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

1、磁納米溫度測(cè)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(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，即在交變磁場(chǎng)激勵(lì)下，通過(guò)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(cè)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(cè)量，因此可以實(shí)現(xiàn)非侵入式溫度測(cè)量，為極端特殊條件下的溫度測(cè)量提供一種全新的測(cè)量手段。2014年磁納米溫度計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了大功率 LED結(jié)溫層和熒光層的溫度測(cè)量，有望為結(jié)溫層是否是LED最高溫度層這一長(zhǎng)久以來(lái)的爭(zhēng)議提供直觀的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，其溫度測(cè)量精

2、度為0.1K，時(shí)間分辨率為1s。
　　本文首先針對(duì)用于描述磁納米特性的郎之萬(wàn)函數(shù)不具有解析解問(wèn)題，提出利用郎之萬(wàn)函數(shù)的離散表達(dá)式構(gòu)建磁納米溫度測(cè)量模型實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。為了提高溫度測(cè)量精度，本文對(duì)測(cè)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(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)度為100-200高斯，激勵(lì)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(duì)磁納米膠體溶液中特有的熱動(dòng)力行為現(xiàn)象—多聚體與單體之間相互轉(zhuǎn)換，通過(guò)研究之

3、后發(fā)現(xiàn)激勵(lì)磁場(chǎng)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(cè)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(cè)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(hào)傳遞鏈路作為研究對(duì)象，分析信號(hào)流經(jīng)系統(tǒng)每個(gè)部分時(shí)所引入的誤差源，找出影響顯著的誤差源，然后通過(guò)分析這些影響顯著的誤差源在傳遞過(guò)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(jì)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(shí)溫度測(cè)量精度小于0.1 K，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要參數(shù)指標(biāo)。
　　此外，本文對(duì)影響磁納米溫度計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性重要因素進(jìn)行研究。針對(duì)亥姆霍茲線圈由于發(fā)熱問(wèn)題引起的特征參數(shù)非線性時(shí)漂，提出利用循環(huán)硅油冷卻系統(tǒng)來(lái)保證亥姆霍茲線圈工作溫度恒定。針對(duì)功率放大器的非線性漂移問(wèn)題，本文提出采用數(shù)字式反饋預(yù)

5、處理技術(shù)實(shí)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(jì)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。接下來(lái)本文對(duì)高精度的溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中激勵(lì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的指標(biāo)參數(shù)為T(mén)HD小于0.01％，磁場(chǎng)波動(dòng)性小于0.01%。該指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家關(guān)于交流測(cè)試的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。在諧波檢測(cè)裝置部分創(chuàng)新性的提出三級(jí)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(jì)的成功應(yīng)用案例—大功率LED結(jié)溫測(cè)量。利用磁納米溫度計(jì)不但實(shí)現(xiàn)了大功率LED結(jié)