一种基于交流磁化强度奇次谐波的磁纳米温度测量方法

摘要

本发明公开一种基于交流磁化强度奇次谐波的磁纳米温度测量方法，其步骤如下：将磁纳米样品放置于待测对象区；在磁纳米样品所在区域内利用通电的两对亥姆霍兹线圈产生混频激励磁场；采用一对差分式探测线圈探测磁纳米样品在混频磁场激励下的磁化强度信号；提取磁纳米样品磁化强度信号的各次奇次谐波信号的幅值；建立奇次谐波幅值与温度之间的关系，构建温度反演数学模型，通过反演算法对构建的温度反演数学模型进行求解，获取温度信息。本发明利用在混频磁场激励下，可以测量到更多的有用信号；利用混频磁场激励下丰富的谐波信息与温度的关系构建方程，回避了难以测量的谐波，提高了测量精度；有助于研究混频激励下的磁纳米温度成像方法奠定基础。

主权项

一种基于交流磁化强度奇次谐波的磁纳米温度测量方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将磁纳米样品放置于待测对象区；步骤二：在磁纳米样品所在区域内利用通电的两对亥姆霍兹线圈产生混频激励磁场：H＝H₀+H₁sin(ω₁t)+H₂sin(ω₂t)；其中，H₀是直流磁场强度，H₁是以频率为ω₁的交变磁场强度，H₂是以频率为ω₂的交变磁场强度；步骤三：采用一对差分式探测线圈探测磁纳米样品在混频磁场激励下的磁化强度信号；步骤四：提取磁纳米样品以频率ω₁为基频的磁化强度信号的各次奇次谐波信号的幅值构建成列向量为：C＝[C₁；C₃；C₅；C₇；C₉；...；C_2m‑1]^T；步骤五：根据布洛赫弛豫方程和郎之万函数建立奇次谐波幅值与温度之间的关系X＝AY计算待测对象的温度T，其中，列向量X＝C，列向量：$Y={\left[\frac{N}{T};\frac{N}{T^3};\frac{N}{T^5};\frac{N}{T^7};\frac{N}{T^9};...\frac{N}{T^{2m-1}}\right]}^T,$系数矩阵A是根据布洛赫弛豫方程磁纳米粒子在混频磁场激励下的交流磁化强度信息包含各次谐波信息，当激励频率小于1kHz时，交流磁化强度可以利用描述平衡磁化强度的郎之万函数进行近似表述，通过对布洛赫弛豫方程的近似求解，以及郎之万函数离散级数展开的方式，根据各次谐波幅值对应相等的方式推导出各次谐波幅值表达式，确定系数矩阵：$A=\left[\begin{array}{cccc}{b}_{1,1}{H}_1& b_{1,2}{H}_1^3+b_{1,3}{H}_1{H}_2^2+b_{1,4}{H}_1{H}_0^2& ...& \underset{j=0}{\overset{m-1}{\Sigma }}\underset{i=0}{\overset{j}{\Sigma }}{b}_{1,\frac{m^3-m+6}{6}+i+j}{H}_1^{2m-2j-1}{H}_2^{2i}{H}_0^{2j-2i}\\ 0& b_{22}{H}_1^3& ...& \underset{j=0}{\overset{m-2}{\Sigma }}\underset{i=0}{\overset{j}{\Sigma }}{b}_{2,\frac{m^3-m+6}{6}+i+j}{H}_1^{2m-2j-1}{H}_2^{2i}{H}_0^{2j-2i}\\ 0& 0& ...& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ 0& 0& 0& \underset{j=0}{\overset{m-m}{\Sigma }}\underset{i=0}{\overset{j}{\Sigma }}{b}_{m,\frac{m^3-m+6}{6}+i+j}{H}_1^{2m-2j-1}{H}_2^{2i}{H}_0^{2j-2i}\end{array}\right];$其中，N为磁纳米样品的浓度，T为待测对象的温度，b_i,j表示系数矩阵A的常数，其中i＝1,2,3,...n，j＝1,2,3,...,m，n为谐波个数，m为朗之万函数泰勒展开项数。