[发明专利]一种基于TMR的双频激励磁纳米温度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于TMR的双频激励磁纳米温度测量方法，属于纳米材料测试技术领域。包括：对待测目标所在区域施加双频交流激励磁场；将磁纳米粒子紧贴待测目标放置；利用TMR传感器构成的差分结构探测双频交流磁场激励下磁纳米粒子的磁化强度信号；提取磁纳米粒子磁化强度信号的各次谐波幅值；根据各次谐波与温度的关系构建方程，从而求解出待测目标温度。本发明在不同频率、不同幅值的双频磁场激励下，利用磁纳米粒子的朗之万顺磁定理构建磁纳米温度测量模型，采集到磁纳米粒子磁化强度信息的信噪比要远远大于差分线圈的效果，并且系统的稳定性更强，更有利于实现高精度的温度测量。解决了磁纳米温度测量误差较大问题。

技术领域

本发明属于纳米材料测试技术领域，更具体地，涉及一种基于TMR的双频激励磁纳米温度测量方法。

背景技术

温度与我们的生活息息相关，无论是工业应用中的激光焊接，还是生命科学中的细胞代谢，温度在其中都扮演着十分重要的角色。但是在很多情况下，例如活体内或者IGBT的使用过程中，待测物体的温度并不能直接测量，需要开发一种非接触式的温度测量方法。目前主要是通过红外线或者超声波手段进行远程测温，但是由于其测温原理的限制，红外测温只能测量物体的表面温度，而超声波测温的测量精度还不能满足精度需求。

近年来，基于磁学测温方法收到了研究人员的关注，磁纳米粒子由于其特殊的温度敏感特性而成为磁学测温领域的佼佼者。2009年美国J.B.Weaver对磁纳米粒子在测温领域的应用进行了有效的研究，在交流激励磁场激励下对磁纳米磁化强度信息的三、五次谐波幅值比值进行研究，在一定温度范围内使测量精度达到1摄氏度。2011年刘文中等人通过测量直流磁场下磁纳米粒子的磁化率倒数实现了温度的测量。2012年及2013年刘文中等人依次实现了交流磁场激励下基于磁纳米粒子磁化强度的温度测量以及三角波激励下基于磁纳米粒子磁化强度的温度测量。2015年何乐等人实现了在中高频激励磁场下的基于磁纳米粒子布朗弛豫时间的温度测量。

目前对磁纳米粒子磁化强度信号的测量一般都是使用差分线圈。然而差分线圈需要两个线圈参数相同，这就对线圈的制造提出了很高的要求；同时由于线圈受空间电磁干扰的影响较大，导致系统信噪比，温度测量的精度不高，而且由于线圈参数在不同频率下是会有变化的，对于不同频率的信号放大倍数会有所不同，导致系统受频率影响较大。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于TMR的双频激励磁纳米温度测量方法，其目的在于提高温度测量的精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于TMR的双频激励磁纳米温度测量方法，该方法包括以下步骤：

S1.对待测目标所在区域施加双频交流激励磁场；

S2.将磁纳米粒子紧贴待测目标放置；

S3.利用TMR传感器构成的差分结构探测双频交流磁场激励下磁纳米粒子的磁化强度信号；

S4.提取磁纳米粒子磁化强度信号的各次单频和混频谐波幅值；

S5.根据各次单频和混频谐波幅值与温度的关系构建方程组，从而求解出待测目标温度。

优选地，双频交流激励磁场的每个频率的取值范围为20Hz～10kHz。

优选地，双频交流激励磁场的磁场强度施加范围为10Oe～100Oe。

优选地，选用两片工作电压、工作电流、电阻值、灵敏度、失调电压、磁滞和灵敏度温度系数相同或相近的TMR传感器构成差分结构，将其置于亥姆霍兹线圈中磁场幅值、方向相同的位置，一片靠近待测目标，另一片远离待测目标，采集磁纳米粒子的磁化强度信号。

优选地，磁纳米粒子的磁化强度可以由朗之万函数来描述，即：