1.一种高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,其步骤为:
步骤一:搭建高频激励磁场的高频测温系统,将磁纳米粒子样品放置在高频测温系统中;
步骤二:通过高频测温系统中的磁化响应信息检测装置测量磁纳米粒子样品的磁化响应信息;
步骤三:利用谐波幅值计算方法从磁化响应信息中提取各奇次谐波的谐波幅值和相位信息;
步骤四:基于langevin方程利用磁纳米粒子样品本身的参数计算磁纳米粒子样品的磁化响应谐波幅值;
步骤五:对于不同的交流激励磁场强度多次重复步骤二-四,利用基于fokker-planck方程得到的谐波幅值和基于langevin方程得到的磁化响应谐波幅值计算不同磁场强度下的谐波幅值之比,通过多项式拟合的方式得到谐波幅值补偿函数;
步骤六:利用步骤四得到的磁化响应谐波幅值和步骤五得到的谐波幅值补偿函数,选取一次和三次谐波组建方程组,构建高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度模型;
步骤七:将高频测温系统测得的谐波幅值和相位信息代入步骤六得到的谐波幅值-温度模型,反演计算得到纳米粒子样品的温度信息。
2.根据权利要求1所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述高频测温系统包括激励磁场产生装置、磁化响应信息检测装置和软件计算装置,激励磁场产生装置产生稳定的高频交流激励磁场,磁化响应信息检测装置检测磁纳米粒子样品产生的磁化响应信息,软件计算装置的数据采集卡对获得的磁化响应信息的信号进行离散处理,并在计算机中通过谐波幅值检测算法提取出幅值和相位信息,代入高频激励磁场下的磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度模型得到磁纳米粒子样品的温度;所述激励磁场产生装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器、低通滤波器、大功率电阻、谐振lc电路;磁化响应信息检测装置包括依次连接的探测线圈传感器、带通滤波器、低噪声前置放大器和选频放大器,软件计算装置包括数据采集卡和计算机,数据采集卡与计算机相连接。
3.根据权利要求1或2所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述激励磁场产生装置产生的高频激励磁场是高频正弦波激励磁场:h=h0sin(2πft),其中,h0是频率为f的交流激励磁场强度,交流激励磁场强度h0的范围为0.01特斯拉以下,频率f的范围为20-200khz。
4.根据权利要求3所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤三中谐波幅值计算方法为互相关谐波提取算法、快速傅里叶变换法或最小二乘系统辨识算法。
5.根据权利要求1所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤三中提取各奇次谐波的谐波幅值和相位信息的方法为:在外加交变高频交变激励磁场时,磁纳米粒子样品的磁纳米粒子会受到尼尔磁豫的影响,磁纳米粒子动力学行为用fokker-planck方程描述为:
其中,x=cosθ,参数
根据勒让德多项式将分布函数w(θ,t)展开为
将
按照勒让德多项式展开分布函数w(θ,t),利用勒让德多项式的正交性得到关于an(t)的常微分方程:
采用四阶-五阶runge-kutta算法获得an(t)的数值解,将数值解代入分布函数w(θ,t),则受尼尔弛豫时间影响的磁纳米粒子的磁化响应mfp(t)为:
将磁化响应mfp(t)进行傅立叶展开并合并频率相同的项,得到:
其中,ω=2πf为角频率,通过互相关谐波提取算法、快速傅里叶变换法或最小二乘辨识算法提取磁化响应mfp(t)的各谐波幅值c2j-1和相位
6.根据权利要求1或5所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤四中基于langevin方程计算磁纳米粒子样品的磁化响应谐波幅值的方法为:
通过langevin方程描述施加交流激励磁场中超顺磁性的磁纳米粒子的磁化响应:ml(t)=msl(ξ),式中,langevin方程为l(ξ)=coth(ξ)-1/ξ,ξ=μ0mh/kbt,kb为玻尔兹曼常数,t为绝对温度,m为磁矩,μ0为真空磁导率;
对基于langevin方程描述的磁纳米粒子的磁化响应ml(t)进行泰勒级数展开,合并相同频率的项,使得磁化响应表示为
其中,h0是高频正弦波激励磁场h的交流激励磁场强度,ω为角频率。
7.根据权利要求6所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤五中谐波幅值之比g2j-1=c2j-1/a2j-1,通过多项式拟合的方式得到谐波幅值补偿函数
8.根据权利要求7所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤五中通过多项式拟合的方式得到谐波幅值补偿函数g2j-1(h0)的方法为:谐波幅值补偿函数g2j-1(h0)为n阶多项式函数:
通过最小二乘法、梯度下降法或共轭梯度法拟合得到多项式系数a2j-1,i。
9.根据权利要求6所述的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度方法,其特征在于,所述步骤六中构建的高频激励磁场中磁纳米粒子测温的谐波幅值-温度模型为:
其中,c1和c3分别为高频激励磁场下磁纳米粒子磁化响应的一次谐波和三次谐波幅值,a1和a3为基于langevin方程计算的磁纳米粒子磁化响应的一次谐波和三次谐波幅值,g1和g3分别为一次谐波和三次谐波幅值补偿函数的值。