Методика измерения температуры ближней ИК-области спектра для воды вокруг индукции подогреваемый маленький магнитный шар

Техника для измерения температуры вблизи источников тепла небольшой в среде требуется во многих областях научных исследований и приложений. Например, в исследовании по магнитной гипертермия, который является метод лечения рака с помощью электромагнитной индукции магнитных частиц, или магнитные небольшие, очень важно точно предсказать распределение температуры, порожденных магнитных частицы^1,2. Однако хотя Микроволновая печь^3,4, УЗИ^5,6,7,8, Оптоакустическая⁹, Раман¹⁰и магнитного резонанса^{11 ,12}-методы измерения температуры на основе были исследованы и разработаны, такое распределение температуры внутри невозможно точно измерить в настоящее время. До настоящего времени сингл позиция температуры или температуры на несколько позиций были измерены через датчики температуры, которые, в случае индукционного нагрева, магнитно-оптических волокон температуры датчики^13,14. Кроме того температуры поверхности СМИ удаленно были измерены посредством инфракрасного излучения Термометры для оценки внутренней температуры¹⁴. Однако когда носитель, содержащий источник тепла небольшой слой воды или не мутная водной среде, мы продемонстрировали, что ближней ИК-области спектра (NIR) поглощения полезен для измерения температур^{15,16, 17,18,19}. Этот документ представляет подробный протокол этой техники и представительных результатов.

NIR поглощения методика основана на принципе зависимость температуры полос поглощения воды в регионе НДК. Как показано на рисунке 1a, ν₁ + ν₂ + ν₃ полосы поглощения воды наблюдается в 1100 Нм в диапазоне длин волн 1250 Нм (λ) и переход на более короткие длины волн температуры увеличивает¹⁹. Здесь, ν₁ +₂ νи ν₃ означает, что эта группа соответствует сочетанию трех основных режимов вибрации O-H: симметричный растяжения (ν₁), изгиб (ν ₂) и антисимметричный растяжения (ν₃)^20,21. Это изменение в спектре указывает, что длина волны наиболее чувствительных к температуре в диапазоне λ ≈ 1150 Нм. Другие полосы поглощения воды также проявлять аналогичное поведение в отношении температуры^{15,16,17,18,,2021}. Ν₁ +₃ полосами νводы наблюдается в пределах диапазона λ = 1350−1500 Нм и его зависимость от температуры показано на рисунке 1b. В ν₁ +₃ полосами νводы 1412 Нм-волны наиболее чувствительных к температуре. Таким образом, это позволяет получить изображения двухмерный (2D) температуры, с использованием NIR камеры для захвата изображения 2D поглощения при λ = 1150 или 1412 Нм. Как коэффициент поглощения воды при λ = 1150 Нм меньше, что при λ = 1412 Нм, бывший волны подходит для приблизительно 10-мм толщиной водных сред, в то время как последний подходит для приблизительно из них толщиной 1 мм. Недавно, используя λ = 1150 Нм, мы получили распределение температуры в слое воды толщиной 10 мм, содержащий индукционного подогрева диаметром 1 мм Стальная сфера¹⁹. Кроме того, распределение температуры в слое толщиной 0,5 мм воды были измерены с помощью λ = 1412 Нм^15,17.

Преимуществом до температуры на основе NIR изображений техника является простой установки и осуществить, потому что это метод измерения передачи поглощения и потребности не Флюорофор, фосфора или других тепловой зонд. Кроме того его разрешение температуры меньше 0.2 K^15,17,19. Такой хороший температуры резолюции нельзя достичь другими методами передачи на основе интерферометрии, часто используемые в тепло- и массообмена исследования^22,23,24. Однако, мы отмечаем, что на основе NIR температура изображений техника не подходит в тех случаях, с изменением значительной местной температуры, потому что отклонение света вызвано большой градиент температуры становится доминирующим¹⁹. Этот вопрос упоминается в этом документе, с точки зрения практического использования.

Этот документ описывает экспериментальной установки и процедуры для изображений техники на основе NIR температуры для небольшой магнит-шар нагревается через индукции; Кроме того он представляет результаты два представителя поглощения 2D изображения. Одно изображение имеет стального шара диаметром 2,0 мм в слое воды толщиной 10.0 мм, возникающий при λ = 1150 Нм. Второе изображение — стальной сферы диаметром 0,5 мм в слое сироп мальтозный толщиной 2,0 мм, возникающий при λ = 1412 Нм. Этот документ также представляет метод расчета и результаты трехмерного (3D) радиального распределения температуры, применяя обратное преобразование Абеля (IAT) для изображений 2D поглощения. IAT является действительным, когда предполагается, что распределение 3D температуры является сферически симметричной, как и в случае с подогревом сфера (рис. 2)¹⁹. Для расчета IAT multi Гауссова функция фитинг метод работает здесь, потому что СМАП Гаусса функций могут быть получены аналитически^{25,26,27,28,29} и подходят также для монотонно уменьшается данных; Это включает в себя эксперименты, используя теплопроводности от источника одного тепла.