一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化测量方法，包括：(1)将铁磁性粒子置于待测对象处；(2)对所述铁磁性粒子所在区域施加直流磁场使所述铁磁性粒子达到饱和磁化状态；(3)获得待测对象在常温下的稳态温度T1，根据所述稳态温度T1计算出铁磁性粒子的初始自发磁化强度M1；(4)当待测对象发生温度变化后，测量铁磁性粒子在温度变化后的磁化强度变化信号的幅值A，根据所述磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2；(5)根据变化后的温度T2以及稳态温度T1，计算得到温度变化值ΔT＝T2-T1。本发明能够在非侵入的情况下实现快速精确的温度测量，由此解决测温速度慢、精度低等的技术问题。
【专利说明】一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于快速精确测温【技术领域】，更具体地，涉及一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化测量方法，更具体地说，涉及一种直流激励磁场下的基于铁磁性粒子饱和磁化强度-温度关系的非侵入式高时间和温度分辨率的温度测量方法。
【背景技术】
[0002]温度是自然界中物质最基本的物理量之一，温度的测量对认知自然界中物质的本质具有重要的意义。利用铁磁性粒子的快速测温方法，是一种全新的、非侵入式的、超快速的(纳秒级)、高精度的温度测量方法。它主要通过测量铁磁性粒子的变化磁化强度，通过一定的模型关系计算出温度信息。铁磁性粒子温度测量方法具有非侵入与快速特性，使其在激光加热、金属快速凝固、发动机测温等领域具有广泛的应用前景。
[0003]随着工程技术的发展，带来了许多热作用时间极短、瞬时热流密度极高、温度变化极为迅速的热传导问题。传统的傅立叶定律不再适用于这些超常规、超急速的热传导。这些超常热传递条件下出现的不遵循傅立叶定律的热传导效应被人们称为非傅立叶导热效应。遗憾的是现有的技术和设备很难精确测量到如此短时间内的温度变化，利用铁磁性粒子进行非侵入式快速温度测量可以克服作用时间极短的问题，对此温度变化过程进行监控以便更好的研究。
[0004]航空航天领域经常会出现一些特殊测温问题，如飞机发动机燃烧室的火焰脉动温度的测量、热加工高温炉，高频加热焊接、铸造等的温度测量。采用传统的测温方法不能很好的解决这些问题，对此，测温装置应该具有响应速度快、测温精度高等特点。利用铁磁性粒子进行非侵入式快速温度测量与温度传导相结合的方法也可以满足这种要求。因此非侵入式的快速精确测量技术，仍然是这些领域亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直流激励磁场下的基于铁磁性粒子饱和磁化强度-温度关系的非侵入式高时间和温度分辨率的温度测量方法，其目的在于非侵入的情况下实现快速精确的温度测量，由此解决测温速度慢、精度低等的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化测量方法，包括:
[0007](I)将铁磁性粒子置于待测对象处；
[0008](2)对所述铁磁性粒子所在区域施加直流磁场使所述铁磁性粒子达到饱和磁化状态；
[0009](3)获得待测对象在常温下的稳态温度T1，根据所述稳态温度T1计算出铁磁性粒子的初始自发磁化强度M1;
[0010](4)当待测对象发生温度变化后，测量铁磁性粒子在温度变化后的磁化强度变化信号的幅值A，根据所述磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2 ；
[0011](5)根据变化后的温度T2以及稳态温度T1,计算得到温度变化值AT = T2-T10
[0012]在本发明的一个实施例中，所述步骤(1)具体为:
[0013]将铁磁性粒子置于待测对象内部或涂覆于待测对象表面。
[0014]在本发明的一个实施例中，所述步骤(3)具体为:
[0015]使用热电偶或者光纤温度传感器获得待测对象常温下的稳态温度T1，根据铁磁性粒子的“饱和磁化强度-温度曲线”，计算出温度为!\时铁磁性粒子的初始自发磁化强度札。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述步骤(4)中根据所述磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2具体包括:
[0017]根据所述磁化强度变化信号的幅值A与变化后的温度T2之间的关系:
[0018]
【权利要求】
1.一种直流激励磁场下的非侵入式快速温度变化测量方法，其特征在于，所述方法包括: (1)将铁磁性粒子置于待测对象处； (2)对所述铁磁性粒子所在区域施加直流磁场使所述铁磁性粒子达到饱和磁化状态； (3)获得待测对象在常温下的稳态温度T1，根据所述稳态温度T1计算出铁磁性粒子的初始自发磁化强度M1 ； (4)当待测对象发生温度变化后，测量铁磁性粒子在温度变化后的磁化强度变化信号的幅值A，根据所述磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2 ； (5)根据变化后的温度T2以及稳态温度T1，计算得到温度变化值AT= T2-1\。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为: 将铁磁性粒子置于待测对象内部或涂覆于待测对象表面。
3.如权利要求1或所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为:所述步骤(2)中采用亥姆霍茨线圈对所述铁磁性粒子所在区域施加直流磁场。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为: 使用热电偶或者光纤温度传感器获得待测对象常温下的稳态温度T1,根据铁磁性粒子的“饱和磁化强度-温度曲线”，计算出温度为T1时铁磁性粒子的初始自发磁化强度Mp
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中根据所述磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2具体包括: 根据所述磁化强度变化信号的幅值A与变化后的温度T2之间的关系:
利用磁化强度变化信号的幅值A计算得到变化后的温度T2 ； 其中:a是磁化强度变化量ΛΒ与自发磁化强度AM的比例系数，β是检测电路的放大倍数，N是电感线圈的匝数，S是电感线圈的内部面积，Λ t是温度变化的时间，M(T = O)是铁磁性粒子在绝对零度时的自发磁化强度，s为铁磁性材料热退磁曲线的参数，T。为铁磁性粒子的居里温度，M(T = O)和T。对于某一确定铁磁性粒子材料其为一确定值，M1为温度为T1时铁磁性粒子的初始自发磁化强度。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中测量铁磁性粒子在温度变化后的磁化强度变化信号的幅值A，具体包括: 利用两个相同的单层线圈作为传感器，来检测待测区域内的铁磁性粒子的磁化强度变化信号，其中一个电感线圈α作为探测线圈，将待测对象包含于其中，使线圈可以检测到待测对象所有的磁感应强度变化信号，另一个电感线圈Y置于直流激励磁场中的对称位置作为参考线圈，它并不接收待测对象的感应信号，只接收环境中的噪声； 通过电感线圈α采集铁磁性粒子变化的磁化强度信号，与线圈Y的测量信号经过差分放大等调理电路，检测出磁化强度变化信号通过处理电路后的输出幅值A。
【文档编号】G01K7/36GK104132736SQ201410374814
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】阮楚良, 张朴, 刘文中, 徐文彪 申请人:华中科技大学