En teknik för att mäta temperatur nära en liten värmekälla i ett medium krävs i många vetenskapliga forskningsområden och applikationer. Till exempel i forskningen på magnetiska hypertermi, vilket är en metod för behandling av cancer med elektromagnetisk induktion av magnetiska partiklar eller små magnetiska bitar är det kritiskt att exakt förutsäga temperatur fördelningarna genereras av den magnetiska partiklar^1,2. Men även om mikrovågsugn^3,4, ultraljud^5,6,7,8, optoacoustic⁹, Raman¹⁰och magnetisk resonans^{11 ,12}-baserade temperatur mätteknik har forskat och utvecklat, sådan en inre temperatur-distribution kan inte mätas exakt i dagsläget. Hittills har enda-position temperaturer eller temperaturer på några positioner mätts via temperatursensorer, som vid induktion, är icke-magnetiska optisk fiber temperatur sensorer^13,14. Alternativt, yttemperaturen hos media har mätts distans via infraröd strålning termometrar att uppskatta den inre temperaturer¹⁴. Men när ett medium innehållande en liten värmekälla är en vatten-lager eller en icke-grumlig vattenhaltigt medium, har vi visat att en nära-infraröd teknik (NIR) absorption är användbart för att mäta temperaturer^{15,16, 17,18,19}. Detta dokument presenterar detaljerade protokollet av denna teknik och representativa resultat.

NIR absorption tekniken bygger på principen om temperaturberoende av banden absorption av vatten i regionen NIR. Som visas i figur 1a, ν₁ + ν₂ + ν₃ absorption band av observeras vatten i den 1100-nm till 1250-nm våglängdsområde (λ) och skiftar till kortare våglängder som temperaturen ökar¹⁹. Här, ν₁ + ν₂ + ν₃ innebär att detta band motsvarar kombinationen av de tre grundläggande O-H vibrationslägen: symmetriska stretching (ν₁), böjning (ν ₂), och antisymmetriska sträckning (ν₃)^20,21. Denna förändring i spektrumet visar att den mest temperaturkänsliga våglängden i bandet är λ ≈ 1150 nm. Andra absorption band vatten uppvisar också liknande beteende med avseende på den temperatur^{15,16,17,18,20,21}. Den ν₁ + ν₃ bands vatten observerats inom de intervall λ = 1350−1500 nm och dess temperaturberoende visas i figur 1b. I ν₁ + ν₃ band av vatten är 1412 nm den mest temperaturkänsliga våglängden. Därför är det möjligt att få tvådimensionell (2D) temperatur bilder genom att använda en NIR-kamera bildtagning 2D absorbansen vid λ = 1150 eller 1412 nm. Som absorptionskoefficienten vatten vid λ = 1150 nm är mindre än att vid λ = 1412 nm, våglängden som tidigare är lämplig för cirka 10 mm tjock vattenhaltigt medium, medan den senare är lämplig för cirka 1 mm tjock. Nyligen, med λ = 1150 nm, vi fått temperaturen fördelningarna i en 10 mm tjock vatten lager som innehåller en induktion-uppvärmda 1 mm diameter stål sfär¹⁹. Dessutom den temperatur distributioner i en 0,5 mm tjock vatten lager har mätts med hjälp av λ = 1412 nm^15,17.

En fördel till NIR-baserade temperatur bildteknik är att det är enkla att installera och implementera eftersom det är en överföring-absorption mätteknik och behöver ingen fluorophore, fosfor eller andra termisk sond. Resolutionen temperatur är dessutom mindre än 0.2 K^15,17,19. Sådan bra temperatur resolution inte kan uppnås genom andra överföring teknik som bygger på interferometri, som ofta har använts i värme- och massöverföring studier^22,23,24. Vi noterar dock att NIR-baserade temperaturen bildteknik är inte lämplig i fall med betydande lokala temperaturförändring, eftersom avböjningen av ljus orsakade av den stora temperaturgradient blir dominerande¹⁹. Denna fråga hänvisas i detta papper när det gäller praktisk användning.

Detta dokument beskriver experiment och förfarandet för NIR-baserade temperatur imaging tekniken för en liten magnetiska sfär uppvärmd via induktion; Dessutom presenteras resultaten av två representativa 2D absorbansen bilder. En bild är av en 2.0 mm diameter stål sfär i ett 10,0 mm tjock vatten lager som fångas vid λ = 1150 nm. Den andra bilden är av en 0,5 mm diameter stål sfär i ett 2.0 mm tjock maltos sirap lager som fångas vid λ = 1412 nm. Detta dokument presenterar också beräkningsmetod och resultat av tredimensionella (3D) radiell fördelningen av temperaturen genom att tillämpa inversen Abel transformering (IAT) 2D absorbansen bilderna. IAT är giltig när en 3D temperaturfördelning antas vara sfäriskt symmetriska som i fallet med en uppvärmd sfär (figur 2)¹⁹. Beräkningen av IAT är en multi-Gaussisk funktion passande metod anställd här, eftersom IATs Gaussisk funktioner kan erhållas till analytiskt^{25,26,27,28,29} och passar väl till monotont avtagande data; Detta inkluderar experiment anställa termisk ledning från en enda värmekälla.