[发明专利]一种基于磁纳米粒子交流磁化率的温度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米测试技术领域，更具体地，涉及一种基于磁纳米粒子交流磁化率的温度测量方法。

背景技术

温度是自然界中物质最基本的物理量之一，温度的测量对认知自然界中物质的本质具有重要的意义。磁纳米温度测量方法，是一种全新的、非接触式的温度测量方法。它主要通过测量磁纳米粒子的交流磁化率，并通过一定的模型关系计算出温度信息。磁纳米粒子温度测量方法的非侵入式特性，使得其在一些特殊环境下，具有广泛的应用前景。

而遗憾的是，虽然目前在通常环境下温度(场)的测量技术具有高精度高实时性等特点，并且已经非常成熟，如热电阻等；但在特殊环境下温度的测量技术，仍然发展缓慢。

近年来，有关磁性测量技术的发展，为解决非侵入式温度测量这一世界难题带来曙光。其中，磁共振测温学的发展为非侵入式温度测量技术提供了一种可靠的方案。2008年，Warren等人利用磁共振中内部分子的相干性实现高精度的温度成像技术，对成像技术的研究有重要的意义。此外，2009年J.B.Weaver利用磁纳米粒子交流磁化强度的三次谐波和五次谐波幅值比，通过实验研究实现磁纳米温度测量技术；同时，2012年刘文中教授基于郎之万函数模型，通过理论模型的推导和实验验证，利用磁纳米粒子直流磁化率实现磁纳米粒子的精密温度测量技术。此后，通过仿真研究，利用磁纳米粒子的交流磁化率完成磁纳米粒子温度测量技术的理论模型研究。这些研究为实现精密的非侵入式的温度测量技术提供铺垫。然而，由于缺乏完善的理论模型研究和充分的实验研究，磁纳米温度测量技术尚未成熟，尤其是实时精密的温度测量技术更是缺乏足够的理论和实验研究。因此，实现非侵入式的实时精密的温度测量技术，仍然是温度测量领域函需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于磁纳米粒子交流磁化率的温度测量方法，能够对待测对象的待测区域实现非侵入式温度测量。

本发明提供了一种基于磁纳米粒子交流磁化率的温度测量方法，所述方法包括如下步骤：

(1)确定待测对象区域，并利用通电螺线管对待测区域施加交流激励磁场；

(2)利用探测线圈采集交流激励磁场下待测区域的磁感应强度H1；

(3)保持交流激励磁场不变，将磁纳米样品放置于待测对象的待测区域内，利用探测线圈采集施加磁纳米样品之后待测区域的磁感应强度H2；

(4)根据下式计算磁纳米粒子的交流磁化率χ的实部χ’和虚部χ”；

(1+χ′)2+χ′′2=A2A1α=arctanχ′′1+χ′]]>

其中的A1，A2，α都由先前检测信号H1，H2求得；

(5)计算磁纳米粒子的有效弛豫时间τ，进而求得温度T。

进一步地，所述步骤(5)具体为：

根据下式计算温度T，其中η为磁流体的黏度，V_h为磁纳米粒子的水动力学体积，K_B为波尔兹曼常数，τ为有效弛豫时间；

而τ＝χ”/ωχ’，其中ω为交流激励磁场的频率。

进一步地，所述步骤(2)具体为：