一种温度和磁场的探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温度和磁场的探测方法及装置

【技术实现步骤摘要】
一种温度和磁场的探测方法及装置


[0001]本专利技术属于磁场和温度测量
，更具体地，涉及一种温度和磁场的探测方法及装置
。

技术介绍

[0002]磁场探测装置在各
均有广泛应用，例如，在生物医学领域，磁场探测装置可以作为重要的医疗仪器，协助解决对某些疾病的早期发现及诊断问题；在工业检测领域，磁场探测装置可以作为无损检测的装置，在不损坏被测物材料的情况下，对其几何结构
、
物理性能进行非接触测量
。
[0003]温度检测在需要高精度的工程应用和基础科学实验中都起着关键作用
。
近年来，在电子器件领域，需要使用温度探测装置协助收集温度来评估元件的使用寿命；在工业检测领域，温度检测装置可以在危险环境中对目标进行非接触测量
。
[0004]温度和磁场的同时测量将对航天工业
、
电气工程
、
结构健康监测和能源设备
(
如电池和电源设备
)
的状态监测等领域具有重要意义
。
例如监测电池的状态，电动汽车的电池需要以
1kHz
信号带宽同时监控电池中的温度和电流，以实现最佳的电池使用，通过控制电池温度以避免缩短电池寿命的损坏，并记录快速加速
/
减速过程中的充电
/
放电电流尖峰，以准确预测剩余里程，而电流的变化会产生磁场，因此可以通过测量温度和磁场来监测电池的状态
。
待测磁场能为地磁场或者特定的某磁场，虽然通过现有的测量装置可以测量出待测磁场，但是不能同时测量出装置所处的环境温度，必须增加额外的温度测量装置，导致整个测量装置的体积较大
。
[0005]现有技术中常采用霍尔效应传感器，无自旋交换弛豫磁力计，超导量子干涉器件等等方法测量磁场，采用热敏电阻，热电偶，微机电系统温度传感器，光纤温度传感器等等方法测量温度，目前顶尖的磁场探测器最好可以做到飞特斯拉
(10^(
‑
15)T)
数量级的灵敏度，顶尖的温度探测器最好可以做到纳开尔文
(10^(
‑
9)K)
数量级的灵敏度，然而上述技术都不可以同时测量温度和磁场，上述装置虽然精度高，但是需要两个装置分别进行测量，导致测量时间长
、
测量操作复杂
、
测量装置总体体积较大，有些装置对工作环境要求苛刻
。
专利
CN202210632990.5
公布了一种高灵敏度碱金属磁场探测装置，该专利虽然在磁场探测方面可以实现较高灵敏度，但是无法同时进行高精度的温度测量
。
专利
CN202010311424.5
公布了一种温度传感器
、
温度测量系统及测量方法，该探头对温度的灵敏度达到量级，灵敏度不适用于日渐精确的测量需求，并且还需要复杂的共聚焦光路系统
。
[0006]金刚石中带负电荷的氮
‑
空位色心
(
以下简称氮
‑
空位色心
)
是一种高磁场灵敏度的室温探针，已经有研究表明氮
‑
空位色心对温度和磁场都可以进行高精度的测量
。
氮
‑
空位色心是金刚石晶格中的一个点缺陷
。
它由一对取代碳原子的最近邻氮原子和晶格空位组成，在
500
‑
600nm
波段的激光照射下发射红色荧光信号
(600
‑
800nm)。
氮
‑
空位色心中存在未成对的电子，其基态为自旋三重态，分别是
m
s
＝
0,
±
1。
使用
532nm
的激光激发氮
‑
空位色心，
若电子处于
m
s
＝0状态，则会有荧光光子发出；若电子处于
m
s
＝
±1状态，则电子跃迁有较大概率不发出光子
。
氮
‑
空位色心所处的外磁场会引起其基态能级分裂，能级分裂的间隔与外磁场的大小和方向有关，施加控制场可以控制电子在基态的能级之间跃迁，分析氮
‑
空位色心在预设波段激光激发
、
控制场调控下的荧光变化，可以推断出环境温度
T
或外界待测磁场
B
tar
的信息，目前使用金刚石氮
‑
空位色心可以做到皮特斯拉
(10^(
‑
12)T)
数量级的磁场灵敏度，以及微开尔文
(10^(
‑
6)K)
的温度灵敏度，但是需要多路复用和双频驱动操作
。
[0007]上述各种技术，要么存在无法高灵敏度的同时测量温度和磁场数据的问题，要么在同时测量温度和磁场时，需要复杂的光路或电路系统，且结构复杂
、
装置体积较大
、
集成化程度低
。

技术实现思路

[0008]针对相关技术的缺陷，本专利技术提出一种温度和磁场的探测方法及装置，旨在解决现有同时测量温度和磁场数据时，在保证高灵敏度的同时装置复杂的问题
。
[0009]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种温度和磁场的探测方法，包括：
[0010]控制磁探测器采集待测磁场的磁场强度；
[0011]在待测磁场中设置磁场集中器组，磁场集中器组包括：多个关于磁探测器所在预设磁场区域对称放置的磁场集中器；控制磁场集中器组放大沿其轴向方向的所述待测磁场的磁场强度，每个磁场集中器采用温敏材料制作而成，其磁场放大倍数随环境温度变化；
[0012]控制磁探测器采集放大后的磁场强度；
[0013]根据放大前后的磁场强度，得到所述磁场集中器的放大倍数，根据所述放大倍数查询放大倍数
‑
温度对照表，确定所述放大倍数所对应的环境温度
。
[0014]第二方面，本专利技术还提供另一种温度和磁场的探测方法，包括：
[0015]控制磁场发生器施加变化的匀强磁场；
[0016]在待测磁场中设置磁场集中器组，磁场集中器组包括：多个关于磁探测器所在预设磁场区域对称放置的磁场集中器；控制磁场集中器组放大沿其轴向方向的所述匀强磁场和所述待测磁场产生的组合磁场的磁场强度，每个磁场集中器采用温敏材料制作而成，其磁场放大倍数随环境温度变化；
[0017]控制磁探测器连续测量所述组合磁场的磁场强度；
[0018]对所述磁场强度进行数值处理后得到待测磁场实时的磁场强度和所述磁场集中器实时的放大倍数，并根据所述放大倍数查询放大倍数
‑
温度对照表，确定所述放大倍数所对应的实时环境温度
。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种温度和磁场的探测方法，其特征在于，包括：控制磁探测器采集待测磁场的磁场强度；在待测磁场中设置磁场集中器组，磁场集中器组包括：多个关于磁探测器所在预设磁场区域对称放置的磁场集中器；控制磁场集中器组放大沿其轴向方向的所述待测磁场的磁场强度，每个磁场集中器采用温敏材料制作而成，其磁场放大倍数随环境温度变化；控制磁探测器采集放大后的磁场强度；根据放大前后的磁场强度，得到所述磁场集中器的放大倍数，并根据所述放大倍数查询放大倍数
‑
温度对照表，确定所述放大倍数所对应的环境温度
。2.
一种温度和磁场的探测方法，其特征在于，包括：控制磁场发生器施加变化的匀强磁场；在待测磁场中设置磁场集中器组，磁场集中器组包括：多个关于磁探测器所在预设磁场区域对称放置的磁场集中器；控制磁场集中器组放大沿其轴向方向的所述匀强磁场和所述待测磁场产生的组合磁场的磁场强度，每个磁场集中器采用温敏材料制作而成，其磁场放大倍数随环境温度变化；控制磁探测器连续测量所述组合磁场的磁场强度；对所述磁场强度进行数值处理后得到待测磁场实时的磁场强度和所述磁场集中器实时的放大倍数，并根据所述放大倍数查询放大倍数
‑
温度对照表，确定所述放大倍数所对应的实时环境温度
。3.
根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于，在测量放大后的磁场强度时，将磁探测器设置在所述预设磁场区域的中心位置
。4.
根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于，温敏材料采用在预设范围内温度系数最大的材料
。5.
根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于，所述磁探测器采用金刚石磁力计时，则所述磁探测器在外部激光的作用下产生荧光信号，基于所述荧光信号得到待测磁场或组合磁场的磁场强度
。6.
根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于，所述磁场集中器的形状为圆台形
。7.
一种探测温度和磁场的装置，其特征在于，用于执行权利要求1所述的方法，包括：磁探测器
、
磁场集中器组和处理器；所述磁场集中器组设置在待测磁场中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建明，龚牧桑，徐嘉贺，余民，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：