hat den Vorteil, dass der Lichtwellenleiter LWL aufgrund seiner Flexibilität in geringerem Abstand vom Sensorkopf SK beispielsweise auf einer Arbeitsplatte zum Liegen kommt als ohne diesen Knick KI. Hierdurch verringert sich das Drehmoment, das der Lichtwellenleiter LWL auf den Sensorkopf SK ausübt. Zum Dritten kann das Sensorelement NV hierdurch näher zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK positioniert werden. Bevorzugt bildet daher der Lichtwellenleiter LWL mit der Auflagefläche AF in unmittelbarer Nähe des Sensorelements NV einen Winkel α, der von 90° und 0° verschieden ist. Typischerweise liegt der Winkel α zwischen 15° und 65°, bzw. besser 25° und 55°. Winkel α von 30° und 45° sind derzeit in Benutzung.In the example of 5 the channel KN has a bend KI at an angle. Firstly, this has the positive effect of a certain mechanical clamping of the optical fiber LWL in the channel KN and secondly the effect that the optical fiber LWL can emerge from the sensor head SK parallel to the support surface AF. This has the advantage that the optical fiber LWL, due to its flexibility, comes to rest at a smaller distance from the sensor head SK, for example on a worktop, than without this bend KI. This reduces the torque that the optical fiber LWL exerts on the sensor head SK. Thirdly, this allows the sensor element NV to be positioned closer to the support surface AF of the sensor head SK. The optical fiber LWL therefore preferably forms an angle α with the support surface AF in the immediate vicinity of the sensor element NV, which angle is different from 90° and 0°. Typically, the angle α is between 15° and 65°, or better still 25° and 55°. Angles α of 30° and 45° are currently in use.

in der 5 ist eine ferromagnetische Stütze ST vorgesehen, die die magnetische Erregung H des Permanentmagneten PM zum Material des Werkstücks, hier dem ferromagnetischen Material FM, leitet. In dem Beispiel der 5 handelt es sich bei der ferromagnetische Stütze ST um ein beispielhaftes ferromagnetisches Rohr. Die ferromagnetische Stütze ST hat in dem Beispiel der 5 beispielhaft in etwa den gleichen Durchmesser wie der Permanentmagnet PM. In dem Beispiel der 5 weist die ferromagnetische Stütze ST eine Öffnung OE im unteren Bereich auf. Durch diese Öffnung OE gelangt der Lichtwellenleiter LWL in das Innere der ferromagnetischen Stütze ST. Diese Öffnung OE ist somit Teil des Kanals KN im Sensorkopfgehäuse GH. Die ferromagnetische Stütze ST ist mit einem Füllmaterial eines Kerns KE der Stütze ST und des Permanentmagneten PM gefüllt. Der Kanal KN setzt sich aus dem Material des übrigen Sensorkopfgehäuses GH durch die Öffnung OE in diesen Kern KE hinein fort. In dem Beispiel der 5 stimmt die Rotationssymmetrieachse AX des Permanentmagneten PM mit der Rotationssymmetrieachse der ferromagnetischen Stütze ST beispielhaft überein. Bevorzugt ist der Kanal KN im Kern KE daher so ausgeführt, dass nach dem Einbringen des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement NV sich in der Nähe der Verlängerung dieser Symmetrieachse AX befindet.in the 5 a ferromagnetic support ST is provided, which directs the magnetic excitation H of the permanent magnet PM to the material of the workpiece, here the ferromagnetic material FM. In the example of the 5 The ferromagnetic support ST is an example of a ferromagnetic tube. The ferromagnetic support ST has in the example of the 5 example, approximately the same diameter as the permanent magnet PM. In the example of the 5 the ferromagnetic support ST has an opening OE in the lower area. The optical fiber LWL passes through this opening OE into the interior of the ferromagnetic support ST. This opening OE is therefore part of the channel KN in the sensor head housing GH. The ferromagnetic support ST is filled with a filling material of a core KE of the support ST and the permanent magnet PM. The channel KN continues from the material of the rest of the sensor head housing GH through the opening OE into this core KE. In the example of the 5 the rotational symmetry axis AX of the permanent magnet PM corresponds, for example, to the rotational symmetry axis of the ferromagnetic support ST. The channel KN in the core KE is therefore preferably designed in such a way that after the optical waveguide LWL has been introduced, the sensor element NV is located near the extension of this symmetry axis AX.

Bevorzugt umfasst der Sensorkopf SK also zumindest ein Mittel zur Erzeugung einer magnetischen Erregung, nämlich den Permanentmagneten PM, und ein Sensorelement NV, dass über zumindest einen Lichtwellenleiter LWL. Der Lichtwellenleiter LWL ist dazu eingerichtet mit einer Ansteuer- und Auswertevorrichtung (siehe 1) verbunden zu werden oder ist mit dieser verbunden. Der Sensorkopf umfasst des Weiteren ein Sensorkopfgehäuse GH aus einem nicht ferromagnetischen Material (µt<1). Bevorzugt umfasst der Sensorkopf SK weitere Funktionselemente eines oder mehrerer magnetischer Kreise. Ein solches weiteres Funktionselement eines oder mehrerer magnetischer Kreise kann beispielsweise die ferromagnetische Stütze ST sein. Bevorzugt ist der Sensorkopf SK dazu ausgelegt, dass der Permanentmagnet PM und die weiteren Funktionselemente eines oder mehrerer magnetischer Kreise des Sensorkopfes SK über eine Auflagefläche AF mit einem Bereich der Oberfläche OF eines Werkstücks zumindest einen gemeinsamen magnetischen Kreis bilden, wenn der Sensorkopf SK mit der Auflagefläche AF auf der Oberfläche OF des Werkstücks platziert wird.Preferably, the sensor head SK comprises at least one means for generating a magnetic excitation, namely the permanent magnet PM, and a sensor element NV, which is connected via at least one optical waveguide LWL. The optical waveguide LWL is equipped with a control and evaluation device (see 1 ) or is connected to it. The sensor head further comprises a sensor head housing GH made of a non-ferromagnetic material (µ t <1). The sensor head SK preferably comprises further functional elements of one or more magnetic circuits. Such a further functional element of one or more magnetic circuits can, for example, be the ferromagnetic support ST. The sensor head SK is preferably designed such that the permanent magnet PM and the further functional elements of one or more magnetic circuits of the sensor head SK form at least one common magnetic circuit via a support surface AF with an area of the surface OF of a workpiece when the sensor head SK is placed with the support surface AF on the surface OF of the workpiece.

Figur 6Figure 6

6 zeigt die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines vorschlagsgemäßen Sensorkopfes SK und dessen Verwendung. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;
  • Bereitstellen 145 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten DM bzw. Nanodiamanten eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM bzw. Nanodiamanten dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;
  • Benetzen 150 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM bzw. Nanodiamanten aufweist;
  • Einspeisen 155 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge λH so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt, wobei das ausgehärtete Trägermaterial TM das Sensorelement NV ausbildet;
  • Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement bildet;
  • Bereitstellen 165 eines Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H, insbesondere eines Permanentmagneten PM;
  • Einbau 170 des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement NV in den Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und Einbau der einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H in das Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK;
  • Verwendung 180 des Sensorkopfes SK zur ortsaufgelösten Vermessung der magnetischen Eigenschaften des Materials eines Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks, wobei die Ortsauflösung besser als 500µm und/oder besser als 200µm und/oder besser als 100µm und/oder besser als 50µm und/oder besser als 20µm und/oder besser als 10µm ist. Dabei ist Auflösung die Möglichkeit zwei beieinanderliegende Störungen der magnetischen Eigenschaften einer Oberfläche OF eines Werkstücks noch durch ein Extremum von 5% der Signalamplitude zu können, wenn diese entsprechend der Auflösung voneinander beabstandet sind. Solche Störungen können beispielsweise Risse, Lunker, Materialinhomogenitäten etc. sein.
6 shows the steps of the method for producing a proposed sensor head SK and its use. The method comprises the steps:
  • • Providing 140 an optical waveguide LWL, wherein the optical waveguide LWL has a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
  • • Providing 145 a liquid carrier material TM that can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds DM or nanodiamonds are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or several or all diamonds DM or nanodiamonds of these diamonds DM have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
  • • Wetting 150 the first end of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM having the plurality of embedded diamonds DM or nanodiamonds;
  • • feeding 155 electromagnetic radiation into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL, wherein the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength λ H , is selected such that the carrier material TM hardens at the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and turns into a solid, wherein the hardened carrier material TM forms the sensor element NV;
  • • Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, wherein the remaining film of the carrier material TM at the first end of the optical waveguide LWL forms the sensor element;
  • • Providing 165 a sensor head housing GH of the sensor head SK and an excitation source for a magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM;
  • Installation 170 of the optical waveguide LWL with the newly formed sensor element NV in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK and installation of an excitation source for a magnetic excitation H in the sensor head housing GH of the sensor head SK;
  • • Use 180 of the sensor head SK for spatially resolved measurement of the magnetic properties of the material of a workpiece in the vicinity of the surface OF of the workpiece, where the spatial resolution is better than 500µm and/or better than 200µm and/or better than 100µm and/or better than 50µm and/or better than 20µm and/or better than 10µm. Resolution is the ability to detect two adjacent disturbances in the magnetic properties of a surface OF of a workpiece by an extremum of 5% of the signal amplitude if they are spaced apart from each other in accordance with the resolution. Such disturbances can be, for example, cracks, cavities, material inhomogeneities, etc.

Figur 7Figure 7

7a zeigt ein beispielhaftes Werkstück aus einem ferromagnetischen Material FM in der Aufsicht. In die Oberfläche des Werkstücks sind verschiedene Bohrungen L1 bis L3 als Simulation eines Risses RI eingebracht. Die erste Bohrung L1 soll beispielsweise einen beispielhaften Durchmesser von 4mm aufweisen. Die zweite Bohrung L2 soll beispielsweise einen beispielhaften Durchmesser von 3mm aufweisen. Die dritte Bohrung L3 soll beispielsweise einen beispielhaften Durchmesser von 2mm aufweisen. 7a shows an example workpiece made of a ferromagnetic material FM in a top view. Various holes L1 to L3 are made in the surface of the workpiece as a simulation of a crack RI. The first hole L1 should have an example diameter of 4mm, for example. The second hole L2 should have an example diameter of 3mm, for example. The third hole L3 should have an example diameter of 2mm, for example.

Für die Erstellung der 7b wurde ein Sensorkopf SK, wie in den 4 und 5 dargestellt über die Oberfläche OF des Werkstücks längs des mit x bezeichneten Weges verschoben, wobei der Kontakt zwischen der Auflagefläche AF und der Oberfläche OF des Werkstücks beibehalten wurde.For the creation of the 7b A sensor head SK was used as shown in the 4 and 5 shown, was displaced over the surface OF of the workpiece along the path indicated by x, while maintaining contact between the support surface AF and the surface OF of the workpiece.

Der Werteverlauf des so erhaltenen Messignals S4 ist in der 7b in Abhängigkeit von der Position x des Sensorkopfes SK auf der Oberfläche OF dargestellt. Aufgrund der geringen Größe DLWL des Sensorelements NV ist die Ortsauflösung erheblich, was aus dem Stand der Technik unbekannt ist.The value curve of the measurement signal S4 obtained in this way is shown in the 7b as a function of the position x of the sensor head SK on the surface OF. Due to the small size D LWL of the sensor element NV, the spatial resolution is considerable, which is unknown in the state of the art.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

140140
Bereitstellen 140 eines Lichtwellenleiters LWL, wobei der Lichtwellenleiter LWL ein erstes Ende ELWL1 und ein zweites Ende ELWL2 aufweist;Providing 140 an optical waveguide LWL, the optical waveguide LWL having a first end ELWL1 and a second end ELWL2;
142142
Bereitstellen 142 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial TM eine Vielzahl von Diamanten DM, vorzugsweise Nanodiamanten, eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ der Diamanten DM des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren der Diamanten DM des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;Providing 142 a liquid carrier material TM which can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds DM, preferably nanodiamonds, are embedded in the carrier material TM and wherein one or several or all diamonds DM of these diamonds DM have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the diamonds DM of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the diamonds DM of the carrier material TM emit at least one fluorescence radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
145145
Bereitstellen 145 eines flüssigen und mittels elektromagnetischer Strahlung einer Aushärtewellenlänge λH härtbaren Trägermaterials TM, wobei in das Trägermaterial (TM) eine Vielzahl von Diamanten DM bzw. Nanodiamanten eingebettet sind und wobei einer oder mehrere oder alle Diamanten DM bzw. Nanodiamanten dieser Diamanten DM NV-Zentren NVZ und/oder andere paramagnetischen Zentren aufweisen und wobei die NV-Zentren NVZ des Trägermaterials TM und/oder die anderen paramagnetischen Zentren des Trägermaterials TM bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung LB zumindest eine Fluoreszenzstrahlung FL emittieren;Providing 145 a liquid carrier material TM which can be hardened by means of electromagnetic radiation of a curing wavelength λ H , wherein a plurality of diamonds DM or nanodiamonds are embedded in the carrier material (TM) and wherein one or several or all diamonds DM or nanodiamonds of these diamonds DM have NV centers NVZ and/or other paramagnetic centers and wherein the NV centers NVZ of the carrier material TM and/or the other paramagnetic centers of the carrier material TM emit at least one fluorescent radiation FL when irradiated with pump radiation LB;
150150
Benetzen 150 des ersten Endes des Lichtwellenleiters TM auf eine Benetzungslänge LB mit dem Trägermaterial TM, das die Vielzahl eingebetteter Diamanten DM bzw. Nanodiamanten aufweist;Wetting 150 the first end of the optical waveguide TM to a wetting length L B with the carrier material TM having the plurality of embedded diamonds DM or nanodiamonds;
155155
Einspeisen 155 elektromagnetischer Strahlung in das zweite Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL, wobei die Wellenlänge dieser elektromagnetischen Strahlung, die Aushärtewellenlänge AH so gewählt ist, dass das Trägermaterial TM am zweiten Ende ELWL2 des Lichtwellenleiters LWL aushärtet und sich in einen Festkörper wandelt, wobei das ausgehärtete Trägermaterial TM das Sensorelement NV ausbildet;Feeding 155 electromagnetic radiation into the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL, wherein the wavelength of this electromagnetic radiation, the curing wavelength A H, is selected such that the carrier material TM hardens at the second end ELWL2 of the optical waveguide LWL and turns into a solid, wherein the hardened carrier material TM forms the sensor element NV;
160160
Entfernen 160 des nicht ausgehärteten Trägermaterials TM insbesondere mittels eines Lösungsmittels, wobei der verbleibende Film des Trägermaterials TM am ersten Ende des Lichtwellenleiters LWL das Sensorelement bildet;Removing 160 the uncured carrier material TM, in particular by means of a solvent, wherein the remaining film of the carrier material TM at the first end of the optical waveguide LWL forms the sensor element;
165165
Bereitstellen eines Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H, insbesondere eines Permanentmagneten PM;Providing a sensor head housing GH of the sensor head SK and an excitation source for a magnetic excitation H, in particular a permanent magnet PM;
170170
Einbau des Lichtwellenleiters LWL mit dem neu gebildeten Sensorelement NV in den Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK und Einbau der einer Erregungsquelle für eine magnetische Erregung H in das Sensorkopfgehäuses GH des Sensorkopfes SK;Installation of the optical fiber LWL with the newly formed sensor element NV in the channel KN of the sensor head housing GH of the sensor head SK and installation of an excitation source for a magnetic excitation H in the sensor head housing GH of the sensor head SK;
180180
Verwendung des Sensorkopfes SK zur ortsaufgelösten Vermessung der magnetischen Eigenschaften des Materials eines Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks, wobei die Ortsauflösung besser als 500µm und/oder besser als 200µm und/oder besser als 100µm und/oder besser als 50µm und/oder besser als 20µm und/oder besser als 10µm ist. Dabei ist Auflösung die Möglichkeit zwei beieinanderliegende Störungen der magnetischen Eigenschaften einer Oberfläche OF eines Werkstücks noch durch ein Extremum von 5% der Signalamplitude zu können, wenn diese entsprechend der Auflösung voneinander beabstandet sind. Solche Störungen können beispielsweise Risse, Lunker, Materialinhomogenitäten etc. sein.Use of the SK sensor head for spatially resolved measurement of the magnetic properties of the material of a workpiece in the vicinity of the surface OF of the workpiece, where the spatial resolution is better than 500 µm and/or better than 200 µm and/or better than 100 µm and/or better than 50 µm and/or better than 20 µm and/or better than 10 µm. Resolution is the ability to detect two adjacent disturbances in the magnetic properties of a surface OF of a workpiece by an extremum of 5% of the signal amplitude if they are spaced apart from each other in accordance with the resolution. Such disturbances can be, for example, cracks, cavities, material inhomogeneities, etc.
αα
Winkel, den der Lichtwellenleiter LWL mit der Auflagefläche AF in unmittelbarer Nähe des Sensorelements NV bildet;Angle formed by the optical fiber LWL with the support surface AF in the immediate vicinity of the sensor element NV;
ββ
Winkel zwischen der virtuellen Senkrechten AFS zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK einerseits und dem Lichtwellenleiter LWL beim Austritt aus dem Sensorkopfgehäuse GH des Sensorkopfes SK. Bevorzugt beträgt der Winkel β 90°. Dies hat den Vorteil, dass ein solcher Winkel β das Drehmoment, das der Lichtwellenleiter LWL zusammen mit seiner mechanischen Hülle MH auf den Sensorkopf SK ausübt, minimiert, da der Lichtwellenleiter LWL dann in relativ geringer Entfernung vom Sensorkopf SK auf der Oberfläche des Werkstücks oder einer Oberfläche, auf der das Werkstück aufliegt zum Liegen kommt. Bevorzugt liegt der Wert von β zwischen 45° und 135°, besser zwischen 70° und 110°, besser zwischen 80° und 100°, besser zwischen 85° und 95°, besser zwischen 87° und 93°;Angle between the virtual perpendicular AFS to the support surface AF of the sensor head SK on the one hand and the optical fiber LWL as it exits the sensor head housing GH of the sensor head SK. The angle β is preferably 90°. This has the advantage that such an angle β minimizes the torque that the optical fiber LWL together with its mechanical sheath MH exerts on the sensor head SK, since the optical fiber LWL then comes to rest at a relatively short distance from the sensor head SK on the surface of the workpiece or a surface on which the workpiece rests. The value of β is preferably between 45° and 135°, better between 70° and 110°, better between 80° and 100°, better between 85° and 95°, better between 87° and 93°;
AXAX
Permanentmagnetsymmetrieachse;Permanent magnet symmetry axis;
AFAF
Auflagefläche des Sensorkopfes SK;Support surface of the sensor head SK;
AFSAFS
virtuelle Senkrechte zur Auflagefläche AF des Sensorkopfes SK;virtual perpendicular to the support surface AF of the sensor head SK;
BB
magnetische Flussdichte;magnetic flux density;
BSTRBSTR
magnetisches Streufeld der magnetischen Flussdichte des Permanentmagneten PM;magnetic stray field of the magnetic flux density of the permanent magnet PM;
dldl
Dicke des Trägermaterials TM am Mittelpunkt MP der Endfläche EF am ersten Ende ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;Thickness of the carrier material TM at the center MP of the end face EF at the first end ELWL1 of the first and/or the second or the common optical fiber LWL;
dpmdpm
Abstand dpm des unteren Endes des Permanentmagneten PM zur Auflagefläche AF;Distance d pm of the lower end of the permanent magnet PM to the support surface AF;
drdr
Dicke an anderen Punkten der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;Thickness at other points of the end face EF of the first end ELWL1 of the first and/or second or common optical waveguide LWL;
dSK1dSK1
Höhe des Sensorkopfes SK;Height of the sensor head SK;
dSK2dSK2
Länge des Sensorkopfes SK;Length of the sensor head SK;
dSK3dSK3
Breite des Sensorkopfes SK;Width of the sensor head SK;
dSK4dSK4
Tiefe der Vertiefung VT des Sensorkopfes SK;Depth of the recess VT of the sensor head SK;
DLWLDLWL
Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL;Diameter of the optical fiber LWL;
DLWLLDLWLL
Durchmesser der Lichtwellenleiterlinse LWLL;Diameter of the optical fiber lens LWLL;
DLWLMHDLWLMH
Durchmesser des ummantelten Lichtwellenleiters LWL umfassend den Durchmesser des Lichtwellenleiters LWL mit der mechanischen Hülle MH;Diameter of the sheathed optical fiber LWL comprising the diameter of the optical fiber LWL with the mechanical sheath MH;
DMDM
Diamanten DM. Die Diamanten haben vorzugsweise eine Größe kleiner 5mm, besser kleiner 2mm, besser kleiner 1mm, besser kleiner 0,5mm, besser kleiner 0,2mm, besser kleiner 0,1mm, besser kleiner 50µm, besser kleiner 20µm, besser kleiner 10µm, besser kleiner 5µm, besser kleiner 2mm, besser kleiner 1µm, besser kleiner 0,5µm, besser kleiner 0,2µm, besser kleiner 0,1µm, besser kleiner 50nm, besser kleiner 20nm, besser kleiner 10nm;Diamonds DM. The diamonds preferably have a size of less than 5mm, better less than 2mm, better less than 1mm, better less than 0.5mm, better less than 0.2mm, better less than 0.1mm, better less than 50µm, better less than 20µm, better less than 10µm, better less than 5µm, better less than 2mm, better less than 1µm, better less than 0.5µm, better less than 0.2µm, better less than 0.1µm, better less than 50nm, better less than 20nm, better less than 10nm;
EFEF
Endfläche des ersten Endes ELWL1 des ersten und/oder der zweiten oder des gemeinsamen Lichtwellenleiters LWL;End face of the first end ELWL1 of the first and/or second or common optical waveguide LWL;
ELWL1ELWL1
erstes Ende des Lichtwellenleiters LWL;first end of the optical fiber LWL;
ELWL2ELWL2
zweites Ende des Lichtwellenleiters LWL;second end of the optical fiber LWL;
F1F1
dichroitischer Spiegel;dichroic mirror;
FLFL
Fluoreszenzstrahlung;fluorescence radiation;
FMFM
ferromagnetisches Material;ferromagnetic material;
GG
Signalgenerator;signal generator;
GHGH
Sensorkopfgehäuse. Das Sensorkopfgehäuse kann beispielsweise mittels 3D-Druck, beispielsweise mittels FDM oder SLS-Druck hergestellt werden. Bevorzugt ist das Material des Sensorkopfgehäuses zumindest in der Nähe des Sensorelements NV nicht ferromagnetisch (µt<1). Bevorzugt ist das Material des Sensorkopfgehäuses diamagnetisch;Sensor head housing. The sensor head housing can be manufactured, for example, by means of 3D printing, for example by means of FDM or SLS printing. Preferably, the material of the sensor head housing is not ferromagnetic (µ t <1) at least in the vicinity of the sensor element NV. Preferably, the material of the sensor head housing is diamagnetic;
GNDGND
Bezugspotenzial;reference potential;
HH
magnetische Erregung;magnetic excitation;
KIAI
Knick im Kanal KN des Sensorkopfgehäuses GH;Kink in the channel KN of the sensor head housing GH;
KNCN
Kanal KN, durch den der Lichtwellenleiter LWL in das Sensorkopfgehäuse GH eingeführt ist;Channel KN through which the optical fiber LWL is introduced into the sensor head housing GH;
LBLB
Benetzungslänge;wetting length;
LBLB
Pumpstrahlung;pump radiation;
LIVLIV
Lock-In-Verstärker;lock-in amplifier;
LWLLWL
Lichtwellenleiter. Bevorzugt handelt es sich um eine Glasfaser;Optical fiber. Preferably a glass fiber;
LWLCLWLC
Kern (Englisch Core) des Lichtwellenleiters LWL;Core of the optical fiber LWL;
LWLLLWLL
Lichtwellenleiterlinse;optical fiber lens;
λflλfl
Fluoreszenzwellenlänge;fluorescence wavelength;
λHλH
Aushärtewellenlänge;Curing wavelength;
λpmpλpmp
Pumpstrahlungswellenlänge;pump radiation wavelength;
M1M1
Multiplizierer;multiplier;
MHMH
mechanische Hülle;mechanical casing;
MLML
Mittellinie des Lichtwellenleiters LWL (Es handelt sich um eine virtuelle Linie);Center line of the optical fiber LWL (this is a virtual line);
MPMP
Mittelpunkt der Endfläche EF des ersten Endes ELWL1 des Lichtwellenleiters LWL;Center of the end face EF of the first end ELWL1 of the optical fiber LWL;
NVNV
Sensorelement. Bevorzugt umfasst das Sensorelement eine Vielzahl von Nanodiamanten bzw. Diamanten DM, die unterschiedlich orientiert sind und bevorzugt eine Vielzahl von NV-Zentren NVZ aufweisen. Bevorzugt ist das Sensorelement mit den Diamanten DM bzw. Nanodiamanten mittig unter dem Permanentmagneten PM und möglichst nah am Prüfobjekt, hier dem beispielhaften Werkstück mit dem ferromagnetischen Material FM, platziert;Sensor element. The sensor element preferably comprises a plurality of nanodiamonds or diamonds DM that are differently oriented and preferably have a plurality of NV centers NVZ. The sensor element with the diamonds DM or nanodiamonds is preferably placed centrally under the permanent magnet PM and as close as possible to the test object, here the exemplary workpiece with the ferromagnetic material FM;
NVZNVZ
NV-Zentren;NV centers;
KEKE
Kern<<<Core<<<
KNCN
Kanal im Sensorkopfgehäuse GH für die Zuführung des Lichtwellenleiters LWL und/oder optisches Fenster im Sensorkopfgehäuse GH;Channel in the sensor head housing GH for the supply of the optical fiber LWL and/or optical window in the sensor head housing GH;
OEOE
Öffnung für den Lichtwellenleiter LWL in der ferromagnetischen Stütze ST;Opening for the optical fiber LWL in the ferromagnetic support ST;
OFOF
Oberfläche des Werkstücks, beispielsweise die Oberfläche eines ferromagnetischen Materials FM;Surface of the workpiece, for example the surface of a ferromagnetic material FM;
OFF1OFF1
Offset-Addition;offset addition;
PDPD
Fotodetektor;photodetector;
PLPL
Pumpstrahlungsquelle;pump radiation source;
PMPM
Permanentmagnet. Bevorzugt ist der Permanentmagnet röhrenförmig mit einer Permanentmagnetsymmetrieachse AX ausgeführt. Sofern sich das Sensorelement NV sich auf dieser Symmetrieachse AX befindet, ist die horizontale Komponente der magnetischen Flussdichte B in etwa 0 T. In dem hier vorgestellten Beispiel dient der Permanentmagnet zur Bereitstellung der magnetischen Erregung H des magnetischen Kreises des Sensorkopfes SK im Zusammenwirken mit dem Material des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche OF des Werkstücks und in der Nähe des Sensorelements NV. Statt eines Permanentmagneten kann auch eine stromdurchflossene Spule oder dergleichen hier eingesetzt werden. Auch sind kompliziertere magnetische Kreise mit mehr als einer Quelle magnetischer Erregung denkbar. Beispielsweise kann der Sensorkopf SK auch eine Kombination aus einem der mehreren Permanentmagneten mit einer oder mehreren Spule als Quelle der magnetischen Erregung H aufweisen. Beispielsweise kann der Sensorkopf SK auch einer oder mehrere Spule als Quelle der magnetischen Erregung H aufweisen. Der Begriff Permanentmagnet steht im Sinne des hier vorgelegten Dokuments für eine beliebig strukturierte Quelle magnetischer Erregung H. Ein einzelner Permanentmagnet ist jedoch ausdrücklich besonders bevorzugt;Permanent magnet. The permanent magnet is preferably tubular with a permanent magnet symmetry axis AX. If the sensor element NV is located on this symmetry axis AX, the horizontal component of the magnetic flux density B is approximately 0 T. In the example presented here, the permanent magnet serves to provide the magnetic excitation H of the magnetic circuit of the sensor head SK in interaction with the material of the workpiece near the surface OF of the workpiece and near the sensor element NV. Instead of a permanent magnet, a current-carrying coil or the like can also be used here. More complicated magnetic circuits with more than one source of magnetic excitation are also conceivable. For example, the sensor head SK can also have a combination of one of the several permanent magnets with one or more coils as the source of the magnetic excitation H. For example, the sensor head SK can also have one or more coils as the source of the magnetic excitation H. In the context of the document presented here, the term permanent magnet refers to any structured source of magnetic excitation H. However, a single permanent magnet is expressly preferred;
RIRI
Störung im ferromagnetischen Material FM. Bei einer solchen Störung kann es sich um eine Änderung der Zusammensetzung handeln, die die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials FM lokal ändert. Beispielsweise kann es sich um einen Riss oder einen Lunker oder eine Bohrung oder eine Vertiefung oder um eine Dickenschwankung oder eine Modulation eines Formfaktors wie Dicke, Breite oder dergleichen handeln;Disturbance in the ferromagnetic material FM. Such a disturbance may be a change in composition that locally changes the magnetic properties of the ferromagnetic material FM. For example, it may be a crack or a void or a hole or a depression or a thickness variation or a modulation of a form factor such as thickness, width or the like;
S0S0
Empfängerausgangssignal;Receiver output signal;
S1S1
verstärktes Empfängerausgangssignal;amplified receiver output signal;
S3S3
Filtereingangssignal;filter input signal;
S4S4
Flussdichtemesssignal;Flux density measurement signal;
S5S5
Sendesignal;transmission signal;
S5wS5w
Sendevorsignal;pre-transmission signal;
SCHRSCR
Schraube. Das Sensorkopfgehäuse GH weist zur Aufnahme der Schraube vorzugsweise ein Gewinde für eine Madenschraube zur Fixierung des Lichtwellenleiters LWL auf;Screw. The sensor head housing GH preferably has a thread for a grub screw for fixing the optical fiber LWL to accommodate the screw;
SKss
Sensorkopf;sensor head;
STST
ferromagnetische Stütze;ferromagnetic support;
tt
Zeit;Time;
TMTM
Trägermaterial;carrier material;
TPTP
Tiefpassfolter bzw. Filter mit Tiefpasseigenschaften;Low-pass filter or filter with low-pass properties;
vv
Vorschubgeschwindigkeit;feed rate;
V1V1
Verstärker;Amplifier;
VDDVDD
Versorgungsspannung;supply voltage;
VTVT
Vertiefung VT des Sensorkopfes SK z.B. für einen Führungsfinger einer Hand;Recess VT of the sensor head SK e.g. for a guiding finger of a hand;

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Claims (25)

Sensorkopf (SK), mit einem Sensorelement (NV), wobei das Sensorelement (NV) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und wobei das Sensorelement (NV) sich an einem ersten Ende (ELWL1) eines Lichtwellenleiters (LWL) befindet und wobei der Sensorkopf (SK) Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung (H) umfassen und wobei der Sensorkopf (SK) ein Sensorkopfgehäuse (GH) mit einer Auflagefläche (AF) aufweist und wobei der Lichtwellenleiter (LWL) mit dem Sensorelement (NV) in dem Sensorkopfgehäuse (GH) in einen Winkel (α) zur Auflagefläche (AF) des Sensorkopfes (SK) zwischen 10° und 70° eingebaut ist und wobei das Sensorelement (NV) sich in einem Abstand von der Auflagefläche (AF) befindet, der kleiner als der Durchmesser des Lichtwellenleiter (LWL) inclusive einer ggf. vorhanden mechanischen Hülle (MH) des Lichtwellenleiters (LWL) ist und wobei der Lichtwellenleiter (LWL) in einem Winke (β) zur Senkrechten (AFS) zur Auflagefläche (AF) des Sensorkopfes (SK) von 45° bis 135° und/oder von 70° bis 110° und/oder von 80° bis 100° und/oder von 85° bis 95°' und/oder von 87° bis 93°aus dem Sensorkopfgehäuse (GH) austritt.Sensor head (SK), with a sensor element (NV), wherein the sensor element (NV) comprises a plurality of diamonds (DM) and/or nanodiamonds with NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers and wherein the sensor element (NV) is located at a first end (ELWL1) of an optical waveguide (LWL) and wherein the sensor head (SK) comprises functional elements of a magnetic circuit and wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation (H) and wherein the sensor head (SK) has a sensor head housing (GH) with a support surface (AF) and wherein the optical waveguide (LWL) with the sensor element (NV) is installed in the sensor head housing (GH) at an angle (α) to the support surface (AF) of the sensor head (SK) between 10° and 70° and wherein the sensor element (NV) is located at a distance from the support surface (AF) that is smaller than the Diameter of the optical fiber (LWL) including any mechanical sheath (MH) of the optical fiber (LWL) and wherein the optical fiber (LWL) exits the sensor head housing (GH) at an angle (β) to the perpendicular (AFS) to the support surface (AF) of the sensor head (SK) of 45° to 135° and/or 70° to 110° and/or 80° to 100° and/or 85° to 95°' and/or 87° to 93°. Sensorkopf (SK), mit einem Sensorelement (NV), wobei das Sensorelement (NV) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und wobei das Sensorelement (NV) sich an einem ersten Ende (ELWL1) eines Lichtwellenleiters (LWL) befindet und wobei der Sensorkopf (SK) Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung (H) umfassen und wobei die Funktionselemente eines magnetischen Kreises einen Permanentmagneten (PM) und/oder eine elektrische Spule als Quelle magnetischer Erregung (H) umfassen und wobei der Permanentmagnet (PM) und/oder die elektrische Spule röhrenförmig mit einer Achse (AX) ausgebildet ist und wobei der Permanentmagnet (PM) parallel zur Achse (AX) magnetisiert ist und/oder wobei die elektrische Spule ihr magnetisches Feld parallel zur Achse (AX) bei Bestromung ausbildet und wobei der Sensorkopf (SK) ein Sensorkopfgehäuse (GH) mit einer Auflagefläche (AF) aufweist und wobei der Lichtwellenleiter (LWL) mit dem Sensorelement (NV) in dem Sensorkopfgehäuse (GH) eingebaut ist und wobei das Sensorelement (NV) sich in einem Abstand von der Auflagefläche (AF) befindet, der kleiner als der Durchmesser (DLWLMH) des ummantelten Lichtwellenleiters (LWL) ist und wobei das Sensorelement (NV) sich auf oder zumindest in der Nähe der Verlängerung der Achse (AX) befindet.Sensor head (SK), with a sensor element (NV), wherein the sensor element (NV) comprises a plurality of diamonds (DM) and/or nanodiamonds with NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers and wherein the sensor element (NV) is located at a first end (ELWL1) of an optical waveguide (LWL) and wherein the sensor head (SK) comprises functional elements of a magnetic circuit and wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation (H) and wherein the functional elements of a magnetic circuit comprise a permanent magnet (PM) and/or an electrical coil as a source of magnetic excitation (H) and wherein the permanent magnet (PM) and/or the electrical coil is tubular with an axis (AX) and wherein the permanent magnet (PM) is magnetized parallel to the axis (AX) and/or wherein the electric coil forms its magnetic field parallel to the axis (AX) when energized, and wherein the sensor head (SK) has a sensor head housing (GH) with a support surface (AF), and wherein the optical fiber (LWL) with the sensor element (NV) is installed in the sensor head housing (GH), and wherein the sensor element (NV) is located at a distance from the support surface (AF) which is smaller than the diameter (D LWLMH ) of the coated optical fiber (LWL), and wherein the sensor element (NV) is located on or at least near the extension of the axis (AX). Sensorkopf (SK) nach Anspruch 2, wobei der Sensorkopf (SK) eine ferromagnetische Stütze (ST) oder ein anderes ferromagnetisches Vorrichtungselement des Sensorkopfes (SK) umfasst, die von dem Permanentmagneten (PM) und/oder der elektrischen Spule verschieden sind.Sensor head (SK) according to Claim 2 , wherein the sensor head (SK) comprises a ferromagnetic support (ST) or another ferromagnetic device element of the sensor head (SK) which are different from the permanent magnet (PM) and/or the electrical coil. Sensorkopf (SK) nach Anspruch 3, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) mit dem Permanentmagneten (PM) und/oder der elektrischen Spule Vorrichtungsteile eines magnetischen Kreises sind und wobei die magnetische Erregung (H) einen magnetischen Fluss (B) im magnetischen Kreis verursacht und wobei dieser magnetische Fluss (B) das Sensorelement (NV) und die Oberfläche (OF) eines Materials des Werkstücks, eines ferromagnetischen Materials (FM) des Werkstücks, durchflutet und wobei räumliche Fluktuationen der magnetischen Eigenschaften des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche (OF) die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements (NV) beeinflussen.Sensor head (SK) according to Claim 3 , wherein the ferromagnetic support (ST) with the permanent magnet (PM) and/or the electric coil are device parts of a magnetic circuit and wherein the magnetic excitation (H) causes a magnetic flux (B) in the magnetic circuit and wherein this magnetic flux (B) flows through the sensor element (NV) and the surface (OF) of a material of the workpiece, a ferromagnetic material (FM) of the workpiece, and wherein spatial fluctuations in the magnetic properties of the material of the workpiece in the vicinity of the surface (OF) influence the intensity of a fluorescent radiation FL of the sensor element (NV). Sensorkopf (SK) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) röhrenförmig mit einer zweiten Achse ausgeführt ist.Sensor head (SK) according to Claim 3 or 4 , wherein the ferromagnetic support (ST) is tubular with a second axis. Sensorkopf (SK) nach Anspruch 5, wobei die zweite Achse der ferromagnetische Stütze (ST) im Wesentlichen parallel zur Achse (AX) des Permanentmagneten (PM) ist.Sensor head (SK) according to Claim 5 , wherein the second axis of the ferromagnetic support (ST) is substantially parallel to the axis (AX) of the permanent magnet (PM). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) eine Öffnung (OE) für den Lichtwellenleiter (LWL) in der ferromagnetischen Stütze (ST) aufweist;Sensor head (SK) according to one of the Claims 3 until 6 , wherein the ferromagnetic support (ST) has an opening (OE) for the optical waveguide (LWL) in the ferromagnetic support (ST); Sensorkopf (SK) nach Anspruch 7, wobei die Öffnung (OE) Teil eines Kanals (KN) innerhalb des Sensorkopfes (SK) ist, in dem der Lichtwellenleiter (LWL) montiert ist.Sensor head (SK) according to Claim 7 , wherein the opening (OE) is part of a channel (KN) within the sensor head (SK) in which the optical fiber (LWL) is mounted. Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns (KE) der Stütze (ST) und/oder des Permanentmagneten (PM) gefüllt ist.Sensor head (SK) according to one of the Claims 3 until 8th , wherein the ferromagnetic support (ST) is filled with at least one filling material of a core (KE) of the support (ST) and/or the permanent magnet (PM). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Permanentmagnet (PM) mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns (KE) der Stütze (ST) und/oder des Permanentmagneten (PM) gefüllt ist.Sensor head (SK) according to one of the Claims 3 until 9 , wherein the permanent magnet (PM) is filled with at least one filling material of a core (KE) of the support (ST) and/or of the permanent magnet (PM). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das Sensorelement (NV) eine Lichtwellenleiterlinse (LWLL) umfasst und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) sich an einem ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) befindet und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) einen Durchmesser (DLWLL) der Lichtwellenleiterlinse (LWLL) aufweist, der kleiner als der Durchmesser (DLWL) des Lichtwellenleiters (LWL) ist.Sensor head (SK) according to one of the Claims 2 until 10 , wherein the sensor element (NV) comprises an optical waveguide lens (LWLL), and wherein the optical waveguide lens (LWLL) comprises a plurality of diamonds (DM) and/or nanodiamonds with NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers, and wherein the optical waveguide lens (LWLL) is located at a first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL), and wherein the optical waveguide lens (LWLL) has a diameter (D LWLL ) of the optical waveguide lens (LWLL) that is smaller than the diameter (D LWL ) of the optical waveguide (LWL). Sensorkopf (SK), mit einem Sensorelement (NV), wobei das Sensorelement (NV) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und wobei das Sensorelement (NV) sich an einem ersten Ende (ELWL1) eines Lichtwellenleiters (LWL) befindet und wobei der Sensorkopf (SK) Funktionselemente eines magnetischen Kreises umfasst und wobei die Funktionselemente des magnetischen Kreises zumindest eine Quelle magnetischer Erregung (H) umfassen und wobei die Funktionselemente eines magnetischen Kreises einen Permanentmagneten (PM) und/oder eine elektrische Spule als Quelle magnetischer Erregung (H) umfassen und wobei das Sensorelement (NV) eine Lichtwellenleiterlinse (LWLL) umfasst und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) eine Vielzahl von Diamanten (DM) und/oder Nanodiamanten mit NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren umfasst und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) sich an einem ersten Ende (ELWL1) des Lichtwellenleiters (LWL) befindet und wobei die Lichtwellenleiterlinse (LWLL) einen Durchmesser (DLWLL) der Lichtwellenleiterlinse (LWLL) aufweist, der kleiner als der Durchmesser (DLWL) des Lichtwellenleiters (LWL) ist.Sensor head (SK), with a sensor element (NV), wherein the sensor element (NV) comprises a plurality of diamonds (DM) and/or nanodiamonds with NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers and wherein the sensor element (NV) is located at a first end (ELWL1) of an optical waveguide (LWL) and wherein the sensor head (SK) comprises functional elements of a magnetic circuit and wherein the functional elements of the magnetic circuit comprise at least one source of magnetic excitation (H) and wherein the functional elements of a magnetic circuit comprise a permanent magnet (PM) and/or an electrical coil as a source of magnetic excitation (H) and wherein the sensor element (NV) comprises an optical waveguide lens (LWLL) and wherein the optical waveguide lens (LWLL) comprises a plurality of diamonds (DM) and/or nanodiamonds with NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers and wherein the optical waveguide lens (LWLL) is located at a first end (ELWL1) of the optical waveguide (LWL) and wherein the optical waveguide lens (LWLL) has a diameter (D LWLL ) of the optical waveguide lens (LWLL) which is smaller than the diameter (D LWL ) of the optical waveguide (LWL). Sensorkopf (SK) nach Anspruch 12, wobei der Permanentmagnet (PM) und/oder die elektrische Spule röhrenförmig mit einer Achse (AX) ausgebildet ist und wobei der Permanentmagnet (PM) parallel zur Achse (AX) magnetisiert ist und/oder wobei die elektrische Spule ihr magnetisches Feld parallel zur Achse (AX) bei Bestromung ausbildet.Sensor head (SK) according to Claim 12 , wherein the permanent magnet (PM) and/or the electric coil is tubular with an axis (AX) and wherein the permanent magnet (PM) is magnetized parallel to the axis (AX) and/or wherein the electric coil forms its magnetic field parallel to the axis (AX) when energized. Sensorkopf (SK) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei der Sensorkopf (SK) ein Sensorkopfgehäuse (GH) mit einer Auflagefläche (AF) aufweist und wobei der Lichtwellenleiter (LWL) mit dem Sensorelement (NV) in dem Sensorkopfgehäuse (GH) eingebaut ist und wobei das Sensorelement (NV) sich in einem Abstand von der Auflagefläche (AF) befindet, der kleiner als der Durchmesser (DLWLMH) des ummantelten Lichtwellenleiters (LWL) ist und wobei das Sensorelement (NV) sich auf oder zumindest in der Nähe der Verlängerung der Achse (AX) befindet.Sensor head (SK) according to Claim 12 or Claim 13 , wherein the sensor head (SK) has a sensor head housing (GH) with a support surface (AF), and wherein the optical waveguide (LWL) with the sensor element (NV) is installed in the sensor head housing (GH), and wherein the sensor element (NV) is located at a distance from the support surface (AF) which is smaller than the diameter (D LWLMH ) of the coated optical waveguide (LWL), and wherein the sensor element (NV) is located on or at least near the extension of the axis (AX). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Sensorkopf (SK) eine ferromagnetische Stütze (ST) oder ein anderes ferromagnetisches Vorrichtungselement des Sensorkopfes (SK) umfasst, die von dem Permanentmagneten (PM) und/oder der elektrischen Spule verschieden sind.Sensor head (SK) according to one of the Claims 12 until 14 , wherein the sensor head (SK) comprises a ferromagnetic support (ST) or another ferromagnetic device element of the sensor head (SK) which are different from the permanent magnet (PM) and/or the electrical coil. Sensorkopf (SK) nach Anspruch 15, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) mit dem Permanentmagneten (PM) und/oder der elektrischen Spule Vorrichtungsteile eines magnetischen Kreises sind und wobei die magnetische Erregung (H) einen magnetischen Fluss (B) im magnetischen Kreis verursacht und wobei dieser magnetische Fluss (B) das Sensorelement (NV) und die Oberfläche (OF) eines Materials des Werkstücks, eines ferromagnetischen Materials (FM) des Werkstücks, durchflutet und wobei räumliche Fluktuationen der magnetischen Eigenschaften des Materials des Werkstücks in der Nähe der Oberfläche (OF) die Intensität einer Fluoreszenzstrahlung FL des Sensorelements (NV) beeinflussen.Sensor head (SK) according to Claim 15 , wherein the ferromagnetic support (ST) with the permanent magnet (PM) and/or the electric coil are device parts of a magnetic circuit and wherein the magnetic excitation (H) causes a magnetic flux (B) in the magnetic circuit and wherein this magnetic flux (B) flows through the sensor element (NV) and the surface (OF) of a material of the workpiece, a ferromagnetic material (FM) of the workpiece, and wherein spatial fluctuations in the magnetic properties of the material of the workpiece in the vicinity of the surface (OF) influence the intensity of a fluorescent radiation FL of the sensor element (NV). Sensorkopf (SK) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) röhrenförmig mit einer zweiten Achse ausgeführt ist.Sensor head (SK) according to Claim 15 or 16 , wherein the ferromagnetic support (ST) is tubular with a second axis. Sensorkopf (SK) nach Anspruch 17, wobei die zweite Achse der ferromagnetische Stütze (ST) im Wesentlichen parallel zur Achse (AX) des Permanentmagneten (PM) ist.Sensor head (SK) according to Claim 17 , wherein the second axis of the ferromagnetic support (ST) is substantially parallel to the axis (AX) of the permanent magnet (PM). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) eine Öffnung (OE) für den Lichtwellenleiter (LWL) in der ferromagnetischen Stütze (ST) aufweist;Sensor head (SK) according to one of the Claims 15 until 18 , wherein the ferromagnetic support (ST) has an opening (OE) for the optical waveguide (LWL) in the ferromagnetic support (ST); Sensorkopf (SK) nach Anspruch 19, wobei die Öffnung (OE) Teil eines Kanals (KN) innerhalb des Sensorkopfes (SK) ist, in dem der Lichtwellenleiter (LWL) montiert ist.Sensor head (SK) according to Claim 19 , wherein the opening (OE) is part of a channel (KN) within the sensor head (SK) in which the optical fiber (LWL) is mounted. Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die ferromagnetische Stütze (ST) mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns (KE) der Stütze (ST) und/oder des Permanentmagneten (PM) gefüllt ist.Sensor head (SK) according to one of the Claims 15 until 20 , wherein the ferromagnetic support (ST) is filled with at least one filling material of a core (KE) of the support (ST) and/or the permanent magnet (PM). Sensorkopf (SK) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Permanentmagnet (PM) mit zumindest einem Füllmaterial eines Kerns (KE) der Stütze (ST) und/oder des Permanentmagneten (PM) gefüllt ist.Sensor head (SK) according to one of the Claims 15 until 21 , wherein the permanent magnet (PM) is filled with at least one filling material of a core (KE) of the support (ST) and/or of the permanent magnet (PM). Verfahren zur Detektion von Störungen, insbesondere Rissen (RI) oder Lunkern oder Öffnungen oder Vertiefungen oder Materialparameterschwankungen, in der Oberfläche (OF) eines magnetisch wirksamen, insbesondere ferromagnetischen Materials (FM) eines Werkstücks mit den Schritten Aufsetzen eines Sensorkopfes (SK), nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, mit einer Auflagefläche (AF) des Sensorkopfes (SK) auf die Oberfläche (OF) des Werkstücks; Verschieben des Sensorkopfes (SK) auf der Oberfläche (OF) des Werkstücks parallel zur Oberfläche (OF) des Werkstücks längs eines Weges (x) und gleichzeitiges Erfassen der Werte eines Flussdichtemesssignals (S4), das von der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) von NV-Zentren (NVZ) und/oder paramagnetischen Zentren in Diamanten eines Sensorelements (NV) des Sensorkopfes (SK) abhängt; Schließen auf eine Störung, wenn der Wert des Flussdichtemesssignals (S4) lokal begrenzt um mehr als 25% und/oder mehr als 10% und/oder mehr als 5% und/oder mehr als 1% vom erfassten Mittelwert abweicht.Method for detecting defects, in particular cracks (RI) or cavities or openings or depressions or material parameter fluctuations, in the surface (OF) of a magnetically active, in particular ferromagnetic material (FM) of a workpiece, comprising the steps of placing a sensor head (SK), according to one or more of the Claims 1 until 22 , with a support surface (AF) of the sensor head (SK) on the surface (OF) of the workpiece; moving the sensor head (SK) on the surface (OF) of the workpiece parallel to the surface (OF) of the workpiece along a path (x) and simultaneously recording the values of a flux density measurement signal (S4) which depends on the intensity of the fluorescence radiation (FL) from NV centers (NVZ) and/or paramagnetic centers in diamonds of a sensor element (NV) of the sensor head (SK); concluding that there is a fault if the value of the flux density measurement signal (S4) deviates locally by more than 25% and/or more than 10% and/or more than 5% and/or more than 1% from the recorded mean value. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Verschieben des Sensorkopfes (SK) auf der Oberfläche (OF) des Werkstücks parallel zur Oberfläche (OF) des Werkstücks längs eines Weges (x) und das gleichzeitige Erfassen der Werte des Flussdichtemesssignals (S4) ein gleichzeitiges Erfassen und/oder Schätzen einer oder mehrerer Koordinaten des Orts des Sensorkopfes (SK) oder eines äquivalenten Werts zum Zeitpunkt der Erfassung eines Werts des Flussdichtemesssignals (S4) umfassen.Procedure according to Claim 23 , wherein the displacement of the sensor head (SK) on the surface (OF) of the workpiece parallel to the surface (OF) of the workpiece along a path (x) and the simultaneous detection of the values of the flux density measurement signal (S4) comprise a simultaneous detection and/or estimation of one or more coordinates of the location of the sensor head (SK) or an equivalent value at the time of detection of a value of the flux density measurement signal (S4). Verfahren nach Anspruch 24, Darstellen der Werte des Flussdichtemesssignals (S4) in Abhängigkeit von der jeweils erfassten Koordinaten auf einem Bildschirm und/oder Bereitstellung von Daten für eine solche Darstellung.Procedure according to Claim 24 , Displaying the values of the flux density measurement signal (S4) as a function of the respectively recorded coordinates on a screen and/or providing data for such a display.
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