磁纳米粒子交流磁化率温度测量系统设计

摘要

本文主要设计了一种基于磁纳米粒子在正弦交流磁场激励下的非接触式温度测量系统。本系统通过测量磁纳米粒子的交流磁化率，从而得到磁纳米粒子的弛豫时间，并通过弛豫时间与温度的关系，测量出磁纳米粒子样品的温度。这为磁纳米粒子非接触式测温增加了新的思路，同时对磁纳米粒子在生物检测，肿瘤热疗等生物医学领域的发展具有很好的推动作用。
　　首先，本文介绍了磁纳米粒子的研究背景以及研究磁纳米粒子在生物医疗方面特别是在癌症热疗领域的意义，同时了解了该领域的国内外研究现状。并对磁纳米粒子的交流磁化率以及弛豫时间等性质进行了介绍，通过对交流磁化率和弛豫时间与温度的关系的研究，从中找寻到一种非接触式测温的可行思路。
　　随后，对磁纳米粒子的交流磁化率进行物理模型分析，通过对磁化率实部和虚部的分析理解，得到磁纳米交流磁化率的测量方法，并引出交流磁化率与温度测量的关系，从而构建了温度测量模型。接着本文介绍了交流磁化率温度测量系统的硬件结构设计。信号源通过功率放大器后驱动激励线圈，产生激励磁场；位于磁场内部的探测线圈检测到磁纳米粒子样品产生的响应磁场，从而产生感应电动势，并通过DAQ数据采集卡导入PC中，完成数据的采集与分析。随后，介绍了测量系统的软件方面设计。主要阐述了本系统由 Labview语言编写而成的软件部分。具体介绍了通过 PID算法模块实现对输出信号源的控制，保证激励磁场的稳定性；介绍了数字相敏检波算法(DPSD)在弱信号提取中的应用，完成磁感应信号的采集过程；程序还应用了独特的TDMS数据存储和处理方法，实现了数据的及时读取与处理。之后，介绍了具体系统测试实验过程的描述和实验结果的处理，通过对不同样品的交流磁化率测量，提取出实部与虚部中的温度信息，进行拟合之后，与之前的测量模型吻合，进一步证明了这种新型非接触式测温方法的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的工作安排

2 磁纳米粒子的交流磁化率及弛豫机制

2.1 引言

2.2 磁纳米粒子交流磁化率模型

2.3 磁纳米粒子的弛豫机制

2.4 本章小结

3 交流磁化率温度测量系统设计

3.1 测量原理及系统设计思路介绍

3.2 硬件部分设计

3.3 软件部分设计

4 交流磁化率温度测量实验

4.1 引言

4.2 实验描述及结果分析

4.3 小节

5 总结及展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间授权和申请的发明专利

附录2 主程序框图

附录3 降温实验数据