一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，包括如下步驟：(1)將磁性納米顆粒放置于待測對象區；(2)在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場；(3)探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號；(4)提取磁性納米顆粒磁化響應信號中的各次偶次諧波信號的幅值；(5)根據各次偶次諧波幅值與溫度信息之間的關系計算絕對溫度陣。本發明利用磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下，磁化響應信息中含有豐富的偶次諧波信息與溫度的關系構建方程，克服了由于激勵磁場帶來的干擾，同時回避了難以測量的基次諧波信號，即確保該方法在實際應用的可行性的同時提高了溫度測量的精度。
【專利說明】
-種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法及系統
技術領域
[0001] 本發明設及非侵入式溫度測量領域，具體設及一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度 測量方法及系統。
【背景技術】
[0002] 在人類日常生活和科研生產中，溫度是一個重要的參數，溫度測量也是一個古老 的問題。雖然傳統的溫度測量方法得到了比較完善的發展，但是在非常規條件下，傳統的溫 度測量方法不能勝任，需要探索新的溫度測量方法。比如醫學治療中的人體溫度，特別是體 內溫度的測量。再如隨著制造業技術的發展，電子行業中集成忍片已經發展到微米/納米尺 度，杰出代表性的產品是大功率Lm)燈，由于其良好的特性被專家學者公認為有望成為第四 代環保光源，但是由于大功率Lm)燈結溫發熱導致壽命、可靠性大大降低，然而對于準確測 量L邸結溫溫度問題，傳統溫度測量方法已經不適用。
[0003] 磁性納米顆粒用于濃度和溫度測量始于2005年，德國學者Bernhard Gleich和 Jurgen Weizenecker在na化re雜志上發表一篇《利用磁性納米顆粒的磁化曲線非線性實現 層析成像》。2009年，美國J.B.Weaver首次從實驗的角度驗證了磁納米粒子的溫度敏感性， 當磁性納米顆粒在單頻交變磁場激勵下，磁性納米顆粒交流磁化強度信息中的=次諧波幅 值和五次諧波幅值的比值與溫度具有相關性，通過實驗和擬合的方式進行了驗證，其初在 熱療溫度窗口內的溫度測量精度小于1攝氏度，但是遺憾的是其缺少相關的理論依據。2011 年，華中科技大學劉文中教授等人從理論上證明了磁性納米顆粒的溫度敏感性，發現在直 流磁場激勵下的磁性納米顆粒的直流磁化率的倒數與溫度具有極強相關性，并提出了直 流磁場激勵下的磁納米溫度測量模型。但是其缺點是測量時間較長，時間分辨率低，無法滿 足特殊應用場合的要求。2012年，鐘景博±等人利用磁性納米顆粒的溫度敏感性，提出單頻 交變磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，該方法在一定程度上解決了直流磁場激勵下的測 量時間較長的難題，但是該方法需要測量磁性納米顆粒磁化響應的高次諧波幅值信息，然 而高次諧波幅值測量難度較大，因為導致該方法的溫度測量精度較低。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術的缺陷和迫切技術需求，本發明提供了一種混頻磁場激勵下的磁納 米溫度測量方法及系統，其目的在于，利用磁性納米顆粒的溫度敏感性，磁性納米顆粒在混 頻磁場的激勵下，交流磁化強度信息包含豐富的偶次諧波信息，而運些偶次諧波信息遠遠 多于單頻交變激勵磁場下的磁納米各奇次諧波信息，一方面解決了上述高次諧波測量困難 的難題，另一方面解決了激勵磁場的干擾問題，從而實現快速、高精度磁性納米顆粒溫度測 量。
[0005] 為實現本發明的技術目的，本發明采用如下的技術方案：
[0006] -種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，所述方法包括如下步驟：
[0007] (1)將磁性納米顆粒放置于待測對象區；
[000引 （2)在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場G = G0+Gisin( O it)+G2sin( O 2t)，其中Go是直流磁場強度，Gi是W頻率為的交變磁場強度，&是^頻率為《2的交變磁 場強度，t為時間；
[0009] (3)探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號；
[0010] (4)提取W頻率CO 1或《2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中的各次偶次諧波 f曰號的幅值:C = [Co ;〔2 ;〔4 ; Cs ; Cs ; . . . ; C2m-2]T ,上柄;T表不轉置,m為義用朗之萬函數表化磁 性納米顆粒磁化響應信號，并采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數；
[0011] (5)根據各次偶次諧波幅值與溫度信息之間的關系X = AY計算絕對溫度T，其中：各 次偶次諧波幅值構建列向量X = C,溫度信息
，N^磁性納 米顆粒的濃度，系數矩陣A為W頻率CO 1或CO 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中各個偶 次諧波幅值與待測對象溫度的關系矩陣。
[0012] 進一步地，所述系數矩陣A定義：
[0013] 磁性納米顆粒在外加磁場激勵下，其磁化響應信息采用郎之萬函數進行描述，通 過泰勒級數等離散化方法對郎之萬函數進行離散展開，進而推導在混頻磁場激勵下磁性納 米顆粒磁化響應信息中的各次偶次諧波幅值，即確定W頻率為基頻對應的系數矩陣
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] 式中，G日是直流磁場強度，Gi是W頻率為…的交變磁場強度，G2是W頻率為W 2的交 變磁場強度;T為待測對象絕對溫度，bi,j為系數矩陣A第i行j列元素的系數，i = l，2,3， ...n，j = l，2,3,. . .m，m為采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數，n為磁性納米 顆粒在激勵磁場激勵下的磁化響應諧波個數。
[001引進一步地，當m = n時，所述步驟(5)計算絕對溫度相關向量Y = A-Ix,進而求出絕對 溫度T。當m〉n時，所述步驟(5) WX = AY為目標函數，W最小溫度誤差為約束條件，利用最小 二乘法原理擬合得到絕對溫度T。
[0019] 進一步地，所述步驟(4)采用數字相敏檢波算法或快速傅立葉變換算法提取到磁 化響應信息中的各次偶次諧波幅值。
[0020] 進一步地，所述步驟(2)采兩個同軸放置在空屯、式結構線圈作為探測線圈。
[0021] -種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量系統，包括：
[0022] 第一模塊，用于將磁性納米顆粒放置于待測對象區；
[0023] 第二模塊，用于在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場G = Go+Gisin(?it) +G2Sin(CO 2t )，其中Go是直流磁場強度，Gi是W頻率為…的交變磁場強度，G2是W頻率為《 2 的交變磁場強度，t為時間；
[0024] 第=模塊，用于探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號；
[0025] 第四模塊，用于提取W頻率CO 1或CO 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中的各 次偶次諧波信號的幅值:C=[C0;C2;C4;C6;C8; . . . ;C2m-2]T，上標T表示轉置，m為采用朗之萬 函數表征磁性納米顆粒磁化響應信號，并采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項 數；
[0026] 第五模塊，用于根據各次偶次諧波幅值與溫度信息之間的關系X = AY計算絕對溫 度T，其中：各次偶次諧波幅值構建列向量X = C，溫度信息
，N 為磁性納米顆粒的濃度，系數矩陣A為W頻率CO 1或CO 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信 號中各個偶次諧波幅值與待測對象溫度的關系矩陣。
[0027] 進一步地，當m = n時，所述第五模塊計算絕對溫度相關向量Y = A^iX,進而求出絕對 溫度T;當m〉n時，所述第五模塊WX=AY為目標函數，W最小溫度誤差為約束條件，利用最小 二乘法原理擬合得到絕對溫度T。
[0028] 進一步地，所述第四模塊采用數字相敏檢波算法或快速傅立葉變換算法提取到磁 化響應信息中的各次偶次諧波幅值。
[0029] 進一步地，所述第二模塊采兩個同軸放置在空屯、式結構線圈作為探測線圈。
[0030] 本發明的技術效果體現在：
[0031] 本發明提出一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法。首先將磁性納米顆粒鋪 設到待測對象處，之后通過螺線管磁場發生裝置對磁性納米顆粒混頻激勵磁場，根據磁性 納米顆粒磁化曲線的非線性特點，磁化響應信息中含有不同的各次諧波信息，通過數字相 敏檢波算法/快速傅里葉變換等提取出所需偶次諧波的幅值，最后通過構建和求解偶次諧 波幅值與溫度的反演模型獲取待測對象處的絕對溫度。
[0032] 本發明優點在于，磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下產生的磁化響應信息中包含豐 富的諧波信息，從數量來分析，諧波個數遠遠多于的磁性納米顆粒在單頻激勵磁場下產生 的各次諧波個數，從測量角度分析，偶次諧波的提取更加容易克服單頻激勵磁場下的基波 干擾，測量精度較高，通過仿真分析發現利用混頻磁場激勵下的偶次諧波幅值信息進行溫 度測量的精度高于單頻交變磁場激勵下的溫度測量精度。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發明測溫方法流程圖；
[0034] 圖2為磁場強度為20高斯，單頻交變磁場激勵模式與混頻磁場激勵模式下的溫度 誤差對比仿真圖；
[0035] 圖3為磁場強度為40高斯，單頻交變磁場激勵模式與混頻磁場激勵模式下的溫度 誤差對比仿真圖；
[0036] 圖4為磁場強度為60高斯，單頻交變磁場激勵模式與混頻磁場激勵模式下的溫度 誤差對比仿真圖；
[0037] 圖5為磁場強度為80高斯，單頻交變磁場激勵模式與混頻磁場激勵模式下的溫度 誤差對比仿真圖。
【具體實施方式】
[0038] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所設及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[0039] 如圖1所示，本發明提供了一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，包括如下 步驟：
[0040] (1)將磁性納米顆粒放置于待測對象區(非透明物體內部）。
[0041] (2)利用通電螺線管在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場。
[0042] 利用通電螺線管在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場G = Go+Gisin( O it)+G2sin(?2t)，其中GO是直流磁場強度，Gl是W頻率為《1的交變磁場強度，62是^頻率 為O 2的交變磁場強度。
[0043] 磁性納米顆粒溫度敏感特性可W用郎之萬函數進行描述，然后由于郎之萬函數無 法對溫度進行直接求解，因此采用泰勒級數進行有限項數的離散展開，展開項數一般取值 范圍為3-8。考慮到溫度測量的精度問題，從后續的溫度反演模型建模和求解過程中發現當 激勵磁場強度較大時，由于離散化所引入的截斷誤差較大，進而會引起的后續溫度測量誤 差也較大，因此一般外加激勵磁場的場強不能選取太大。另一方面，從信噪比角度考慮，當 外加激勵磁場的磁場強度很小時，磁性納米顆粒的磁化響應信號較弱，信噪比較低，在利用 諧波提取算法進行諧波幅值信息進行檢測時，由于信號的信噪比較低而導致后續測量誤差 較大，因此外加激勵磁場的磁場強度就不能選取過小。經過仿真和實驗驗證，外加激勵磁場 的磁場強度一般在5Gs至IOOGs范圍內選取較優。
[0044] (3)探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號。
[0045] 利用法拉第電磁感應原理，采用空屯、式結構的線圈作為探測線圈。然而，在磁性納 米顆粒在外加混頻磁場激勵的時候，探測線圈不僅能檢測到磁性納米顆粒的磁化響應信 號，而且也會檢測到外加混頻激勵磁場(干擾源）。按照一種較優實施方式，運里采用兩個空 屯、結構的線圈，同軸放置，一個線圈進行信號檢測，另一個線圈作為平衡線圈，該平衡線圈 對干擾源進行檢測，通過矢量相減的方式消除檢測線圈內的干擾，之后對獲取到的有用信 號送入前置放大、濾波等信號調理電路進行預處理，最后通過數據采集卡將信號采集并存 儲于計算機用于后續處理。
[0046] (4)提取磁性納米顆粒在外加混頻磁場激勵下磁化響應信號的偶次諧波幅值；
[0047] 根據磁性納米顆粒磁化曲線的非線性特性可知，在混頻磁場激勵下磁性納米顆粒 的磁化響應信息含有豐富的諧波信息，其中包含W頻率CO I為基頻的各次偶次諧波信息和 W頻率CO 2為基頻的各次偶次諧波信息。
[0048] 采用數字相敏檢波算法或快速傅立葉變換算法，將磁性納米顆粒磁化響應信息中 的各次偶次諧波信號的幅值提取出來。
[0049] 首先需要對磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁納米磁化響應信息中的偶次諧 波幅值與溫度之間數學模型進行建立，磁性納米顆粒的超順磁性、溫度敏感特性和磁化現 象可W利用朗之萬函數進行描述，如下式所示：
[(K)加]
[0051]其中，N為磁性納米顆粒濃度，Ms為磁性納米顆粒有效磁矩Ab為波爾茲曼常數，T為 待測對象的絕對溫度，G為對磁性納米顆粒外加激勵磁場。
[0化2] 證計奎亂純掀展W的窗前A市才對郎之萬函數進行離散展開，如式所示：
[0化3]
[0化4] a外觀徽勵概場刃絕娜概場町，即G = Gisin( ?it)+G2sin( ?2t)+G〇,此時將外加混 頻磁場G代入郎之萬函數泰勒級數展開表達式里，通過整理可W得到磁性納米顆粒在混頻 磁場激勵下的磁化響應中包含的各次偶次諧波幅值表達式。
[0055] 下面給出當利用泰勒級數對郎之萬函數進行離散展開，展開項數m = 3時的實例推 導：
[0056] 磁性納米顆粒在外加混頻磁場激勵下磁化響應信息中含有豐富的偶次諧波信號， 即
[0057] M = Co+C2sin(2 W it)+C4sin(4 W it)
[0化引同時當時激勵磁場為混頻磁場激勵時，如G = Gisin( 0it)+G2sin( 02t)+G0,將G帶 入郎之萬函數，通過泰勒級數展開，運里W展開項數為3示例，根據幅值對應相等，W頻率 ? 1為基頻的各次偶次諧掘幅估蔣理之后化下所示，
[0化9]
[0060] 通過數字相敏檢波算法或快速傅立葉變換算法，分別提取出偶次諧波幅值Co, C2， C4〇
[0061] (5)根據偶次諧波幅值與溫度之間的關系式X = AY計算絕對溫度T，其中偶次諧波 幅值構建成列向量X = C=[C0;C2;C4]t
[0062] 系數矩陣A定義:磁性納米顆粒在外加磁場激勵下，其磁化響應信息可W采用郎之 萬函數進行描述，通過泰勒級數等離散化方法對郎之萬函數進行離散展開，可W發現在混 頻磁場激勵下，W頻率《 1為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信息中的各次偶次諧波幅值可 W推導得出，即確定系數矩陣。
[0063]
[0064] 其中，N為磁性納米顆粒濃度，T為待測對象溫度，Ms為磁性納米顆粒有效磁矩，kB為 波爾茲曼常數。bu為系數矩陣A第i行j列元素的系數，i = l，2,3,4，j = l，2,3,4。
[0065] 當m = n時，根據矩陣方程計算磁納米溫度相關向量Y = A^iX,進而求出絕對溫度T。 當m〉n時，WX = AY為目標函數，W最小溫度誤差為約束條件，利用最小二乘法原理擬合得到 絕對溫度T。
[0066] 所述步驟(5)中，也可W根據頻率《2的各個偶次諧波幅值與溫度的關系構建矩陣 方程，運里只需要將系數矩陣A中的Gl與G2互換即可實現。
[0067] 本發明利用磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下，磁化響應信息中含有豐富的偶次諧 波信息與溫度的關系構建方程，克服了由于激勵磁場帶來的干擾，同時回避了難W測量的 基次諧波信號，即確保該方法在實際應用的可行性的同時提高了溫度測量的精度。
[0068] 所述郎之萬函數泰勒展開項數m-般取值范圍為2-8,諧波個數n-般取值范圍為 3-6。
[0069] 下面給出諧波個數n = 3、泰勒級數展開項數m=3,頻率a與頻率b的交變磁場強度 相同的一個實例：
[0070] 仿真實例：
[0071] 1.仿真模型與測試結果
[0072] 為了研究混頻磁場激勵下，基于磁納米粒子磁化響應的偶次諧波幅值信息進行絕 對溫度測量方法的有效性及優越性，本實例在含有噪聲的情況下進行仿真實驗。仿真實驗 分為四組:第一組都在Ms = 2*l(r-l9、K=1.38*l(r-23、N = 2*l(rl9、信噪比為80地的條件下， 單頻磁場強度為20GS、頻率750Hz，混頻交變磁場激勵頻率分別為750Hz、5Hz，OHz磁場強度 分別為20Gs，2Gs，20Gs，分別測試3101(、3201(、3301(、3401(、3501(運五個溫度點，每個溫度點連 續測量10次，并取平均值記錄數據。第二組都在Ms = 2*l(T-19、K=1.38*l(r-23、N=^l(r 19、信噪比為80地的條件下，單頻磁場強度為40Gs、頻率750Hz，混頻交變磁場激勵頻率分別 為750Hz、甜Z，OHz磁場強度分別為40Gs，4Gs，40Gs，分別測試31OK、320K、330K、340K、350K運 五個溫度點，每個溫度點連續測量10次，并取平均值記錄數據。第=組都在Ms =巧10~-19、K = 1.38*l(r-23、N = 2*l(rl9、信噪比為80地的條件下，單頻磁場強度為60Gs、頻率750Hz，混 頻交變磁場激勵頻率分別為750Hz、5Hz，0Hz磁場強度分別為60Gs，6Gs，60Gs，分別測試 3101(、3201(、3301(、3401(、3501(運五個溫度點，每個溫度點連續測量10次，并取平均值記錄數 據。第四組都在Ms = 2*l(r-19、K=1.38*l(^-23、N=2*l(rl9、信噪比為80地的條件下，單頻 磁場強度為SOGs、頻率750Hz，混頻交變磁場激勵頻率分別為750Hz、甜Z，OHz磁場強度分別 為8063,863,8063，分別測試3101(、3201(、3301(、3401(、3501(運五個溫度點，每個溫度點連續測 量10次，并取平均值記錄數據。
[0073] 2.仿真實驗結果
[0074] 圖2為單頻磁場激勵頻率為750Hz、磁場強度為20GS，混頻磁場激勵，激勵頻率和磁 場強度分別為750Hz、5Hz和OHz, 20高斯、2高斯、20高斯，信噪比為80地下的溫度誤差對比 圖。圖3為單頻磁場激勵頻率為750Hz、磁場強度為40GS，混頻磁場激勵，激勵頻率和磁場強 度分別為750Hz、甜Z和OHz,40高斯、4高斯、40高斯，信噪比為80地下的溫度誤差對比圖。。圖 4為單頻磁場激勵頻率為750Hz、磁場強度為20GS，混頻磁場激勵，激勵頻率和磁場強度分別 為750Hz、5Hz和OHz,60高斯、6高斯、60高斯，信噪比為80地下的溫度誤差對比圖。圖5為單頻 磁場激勵頻率為750Hz、磁場強度為SOGs，混頻磁場激勵，激勵頻率和磁場強度分別為 750化、5化和OHz, 80高斯、8高斯、80高斯，信噪比為80地下的溫度誤差對比圖。
[0075] 可W發現，在溫度范圍為310K-350K，單頻交變磁場激勵下，磁場強度達到SOGs時 的溫度測量誤差與混頻磁場激勵下的溫度誤差相當；而當磁場強度小于SOGs時，單頻交變 磁場激勵下的溫度誤差要高于混頻磁場激勵下的溫度誤差，并且隨著磁場強度的降低，溫 度誤差增加明顯。因此當激勵磁場強度較小時混頻磁場激勵下的交流磁化強度偶次諧波的 磁納米粒子溫度測量方法可W更好的確保溫度的測量精度，同時也避免了單頻交變磁場激 勵模式下，為了提高溫度測量精度而提高激勵磁場強度而帶來的系統裝置的復雜性和可靠 性，為便攜式磁納米溫度計的設計提供了可行性。
[0076] 本領域的技術人員容易理解，W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 將磁性納米顆粒放置于待測對象區； (2) 在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場G = Go+Gisin( ω itHGssir^ ω2?)，其 中Go是直流磁場強度，Gi是以頻率為ω:的交變磁場強度，G2是以頻率為ω 2的交變磁場強度， t為時間； (3) 探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號； (4) 提取以頻率為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中的各次偶次諧波信號 的幅值:C= [C〇;C2;C4;C6;C8; . . . ;C2m-2]T，上標T表不轉置，Π 1為米用朗之萬函數表征磁性納 米顆粒磁化響應信號，并采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數； (5) 根據各次偶次諧波幅值與溫度信息之間的關系X = AY計算絕對溫度T，其中：各次偶T 次諧波幅值構建列向量X = c，溫度信息 .，N為磁性納米顆粒 的濃度，系數矩陣A為以頻率ω :或ω 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中各個偶次諧波 幅值與待測對象溫度的關系矩陣。2. 根據權利要求1所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特征在于，所述系 數矩陣Α定義： 磁性納米顆粒在外加磁場激勵下，其磁化響應信息采用郎之萬函數進行描述，通過泰 勒級數等離散化方法對郎之萬函數進行離散展開，進而推導在混頻磁場激勵下磁性納米顆 粒磁化響應信息中的各次偶次諧波幅值，即確定以頻率^^為基頻對應的系數矩陣或以頻率ω 2為基頻對應的系數矩陣式中，Go是直流磁場強度，Gi是以頻率為ω :的交變磁場強度，G2是以頻率為ω 2的交變磁 場強度;Τ為待測對象絕對溫度，by為系數矩陣Α第i行j列元素的系數，i = l，2,3，...n，j = 1，2,3, .. .m，m為采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數，η為磁性納米顆粒在激 勵磁場激勵下的磁化響應諧波個數。3. 根據權利要求1所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特征在于，當m = n 時，所述步驟(5)計算絕對溫度相關向量Y=A^X，進而求出絕對溫度T。4. 根據權利要求1所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特征在于，當m>n 時，所述步驟(5)以X=AY為目標函數，以最小溫度誤差為約束條件，利用最小二乘法原理擬 合得到絕對溫度T。5. 根據權利要求1所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特征在于，所述步 驟(4)采用數字相敏檢波算法或快速傅立葉變換算法提取到磁化響應信息中的各次偶次諧 波幅值。6. 根據權利要求1或2或3或4或5所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量方法，其特 征在于，所述步驟(2)采兩個同軸放置在空心式結構線圈作為探測線圈。7. -種混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量系統，其特征在于，包括： 第一模塊，用于將磁性納米顆粒放置于待測對象區； 第二模塊，用于在磁性納米顆粒所在區域內產生混頻激勵磁場G = Go+Gisin( ω η) - G2sin( ω 2t)，其中Go是直流磁場強度，Gi是以頻率為ω :的交變磁場強度，G2是以頻率為ω 2 的交變磁場強度，t為時間； 第三模塊，用于探測磁性納米顆粒在混頻磁場激勵下的磁化響應諧波信號； 第四模塊，用于提取以頻率ω :或ω 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中的各次偶 次諧波信號的幅值:C=[C〇;C2;C4;C6;C8; . . . ;C2m-2]τ，上標Τ表示轉置，m為采用朗之萬函數 表征磁性納米顆粒磁化響應信號，并采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數； 第五模塊，用于根據各次偶次諧波幅值與溫度信息之間的關系X = AY計算絕對溫度T， 其中：各次偶次諧波幅值構建列向量X = C，溫度信息，肋 磁性納米顆粒的濃度，系數矩陣A為以頻率ω :或ω 2為基頻的磁性納米顆粒磁化響應信號中 各個偶次諧波幅值與待測對象溫度的關系矩陣。8. 根據權利要求7所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量系統，其特征在于，所述系 數矩陣Α定義： 磁性納米顆粒在外加磁場激勵下，其磁化響應信息采用郎之萬函數進行描述，通過泰 勒級數等離散化方法對郎之萬函數進行離散展開，進而推導在混頻磁場激勵下磁性納米顆 粒磁化響應信息中的各次偶次諧波幅值，即確定以頻率^^為基頻對應的系數矩陣 或以頻率ω 2為基頻對應的糸數矩陣式中，Go是直流磁場強度，Gi是以頻率為ω i的交變磁場強度，G2是以頻率為ω 2的交變磁 場強度;Τ為待測對象絕對溫度，by為系數矩陣Α第i行j列元素的系數，i = l，2,3，...n，j = 1，2,3, .. .m，m為采用泰勒級數對朗之萬函數進行離散展開的項數，η為磁性納米顆粒在激 勵磁場激勵下的磁化響應諧波個數。9. 根據權利要求7所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量系統，其特征在于，當m = n 時，所述第五模塊計算絕對溫度相關向量Y = A<X，進而求出絕對溫度T;當m>n時，所述第五 模塊以X=AY為目標函數，以最小溫度誤差為約束條件，利用最小二乘法原理擬合得到絕對 溫度T。10. 根據權利要求6或7或8或9所述的混頻磁場激勵下的磁納米溫度測量系統，其特征 在于，所述第二模塊采兩個同軸放置在空心式結構線圈作為探測線圈。
【文檔編號】G01K7/36GK105953939SQ201610399156
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】杜中州, 甘勇, 劉文中, 蘇日建, 皮仕強, 魏凱
【申請人】鄭州輕工業學院, 華中科技大學