一种超导导体应变分布状态的测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超导导体应变分布状态的测量装置与方法，该装置包括真空杜瓦、补偿导体、信号补偿模块、超导导体、信号采集模块、超临界氦迫流冷却装置、变温装置、信号发生器、温控仪、功率放大器、数据采集卡和计算机等组件；该装置通过超临界氦迫流冷却装置产生超临界氦，用于冷却超导导体与补偿导体；利用变温装置对导体进行升降温，并由温控仪调控变温装置并采集温度信号；通过信号发生器对信号采集模块与信号补偿模块输入电信号，并由功率放大器进行信号放大；利用数据采集卡对放大信号进行采集与处理，然后计算机实时获取电信号与温度信号并计算出超导导体的应变分布状态。度信号并计算出超导导体的应变分布状态。度信号并计算出超导导体的应变分布状态。

【技术实现步骤摘要】
一种超导导体应变分布状态的测量装置与方法


[0001]本专利技术属于超导电子学领域，具体涉及一种超导导体应变分布状态的测量装置与方法。

技术介绍

[0002]CICC(铠装电缆)导体是聚变超导磁体系统的关键部件，导体性能及其稳定性关系到磁体的性能以及能否稳态运行，其研究难点在于大运行电流、高工作磁场所带来的强电磁载荷。诸如CFETR(中国聚变工程实验堆)与EU DEMO(欧洲聚变示范堆)等未来聚变堆磁体均会朝着大电流、高磁场的方向发展，则需要使用到以Nb3Sn为主的低温超导材料以及YBCO和Bi
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2212等高温超导材料进行导体研制。但这些超导材料的性能对应变十分敏感，临界性能会随着应变的变化而发生显著退化。因此超导导体性能退化机理探究是目前超导磁体的核心问题之一，足够的导体运行性能和使用寿命是保证磁体稳定运行的重要前提之一。
[0003]为了测量不同实际工况下超导导体的真实应变状态，定量且准确的评估超导导体性能变化。2013年SPC(瑞士等离子体研究中心)提出了一种可以测量超导导体应变分布状态的检测方法，并取名为“磁测法”。磁测法是一种可以无损探测导体真实应变状态的方法，其测试方法的精度取决于对于超导导体的合理控温速率与信号监测精度。此方法相较于其他评估超导导体性能的方法如分流温度测试、中子衍射、CT探伤等具有经济运行成本较低，装置结构简单等优点。
[0004]为了对超导导体的应变状态分布进行准确测量以及配合其他检测方法进行多方面评估，需要准备大体积(>900cm3)的样品。但目前国内尚无对于超导导体的应变分布状态测量技术，且目前所发展的交流磁化率测试装置仅能对小体积样品进行测量，无法满足于实际超导导体的测试。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的不足，本专利技术提出一种超导导体应变分布状态的测量装置与方法，其适用于测量大体积超导导体在均匀的升降温速率下的交流磁化率信号，并通过后续计算可获得超导导体的应变分布状态。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种超导导体应变分布状态的测量装置，包括真空杜瓦、补偿导体、超导导体、超临界氦迫流冷却装置、信号发生器、温控仪、功率放大器、数据采集卡和计算机；超导导体上安装有第一温度传感器，以实施监测超导导体的温度；其中：
[0008]补偿导体固定连接在超导导体的顶部，补偿导体和超导导体连接形成的一体结构放置在真空杜瓦内；补偿导体上安装有用于采集补偿导体信号的信号补偿模块，超导导体上安装有用于采集超导导体信号的信号采集模块；补偿导体和超导导体的中部沿其中轴线方向安装有中空冷却管；中空冷却管的一端通过变温装置与超临界氦迫流冷却装置连接，中空冷却管的另一端连接有出气管，出气管的出口伸出真空杜瓦外；变温装置用于控制从
超临界氦迫流冷却装置输出的气体的温度，并将调节温度后的气体输送至中空冷却管内；变温装置靠近超导导体的一端安装有第二温度传感器，用于监测输入至超导导体的超临界氦的入口温度；
[0009]信号发生器用于为信号采集模块与信号补偿模块提供正弦波信号；
[0010]温控仪用于采集超导导体上的温度信号和用于调控变温装置，为超导导体进行均匀升降温；温控仪与第一温度传感器和第二温度传感器信号连接；
[0011]功率放大器用于将信号采集模块与信号补偿模块上采集的信号进行放大；
[0012]数据采集卡用于采集来自于功率放大器的信号并进行信号处理，得出样品的磁化率信号；
[0013]计算机用于获取来自于数据采集卡和温控仪的信号。
[0014]优选的，信号采集模块包括从上至下依次绕制在超导导体上的采集励磁线圈和Pick
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up线圈；超导导体的下部为圆柱状，以便于采集励磁线圈和Pick
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up线圈的绕制。进一步优选的，超导导体的圆柱状外部从上至下还包覆有采集上Kapton胶带、采集中Kapton胶带与采集下Kapton胶带；采集上Kapton胶带包覆在采集励磁线圈的上方，用于防止励磁线圈与其余组件发生接触损伤；采集中Kapton胶带包覆在Pick
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up线圈上方，用于防止Pick
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up线圈与励磁线圈发生接触损伤以及信号干扰；采集下Kapton胶带位于Pick
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up线圈和超导导体之间，用于防止Pick
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up线圈直接与超导导体接触，发生损伤。上述Kapton胶带材质为聚酰亚胺。
[0015]优选的，信号补偿模块包括补偿线圈和补偿励磁线圈，补偿线圈、补偿励磁线圈的结构分别与Pick
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up线圈、采集励磁线圈的结构相同；补偿导体的上部为圆柱状，以便于采集补偿线圈和补偿励磁线圈的绕制。进一步优选的，补偿导体的圆柱状外部从上至下还包覆有补偿上Kapton胶带、补偿中Kapton胶带与补偿下Kapton胶带；补偿上Kapton胶带包覆在补偿励磁线圈的上方，用于防止补偿励磁线圈与其余组件发生接触损伤；补偿中Kapton胶带包覆在补偿线圈上方，用于防止补偿线圈与补偿励磁线圈发生接触损伤以及信号干扰；补偿下Kapton胶带位于补偿线圈和补偿导体之间，用于防止补偿线圈直接与补偿导体接触，发生损伤。
[0016]优选的，补偿导体由铜线组成，由于铜线没有磁性，能够用于信号补偿模块对于环境信号的采集。
[0017]优选的，变温装置包括紫铜弯管和缠绕在紫铜弯管表面的加热器；紫铜弯管用于接收来自于超临界氦迫流冷却装置提供的超临界氦；加热器为锰铜电阻丝，均匀缠绕在紫铜弯管表面，用于加热紫铜弯管内的超临界氦。温控仪采集第一温度传感器和第二温度传感器的信号并对加热器进行功率调控，以实现超导导体均匀的升降温控制，同时将温度信号传输至计算机。
[0018]优选的，补偿导体的上部安装有上转接头，出气管穿设上转接头后伸出至真空杜瓦外；超导导体的底部安装有下转接头，所述下转接头用于连接超导导体与变温装置。
[0019]优选的，中空冷却管的内部放置有圆柱棒，以便于超临界氦更充分的冷却超导导体。
[0020]优选的，采集励磁线圈、补偿励磁线圈、Pick
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up线圈与补偿线圈均采用可屏蔽外来信号的漆包纯铜线绕制，引出的铜线端套上一个空心热缩管，防止线发生损坏。
[0021]本专利技术还公开了一种超导导体应变分布状态测量方法，其是利用如上述所述的测试装置完成的，包括以下步骤：
[0022]步骤1：检查信号补偿模块、信号采集模块中的各个线圈和加热器，确保没有线发生弯折与损坏；若发生损坏则需要即使更换；
[0023]步骤2：安装超导导体并将各组件进行组装；
[0024]步骤3：将组装好的各组件放置在真空杜瓦内进行抽真空，减小辐射热效应；
[0025]步骤4：通过超临界氦迫流冷却装置向变温装置中输入超临界氦，进行超导导体冷却；
[0026]步骤5：变温装置对超临界氦进行进行加热，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导导体应变分布状态的测量装置，其特征在于：包括真空杜瓦、补偿导体、超导导体、超临界氦迫流冷却装置、信号发生器、温控仪、功率放大器、数据采集卡和计算机；所述超导导体上安装有第一温度传感器；其中：所述补偿导体固定连接在超导导体的顶部，所述补偿导体和超导导体连接形成的一体结构放置在真空杜瓦内；所述补偿导体上安装有用于采集补偿导体信号的信号补偿模块，所述超导导体上安装有用于采集超导导体信号的信号采集模块；所述补偿导体和超导导体的中部沿其中轴线方向安装有中空冷却管；所述中空冷却管的一端通过变温装置与超临界氦迫流冷却装置连接，所述中空冷却管的另一端连接有出气管，所述出气管的出口伸出真空杜瓦外；所述变温装置用于控制从超临界氦迫流冷却装置输出的气体的温度，并将调节温度后的气体输送至中空冷却管内；所述变温装置靠近超导导体的一端安装有第二温度传感器；所述信号发生器用于为信号采集模块与信号补偿模块提供正弦波信号；所述温控仪用于采集超导导体上的温度信号和用于调控变温装置，为超导导体进行均匀升降温；所述温控仪与第一温度传感器和第二温度传感器信号连接；所述功率放大器用于将信号采集模块与信号补偿模块上采集的信号进行放大；所述数据采集卡用于采集来自于功率放大器的信号并进行信号处理，得出样品的磁化率信号；所述计算机用于获取来自于数据采集卡和温控仪的信号。2.根据权利要求1所述的超导导体应变分布状态的测量装置，其特征在于：所述信号采集模块包括从上至下依次绕制在超导导体上的采集励磁线圈和Pick
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up线圈；所述超导导体的下部为圆柱状。3.根据权利要求2所述的超导导体应变分布状态的测量装置，其特征在于：所述超导导体的圆柱状外部从上至下还包覆有采集上Kapton胶带、采集中Kapton胶带与采集下Kapton胶带；所述采集上Kapton胶带包覆在采集励磁线圈的上方；所述采集中Kapton胶带包覆在Pick
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up线圈上方；所述采集下Kapton胶带位于Pick
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up线圈和超导导体之间。4.根据权利要求2所述的超导导体应变分布状态的测量装置，其特征在于：所述信号补偿模块包括补偿线圈和补偿励磁线圈，所述补偿线圈、补偿励磁线圈的结构分别与Pick
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up线圈、采集励磁线圈的结构相同；所述补...

【专利技术属性】
技术研发人员：武玉，刘云昊，戴超，郭子川，秦经刚，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：