磁納米溫度測量關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、磁納米溫度測量方法是利用磁納米粒子的溫度敏感特性和磁化曲線非線性特性實現(xiàn)溫度測量，即在交變磁場激勵下，通過獲取磁納米粒子磁化響應(yīng)的諧波幅值信息進(jìn)行溫度測量。由于其利用磁納米粒子的特殊磁學(xué)特性進(jìn)行溫度測量，因此可以實現(xiàn)非侵入式溫度測量，為極端特殊條件下的溫度測量提供一種全新的測量手段。2014年磁納米溫度計成功實現(xiàn)了大功率 LED結(jié)溫層和熒光層的溫度測量，有望為結(jié)溫層是否是LED最高溫度層這一長久以來的爭議提供直觀的實驗依據(jù)，其溫度測量精

2、度為0.1K，時間分辨率為1s。
　　本文首先針對用于描述磁納米特性的郎之萬函數(shù)不具有解析解問題，提出利用郎之萬函數(shù)的離散表達(dá)式構(gòu)建磁納米溫度測量模型實現(xiàn)溫度的測量。為了提高溫度測量精度，本文對測溫模型中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，提出最優(yōu)的激勵磁場強(qiáng)度為100-200高斯，激勵頻率小于1 kHz,磁納米粒子的平均粒徑為10-12nm，標(biāo)準(zhǔn)差小于0.15nm。針對磁納米膠體溶液中特有的熱動力行為現(xiàn)象—多聚體與單體之間相互轉(zhuǎn)換，通過研究之

3、后發(fā)現(xiàn)激勵磁場頻率是磁流體多聚體與單體之間相互轉(zhuǎn)換的重要影響因素之一，本文根據(jù)磁流體聚集分離現(xiàn)象提出修正模型，為磁納米膠體溶液在溫度測量方面的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次，為了提高磁納米溫度測量精度，本文在系統(tǒng)誤差和抗噪性能方面進(jìn)行研究。在系統(tǒng)誤差方面，研究思路是以信號傳遞鏈路作為研究對象，分析信號流經(jīng)系統(tǒng)每個部分時所引入的誤差源，找出影響顯著的誤差源，然后通過分析這些影響顯著的誤差源在傳遞過程中的變化規(guī)律尋找到最小誤差傳遞鏈路

4、，為系統(tǒng)硬件設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。在抗噪性能方面，分別在諧波噪聲、工頻噪聲、高斯噪聲、采樣率和采樣周期等方面進(jìn)行了深入分析，并提出當(dāng)信噪比高于80 dB時溫度測量精度小于0.1 K，為系統(tǒng)設(shè)計提供重要參數(shù)指標(biāo)。
　　此外，本文對影響磁納米溫度計系統(tǒng)穩(wěn)定性重要因素進(jìn)行研究。針對亥姆霍茲線圈由于發(fā)熱問題引起的特征參數(shù)非線性時漂，提出利用循環(huán)硅油冷卻系統(tǒng)來保證亥姆霍茲線圈工作溫度恒定。針對功率放大器的非線性漂移問題，本文提出采用數(shù)字式反饋預(yù)

5、處理技術(shù)實現(xiàn)了功率放大器非線性補(bǔ)償，進(jìn)而解決了磁納米溫度計系統(tǒng)長期穩(wěn)定性問題。接下來本文對高精度的溫度測量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。其中激勵磁場發(fā)生裝置的指標(biāo)參數(shù)為THD小于0.01％，磁場波動性小于0.01%。該指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家關(guān)于交流測試的計量標(biāo)準(zhǔn)。在諧波檢測裝置部分創(chuàng)新性的提出三級消減剩磁方案，達(dá)到80 dB以上的剩磁消減效果。
　　最后本文介紹了磁納米溫度計的成功應(yīng)用案例—大功率LED結(jié)溫測量。利用磁納米溫度計不但實現(xiàn)了大功率LED結(jié)