磁納米溫度測量關鍵技術及其應用研究.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的諧波幅值信息進行溫度測量。由于其利用磁納米粒子的特殊磁學特性進行溫度測量，因此可以實現非侵入式溫度測量，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了大功率 LED結溫層和熒光層的溫度測量，有望為結溫層是否是LED最高溫度層這一長久以來的爭議提供直觀的實驗依據，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不具有解析解問題，提出利用郎之萬函數的離散表達式構建磁納米溫度測量模型實現溫度的測量。為了提高溫度測量精度，本文對測溫模型中的參數進行了優(yōu)化研究，提出最優(yōu)的激勵磁場強度為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，標準差小于0.15nm。針對磁納米膠體溶液中特有的熱動力行為現象—多聚體與單體之間相互轉換，通過研究之

3、后發(fā)現激勵磁場頻率是磁流體多聚體與單體之間相互轉換的重要影響因素之一，本文根據磁流體聚集分離現象提出修正模型，為磁納米膠體溶液在溫度測量方面的應用奠定了理論基礎。
　　其次，為了提高磁納米溫度測量精度，本文在系統誤差和抗噪性能方面進行研究。在系統誤差方面，研究思路是以信號傳遞鏈路作為研究對象，分析信號流經系統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、，為系統硬件設計提供理論基礎。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行了深入分析，并提出當信噪比高于80 dB時溫度測量精度小于0.1 K，為系統設計提供重要參數指標。
　　此外，本文對影響磁納米溫度計系統穩(wěn)定性重要因素進行研究。針對亥姆霍茲線圈由于發(fā)熱問題引起的特征參數非線性時漂，提出利用循環(huán)硅油冷卻系統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，本文提出采用數字式反饋預

5、處理技術實現了功率放大器非線性補償，進而解決了磁納米溫度計系統長期穩(wěn)定性問題。接下來本文對高精度的溫度測量系統進行設計。其中激勵磁場發(fā)生裝置的指標參數為THD小于0.01％，磁場波動性小于0.01%。該指標遠遠高于國家關于交流測試的計量標準。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用案例—大功率LED結溫測量。利用磁納米溫度計不但實現了大功率LED結