專利名稱：高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
高溫超導(dǎo)材料臨界電流性能是實(shí)用超導(dǎo)材料的一個(gè)重要的、不可或缺的工程指標(biāo)，隨著高溫超導(dǎo)帶材制備技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，急需開發(fā)一種連續(xù)無損高效的性能測(cè)試技術(shù)。傳統(tǒng)的四引線測(cè)量超導(dǎo)帶材的臨界電流方法，需要將長帶纏繞在石英管上或者盤成盤狀，隨著帶材長度的增加和臨界電流的提高，自場對(duì)臨界電流測(cè)試的影響越來越大，同時(shí)采用焊接或壓接引線的方法，不可避免地會(huì)對(duì)材料造成損傷。而且測(cè)量整根帶材的臨界電流，只能獲得超導(dǎo)帶材的平均臨界電流，無法獲得帶材局部的臨界電流參數(shù)以及內(nèi)部電流分布等有關(guān)信息，更無法實(shí)現(xiàn)帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中在線的連續(xù)檢測(cè)。
隨著超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，迫切需要一種非接觸、無損連續(xù)高效的超導(dǎo)性能檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法及裝置，借助該測(cè)量裝置采用非接觸無損磁測(cè)量方法測(cè)量超導(dǎo)帶材表面的俘獲磁通量，從而可以得知帶材局部的臨界電流及其內(nèi)部缺陷分布，實(shí)現(xiàn)帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中在線的連續(xù)檢測(cè)及超導(dǎo)性能的評(píng)價(jià)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其方法步驟如下a)將高溫超導(dǎo)帶材樣品冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下；b)用勵(lì)磁磁體給高溫超導(dǎo)帶材施加一垂直磁場；c)然后撤掉磁場或?qū)悠窂拇艌鲋幸瞥?；d)使樣品靜置一段時(shí)間，待表面磁場衰減到較穩(wěn)定時(shí)，利用磁傳感器檢測(cè)帶材表面剩余磁場，獲得表面磁場數(shù)據(jù)，利用比奧-薩伐爾定理，計(jì)算獲得帶材內(nèi)部的臨界電流分布。
一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，它包括勵(lì)磁磁體提供的勵(lì)磁磁場、磁傳感器、步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的帶材水平移動(dòng)的傳動(dòng)部件、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制部件；磁傳感器將采集的探測(cè)信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)收集、處理，并進(jìn)一步發(fā)出控制信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部件帶動(dòng)帶材按指令動(dòng)作。
所述的磁傳感器可采用霍爾陣列、磁阻元件和磁光片中的一種傳感器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)測(cè)量樣品無損傷，且非接觸無損磁測(cè)量方法比四引線法臨界電流測(cè)試更能準(zhǔn)確全面的反映帶材的局部性能。


圖1為本發(fā)明高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意2霍爾線性陣列結(jié)構(gòu)示意3性能均勻帶材的表面磁場分布圖4有缺陷帶材的表面磁場分布具體實(shí)施方式
一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其方法步驟如下a)將高溫超導(dǎo)帶材樣品冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下，一般達(dá)到液氮溫度(77.3K)；b)給高溫超導(dǎo)帶材施加一垂直磁場，該磁場可以由勵(lì)磁磁體(電磁鐵或永磁鐵)提供，其磁感應(yīng)強(qiáng)度要大于超導(dǎo)帶材的穿透磁場的兩倍，一般大于100高斯；c)然后撤掉磁場或?qū)悠窂拇艌鲋幸瞥觯籨)使樣品靜置一段時(shí)間，待表面磁場衰減到較穩(wěn)定時(shí)，利用磁傳感器(霍爾探頭線性陣列)檢測(cè)帶材表面剩余磁場；通過獲得的表面磁場數(shù)據(jù)，利用比奧-薩伐爾定理，通過計(jì)算就可以獲得帶材內(nèi)部的臨界電流分布。
實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法的裝置可參見圖1所示勵(lì)磁磁體2提供勵(lì)磁磁場，若干霍爾探頭組成的陣列傳感器1、步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)的帶材4水平移動(dòng)的傳動(dòng)部件5，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制部件；霍爾探頭陣列組成的傳感器將采集的探測(cè)信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)收集、處理，并進(jìn)一步發(fā)出控制信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部件帶動(dòng)帶材按指令動(dòng)作，此部分由現(xiàn)有技術(shù)可實(shí)現(xiàn)，此處不再詳述。
霍爾探頭線性陣列由若干個(gè)獨(dú)立的霍爾探頭構(gòu)成，各探頭沿寬度方向呈線性等距排列；由精密的恒流源為霍爾探頭組提供工作電流?；魻柧€性陣列的各探頭沿寬度方向等距分布，探頭中心之間距離小于0.5mm。霍爾線性陣列的各探頭的有效面積小于0.01mm2；當(dāng)更精確測(cè)量時(shí)，各探頭的有效面積應(yīng)小于0.004mm2。
實(shí)施例1本發(fā)明一較佳實(shí)施例為應(yīng)用于Bi系高溫超導(dǎo)體帶材的非接觸無損磁測(cè)量霍爾探頭組是由7個(gè)霍爾探頭組成的一維陣列(參見圖2)，7個(gè)探頭沿帶材寬度方向等距分布，探頭之間距離為0.5mm?；魻柼筋^陣列的工作電流為10mA，由精密的恒流源來提供?；魻柼筋^陣列的探測(cè)信號(hào)由精密的數(shù)字電壓表測(cè)量，數(shù)字電壓表的測(cè)量精度為0.01V。霍爾探頭陣列由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，沿帶材的長度方向水平移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)精度為0.05mm。計(jì)算機(jī)通過數(shù)字模量轉(zhuǎn)換卡將要移動(dòng)距離的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)霍爾探頭沿樣品長度方向的精確移動(dòng)。測(cè)定的高溫超導(dǎo)帶材為Bi超導(dǎo)帶材，樣品規(guī)格為4mm×0.28mm×24mm，先用低溫膠將樣品固定在液氮槽中。測(cè)試前用磁場強(qiáng)度為0.5T的釹鐵硼永磁體給樣品勵(lì)磁，樣品在場冷狀態(tài)下可以捕獲更多的磁通，當(dāng)樣品和永磁體完全被液氮冷卻后，移開永磁體。樣品在永磁體剛剛移開后，剩余磁場衰減很快，因此需要等待5分鐘左右，待樣品剩余磁場趨于平衡狀態(tài)，就可以進(jìn)行剩余磁場的檢測(cè)了。
上述磁信號(hào)測(cè)量方法中，通過給超導(dǎo)帶材勵(lì)磁，內(nèi)部感生電流形成剩余磁場，可以用霍爾探頭測(cè)量出剩余磁場的磁場分布情況。由于磁場強(qiáng)度與帶材的臨界電流之間存在著一定換算關(guān)系，可以通過比奧-薩伐爾定理(Bean模型)計(jì)算帶材的臨界電流值(現(xiàn)有技術(shù))。當(dāng)帶材的寬度一定，霍爾探頭與帶材表面的距離一定，偏離帶材中心線的位置一定時(shí)，剩余磁場強(qiáng)度與臨界電流成正比，可以通過剩余磁場的二維分布的測(cè)量得出帶材的臨界電流的二維分布。
實(shí)施例2按實(shí)施例1的測(cè)試方法測(cè)量了性能均勻單芯超導(dǎo)帶材的表面剩余磁場，圖3為其測(cè)試結(jié)果。
實(shí)施例3按實(shí)施例1的測(cè)試方法測(cè)量了內(nèi)部有缺陷超導(dǎo)帶材的表面剩余磁場，圖4為其測(cè)試結(jié)果。
上述各實(shí)施方案中，由于磁信號(hào)測(cè)量，霍爾探頭是離開帶材表面進(jìn)行測(cè)量，因此是非接觸的無損測(cè)量方法。可以應(yīng)用于長帶進(jìn)行在線連續(xù)檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其特征在于所述的方法步驟如下a)將高溫超導(dǎo)帶材樣品冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度以下；b)用勵(lì)磁磁體給高溫超導(dǎo)帶材施加一垂直磁場；c)然后撤掉磁場或?qū)悠窂拇艌鲋幸瞥?；d)使樣品靜置一段時(shí)間，待表面磁場衰減到較穩(wěn)定時(shí)，利用磁傳感器檢測(cè)帶材表面剩余磁場，獲得表面磁場數(shù)據(jù)，利用比奧-薩伐爾定理，計(jì)算獲得帶材內(nèi)部的臨界電流分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其特征在于所述的勵(lì)磁磁場強(qiáng)度大于超導(dǎo)帶材穿透磁場的兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其特征在于用磁場強(qiáng)度大于0.01T的勵(lì)磁磁體給高溫超導(dǎo)帶材勵(lì)磁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法，其特征在于所述的磁傳感器為霍爾陣列、磁阻元件和磁光片中的一種。
5.一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于它包括由磁鐵施加的垂直勵(lì)磁磁場、若干霍爾探頭陣列組成的傳感器、步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)帶材水平移動(dòng)的傳動(dòng)部件、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制部件；霍爾探頭陣列組成的傳感器將采集的探測(cè)信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)收集、處理，并進(jìn)一步發(fā)出控制信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部件帶動(dòng)帶材按指令動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于所述的霍爾線性陣列的各探頭的有效面積小于0.01mm2
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于所述的霍爾線性陣列的各探頭的有效面積小于0.004mm2
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于所述的霍爾線性陣列的各探頭沿寬度方向等距分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于所述的探頭中心之間距離小于0.5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量裝置，其特征在于所述的霍爾探頭由精密恒流源提供工作電流，工作電流為10mA。
全文摘要
一種高溫超導(dǎo)帶材非接觸無損磁測(cè)量方法及裝置，其方法為將超導(dǎo)帶材樣品冷卻到臨界溫度以下；施加一外加磁場使超導(dǎo)帶材被完全穿透；撤掉磁場或?qū)悠窂拇艌鲋幸瞥?，讓樣品靜置一段時(shí)間分鐘，進(jìn)行剩余磁場的檢測(cè)。該測(cè)量裝置包括勵(lì)磁磁場、磁傳感器、步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)帶材水平移動(dòng)的傳動(dòng)部件、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制部件。借助該測(cè)量裝置采用本發(fā)明測(cè)量方法測(cè)量超導(dǎo)體帶材的臨界電流，實(shí)現(xiàn)了帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中在線的連續(xù)檢測(cè)。且對(duì)測(cè)量樣品無損傷，更能準(zhǔn)確全面的反映帶材的本征特性。
文檔編號(hào)G01N27/72GK1580757SQ03149670
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者段鎮(zhèn)忠, 欒文洲, 王媛, 周其 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院