유도 열 작은 자기 영역을 둘러싼 물의 온도 측정 하 고 1412 1150 nm의 파장을 이용 하는 기술이 제공 됩니다.
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유도 열 작은 자기 영역을 둘러싼 물의 온도 측정 하 고 1412 1150 nm의 파장을 이용 하는 기술이 제공 됩니다.
물 및 유도 열 작은 자기 영역을 둘러싼 비 탁 수성 매체의 온도 측정 하는 기술을 제공 됩니다. 이 기술은는 물의 흡수 계수는 온도에 따라 1150 및 1412 nm의 파장을 이용 한다. 물 또는 2.0 m m-또는 0.5--직경 자기 영역을 포함 하는 비 탁 수성 젤 1150 nm 또는 1412 nm 입사광, 좁은 대역 통과 필터;를 사용 하 여 선택 된 반구 또한, 2 차원 흡 광도 이미지, 흡수 계수의 가로 계획, 근처-적외선 카메라를 통해 획득 됩니다. 때 온도 3 차원 배포판 둥글게 대칭 되도록 추측 될 수 있다, 그들은 반전 아벨 변환 흡수도 프로 파일에 적용 하 여 견적 된다. 온도 일관 되 게 시간 및 유도 열 전원 변경 관찰 되었다.
매체 내에서 작은 열원 근처의 온도를 측정 하는 기술 많은 과학 연구 분야와 응용 프로그램에 필요 합니다. 예를 들어 자기 고 열에 대 한 연구는 암 치료 방법 이다 자석 입자, 또는 작은 자석의 전자기 유도 사용 하 여, 그것은 정확 하 게는 자석에 의해 생성 된 온도 분포를 예측 하는 중요 한 입자1,2. 그러나, 비록3,4, 초음파5,6,7,8, optoacoustic9, 라만10및 자기 공명11 전자 레인지 12-기반된 온도 측정 기술을 연구 하 고 개발 되어, 같은 내부 온도 분포 현재 정확 하 게 측정 될 수 없습니다. 지금까지 단일 위치 온도 또는 온도 몇 위치에는, 유도 난방의 경우 비-마그네틱 광섬유 온도 센서13,14온도 센서를 통해 측정 되었다. 또한, 미디어의 표면 온도 적외선 방사 온도계 내부 온도14추정을 통해 원격으로 측정 되었다. 그러나, 작은 열 소스를 포함 하는 매체 물 레이어 또는 비 탁 수성 매체 때 우리가 보여준 근 적외선 (NIR) 흡수 기술은 온도15,16, 측정에 유용 17,,1819. 이 종이이 기술과 대표 결과의 상세한 프로토콜을 선물 한다.
NIR 흡수 기술은 물 NIR 영역에서의 흡수 밴드의 온도 의존의 원리를 기반으로 합니다. 물 온도 1100-1250 nm 파장 (λ) 범위 및 짧은 파장에 교대에서 관찰 그림 1a, ν1 + ν2 + ν의3 흡수 밴드에서와 같이 19를증가합니다. 여기, ν1 + ν2 +이 밴드는 3 개의 근본적인 O-H 진동 모드의 조합에 해당 하는 ν3 의미: 대칭 스트레칭 (ν1), (ν 절곡 2), 반대칭 (ν3)20,21을 스트레칭 하 고. 스펙트럼에 있는이 변화는 밴드에서 가장 온도 민감한 파장 λ ≈ 1150 nm 임을 나타냅니다. 물의 다른 흡수 밴드 또한 온도15,,1617,18,20,21에 관하여 유사한 행동을 전시 한다. Ν1 + ν3 밴드 물 λ 범위 내에서 관찰 = 1350−1500 및 그것의 온도 의존성 그림 1b에서 표시 됩니다. Ν1 + ν3 밴드 물, 1412 nm에서는 가장 온도 민감한 파장입니다. 따라서, λ 에 흡 광도 2D 이미지를 캡처하는 적외선 카메라를 사용 하 여 2 차원 (2D) 온도 이미지를 얻을 수는 1150 또는 1412 nm =. 으로 물 흡수 계수 λ = 1150 nm 보다 작으면 그 λ = 1412 nm, 반면 후자는 약 1 m m 두께 것 들에 대 한 적합 한 전 파장은 약 10 m m 두께 수성 미디어에 적합. 최근, λ 를 사용 하 여 1150 = nm, 우리 1--직경 강철 구 유도 열19포함 된 레이어를 10 m m 두께 물 온도 분포를 얻은. 또한, 0.5 m m 두꺼운 물 층의 온도 분포는 λ 를 사용 하 여 측정 되었다 = 1412 nm15,17.
이미징 기술 NIR 기반 온도 이점은 간단 설치 및 전송 흡수 측정 기법 이며 아무 fluorophore, 형광체, 또는 다른 열 프로브 필요로 하기 때문에 구현 하는 것 이다. 또한, 그것의 온도 분해능 0.2 K15,,1719보다 작습니다. 열 및 대량 전송 연구22,,2324에서 자주 사용 되는 다른 전송 기술로 간섭계에 따라 같은 좋은 온도 분해능을 얻을 수 없다. 우리 단, 이미징 기술을 NIR 기반 온도 경우 상당한 로컬 온도 변화에 적합 하지 않습니다, 빛의 굴절에 의해 발생 하기 때문에 큰 온도 기울기 된다 지배적인19. 이 문제는 실제 사용 측면에서이 종이에 부릅니다.
이 문서는 실험적인 체제 및 절차; 유도 통해가 열 하는 작은 자기 영역에 대 한 적외선 기반 온도 이미징 기술에 대 한 설명 또한, 그것은 두 개의 대표적인 2D 흡 광도 이미지의 결과 제공합니다. 하나의 이미지는 λ 에서 캡처 10.0 m m 두꺼운 물 층에는 2.0 m m 직경 강철 구의 = 1150 nm. 두 번째 이미지는 λ 에서 캡처 2.0 m m 두께 맥 아당 시럽 층에 0.5 m m 직경 강철 구체 = 1412 nm. 이 문서는 또한 2D 흡 광도 이미지 반전 아벨 변환 (IAT)를 적용 하 여 계산 방법 및 온도의 3 차원 (3D) 방사형 배포의 결과 선물 한다. IAT는 3 차원 온도 분포는19온수 영역 (그림 2) 경우 처럼 둥글게 대칭 것으로 간주 됩니다 때 유효 합니다. IAT 계산에 대 한 메서드를 피팅 하는 다중-가우시안 함수는 고용 여기, 가우스 기능의 IATs 얻어질 수 있다 분석25,26,,2728,29 때문에 단조 감소 하는 데이터에 잘 맞는 단일 열원에서 열 전도 고용 하는 실험 포함 됩니다.
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1. 실험 설치 및 절차
샘플 및 NIR 다음과 같은 이미징에 대 한 광학 탑재 광학 레일을 준비 합니다.
2. 이미지 처리 및 온도 추정
참고: 저장 된 이미지를 순차적으로 표시 되는 나나(x, z), 나 가 순차 프레임 번호. 좌표, x, y, z, r및 r' 그림 2에 표시 된 대로 정의 z 중력 반대 방향으로 긍정적 이다. 다음 프로토콜 단계 개요는 또한 보충 1에 나와 있습니다.
(1)
(2)
(3)
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(5)액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
Δ의 이미지A나(x, z)에 λ = 2.0 m m 직경 강철 구체 물에 대 한 1150 nm와 λ = 1412 nm 맥 아당 시럽에 0.5 m m 직경 강철 구체에 그림 5는 표시 됩니다에 대 한 그림 6는, 각각. 두 경우 모두 영역 중앙 축 따라 코일의 하단 아래 위치한 12 m m 이었다. 그림 5 b 및 그림 6b ΔA(rʹ) 데이터와 그들의 장착된 다중-가우시안 함수 r (3) 식에서 ...
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이 문서에 소개 된 기술 물의 NIR 흡수의 온도 의존을 사용 하 여 하나는 소설 이며, 필요한 장비 및 구현에 상당한 어려움이 선물. 사건 빛은 할로겐 램프와는 NBPF를 사용 하 여 쉽게 생산 수 있습니다. 그러나, 레이저 코히어런트 간섭 패턴 이미지에 나타납니다 때문에, 사용할 수 없습니다. 일반적인 광학 렌즈 및 유리 셀 가시광선 사용에 대 한 사용할 수 있습니다, 그들은 전송에 λ 빛의 적절 한 금액 = 1150 nm와 1412 nm. 또한, InGaAs 카메라는 상대적으로 저렴 한 가격에 지금 구입할 수 있습니다.
Λ 에서 NBPFs = 1150 1412 nm 및 세미 사용자 정의 순서에 의해 사용할 수 있습니다 하지만 그들은 지나치게 비싸다. (그림 1) 온도 따른 파장 범위 내에 있어야, 다른 파장에 기성 품 NBPF 라면 그것은 사용할 수 있습니다 대신, 비록 온도 감도, 또는 ...
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저자는 공개 없다.
저자는 야마다 켄 타 씨, 씨 료 후지오카와 씨 미즈키 쿄 실험 및 데이터 분석에 그들의 지원에 대 한 감사. 이 작품은 JSP KAKENHI 보조금 번호 25630069, 스즈키 기초 및 정밀 측정 기술 진흥 재단, 일본에 의해 지원 되었다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 유도 가열 시스템 | CEIA, 이탈리아 | SPW900/56 | 780kHz, 5.6kW(최대). |
| 코일 | SA-일본 | 사용자 정의 | 수냉식 구리 튜브; 2 회전; 외부 dia. 28 mm. |
| 물 냉각기 | Matsumoto Kikai, 일본 | MP-401CT | |
| 할로겐 램프 | Hayashi Watch-Works, 일본 | LA-150UE-A | |
| &lambda용 협대역통과 필터; = 1150 nm | Andover | 115FS10-25 | 반최대에서 전체 너비 (FWHM): 10 nm. |
| λ = 1412 nm | Andover | semi-custom | Full width at half-maximum (FWHM)에 대한 협대역 통과 필터: 10 nm. |
| &lambda에 대한 대역통과 필터; = 850− 1300 nm | Spectrogon | SP-1300 | |
| 대역통과 필터 λ = 1100− 2000nm | Spectrogon | SP-2000 | |
| NIR 카메라 | FLIR Systems | Alpha NIR | InGaAs |
| 이미지 수집 소프트웨어 | FLIR Systems | IRvista | |
| 이미지 처리 소프트웨어 | NIH | ImageJ | ver. 1.51r |
| 이미지 처리 소프트웨어 | MathWorks | Matlab | ver. 2016a |
| 텔레센트릭 렌즈 | Edmond Optics | 55350-L | X1 |
| 스틸 구형(직경 0.5mm) | 일본 고베 철강 | Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %) | |
| 고베 철강, 일본 | Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %) | ||
| 시럽 수성 젤 | Sonton, 일본 | 미즈아메 | 식품 |
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An erratum was issued for: Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere. The Protocol section was updated.
In 2.2.7, the temperature coefficient of water, αf, for λ = 1150 nm has been corrected from:
4.0 x 10-3 K-1 mm-1
to:
2.8 x 10-4 K-1 mm-1