先用光子找出一个频率
NV色心是一处很小的晶体缺陷：一个氮原子取代碳原子，旁边还有一个空位。这里的电子自旋能响应磁场。绿光照亮金刚石，色心发出红色荧光；光路把红光送到探测器，每次探测都留下一个计数。
绿光还把自旋偏向荧光较亮的状态。微波频率碰到合适的能级间隔时，一部分占据转到较暗的状态，计数随之减少。把计数按微波频率排开，共振便显成一个凹陷。它把难以直接读出的自旋能级，转成了可以数的光。
分裂与整组移动带来不同信息
没有外磁场时，基态自旋的两类能级在室温附近就相隔约2.87吉赫。磁场沿NV轴的分量会把原本相近的两个跃迁推开，一条往低频走，另一条往高频走。轴向小场极限下，两者相隔多远直接反映这个方向的磁场。
温度则会移动它们共同的中心位置。在室温附近，升高一开尔文，零场分裂大约降低74千赫。只盯一条共振，磁场变化与温度变化可能混在一起；同时找到一对共振，分裂和共同漂移就能分别读出。
真实谱线还有细结构。常见氮14原子核带有自旋，每组电子跃迁可再分成三条超精细线。先说明采用哪种核态与线形近似，才能决定眼前几个凹陷属于几个电子跃迁。
四个晶轴把方向问题展开
一根NV轴只看见磁场沿它的投影。好比从一个方向看影子，许多不同的空间箭头都能留下同样的长度。金刚石中NV轴可沿四个四面体方向分布，同一个磁场便留下四组不同投影。
这些投影的几何关系已知，多组共振可以共同限制磁场方向。不过，频率本身不带“这是哪根轴”的标签，分裂的大小也不直接告诉投影的正负号。把八组频率简单排一下，还不足以在任何条件下选出唯一矢量。
一种做法是先施加独立已知的偏置场，测出各晶轴附近的共振位置。未知场若只在这附近小幅改变，且各组仍分得开，就能跟踪同一组跃迁。横向磁场也会改变能级，精细反演需要对完整自旋矩阵求本征值，再比较所有共振。
频率参考和光学参考各管一件事
荧光暗下去的幅度还取决于收光角度、激光和微波条件。物镜只收集发射光的一部分，滤片和探测效率又会减少计数。光子多一些，凹陷通常容易分辨；亮度本身并不能替代共振频率。
频率合成器的刻度也要有依据。独立频率计数检查扫频轴，遮光测量给出暗计数，已知场下的金刚石参考建立谱组对应。再换一个已知磁增量复核，才能检验整条测量链是否在原来的参考之外仍然有效。
共同频移还可能来自应变
晶格应变也能移动或分开自旋能级。若轴向应变与温度都能让一对共振一起移动，同一份共同频移就有两种解释。此时需要稳定应变的依据、独立温度信息，或更丰富的测量，才能继续区分。磁场读数的含义，要连同这些物理条件一起说明。