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专利号: 2017102566690
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种金刚石NV色心轴向检测与定位方法,其特征在于:包括如下步骤:

(1)、将微波发射端(3)和微波接收端(4)对称安装在抗磁圆环(5)内侧,微波发射端(3)连接相位调制器输出端,相位调制器输入端连接微波源,微波接收端(4)连接相位解调器输入端,相位解调器输出端连接AD转换芯片的模拟输入端,AD转换芯片的数字输出端连接FPGA控制芯片输入端,FPGA控制芯片进行信号处理分析并进行存储,然后输出PWM信号进入驱动电路,驱动电路输出线与水平驱动马达和俯仰驱动马达连接,水平驱动马达控制抗磁圆环(5)进行水平旋转,俯仰驱动马达控制抗磁圆环(5)进行俯仰旋转;

(2)、将具有NV色心的金刚石(1)固定在抗磁圆环(5)中心,采用激光器(2)发射激光照射到金刚石表面,初始化NV色心的自旋状态,使其都布局在ms=0的状态,使金刚石完成初始化,;

(3)、打开微波源,微波发射天线发出扫频信号,频率范围为2.85GHz 2.89GHz,扫频微~

波透过金刚石样品,微波接收天线进行透射微波的吸收,微波接收天线的信号进入FPGA控制芯片,扫频时间设置1s,每隔1s,FPGA控制芯片输出占空比增加1%,则驱动电路驱动水平驱动马达转动,抗磁圆环在水平方向发生一次微小转动,同时微波接收天线通过相位解调器解调透射过金刚石之后的微波信号,每隔1s就可以得到一个周期的共振吸收信号,FPGA控制芯片接收信号同时进行判断,求出信噪比,并存到flash中,接着对下一个周期的信号进行采集处理,将上次的数据与这次的进行对比,如果新位置的信噪比变大,那么替换之前的值,并记录占空比,接着进行下一次采集处理,当抗磁圆环水平旋转过180º以后,FPGA控制芯片会找到一个信噪比最大的占空比值,那么这个占空比就是水平方向上的最优位置;

同理,当抗磁圆环沿其俯仰方向旋转过180º以后,FPGA控制芯片也会找到一个信噪比最大的占空比值,那么这个占空比就是俯仰方向上的最优位置;此时,即可确定出金刚石NV色心轴向的位置。

2.一种金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:包括抗磁圆环(5),所述抗磁圆环(5)内侧对称安装有微波发射端(3)和微波接收端(4),所述微波发射端(3)连接相位调制器输出端,所述相位调制器输入端连接微波源,所述微波接收端(4)连接相位解调器输入端,所述相位解调器输出端连接AD转换芯片的模拟输入端,所述AD转换芯片的数字输出端连接FPGA控制芯片输入端,所述FPGA控制芯片进行信号处理分析并进行存储,然后输出PWM信号进入驱动电路,驱动电路输出线与水平驱动马达和俯仰驱动马达连接,水平驱动马达控制抗磁圆环(5)进行水平旋转,俯仰驱动马达控制抗磁圆环(5)进行俯仰旋转;所述抗磁圆环(5)中心固定具有NV色心的金刚石(1),所述金刚石(1)由激光器(2)照射到表面。

3.根据权利要求2所述的金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:三个微波发射端(3)固定在抗磁圆环(5)内侧卡槽中,间隔15度;一个微波接收端(4)固定在抗磁圆环(5)内侧卡槽中,其位置正对位于中部的微波发射端(3)。

4.根据权利要求3所述的金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:微波发射端(3)包括树脂板,所述树脂板上印有宽度为0.03mm的环状金属丝作为微波发射天线;所述微波接收端(4)包括树脂板,所述树脂板上印有宽度为0.03mm的环状金属丝作为微波接收天线。

5.根据权利要求4所述的金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:所述微波发射端或者微波接收端的制备方法如下:通过热压印技术将金属铜压在绝缘合成树脂板上,然后将具有天线结构图形的油纸紧贴在树脂板上,再次热压印转移图形,油纸上绘制天线结构图形的墨不溶于浓氨水,然后使用浓氨水除去树脂板上裸露的金属铜,留下天线结构,然后用砂纸把墨擦掉,形成金属铜微波天线。

6.根据权利要求5所述的金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:所述抗磁圆环(5)采用铝合金材料制备。

7.根据权利要求4所述的金刚石NV色心轴向检测与定位系统,其特征在于:所述环状金属丝直径为1cm。