Pulsed Protocol Design and Optimization for Eddy Current based Material Analysis using Diamond Quantum Sensors

Abstract

Het maanoppervlak koloniseren heeft zo zijn uitdagingen door de harde omgeving (straling, temperatuur, stof), beperkte energiebronnen en hoge kosten om materiaal in een baan om de aarde te brengen. Daarom wordt voor deze expedities in situ mijnbouw overwogen. Dit vereist de voorselectie van grondstoffen voor raffinage. Dit kan mogelijk worden gemaakt door tijdgeresolveerde wervelstroomdetectie met behulp van een draagbare kwantumdiamantsensor die in het pulsregime werkt. Stikstof-vacature centra zijn naar voren gekomen als een veelbelovende sensor vanwege hun opto-magnetische eigenschappen en temperatuurstabiliteit. Gecombineerd met een theoretische sub-pico tesla gevoeligheid en snelle respons op veranderingen in het magnetische veld, kan het materiaalkarakterisering uitvoeren met behulp van niet-destructieve Eddy-stromen. Uit het vervalpatroon van deze stromen kan informatie over de geleidbaarheid en (magnetische) permeabiliteit worden bepaald. Eerst wordt een Rabi-meetstudie uitgevoerd om de randvoorwaarden van het systeem en het pulsschema te optimaliseren. Uit deze resultaten worden de -pulstijden gehaald bij verschillende microgolfvermogens. Bij het hoogste vermogen van 20 dBm is de optimale pulsduur 700 ns. Dit wordt vervolgens geïmplementeerd in de tijdgeresolveerde Eddystroommeting om het verval bij een verhoogde gevoeligheid te onderzoeken. De verschuiving in intensiteit tussen metingen met en zonder een geleidend monster wordt waargenomen, wat het concept bewijst.