基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置的制作方法

1.本发明涉及一种电磁场成像装置，尤其是涉及一种基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置。


背景技术：

2.电气设备是电力系统重要的组成元素，其正常稳定运行是电力系统安全、可靠运行的重要基础。由于原材料、设计、制造工艺、运输、安装等原因，绝缘可能存在瑕疵，如果不能及时发现，运行过程中将会产生局部过热、甚至放电等缺陷，严重时将导致设备起火爆炸，影响电网和人身安全。
3.变压器套管、电流互感器等少油电器设备运行状态下的检测手段主要有红外热像检测、紫外检测、相对介质及电容量检测等，上述检测方式仅能有效检测较大程度绝缘缺陷导致的明显发热、放电现象，难以发现小范围集中型的早期缺陷，而这类缺陷恰恰可能发展迅速并导致恶性故障的发生。目前这些设备检测需要进行接触性检测，接触性检测有工序复杂，安全性低，应用场景单一等缺点。


技术实现要素：

4.为了克服在检测电器设备运行状态下周围磁场与电场分布技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置，包括电机，在三维成像装置的支撑机构的外侧设置有检测机构，被检测产品放置在支撑机构上端的支撑板上。
6.所述检测机构包括安装有探测头的绝缘杆；所述三维成像装置还包括驱动检测机构水平移动的水平移动机构，驱动检测机构上下移动的垂直移动机构，驱动检测机构围绕支撑机构做360
°
移动的旋转移动机构，以及与检测机构连接的机架。
7.所述支撑机构的支撑架、下固定环、上固定环、支撑板由下至上依次设置，支撑架与下固定环固定连接；所述支撑架与支撑板之间固定设置有支撑柱ⅱ；所述下固定环与上固定环之间固定设置有支撑柱ⅰ；下固定环、上固定环的外圆周固定安装有齿圈，下固定环、上固定环设置有环型滑轨。
8.所述检测机构的探测头包括电场探头和磁场探头，所述磁场探头采用nv色心量子传感器。
9.2个绝缘杆垂直设置，电场探头和磁场探头分别安装在绝缘杆的上端。
10.所述机架设置在2个绝缘杆之间。
11.所述机架包括2个平行设置的立柱和连接2个立柱的横梁。
12.所述垂直移动机构安装在立柱的下端。
13.所述水平移动机构设置在横梁的中部。
14.所述旋转移动机构设置在支撑机构和检测机构之间，旋转移动机构与支撑机构滑动连接，水平移动机构的一端与旋转移动机构连接。
15.所述垂直移动机构包括电机ⅰ、螺杆ⅰ、滑块ⅰ，所述螺杆ⅰ垂直安装在立柱的u型槽ⅰ内，螺杆ⅰ由立柱支撑；与螺杆ⅰ配合的滑块ⅰ和绝缘杆固定连接；当与螺杆ⅰ连接的电机ⅰ驱动螺杆ⅰ旋转时，带动滑块ⅰ沿螺杆ⅰ上下移动时，滑块ⅰ带动绝缘杆上下移动。
16.所述旋转移动机构包括移动架、电机ⅲ、齿轮、滑轮、支撑块，支撑块固定安装在移动架的上下两端。
17.位于所述支撑块上下两端的电机ⅲ和齿轮采用轴连接；所述滑轮与支撑块连接。
18.驱动所述检测装置水平移动的水平移动机构的一端与移动架固定连接。
19.当所述电机ⅲ驱动齿轮旋转时，齿轮与下固定环、上固定环外圆周上的齿圈啮合，安装在支撑块上的滑轮沿下固定环、上固定环端面的环型滑轨滑动，通过水平移动机构带动检测机构围绕支撑机构做360
°
移动。
20.所述水平移动机构包括固定座、电机ⅱ、螺杆ⅱ、滑块ⅱ，所述固定座水平设置且一端与支撑块固定连接，螺杆ⅱ设置在固定座的u型槽ⅱ内，螺杆ⅱ由固定座支撑；与螺杆ⅱ配合的滑块ⅱ与绝缘杆或机架固定连接。
21.当与螺杆ⅱ一端连接的电机ⅱ驱动螺杆ⅱ旋转时，带动滑块ⅱ沿螺杆ⅱ水平移动时，滑块ⅱ带动绝缘杆或机架水平移动。
22.进一步，所述绝缘杆上安装有高度限位器。
23.进一步，所述机架固定安装有控制箱，控制箱内装有控制系统、驱动器、光纤接收器，mach3控制板。
24.进一步，所述电机ⅰ、电机ⅱ、电机ⅲ为闭环步进电机。
25.本发明的有益效果是，结构设计合理，采用nv色心量子传感器探测头，通过操控水平移动机构、垂直移动机构、旋转移动机构实现探测头对被检测设备进行360
°
的高精度扫描，实现无接触完成被检测产品的电场、磁场检测。
附图说明
26.图1是本发明基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置的结构示意图。
27.图2是图1中的局部a放大图。
28.图3是图1的左视图。
29.图4是本发明中的水平移动机构结构示意图。
30.图5是图1中支撑机构的b
‑
b向视图。
31.图中：1.支撑架，2.地脚螺栓，3
‑
1.下固定环，3
‑
2.上固定环，4.齿圈，5.支撑柱ⅰ，6.支撑柱ⅱ，7.探测头，8.绝缘杆，9.固定座，10.电机ⅱ，11.限位器，12.电机ⅲ，13.齿轮，14.支撑板，15.控制箱，16.电机ⅰ，17.螺杆ⅰ，18.滑块ⅰ，19.u型槽ⅰ，20.螺杆ⅱ，21.滑轮，22.滑轨，23.支撑块，24.滑块ⅱ，25.u型槽ⅱ，26.移动架，30.机架，31.立柱，32.横梁，100.支撑机构，200.检测机构，300.水平移动机构，400.垂直移动机构，500.旋转移动机构。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.参见附图1、3。本发明一种基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置，包括放置被检测产品的支撑机构100、安装有探测头7的检测机构200、驱动检测机构200水平移动的水平移动机构300、驱动检测机构200上下移动的垂直移动机构400、驱动检测机构200围绕支撑机构100做360
°
移动的旋转移动机构500，以及与检测机构200连接的机架30。所述检测机构200、水平移动机构300、垂直移动机构400、旋转移动机构500设置在支撑机构100的外侧。被检测产品放置在支撑机构100上端的支撑板14上。
36.所述检测机构200包括探测头7、绝缘杆8，使用绝缘杆可降低金属对电磁场测量结果的影响。探测头7包括电场探头和磁场探头，其中磁场探头采用nv色心量子传感器，传感器中的金刚石中带负电荷的氮
‑
空位色心nv；所述电场探头采用德国nard公司的ehp
‑
50f的场强探头。
37.2个绝缘杆8垂直设置，电场探头和磁场探头分别安装在绝缘杆8的上端。优选的，绝缘杆8由垂直杆和水平杆组成，探测头7安装在水平杆端部，探测头7靠近支撑机构100的一端。
38.参见附图1、5。所述支撑机构（100）的支撑架1、下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2、支撑板14由下至上依次设置，支撑架1与下固定环3
‑
1固定连接。
39.所述支撑架1与支撑板14之间固定设置有支撑柱ⅱ6；所述下固定环3
‑
1与上固定环3
‑
2之间固定设置有支撑柱ⅰ5；下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2的外圆周固定安装有齿圈4，下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2设置有环型滑轨22。
40.所述支撑架1与支撑板14之间固定设置有支撑柱ⅱ6。支撑架1为十字型结构，支撑板14为矩形或圆形；优选的，支撑柱ⅱ6的数量为4根，4根支撑柱ⅱ6对称设置在支撑架1的十字上。
41.所述下固定环3
‑
1与上固定环3
‑
2之间固定设置有支撑柱ⅰ5。优选的，支撑柱ⅰ5的数量为4根，4根支撑柱ⅰ5均匀对称设置在下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2上。
42.进一步，支撑柱ⅰ5与支撑柱ⅱ6间隔交替设置，4根支撑柱ⅱ6位于下固定环3
‑
1的圆周内。
43.再进一步，所述支撑架1的下方安装有地脚螺栓2。
44.参见附图3。所述机架（30）设置在2个绝缘杆8之间。所述机架30包括2个平行设置的立柱31和连接2个立柱的横梁32。
45.所述垂直移动机构400安装在立柱31的下端；所述水平移动机构300设置在横梁32的中部。
46.所述旋转移动机构500设置在支撑机构100和检测机构200之间，旋转移动机构500与支撑机构100滑动连接；水平移动机构300的一端与旋转移动机构500连接。
47.所述机架30固定安装有控制箱15，控制箱15内装有控制系统、驱动器、光纤接收器，mach3控制板等，主要是机器硬件的总成柜。
48.参见附图3。驱动所述检测机构200上下移动的垂直移动机构400固定安装在机架30的立柱31下端，安装在2个立柱31下端的2个垂直移动机构400同步移动。
49.所述垂直移动机构400包括电机ⅰ16、螺杆ⅰ17、滑块ⅰ18，所述螺杆ⅰ17垂直安装在立柱31的u型槽ⅰ19内，螺杆ⅰ17由立柱31支撑；与螺杆ⅰ17配合的滑块ⅰ18和绝缘杆8固定连接。
50.当与螺杆ⅰ17固定连接的电机ⅰ16驱动螺杆ⅰ17旋转时，带动滑块ⅰ18沿螺杆ⅰ17上下移动时，滑块ⅰ18带动检测机构200的绝缘杆8上下垂直移动。
51.参见附图1、2。驱动检测机构200围绕支撑机构100做360
°
移动的旋转移动机构500设置在支撑机构100与检测机构200之间。
52.所述旋转移动机构500包括移动架26、电机ⅲ12、齿轮13、滑轮21、支撑块23，2个支撑块23分别固定安装在移动架26的上下两端。
53.位于所述支撑块23上下两端的电机ⅲ12和齿轮13采用轴连接；所述滑轮21与支撑块23连接。
54.驱动所述检测装置200水平移动的水平移动机构300的一端与移动架26固定连接。
55.当所述电机ⅲ12驱动齿轮13旋转时，齿轮13与下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2外圆周上的齿圈4啮合，安装在支撑块23上的滑轮21沿下固定环3
‑
1、上固定环3
‑
2端面的环型滑轨22滑动，通过水平移动机构300带动检测机构200围绕支撑机构100做360
°
移动。
56.参见附图1、4。驱动所述检测机构200水平移动的水平移动机构300固定安装在机架30的横梁32中部，安装在上下2个横梁32的2个水平移动机构300同步移动。
57.所述水平移动机构300包括固定座9、电机ⅱ10、螺杆ⅱ20、滑块ⅱ24，所述固定座9水平设置且一端与旋转移动机构500的支撑块23固定连接，螺杆ⅱ20设置在固定座9的u型槽ⅱ25内，螺杆ⅱ20由固定座9支撑；与螺杆ⅱ20配合的滑块ⅱ24与绝缘杆8或机架30固定连接，其中滑块ⅱ24与绝缘杆8或机架30可以直接连接，也可以通过连接件固定连接。
58.当与螺杆ⅱ20一端固定连接的电机ⅱ10驱动螺杆ⅱ20旋转时，带动滑块ⅱ24沿螺杆ⅱ20水平移动时，滑块ⅱ24带动绝缘杆8或机架30水平移动。
59.进一步，所述绝缘杆8上安装有高度限位器11，通过控制系统检测控制检测机构200的极限位置以及零点位置，设置限位器11可增加一键归零，极限位置预警的功能。
60.进一步，所述电机ⅰ16、电机ⅱ10、电机ⅲ12为闭环步进电机，具有稳定性好、精度高的特点，相比开环步进电机，其性能大大提高。
61.本发明采用mach3控制系统、电磁场扫描控制系统的windows主机控制，经网口接光纤发射器，再由光纤发射器通过光纤连接机器控制柜中的光纤接收器，光纤接收器通过
网线连接mach3控制卡，再通过mach3控制卡控制电机驱动器控制86步进电机转动。通讯使用光纤接收器和光纤发射器，可形成光隔离，可防止电干扰。
62.应用本发明基于固态量子自旋的电磁场测量三维成像装置，支撑机构固定不动，被检测产品放置在支撑机构上端的支撑板上，通过操控水平移动机构、垂直移动机构、旋转移动机构实现检测机构探测头的三维运动，完成对被检测产品的电场、磁场检测。
63.本发明在被检测产品通电状态下，通过一次扫描探测得到被检测产品周围电场内的电场分布的坐标，并将平面坐标信号与伸缩坐标信号与高度坐标信号经过计算后直接生成并输出待测物体的三维成像。
64.应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。