一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化的測量方法
2023-06-12 01:49:21
一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化測量方法，包括：(1)將鐵磁性粒子置於待測對象處；(2)對所述鐵磁性粒子所在區域施加直流磁場使所述鐵磁性粒子達到飽和磁化狀態；(3)獲得待測對象在常溫下的穩態溫度T1，根據所述穩態溫度T1計算出鐵磁性粒子的初始自發磁化強度M1；(4)當待測對象發生溫度變化後，測量鐵磁性粒子在溫度變化後的磁化強度變化信號的幅值A，根據所述磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2；(5)根據變化後的溫度T2以及穩態溫度T1，計算得到溫度變化值ΔT＝T2-T1。本發明能夠在非侵入的情況下實現快速精確的溫度測量，由此解決測溫速度慢、精度低等的技術問題。
【專利說明】一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於快速精確測溫【技術領域】，更具體地，涉及一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化測量方法，更具體地說，涉及一種直流激勵磁場下的基於鐵磁性粒子飽和磁化強度-溫度關係的非侵入式高時間和溫度解析度的溫度測量方法。
【背景技術】
[0002]溫度是自然界中物質最基本的物理量之一，溫度的測量對認知自然界中物質的本質具有重要的意義。利用鐵磁性粒子的快速測溫方法，是一種全新的、非侵入式的、超快速的(納秒級)、高精度的溫度測量方法。它主要通過測量鐵磁性粒子的變化磁化強度，通過一定的模型關係計算出溫度信息。鐵磁性粒子溫度測量方法具有非侵入與快速特性，使其在雷射加熱、金屬快速凝固、發動機測溫等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]隨著工程技術的發展，帶來了許多熱作用時間極短、瞬時熱流密度極高、溫度變化極為迅速的熱傳導問題。傳統的傅立葉定律不再適用於這些超常規、超急速的熱傳導。這些超常熱傳遞條件下出現的不遵循傅立葉定律的熱傳導效應被人們稱為非傅立葉導熱效應。遺憾的是現有的技術和設備很難精確測量到如此短時間內的溫度變化，利用鐵磁性粒子進行非侵入式快速溫度測量可以克服作用時間極短的問題，對此溫度變化過程進行監控以便更好的研究。
[0004]航空航天領域經常會出現一些特殊測溫問題，如飛機發動機燃燒室的火焰脈動溫度的測量、熱加工高溫爐，高頻加熱焊接、鑄造等的溫度測量。採用傳統的測溫方法不能很好的解決這些問題，對此，測溫裝置應該具有響應速度快、測溫精度高等特點。利用鐵磁性粒子進行非侵入式快速溫度測量與溫度傳導相結合的方法也可以滿足這種要求。因此非侵入式的快速精確測量技術，仍然是這些領域亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種直流激勵磁場下的基於鐵磁性粒子飽和磁化強度-溫度關係的非侵入式高時間和溫度解析度的溫度測量方法，其目的在於非侵入的情況下實現快速精確的溫度測量，由此解決測溫速度慢、精度低等的技術問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化測量方法，包括:
[0007](I)將鐵磁性粒子置於待測對象處；
[0008](2)對所述鐵磁性粒子所在區域施加直流磁場使所述鐵磁性粒子達到飽和磁化狀態；
[0009](3)獲得待測對象在常溫下的穩態溫度T1，根據所述穩態溫度T1計算出鐵磁性粒子的初始自發磁化強度M1;
[0010](4)當待測對象發生溫度變化後，測量鐵磁性粒子在溫度變化後的磁化強度變化信號的幅值A，根據所述磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2 ；
[0011](5)根據變化後的溫度T2以及穩態溫度T1,計算得到溫度變化值AT = T2-T10
[0012]在本發明的一個實施例中，所述步驟(1)具體為:
[0013]將鐵磁性粒子置於待測對象內部或塗覆於待測對象表面。
[0014]在本發明的一個實施例中，所述步驟(3)具體為:
[0015]使用熱電偶或者光纖溫度傳感器獲得待測對象常溫下的穩態溫度T1，根據鐵磁性粒子的「飽和磁化強度-溫度曲線」，計算出溫度為!\時鐵磁性粒子的初始自發磁化強度札。
[0016]在本發明的一個實施例中，所述步驟(4)中根據所述磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2具體包括:
[0017]根據所述磁化強度變化信號的幅值A與變化後的溫度T2之間的關係:
[0018]
【權利要求】
1.一種直流激勵磁場下的非侵入式快速溫度變化測量方法，其特徵在於，所述方法包括: (1)將鐵磁性粒子置於待測對象處； (2)對所述鐵磁性粒子所在區域施加直流磁場使所述鐵磁性粒子達到飽和磁化狀態； (3)獲得待測對象在常溫下的穩態溫度T1，根據所述穩態溫度T1計算出鐵磁性粒子的初始自發磁化強度M1 ； (4)當待測對象發生溫度變化後，測量鐵磁性粒子在溫度變化後的磁化強度變化信號的幅值A，根據所述磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2 ； (5)根據變化後的溫度T2以及穩態溫度T1，計算得到溫度變化值AT= T2-1\。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟(1)具體為: 將鐵磁性粒子置於待測對象內部或塗覆於待測對象表面。
3.如權利要求1或所述的方法，其特徵在於，所述步驟(2)具體為:所述步驟(2)中採用亥姆霍茨線圈對所述鐵磁性粒子所在區域施加直流磁場。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)具體為: 使用熱電偶或者光纖溫度傳感器獲得待測對象常溫下的穩態溫度T1,根據鐵磁性粒子的「飽和磁化強度-溫度曲線」，計算出溫度為T1時鐵磁性粒子的初始自發磁化強度Mp
5.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述步驟(4)中根據所述磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2具體包括: 根據所述磁化強度變化信號的幅值A與變化後的溫度T2之間的關係:
利用磁化強度變化信號的幅值A計算得到變化後的溫度T2 ； 其中:a是磁化強度變化量ΛΒ與自發磁化強度AM的比例係數，β是檢測電路的放大倍數，N是電感線圈的匝數，S是電感線圈的內部面積，Λ t是溫度變化的時間，M(T = O)是鐵磁性粒子在絕對零度時的自發磁化強度，s為鐵磁性材料熱退磁曲線的參數，T。為鐵磁性粒子的居裡溫度，M(T = O)和T。對於某一確定鐵磁性粒子材料其為一確定值，M1為溫度為T1時鐵磁性粒子的初始自發磁化強度。
6.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述步驟(4)中測量鐵磁性粒子在溫度變化後的磁化強度變化信號的幅值A，具體包括: 利用兩個相同的單層線圈作為傳感器，來檢測待測區域內的鐵磁性粒子的磁化強度變化信號，其中一個電感線圈α作為探測線圈，將待測對象包含於其中，使線圈可以檢測到待測對象所有的磁感應強度變化信號，另一個電感線圈Y置於直流激勵磁場中的對稱位置作為參考線圈，它並不接收待測對象的感應信號，只接收環境中的噪聲； 通過電感線圈α採集鐵磁性粒子變化的磁化強度信號，與線圈Y的測量信號經過差分放大等調理電路，檢測出磁化強度變化信號通過處理電路後的輸出幅值A。
【文檔編號】G01K7/36GK104132736SQ201410374814
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】阮楚良, 張樸, 劉文中, 徐文彪 申請人:華中科技大學