一种高温超导块材发热量的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温超导块材发热量的检测方法及装置。其中的方法包括：预先在稳定磁场下，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量；当处于变化磁场中时，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在所述预设时长内的第二液氮损耗量；根据第一液氮损耗量和第二液氮损耗量的差值，计算得到设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量。通过使用本发明专利技术所提供的高温超导块材发热量的检测方法及装置，可以对设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材的发热量进行准确的估算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超导磁悬浮技术，特别涉及一种高温超导块材发热量的检测方法及装置。
技术介绍
与以电磁吸力和电磁斥力为基础的电磁悬浮(EMS)和电动悬浮(EDS)技术相比，高温超导磁悬浮技术依靠高温超导体块材与外部磁场之间的磁通钉扎作用实现无源自稳定悬浮。高温超导磁悬浮技术通过将超导块材浸泡在液氮中，使其温度降低进入超导状态，进入超导态的超导块材与外磁场作用可达到稳定悬浮。该技术无需主动控制，且结构简单，因此已经成为实用磁悬浮技术的理想选择之一。西南交通大学于2000年研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，此后开展的大量针对悬浮、导向和驱动方面的研究工作大大推进了高温超导磁悬浮列车的实用化发展。在高温超导磁悬浮技术中，悬浮力是反映高温超导体悬浮特性的重要特征量，同时也是磁悬浮系统设计中的关键参数之一。在实际应用中，永磁轨道表面存在一定的不平整性，轨道磁场也存在一定的不均匀性，因此使得高温超导磁悬浮列车在轨道上高速运行时，车载超导体处于变化的磁场环境中。变化的外磁场会加剧超导体内部磁力线的运动，从而导致超导体局部温升较大，临界电流密度减小，最终影响其悬浮性能甚至引起失超。超导体一旦失超将导致列车失去悬浮力，和轨道发生摩擦甚至脱轨。因此，需要对工作于变化外磁场环境下的高温超导体发热情况进行研究。但是，由于高温超导块材在投入应用时是完全浸泡在液氮里面的，所以使用温度传感器直接测量块材表面温度以得到高温超导体块材的发热量的方法无法得以实现。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种高温超导块材发热量的检测方法及装置，从而可以对设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材的发热量进行准确的估算。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种高温超导块材发热量的检测方法，该方法包括：预先在稳定磁场下，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量；当处于变化磁场中时，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在所述预设时长内的第二液氮损耗量；根据第一液氮损耗量和第二液氮损耗量的差值，计算得到设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量。较佳的，所述计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量或第二液氮损耗量包括：根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度，从而分别得到所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度；根据所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度，计算得到在预设时长内容器内的液面下降值；根据所述液面下降值计算得到第一液氮损耗量或第二液氮损耗量。较佳的，所述根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度包括：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器内顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到容器内的当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。较佳的，在上述步骤D之后，还进一步包括：当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度对粒子集进行重采样和加权，返回执行步骤B；当当前采样点为最后一个采样点时，则结束流程。较佳的，所述预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型包括：预先根据不同工况下静态蒸发实验的液氮蒸发特征数据，得到液氮蒸发经验公式，并根据液氮蒸发经验公式建立系统状态转移方程；预先对灌注液氮的容器进行模拟振荡试验和实测振荡试验，对试验数据进行分析，统计测试噪声分布模型，建立系统观测方程；根据所述系统状态转移方程和系统观测方程建立状态空间模型。较佳的，所述系统状态转移方程为：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器到容器内的液氮液面的距离，脚标k和k－1分别示不同时间的变量序列；Δh为液氮液面的下降速度，ξk-1为系统噪声。较佳的，所述系统状态转移方程为：Tk＝TLN+a·hk+ηk；其中，Tk为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器在第k个时刻所测得的温度，TLN为液氮温度，a为温度分布系数，ηk为观测噪声。较佳的，通过如下的公式来计算得到所述高温超导体块材在所述预设时长内的发热量：Q＝rLN*(mc-muc)；其中，Q为所述高温超导体块材在所述预设时长内的发热量，rLN为液氮的汽化潜热参数，mc为第二液氮损耗量，muc为第一液氮损耗量。较佳的，所述设置在灌注液氮的容器顶部的传感器为铂电阻温度传感器。本专利技术还提出了一种高温超导块材发热量的检测装置，该装置包括：至少两个传感器、信号采集单元、数据发送单元、发热量估计单元和存储器；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部；信号采集单元，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据存储在存储器中并发送给所述数据发送单元；所述数据发送单元，用于将温度数据发送给发热量估计单元；所述发热量估计单元，用于预先在稳定磁场下，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量；当处于变化磁场中时，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在所述预设时长内的第二液氮损耗量；根据第一液氮损耗量和第二液氮损耗量的差值，计算得到设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量；所述存储器，用于存储温度数据。较佳的，所述发热量估计单元进一步包括：液面高度估计模块和发热量计算模块；所述液面高度估计模块，用于根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度，从而分别得到所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度；所述发热量计算模块，用于根据所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度，计算得到在预设时长内容器内的液面下降值；根据所述液面下降值计算得到第一液氮损耗量或第二液氮损耗量。较佳的，所述液面高度估计模块还进一步包括：模型生成子模块、计算子模块和修正子模块；所述模型生成子模块，用于预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；所述计算子模块，用于根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；所述修正子模块，用于通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。较佳的，所述传感器为铂电阻温度传感器。较佳的，所述数据发送单元为无线传输装置或有线传输装置。如上可见，在本专利技术所提供的高温超导块材发热量的检测方法及装置中，由于使用温度传感器作为测温元件测量灌注液氮的容器内的温度变化情况，并根据温度数据得到稳定磁场下和变化磁场下的容器内的液氮损耗量的差值，再根据液氮损耗量的差值计算得到处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量，因此可以通过测量容器顶部温度的变化得到液氮液位的变化，从而计算得到一段时间内的液氮消耗量，然后再对比该时间内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温超导块材发热量的检测方法，其特征在于，该方法包括：预先在稳定磁场下，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量；当处于变化磁场中时，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在所述预设时长内的第二液氮损耗量；根据第一液氮损耗量和第二液氮损耗量的差值，计算得到设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量。

【技术特征摘要】
1.一种高温超导块材发热量的检测方法，其特征在于，该方法包括：预先在稳定磁场下，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量；当处于变化磁场中时，根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的温度数据，计算得到所述容器在所述预设时长内的第二液氮损耗量；根据第一液氮损耗量和第二液氮损耗量的差值，计算得到设置在容器内并浸泡在液氮中且处于变化磁场下的高温超导体块材在所述预设时长内的发热量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述容器在预设时长内的第一液氮损耗量或第二液氮损耗量包括：根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度，从而分别得到所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度；根据所述预设时长的起始时刻和终止时刻的液面高度，计算得到在预设时长内容器内的液面下降值；根据所述液面下降值计算得到第一液氮损耗量或第二液氮损耗量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度包括：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器内顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到容器内的当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在上述步骤D之后，还进一步包括：当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度对粒子集进行重采样和加权，返回执行步骤B；当当前采样点为最后一个采样点时，则结束流程。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型包括：预先根据不同工况下静态蒸发实验的液氮蒸发特征数据，得到液氮蒸发经验公式，并根据液氮蒸发经验公式建立系统状态转移方程；预先对灌注液氮的容器进行模拟振荡试验和实测振荡试验，对试验数据进行分析，统计测试噪声分布模型，建立系统观测方程；根据所述系统状态转移方程和系统观测方程建立状态空间模型。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述系统状态转移方程为：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器到容器内的液氮液面的距离，脚标k和k－1分别示不同时间的变量序列；Δh为液氮液面的下降速度，ξk-1为系统噪声。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述系统状态转移方程为：Tk＝TLN+a·hk+ηk其中，Tk为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓自刚，胥译欢，张玉蕾，郑珺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51