Page 41 - 无损检测2024年第八期

试验研究
试验研究

DOI：10.11973/wsjc202408002

金属表面裂纹的氮-空位色心漏磁检测

余志武 ，项诸宝 ，毛建锋 ，伍 军 ，沈忆华 ，赵博文 ，张少春 ，廖燕飞 ，周梦良 3
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（1. 高速铁路建造技术国家工程研究中心，长沙 410075；2. 中国中铁股份有限公司，北京 100039；

3. 安徽省国盛量子科技有限公司，合肥 230088）
摘 要：基于氮-空位（NV）色心对磁场的敏感特性，以含浓度1~2 ppm（百万分之一）NV色
心的金刚石量子传感器为核心，微波共振扫频激发NV色心的量子自旋为基础，通过优化的共聚焦
光路激发NV色心来收集反射回的含磁场信息的光信号，以3块板卡组成控制采集模块对信号进行
滤波处理和可视化处理，搭建一套量子精密测量系统。采用该量子精密测量系统完成0. 1~1 mm
深度下和5~15 mm提离值下的金属表面裂纹检测。试验结果表明，该系统的磁场测量灵敏度达
−1
6 nT · Hz ，可完成最小深度为0. 1 mm和最大提离值为15 mm的金属表面裂纹检测，为金属表
面裂纹的工业检测提供了一种新方式。
关键词：氮-空位色心；量子磁传感器；灵敏度；金属裂纹；漏磁检测
中图分类号：TM93；TN304.18；TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)08-0007-06

Nitrogen-vacancy color center magnetic flux leakage detection of metal surface cracks

YU Zhiwu , XIANG Zhubao , MAO Jianfeng , WU Jun , SHEN Yihua , ZHAO Bowen ,
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ZHANG Shaochun , LIAO Yanfei , ZHOU Mengliang 3
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（1. National Engineering Research Center of High-speed Railway Construction Technology, Changsha 410075, China; 2. China
Railway Group Limited, Beijing 100039, China; 3. Anhui Guosheng Quantum Technology Co., Ltd., Hefei 230088, China）
Abstract: Based on the sensitive characteristics of nitrogen-vacancy (NV) color center to magnetic field, the diamond
quantum sensor containing a concentration of 1-2 ppm NV color center was the core, and the quantum spin of the NV
color center excited by microwave resonance frequency sweep was the foundation, and the NV color center was excited
by the optimized confocal optical path to collect the reflected optical signal containing magnetic field information for signal
collection, and the control acquisition module composed of three boards was used to filter and visualize the signal for signal
processing, and a quantum precision measurement system was built. The quantum precision measurement system was
used to detect metal cracks at a depth of 0.1 mm-1 mm and a lifting value of 5 mm-15 mm. The experimental results
showed that the sensitivity of the system was 6 nT · Hz -1 , the minimum depth of 0.1 mm and metal crack detection with
a maximum lift value of 15 mm can be achieved, providing a new detection method for metal crack industrial detection.
Key words: nitrogen-vacancy (NV) color center; quantum magnetic sensor; sensitivity; metal crack; magnetic flux
leakage detection

漏磁检测作为一种无损检测方式，检测时利用 的前提下，完成被测对象中的缺陷检测。漏磁检测
被测对象的磁特性，可在不损害检测对象使用性能 的应用已较为广泛，其通过对金属被测物进行磁化，
使用磁传感器收集磁场信息并进行分析，从而完成
[1]
收稿日期：2023-12-27 金属的裂纹检测 。
基金项目：中国中铁股份有限公司科技研究开发计划项目重大 漏磁检测中高灵敏度的磁传感器对检测结果
专项课题（2021-专项-02）
的准确性至关重要。一直以来，国内外学者致力于
作者简介：余志武（1955—），男，教授，主要研究方向为工程结构
服役安全评估与养维 研究高灵敏度的磁传感器。随着量子技术的不断发
通信作者：沈忆华，yihua.shen@gshqt.com 展，量子磁传感器逐渐进入大众视野。其中基于金
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测