一种基于双频磁场磁纳米磁化强度的温度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双频磁场磁纳米磁化强度的温度测量方法，属于磁纳米测试技术领域。本发明将磁纳米样品放置在待测对象处，对放置磁纳米样品的区域施加双频激励磁场，采集双频磁场激励下磁纳米样品的磁化强度信号，然后从中提取出各次谐波幅值，最后根据谐波与温度的关系构建方程组求解温度。本发明可以快速准确的测量物体温度，特别适用于非接触式温度测量。

主权项

一种基于双频磁场磁纳米磁化强度的温度测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将磁纳米样品放置于待测对象处；(2)对磁纳米样品所在区域施加双频激励磁场；(3)采集双频磁场激励下磁纳米样品的磁化强度信号；(4)提取磁纳米样品磁化强度信号的各次谐波幅值；(5)根据各次谐波与温度的关系构建方程，从而求解出温度T；在频率分别为a和b的双频磁场激励下，谐波分量分为两类：第一类为频率a和频率b的各奇次谐波；第二类为频率a与频率b的混频；其中混频特点：如果a前面的系数为奇数，则b前面的系数必为偶数；如果a前面的系数为偶数，则b前面的系数必为奇数；不考虑系数正负号，混频系数和必为3，5，7，9等奇数；具体，求解温度T的方法为：(5.1)根据频率a的各奇次谐波与温度的关系构建矩阵方程X＝AY，由频率a各奇次谐波幅值构成的列向量$X=\left[\begin{array}{c}{A}_1\\ A_3\\ ·\\ ·\\ \text{·}\\ A_{2n-1}\end{array}\right],$与温度相关列向量$Y=\left[\begin{array}{c}\frac{N}{T}\\ \frac{N}{T^3}\\ ·\\ ·\\ ·\\ \frac{N}{T^{2m-1}}\end{array}\right],$系数矩阵A是利用朗之万函数泰勒展开推导出的各谐波的幅值表达式，$A=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}\frac{{\mathrm{Ms}}^2{H}_0}{K}& a_{12}\frac{{\mathrm{Ms}}^4(H_0^3+H_0{G}_0^2)}{K^3}& ···& a_{1m}\frac{{\mathrm{Ms}}^{2m}(H_0^{2m-1}+H_0^{2m-3}{G}_0^2+···+H_0{G}_0^{2m-2})}{K^{2m-1}}\\ 0& a_{22}\frac{{\mathrm{Ms}}^4{H}_0^3}{K^3}& ···& a_{2m}\frac{{\mathrm{Ms}}^{2m}(H_0^{2m-1}+H_0^{2m-3}{G}_0^2+···+H_0{G}_0^{2m-2})}{K^{2m-1}}\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·\\ 0& 0& ···& a_{\mathrm{nm}}\frac{{\mathrm{Ms}}^{2m}{H}_0^{2m-1}}{K^{2m-1}}\end{array}\right]$其中，A₁，A₃，…，A_2n‑1为频率a的各奇次谐波幅值，N为磁纳米样品浓度，T为待测对象温度，Ms为磁纳米样品的饱和磁矩，K为玻尔兹曼常数，H₀为频率a的激励磁场强度，G₀为频率b的激励磁场强度，α_lw为系数矩阵A第L行W列元素的系数，L二1，2，…，n，W＝1，2，…，m，m为朗之万函数泰勒展开项数，m≥n，根据上述方程求解温度T；或者，(5.2)根据频率a的一次谐波和混频系数和等于3的相应谐波与温度的关系构建方程，$\left\{\begin{array}{c}{\alpha }_1{\mathrm{xH}}_0+{\alpha }_2\mathrm{xy}(H_0^3+H_0{G}_0^2)+{\alpha }_3{\mathrm{xy}}^2(H_0^5+H_0^3{G}_0^2+H_0{G}_0^4)+···{+\alpha }_m{\mathrm{xy}}^{m-1}(H_0^{2m-1}+H_0^{2m-3}{G}_0^2···+H_0{G}_0^{2m-2})=A_1\\ {\beta }_2\mathrm{xy}{H}_0^2{G}_0+{\beta }_3{\mathrm{xy}}^2(H_0^4{G}_0+H_0^2{G}_0^3)+···+{\beta }_m{\mathrm{xy}}^{m-1}(H_0^{2m-2}{G}_0+H_0^{2m-4}{G}_0^3···+H_0^2{G}_0^{2m-3})=B_3\end{array}\right.$其中，A₁为频率a的基频幅值，B₃为混频系数和等于3的相应谐波的幅值，α_l为频率a基频幅值表达式第L个元素的系数，l∈[1,m]，β_w为混频系数和等于3的谐波幅值表达式第W个元素的系数，w∈[2,m]，根据上述方程求解温度T；或者，(5.3)根据混频系数和等于3的相应谐波与混频系数和等于5的相应谐波和温度的关系构建方程，$\left\{\begin{array}{c}{\beta }_2\mathrm{xy}{H}_0^2{G}_0+{\beta }_3{\mathrm{xy}}^2(H_0^4{G}_0+H_0^2{G}_0^3)+···+{\beta }_m{\mathrm{xy}}^{m-1}(H_0^{2m-2}{G}_0+H_0^{2m-4}{G}_0^3···+H_0^2{G}_0^{2m-3})=B_3\\ {\gamma }_3{\mathrm{xy}}^2{H}_0^3{G}_0^2+{\gamma }_4{\mathrm{xy}}^3(H_0^5{G}_0^2+H_0^3{G}_0^4)+···+{\gamma }_m{\mathrm{xy}}^{m-1}(H_0^{2m-3}{G}_0^2+H_0^{2m-5}{G}_0^4···+H_0^3{G}_0^{2m-4})=D_5\end{array}\right.$其中，B₃为混频系数和等于3的相应谐波的幅值，D₅为混频系数和等于5的相应谐波的幅值，β_l为混频系数和等于3的相应谐波的幅值表达式第L个元素的系数，l∈[2,m]，γ_w为混频系数和等于5的相应谐波的幅值表达式第W个元素的系数，w∈[3,m]，根据上述方程求解温度T。