一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法，包括：对稀土发光材料施加连续变化的已知磁场，得到其发光强度发生突变时对应的磁场强度值；用待测磁体对稀土发光材料施加强度变化的磁场，通过观测与待测磁体磁场强度呈线性关系的可观测量，得到其发光强度发生突变时对应的可观测量的值，将发生突变时待测磁体的磁场强度对应已知磁场作用下发生突变时的磁场强度；根据突变点的可观测量大小和磁场强度值，计算得到待测磁体磁场强度与可观测量的关系，完成对待测磁体磁场强度的标定。本方法对材料温度无特殊要求，且稀土发光材料发光强度在磁场作用下产生的突变易于观测，能有效降低磁场强度标定的成本，磁场标定精度可控，实用性强。
【专利说明】一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁场强度标定【技术领域】，更具体地，涉及一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法。
【背景技术】
[0002]稀土发光材料是指在外加能量(光源)激发下能够发光的稀土离子掺杂的化合物材料，广泛应用于发光、显示、特种材料(如激光晶体)，以及荧光标记、传感等领域。其发光原理是，稀土发光材料在外激发作用下，低能级的电子获得能量被激发到高能级，经过弛豫后再经过辐射跃迁回到低能级，同时发出一个或多个光子。概括地讲，其应用包括两个方面:一是直接利用其发光特性进行照明或产生新的光源，二是利用其发光随外界环境的变化规律进行传感和标定。
[0003]近年来，随着强磁场下的科学研究的不断发展，人们对磁场尤其是强磁场传感和标定方法的实用性也提出了越来越高的要求。此外，磁场传感和标定还被广泛应用于磁体质量评估、磁场遥感探测等诸多领域。目前常用的标定方法利用的是氟化锰在特定磁场下发生相变的特性。其工作原理是，先将氟化锰样品置于已知磁场中，变化磁场观测样品发生相变的磁场强度并记录下来作为已知标准强度H。；然后将同一样品置于待测磁场H中，变化磁场观测样品相变特征，将相变处的磁场强度作为已知的磁场强度，即令H=H。，其它磁场强度使用外推的方法计算获得。
[0004]上述方法利用了氟化锰材料在单个特定磁场强度H。下产生相变的特性来进行标定。该方法具有如下不足:(1)标定过程中，材料的温度必须稳定在其奈尔温度(68K)以下，以保证样品具有期望的相变特性；(2)此类相变特性的观测需要使用复杂的测量装置；(3)只能利用单个特定磁场强度下产生相变的特性进行单点对准，精度不高。总的来说，该标定方法具有较高的成本和较低的可操作性，在实践中的应用受到限制。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法，该方法对材料温度无特殊要求，且稀土发光材料发光强度在磁场作用下产生的突变易于观测，能有效降低磁场强度标定的成本，磁场标定精度可控，实用性强。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法，包括:对所述稀土发光材料施加连续变化的已知磁场，得到其发光强度发生突变时对应的磁场强度值；用待测磁体对所述稀土发光材料施加强度变化的磁场，通过观测与待测磁体磁场强度呈线性关系的可观测量，得到其发光强度发生突变时对应的可观测量的值，将发生突变时待测磁体的磁场强度对应已知磁场作用下发生突变时的磁场强度；根据突变点的可观测量大小和磁场强度值，计算得到待测磁体磁场强度与可观测量的关系，完成对待测磁体磁场强度的标定。
[0007]优选地，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到已知磁场作用下样品发光强度发生突变时对应的磁场强度值。
[0008]优选地，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到待测磁体作用下样品发光强度发生突变时对应的可观测量的值。
[0009]优选地，所述可观测量为待测磁体线圈内的电流、霍尔元件感应的霍尔电压或pick-up线圈感应电压。
[0010]优选地，待测磁体磁场强度与可观测量的关系通过如下方法计算得到:记可观测量为X，待测磁体磁场强度为Y，则有Y=aX+b，选取m个突变点表示为(X'xM\) 9…，(Χ,≥Ο，其中，m≥I且m为整数，当m>l时，a、b分别由下式确定:
【权利要求】
1.一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法，包括:对所述稀土发光材料施加连续变化的已知磁场，得到其发光强度发生突变时对应的磁场强度值；用待测磁体对所述稀土发光材料施加强度变化的磁场，通过观测与待测磁体磁场强度呈线性关系的可观测量，得到其发光强度发生突变时对应的可观测量的值，将发生突变时待测磁体的磁场强度对应已知磁场作用下发生突变时的磁场强度；根据突变点的可观测量大小和磁场强度值，计算得到待测磁体磁场强度与可观测量的关系，完成对待测磁体磁场强度的标定。
2.如权利要求1所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到已知磁场作用下样品发光强度发生突变时对应的磁场强度值。
3.如权利要求1所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到待测磁体作用下样品发光强度发生突变时对应的可观测量的值。
4.如权利要求1所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，所述可观测量为待测磁体线圈内的电流、霍尔元件感应的霍尔电压或pick-up线圈感应电压。
5.如权利要求1至4中任一项所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，待测磁体磁场强度与可观测量的关系通过如下方法计算得到:记可观测量为X，待测磁体磁场强度为Y，则有Y=aX+b，选取m个突变点表示为
6.一种用稀土发光材料标定磁场强度的方法，包括以下步骤: S1:选取稀土发光材料样品和激发波长，使具有所述激发波长的光能激发所述样品发光，且发光强度能在一定磁场强度下发生突变； S2:用S1中选取的激发波长的光激发SI中选取的稀土发光材料样品发光，调节样品温度使其恒定，保持激发光功率稳定，对样品施加连续变化的已知磁场，得到样品发光强度发生突变时对应的磁场强度值H1,…，Hn，其中，η为突变点的个数，n≥1且n为整数； S3:保持激发波长和样品温度不变，保持激发光功率稳定，用待测磁体对样品施加强度变化的磁场，通过观测与待测磁体磁场强度呈线性关系的可观测量，得到样品发光强度发生突变时对应的可观测量的值为X1,…，Xn，相应的待测磁体的磁场强度对应S2中的磁场强度H1,…，Hn，得到的η个突变点分别表示为(X1, H1),…，(Xn，Hn); S4:选取m个突变点计算得到待测磁体磁场强度与可观测量的关系，其中，1≤m≤n且m为整数，完成对待测磁体磁场强度的标定。
7.如权利要求6所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，所述步骤S2中，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到样品发光强度发生突变时对应的磁场强度值，所述步骤S3中，经数据作图，再进行曲线拟合或直接读取极值坐标，得到样品发光强度发生突变时对应的可观测量的值。
8.如权利要求6所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，所述步骤S3中，可观测量为待测磁体线圈内的电流、霍尔元件感应的霍尔电压或pick-up线圈感应电压。
9.如权利要求6至8中任一项所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，所述步骤S4中，待测磁体磁场强度与可观测量的关系通过如下方法计算得到:记可观测量为X，待测磁体磁场强度为Y，则有Y=aX+b，将所述m个突变点表示为(X1,H1)’…’(X'm,H'm)当m>l时，a、b分别由下式确定:
10.如权利要求6所述的用稀土发光材料标定磁场强度的方法，其特征在于，所述稀土发光材料的稀土掺杂离子为铒、铕，镝或钐，被掺杂基质为钇钒氧或钆钒氧。
【文档编号】G01R33/032GK103439673SQ201310313954
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】韩俊波, 马宗伟, 张俊佩, 虞应, 杜桂焕, 李亮 申请人:华中科技大学