【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】自然界中的一切物體，無論是北極冰川，還是火焰、人體，甚至極寒冷的宇宙深空，只要它們的溫度高于零度-273℃，都會有紅外輻射，這是由于物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動的結(jié)果。其輻射能量正比于自身溫度的四次方成正比，輻射出的波長與其溫度成反比。紅外成像技術(shù)就是根據(jù)探測到的物體的輻射能量的高低。經(jīng)系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)物體的熱圖像，以灰度級或偽彩色顯示出來，即得到被測目標(biāo)的溫度分布從而判斷物體所處的狀態(tài)。因此探測物體發(fā)射的熱量的高低是紅外熱成像技術(shù)的與生俱來的基因。
 

　　熱成像是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測設(shè)備。
 

　　近日，筆者了解到，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)正在進(jìn)行一項(xiàng)新項(xiàng)目(《磁性粒子成像雜志》，“用于納米級測溫的膠體磁性粒子的設(shè)計(jì)和工程”)。
 

　　NIST的研究人員正處于大規(guī)模設(shè)計(jì)和建造微型超靈敏溫度計(jì)的初期。如果他們成功了，他們的系統(tǒng)將是第一個(gè)以不透明的3D體積在微觀尺度上實(shí)時(shí)測量溫度的系統(tǒng)-其中可能包括醫(yī)療植入物，冰箱甚至人體。
 

　　該項(xiàng)目稱為熱磁成像與控制(Thermal MagIC)，研究人員說，它可能會改變許多領(lǐng)域的溫度測量，例如生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)合成、制冷、汽車工業(yè)、塑料生產(chǎn)等等。“溫度在任何地方都起著相當(dāng)大的作用。 NIST的物理學(xué)家辛迪·丹尼斯(Cindi Dennis)說道，“關(guān)鍵的作用到處都是。”
 

　　此外，我們要知道，無論是客廳中的恒溫器，還是科學(xué)家用于實(shí)驗(yàn)室測量的高精度標(biāo)準(zhǔn)儀器，當(dāng)今使用的大多數(shù)溫度計(jì)只能測量相對較大的區(qū)域-宏觀而非微觀。這些傳統(tǒng)的溫度計(jì)也是侵入式的，需要傳感器穿透被測系統(tǒng)并通過笨重的電線連接至讀數(shù)系統(tǒng)。
 

　　紅外溫度計(jì)，例如許多醫(yī)生辦公室使用的額頭儀器，具有較低的侵入性。但是它們?nèi)匀粌H進(jìn)行宏觀測量，看不到表面下方。
 

　　Dennis說，Thermal MagIC應(yīng)該讓科學(xué)家們克服這兩個(gè)限制。
 

　　工程師們可以使用Thermal MagIC研究微觀尺度上不同冷卻劑之間的傳熱過程，這有助于他們尋求更便宜，耗能更少的制冷系統(tǒng)。
 

　　NIST團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)完成了為這個(gè)獨(dú)特項(xiàng)目建造定制化實(shí)驗(yàn)室空間的工作，并且已經(jīng)開始了實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)主要階段。
 

　　Thermal MagIC將通過使用磁性信號隨溫度變化的納米尺寸物體來工作。這些物體將被摻入正在研究的液體或固體中-熔化的塑料可用作人工關(guān)節(jié)置換的一部分，或者液體冷卻劑通過冰箱再循環(huán)。然后，一個(gè)遙感系統(tǒng)將拾取這些磁信號，這意味著正在研究的系統(tǒng)將沒有電線或其他笨重的外部物體。
 

　　他們計(jì)劃使用進(jìn)的技術(shù)來增強(qiáng)信號。例如，伍茲可以使用超導(dǎo)量子干擾設(shè)備(SQUID)，測量磁場中非常細(xì)微變化的低溫傳感器，或者使用原子磁力計(jì)來檢測外部磁場如何改變原子的能級。伍茲正在研究適合使用哪種方法，以及如何將它們集成到檢測系統(tǒng)中。
 

　　該項(xiàng)目的后一部分是確保測量結(jié)果可溯源到NIST物理學(xué)家Wes Tew領(lǐng)導(dǎo)的SI。這將涉及在標(biāo)準(zhǔn)儀器同時(shí)測量的不同溫度下測量納米溫度計(jì)的磁信號。