CN101163961B - 超导导线检测装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种检测超导导线的装置，包括：发射垂直于超导导线(20)的前表面(20a)的方向的光以照明该前表面(20a)的蓝色LED(1)；发射与垂直于所述超导导线(20)的前表面(20a)的方向成一角度的方向的光以照明该前表面(20a)的红色LED(2)；主要接收由超导导线(20)反射的光(B1)以及主要接收由超导导线(20)漫射的光(C2)的彩色线传感器(3)；以及累积和输出由彩色线传感器(3)接收的光量的计算机(5)。该装置可以以高灵敏度检测超导导线是否有缺陷。

Description

超导导线检测装置及其方法
技术领域
本发明通常涉及超导导线检测装置及其方法，尤其涉及能高灵敏度地检测超导导线缺陷的装置及其方法。
背景技术
超导电缆和类似的超导设备由大量的超导导线构成。在使用超导设备时，其使得内部超导丝冷却到临界温度(Tc)或以下、使超导设备浸没在例如液氮、液氦或类似的液态冷却剂中并保持在低温温度。相反，例如，如果检测超导设备，其从液态冷却剂中提取出来，引入具有室温的气态冷却剂等以包围超导设备来将超导设备的温度从低温温度增加到室温。然而，将浸没在液态冷却剂中的超导设备从低温温度增加到室温使得超导导线形成隆起(balloon)。
隆起是这样一种现象，在温度升高时，已经进入超导导线中的液态冷却剂气化并且不在外部释放，结果超导导线的内部压力增加，因而超导导线膨胀。隆起是如下这样产生的：在超导设备浸没在液态冷却剂中时，液态冷却剂通过针孔或存在于导线表面的类似缺陷进入超导导线，并且随着温度增加，液态冷却剂气化并膨胀。如果隆起在电流通路遭到破坏的超导导线上产生，则产生削弱的临界电流值和/或类似的削弱的超导特性。隆起现象由例如L.Masur等的“Long LengthManufacturing of High Performance BSCCO-2223 Tape for the DetroitEdison Power Cable Project”(非专利文献1)披露。
为防止产生隆起，在超导导线实际使用前，检测超导导线是否存在缺陷。其中一个检测(或测试)是使用加压的氮进行测试。在该测试中，超导导线在压力接近1MPa的液态冷却剂中浸没一段预定的时间。因此导线受到冷却，随后将温度迅速增加到室温并检测其是否具有隆起。在该测试中，检测超导导线是否有隆起以确定该导线是否是有缺陷的导线。
非专利文献1：L.Masur等人的“Long Length Manufacturing of HighPerformance BSCCO-2223 Tape for the Detroit Edison Power CableProject”，IEEE Trans.Appl.Superconductivity.，vol.11，No.1 pp.3256-3260。
发明内容
发明解决的技术问题
然而，使用加压的氮气进行的测试是有缺点的，其在于超导导线是否有缺陷不能得到高灵敏度的检测。如上所述，在该测试中，如果该导线有缺陷，则超导导线浸没在液态冷却剂中一段预定的时间使得液态冷却剂将引入导线。然而，如果该导线仅有小的缺陷，这也将花很多时间来将液态冷却剂通过该缺陷引入导线。同样的，经受该测试并浸没预定的一段时间的具有小缺陷的导线不能将液态冷却剂充分引入，因此可能没有隆起。而且，还有一种情况，其中尽管重复进行该测试，但是隆起还是没有发生。
电力传输和分配电缆以及类似的超导设备需要承受数十年的使用，在使用过程中，即使一个小的缺陷也会产生隆起。因此，需要以高灵敏度检测小的缺陷。
因此，本发明提出超导导线检测装置和能高灵敏度检测超导导线是否存在缺陷的方法。
解决问题的方法
一方面，本发明提供了检测超导导线的装置，该装置包括：发射光以照明超导导线的照明单元；接收来自超导导线的的光的感光单元；以及累积和输出由感光单元接收的光量的输出单元。
本发明检测超导导线的方法包括以下步骤：发射光以照明超导导线；接收来自超导导线的光；以及累积和输出接收到的光量。
在本发明的超导导线检测装置和方法中，一方面，在缺陷部分由超导导线反射的光、和在无缺陷的部分由超导导线反射的光，不管该缺陷是大的还是小的，都在相互不同的方向反射。因此，接收到的光量随是否有缺陷而变化，而且从这些光量的变化中，可以检测是否存在缺陷。这使得即使小的缺陷也可以被检测，而且可以高灵敏度地检测超导导线的缺陷。
在上述装置中，感光单元优选的是接收光反射的感光单元，其主要接收由超导导线反射的光。
在上述方法中，优选的是，接收步骤主要包括接收由超导导线反射的光。
由超导导线反射的光量随是否有缺陷而变化，而且从光量的这些变化中，可以高灵敏度地检测是否有缺陷。注意的是，由超导导线反射的光指的是由超导导线在无缺陷的部分的反射。
在上述装置中，该感光单元优选的是接收漫射光的感光单元，其主要接收由超导导线漫射的光。
在上述方法中，优选的是接收步骤主要包括接收由超导导线漫射的光。
由超导导线漫射的光量随是否有缺陷而变化，而且从光量的这些变化中，可以高灵敏度地检测是否有缺陷。注意的是，由超导导线漫射的光指的是由超导导线在有缺陷的部分在各个方向漫射的光。
在上述装置中，优选的是照明单元是同轴的照明单元，其发射垂直于超导导线前表面的方向的光以照明超导导线的前表面。
在上述方法中，优选的是发射步骤包括发射垂直于超导导线表面的方向的光。
这尤其有助于在超导导线的表面中检测裂纹。
在上述装置中，优选的是该照明单元是倾斜照明单元，其发射与垂直于超导导线的前表面的方向成一角度的方向的光以照明前表面。
在本方法中，优选的是发射步骤包括发射与垂直于超导导线的表面的方向成一角度的方向的光。
这尤其有助于检测超导导线是否具有针孔。
上述装置优选的是还包括激光位移传感器，该激光位移传感器包括：在超导导线的纵向方向上相对于超导导线位移时发射激光光束以照明超导导线的激光照明单元；接收由超导导线反射的激光光束的激光接收单元；以及输出单元，该输出单元与激光位移传感器相关，并输出以激光接收单元接收到的光的位置为基础的、有关超导导线的位移的信息。
上述装置优选的是还包括涡流位移传感器，该涡流位移传感器包括：交流电产生单元，其将交流电通过与涡流位移传感器相关的线圈传输；与涡流位移传感器有关的所述线圈，并且该线圈在超导导线的纵向方向上相对于超导导线移动时在超导导线中产生涡流；与涡流传感器相关的输出单元，并且所述输出单元将以涡流产生时所引起的变化为基础的有关超导导线位移的信息输出，其中这些变化涉及与涡流位移传感器有关的线圈如何振荡。
上述装置优选的是还包括接触位移传感器，该接触位移传感器包括：与超导导线接触的情况下在超导导线的纵向方向上相对于超导导线移动、以及还根据超导导线的位移而移动的探针，附着在探针上的铁芯，与接触位移传感器相关的并在随着铁芯位移时产生感应电动势的线圈，以及与接触位移传感器相关的并将以感应电动势为基础的有关超导导线的位移的信息输出的输出单元。
上述方法优选的是还包括以下步骤：在超导导线的纵向发射激光光束以照明该导线；接收由超导导线反射的激光光束；以及输出以接收激光光束的位置为基础的有关超导导线的位移的信息。
上述方法优选的是还包括以下步骤：使用与涡流位移传感器相关的并接收和通过其传递交流电的线圈，以在超导导线的纵向方向上在超导导线中产生涡流；以及输出以这些变化为基础的有关超导导线的位移的信息，其中这些变化涉及在涡流产生时所引起的与涡流位移传感器有关的线圈如何振荡。
上述方法优选的是还包括以下步骤：在与超导导线接触的情况下在超导导线的纵向方向上移动探针，该探针具有附着在其上的铁芯，而且还允许探针能够根据超导导线的位移而移动；以及在铁芯移动时，在线圈中产生与接触位移传感器相关的感应电动势；以及输出以感应电动势为基础的有关超导导线的位移的信息。
可以获得有关超导导线位移的信息，尤其是可以高灵敏度地检测气泡、隆起、宽度的局部变化、变形以及类似的缺陷。而且，不仅可以测量是否存在缺陷，而且缺陷的大小、几何形状等也可测量。结果，超导导线可以更有效地得到检测。
上述装置优选的是还包括在超导导线的纵向排列的第一到第三质心测量装置以测量从横向观察到的超导导线的中心。
上述方法优选的是还包括以下步骤：在第一位置，测量横向观察到的超导导线的中心；在导线的纵向方向上的不同于第一位置的第二位置，测量从横向观察到的超导导线的中心；以及在导线的纵向方向上的不同于第一和第二位置的第三位置，测量从横向观察到的超导导线的中心。
因此，确定三个中心是否在从横向观察到的一致的位置，从而测量该超导导线是否有轻微的横向变形，例如偏向，波度，膨胀等。
另一方面，本发明提供了一种检测超导导线的装置，其包括：发射垂直于超导导线前表面的方向的光以照明前表面的同轴照明单元；发射与垂直于超导导线前表面的方向成一角度的方向的光以照明前表面的倾斜照明单元；接收反射光的感光单元，其主要接收由超导导线反射的光；接收漫射光的感光单元，其主要接收由超导导线漫射的光；以及累积和输出由接收反射光的感光单元和接收漫射光的感光单元接收的光量的输出单元。
在本发明的超导导线检测装置中，不管缺陷是大还是小，在缺陷位置由超导导线反射的光和在没有缺陷的位置由超导导线反射的光方向互不相同。因此，接收到的光量随是否有缺陷而变化，并且从光量的这些变化中，可以检测是否存在缺陷。这允许即使很小的缺陷也可以被检测，而且可以高灵敏度地检测超导导线的缺陷。尤其是，在包括有接收反射光又包括有接收漫射光的感光单元与只有单一的感光单元相比时，前者可以方便地检测光量的变化。结果，可以高精度地检测缺陷。而且，包括同轴照明单元和倾斜照明单元的照明单元有助于检测超导导线表面中的裂纹以及超导导线中的针孔。
本发明在一个和另一个方面中，提供了优选是包括多于一个的如上述装置的检测装置。这允许超导导线同时在各个方向进行表面检测，因此更高效。尤其是，如果检测呈带状的超导导线，可以使用两个这样的装置来同时检测导线的上下表面。
发明效果
本发明的超导导线检测装置和方法可以高灵敏度地检测超导导线是否有缺陷。
附图说明
图1(a)是一个实施例的超导电缆的横截面，图1(b)是图1(a)中电缆的放大图。
图2示意性的示出超导导线中产生的针孔或类似的缺陷。
图3示意性的示出在第一实施例中超导导线检测装置的结构图。
图4示意性的示出在本发明第一实施例中的超导导线检测装置检测有缺陷的超导导线时光行进的方向。
图5是通过计算机执行的过程的流程图。
图6是超导导线表面的放大图。
图7表示的是在x方向累积的光的亮度分布的例子。
图8示意性的示出第二实施例中超导导线检测装置的结构。
图9示意性的示出第三实施例中超导导线检测装置的结构。
图10示意性的示出在第三实施例中，在本发明的超导导线检测装置检测有缺陷的超导导线时光行进的方向。
图11示意性的示出第四实施例中超导导线检测装置的结构。
图12示意性的示出在超导导线中产生的气泡或类似的缺陷。
图13示意性的示出第五实施例中本发明的超导导线检测装置的结构。
图14示出的是在第五实施例中，接收光的位置怎样随在厚度方向是否具有位移的表面的超导导线而变化。
图15是解释使用本发明第五实施例的超导导线检测装置来测量超导导线端部表面如何位移的图。
图16示意性的示出第六实施例中本发明的超导导线检测装置的结构。
图17(a)以波形的形式表示在超导导线在厚度方向没有位移的表面时线圈如何振荡，而且图17(b)以波形的形式表示在超导导线在厚度方向具有位移的表面时线圈如何振荡。
图18示意性的示出第七实施例中本发明的超导导线检测装置的结构。
图19是图18中所示的接触位移传感器的线路图。
图20示意性的示出第八实施例中本发明的超导导线检测装置的结构。
图21示出的是在第八实施例中没有偏向的超导导线的中心位置。
图22示出的是在第八实施例中有偏向的超导导线的中心位置的顶视图。
图23概念性的示出第九实施例中本发明的超导导线检测装置。
图24表示的是在本发明的第一例子中，在纵向观察到的超导导线的临界电流值的分布。
图25表示的是在使用加压氮气进行测试后，在第一时间立即进行的本发明第一例子中，纵向观察到的超导导线的临界电流值的分布。
图26示出的是在本发明第二例子中的超导导线中产生的缺陷的放大图的照片。尤其是，图26(a)示出的是褪色部分和针孔，图26(b)示出的是表面中的裂纹。
图27(a)是图26(a)中所示的褪色部分和针孔的图像，其用检测装置A拍摄且被二元色处理(binarized)，图27(b)是图26(b)中所示的表面中的裂纹的图像，其用检测装置B拍摄且被二元色处理。
图28示出的是纵向观察到的超导导线厚度方面的位移，其用第三例子中的接触位移传感器测量。
图29示出的是纵向观察到的超导导线厚度方面的位移，其用第四例子中的激光位移传感器测量。
图30表示的是从纵向观察到的、由两个设置在导线的相对侧的质心测量设备计算出的超导导线的中心位置和由一个中心测量设备计算的导线中心位置之间的差异的变化，该差异由本发明的第五例子中的质心测量设备测量。
附图标记解释
1，1a：蓝色LED，2，2a：红色LED，3，3a：彩色线传感器，5，5a，45，75：计算机，7，7a：镜子，10：光学检测装置，13：感光窗，20，40a，40b：超导导线，20a：超导导线的前表面，20b：超导导线的后表面，20c：超导导线的端部表面，21：氧化物超导细丝，22：护套，23，46，55，68：气泡，24：隆起，25：边缘，27：表面中的裂纹，28：褪色部分，29：针孔，30：超导电缆，31：电缆芯，32：定径管，34：绝缘纸，35：牛皮纸，37：冷却剂通道，38：绝缘管，39：防腐蚀层，41：激光位移传感器，42：传感器头，43：半导体激光器，44：PSD，51：涡流位移传感器，52、64：探针，52a：线圈，53、66：主体，54：涡流，56、57：振荡波形，58：磁场，61：接触位移传感器，62a、62b：次级线圈，63：初级线圈，65：铁芯，67：外壳，67a：中空部分，71-73：质心测量设备，74a：照明单元，74b：感光单元，76：偏向，81：供带盘，82：卷带盘，A1-A4：照明的光，B1-B3：反射光，C、C2、C4：漫射光，D、E、E1、E2、F1-F3：激光，G1：接收到的光的图案，H1-H3：中心位置，L：直线，P1、P2：位置
具体实施方式
以下参考附图解释本发明的实施例。
第一实施例
图1(a)是一个例子的超导电缆的横截面图，图1(b)是图1(a)中所示的电缆芯的放大图。参考图1(a)和1(b)，超导电缆30包括电缆芯31、绝缘管38以及防腐蚀层39。由单丝或多丝一起绞合形成的电缆芯31插入设置于绝缘管38和防腐蚀层39的内部的冷却剂通道37中，冷却剂在电缆芯31的周围通过冷却剂通道3传输。如从内向外所观察到的，电缆芯31由定径管(多个铜导线一起绞合)32、多个超导导线40a、牛皮纸35、多个超导导线40b以及绝缘纸34形成。由多个具有例如20mm外径的铜绞合导线形成的定径管32具有超导导线40a和40b的外围，超导导线以带的形式缠绕在其周围。超导导线40a和40b彼此绝缘地堆叠成层，并且其中形成有牛皮纸35。多个用作底层的超导导线40a通过设置例如13根节距为200mm的超导导线而形成。而且，多个用作上面覆盖层的超导导线40b通过设置例如14根节距为200mm的超导导线而形成。超导导线40a和40b每个具有例如纵向尺寸为0.21mm，横向尺寸为4.1mm的矩形横截面。上面的超导导线40b的外测覆盖有由例如聚丙烯层压的纸(PPLP
Figure 2006800135017_0
)形成的绝缘纸34。
以下将描述由超导电缆构成的超导导线。
图2示意性的示出超导导线中产生的针孔或类似的缺陷。参考图2，现在将通过例子来描述由多丝实现的超导导线、超导氧化物导线。超导导线20对应图1中所示的超导导线40a、40b，例如是带型的氧化物超导导线。超导导线20具有多个纵向延伸的氧化物超导丝21和覆盖这些氧化物超导丝21的护套22。这些氧化物超导丝21每个均由例如具有Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O基组合物以及包含(铋和铅)∶锶∶钙∶铜原子比近似表示为2∶2∶2∶3的Bi2223相的材料。护套22由例如银形成。
这里，超导导线20的表面可以具有裂纹27、褪色部分28、针孔29和/或类似的缺陷。这些缺陷是在超导导线制造过程中，在拉制步骤、辊轧步骤、烧结步骤等产生的。这里，褪色部分28是由包含在氧化物超导细丝21中的材料泄漏到护套22并因此局部减小护套22的厚度造成的缺陷，并且在外面观察时，它看起来被褪色了。褪色部分28是倾向于在针孔29周围产生的缺陷。
本发明的超导导线20将用如下所述的检测装置进行检测。
图3示意性的示出在第一实施例中提供的本发明的超导导线检测装置的结构。参考图3，本发明提供了超导导线检测装置，该检测装置包括用作照明单元的蓝色发光二极管(蓝色LED)1，用作感光单元的彩色线传感器3，用作输出单元的计算机5以及镜子7。蓝色LED1和彩色线传感器3在超导导线20的上方在预定的位置精确排列。彩色线传感器3具有在垂直于超导导线20的前表面20a的方向定位的感光窗13。镜子7设置在彩色线传感器3和超导导线20之间。计算机5电连接到彩色线传感器3。
在本发明中，超导导线20用下述方法检测。
蓝色LED1在超导导线20的纵向将蓝光发射到镜子7。镜子7接收来自蓝色LED1的光并在垂直于超导导线20的前表面20a的方向将光反射。因此蓝色LED1用作同轴照明单元，发射垂直于超导导线20的前表面20a的方向的照明A1的光。
如果超导导线20没有缺陷，接收照明A1的光的超导导线20在与入射角相同的反射角的相同方向反射光。在本发明中，在垂直前表面20a的方向提供反射光B1。反射光B1通过镜子7透射并被彩色线传感器3接收。
相反，参考图4，如果超导导线20有缺陷，那么接收照明A1的光的超导导线20在前表面20a在各个方向漫射光。这个光为漫射光C1。因此，如果超导导线20有缺陷，那么提供漫射光C1，彩色线传感器3接收光量变化的光。
这里，在本实施例中，彩色线传感器3设置在主要接收反射光B1的位置。同样的，如果超导导线20有缺陷，那么彩色线传感器3只接收一部分漫射光C1，因此通常接收到的光量减小。换句话说，彩色线传感器3是接收反射光的单元，其主要接收反射光B1。
彩色传感器3接收光并将光量数据传输给计算机5，计算机5累积数据并将累积的数据以光量的形式输出，并且从累积的数据中，检测超导导线20是否有缺陷。以下将更详细的表述在计算机5中进行的上述过程的一个例子。
图5是计算机运行过程的流程图，按步骤顺序给出。图6是超导导线表面的放大图。参考图5和6，超导导线20具有前表面20a，其被例如近似为10.0μm的宽度(或x方向)横向分段，因此被分成2，048条线。每条线反射光，所述光被彩色线传感器3接收、在光量上累积并进而被输出(步骤1)。
图7表示的是在x方向这些累积的光的亮度分布。参考图5-7，随后根据在x方向累积的光的亮度分布检测边缘25(步骤S2)。尤其是，如果超导导线20呈带的形式，前表面20a具有带曲面的边缘25，彩色光传感器3接收显著不同于在前表面20a的中心反射的光量。因此，需要检测边缘25以防止边缘25处光量的变化作为缺陷进行错误的识别。尤其是，在x方向为累积的光的亮度分布提供边缘检测阈值，并确定超出边缘检测阈值的范围为边缘并设定为静区(dead zone)。在图7中，边缘检测阈值在图中的右侧和左侧定位的并被指定为静区的部分超出，范围由宽度W表示。因此，在步骤S2中，这两个范围被确定为边缘。而且，除了位于图中右侧和左侧的被指定为静区的、并且由宽度W指定的范围的部分以外的范围被确定为要检测的临时范围。
随后，检测待检测的临时范围是否存在缺陷(步骤3)。尤其是，在x方向为累积的光的亮度分布提供缺陷阈值，并且如果待检测的临时范围具有超出缺陷阈值的部分，在宽度方面测量该部分。如果超出缺陷阈值的部分超过一个，逐个在宽度方面测量这些部分，任何宽度等于或大于规定宽度的、超出缺陷阈值的部分被确定为缺陷。在图7中，待检测的临时范围没有超出缺陷阈值的部分。因此，在步骤S3检测为没有缺陷。
随后，在边缘附近检测是否存在缺陷(步骤S4)。尤其是，待检测的临时范围与实际的超导导线在宽度方面做比较，如果前者的宽度小于后者这样一个值，其中该值等于或大于规定的值，那么可以做出判定，在该边缘的附近存在缺陷。在图7中，在宽度上，待检测的临时范围小于实际超导导线这样一个值，该值等于或大于规定的值。因此，由宽度W指定的该范围被确定为在待检测的范围内存在的缺陷。用上述方法检测超导导线20的前表面20a是否存在缺陷。
在本实施例的超导导线检测装置和方法中，在表面中的裂纹27处、褪色部分28、针孔29和/或类似缺陷处由超导导线20反射的漫射光C1，以及在没有缺陷部分处由超导导线20反射的光B1分别在不同的方向反射，不管该缺陷是大的还是小的。因此，彩色线传感器3接收根据是否存在缺陷而在光量上变化的光，并且从这些光量的变化中，检测是否存在缺陷。这还允许检测甚至很小的缺陷，并且超导导线20可以得到高灵敏度的缺陷检测。而且，其可以比直观检测更快地来检测缺陷。
在本实施例中，检测装置具有用作接收反射光的感光单元的彩色线传感器3，其主要接收由超导导线20反射的光B1。
在本实施例的检测方法中，主要接收被超导导线20反射的光B1。
超导导线20提供反射光B1，其随是否有缺陷而在光量上发生变化，并且根据光量的这些变化，可以高灵敏度地检测是否存在缺陷。
在本实施例中，检测装置具有蓝色LED1，其用作发射垂直于超导导线20的表面的方向的光以照明该表面的同轴照明单元。
在本实施例中，该检测方法包括发射垂直于超导导线20的表面的方向的光以照明该表面。
这尤其有助于检测超导导线20的表面中的裂纹27。
在本实施例描述成具有如例子所示的计算机处理时，本发明并不局限于计算机处理；其可以是能够至少累积由感光单元接收到的光量并因此输出累积的光量的任意的处理。
而且，在本实施例描述为具有由蓝色LED实现的照明单元时，该蓝色LED可以由红色LED代替，或者其可以由发射具有其他波长的光的照明单元来实现。
而且，蓝色LED1和彩色线传感器3可以具有任何位置关系，只要其允许感光单元设置在接收反射光的位置，并且可以获得与本实施例相似的效果。而且，该感光单元可以设置在任何位置，只要其允许该感光单元接收至少来自超导导线的光。
第二实施例
图8示意性的示出第二实施例中提供的本发明超导导线制造装置的结构。参考图8，本实施例提供了超导导线检测装置，该检测装置包括由红色LED2而不是蓝色LED实现的照明单元。红色LED2在预定位置精确地、垂直地设置在超导导线20的上方。
类似于第一实施例中所述，定位彩色线传感器3并对准感光窗13。尤其是，彩色线传感器3在预定位置精确地、垂直地设置在超导导线20的上方，并且在垂直于前表面20a的方向对准感光窗13。
结构中剩下的超导导线检测装置基本上类似于第一实施例。因此，不再重复表述。
在本实施例中，超导导线以下面将描述的方法进行检测。
红色LED2在与垂直于超导导线20的前表面20a的方向成一角度的方向为照明A2发射光。换句话说，红色LED2是倾斜照明单元。如果超导导线20没有缺陷，用于照明超导导线20而由红色LED2发射的照明A2的光以等于入射的角度的反射角反射。在本实施例中，提供反射光B2，并且彩色线传感器3略微接收反射光B2。
如果超导导线20有缺陷，前表面20a在各个方向提供漫射光C2并且部分漫射光C2被彩色线传感器3接收。因此如果超导导线20有缺陷，产生漫射光C2并且彩色线传感器3接收光量变化的光。
这里，在本实施例中，彩色线传感器3设置在主要接收漫射光C2(或几乎不轻易接收反射光B2)的位置。因此，如果超导导线20有缺陷，彩色线传感器3通常接收光量增加的光。换句话说，彩色线传感器3用作接收漫射光的感光单元，该感光单元主要接收由超导导线20漫射的光C2。
彩色线传感器3接收光并将其光量数据传输给计算机5，该计算机累积该数据，并因此将累积的光量的数据输出。以类似于第一实施例的方法使用累积的数据来检测超导导线20是否有缺陷。
在本实施例中，该检测装置具有用作接收漫射光的感光单元的彩色线传感器3，其主要接收由超导导线20漫射的光C2。
在本实施例的检测方法中，主要接收由超导导线20漫射的光C2。
超导导线20提供漫射光，漫射光量随是否存在缺陷而变化，并且根据光量上的上述变化，可以检测是否存在缺陷。
而且，红色LED2和彩色线传感器3可以是任何位置关系，只要其允许感光单元设置在接收漫射光的位置，并且可以获得与本实施例相似的效果。
第三实施例
图9示意性的示出第三实施例中提供的本发明超导导线检测装置的结构。参考图9，本实施例提供了超导导线检测装置，该检测装置包括用作同轴照明单元的蓝色LED1、用作倾斜照明单元的红色LED2、用作用来接收反射光的感光单元和接收漫射光的感光单元的彩色线传感器3、用作输出单元的计算机5和镜子7。蓝色LED1、红色LED2和彩色线传感器3分别在预定位置精确地、垂直地设置在超导导线20的上方。彩色线传感器3具有在垂直于超导导线20的前表面20a的方向对准的感光窗13。
结构中剩下的超导导线检测装置基本上类似于第一实施例。因此，不再重复表述。
在本实施例中，超导导线以下面将描述的方法进行检测。
蓝色LED1在与垂直于超导导线20的前表面20a的方向以与第一实施例相似的方法发射照明A1的光。红色LED2在与垂直于超导导线20的前表面20a的方向成一角度的方向发射照明A2的光。
如果超导导线20没有缺陷，照明超导导线20的、照明A1的蓝光和照明A2的红光分别都以与等于入射的角度的反射角在相同的方向反射。在本实施例中，在垂直于前表面20a的方向提供蓝光B1的反射，在与前表面20a成一角度的方向提供红光B2的反射。在这些反射中，蓝光B1通过镜子7透射并被彩色线传感器3接收。而且，彩色线传感器3略微接收红光B2的反射。
相反，参考图10，如果超导导线20有缺陷，那么照明超导导线20的、照明A1的光和照明A2的光的每个都被前表面20a在各个方向漫射，因此提供漫射光C1、C2，并且部分漫射光C1、C2被彩色线传感器3接收。因此如果超导导线20有缺陷，产生漫射光C1、C2并且彩色线传感器3接收每个光量都发生变化的蓝光和红光。
这里，在本实施例中，彩色线传感器3设置在与漫射光C1相比而主要用于接收反射光B1的位置。因此，如果超导导线20有缺陷，彩色线传感器3接收光量减小的蓝光。换句话说，彩色线传感器3用作接收反射光的感光单元，该感光单元主要接收反射光B1。
而且，在本实施例中，彩色线传感器3设置在与反射光B2相比而主要接收漫射光C2的位置。因此，如果超导导线20有缺陷，彩色线传感器3接收光量减小的红光。换句话说，彩色线传感器3用作接收漫射光的感光单元，该感光单元主要接收漫射光C2。
彩色线传感器3接收光并将其光量数据传输给计算机5，该计算机以与第一实施例类似的方法累积数据，并因此将累积的光量的数据输出。从这些累积的数据，检测超导导线20是否有缺陷。
在本实施例中，蓝色LED1产生具有波长的光，红色LED2产生不同波长的光。因此，如果彩色线传感器3既接收蓝光又接收红光，计算机5可以将具有不同波长的光各自分开，并因此对它们进行分析，并将它们的光量单独累积并将它们单独输出。因此彩色线传感器3可以实现接收反射光的感光单元和接收漫射光的感光单元的功能。当然，用于接收蓝光的接收反射光的感光单元和用于接收红光的接收漫射光的感光单元可以单独地提供。
因此，本实施例提供了超导导线检测装置，该装置包括接收反射光B1和漫射光C2以更容易的检测光量的变化、而不是只接收单一的光的彩色线传感器3。这允许高灵敏度的检测缺陷。而且，包括蓝色和红色LED1和2的照明单元可以有助于检测超导导线表面中的裂纹和超导导线的针孔。
第四实施例
图11示意性的示出第四实施例中的本发明超导导线检测装置的结构。参考图11，本实施例提供了超导导线检测装置，该检测装置包括两个检测装置，该检测装置在结构上类似于第三实施例并且分别设置在前表面20a和后表面20b的朝向超导导线20的位置。
在前表面20a朝向超导导线20的检测装置包括蓝色LED1、红色LED2、彩色线传感器3、计算机5和镜子7。蓝色LED1发射照明A1的蓝光以在前表面20a照明超导导线，并且蓝光的反射光B1主要由彩色线传感器3接收。而且，红色LED2发射照明A2的红光以在前表面20a照明超导导线，并且红光的漫射光C2主要由彩色线传感器3接收。
而且，在后表面20b朝向超导导线20的检测装置包括蓝色LED1a、红色LED2a、彩色线传感器3a、计算机5a和镜子7a。蓝色LED1a发射照明A3的蓝光以在后表面20b照明超导导线，并且蓝光的反射光B3主要由彩色线传感器3接收。而且，红色LED2a发射照明A4的红光以在后表面20b照明超导导线，并且红光的漫射光C4主要由彩色线传感器3接收。
注意的是，本实施例提供了结构上类似于第三实施例的两个检测装置，并且这两个检测装置每个以与第三实施例中所述类似的方法检测超导导线。因此，在此不再重复表述。
如果本实施例的超导导线检测装置检测带形的超导导线20，其可以同时检测前表面20a和后表面20b，因此更有效的检测导线。
注意的是，在本实施例提供两个检测装置时，本发明可以包括三个或更多的检测装置。数量增加的检测装置例如允许圆形超导导线等可以同时对整个圆周表面进行检测。
而且，在本实施例包括两个检测装置，每个对应第三实施例时，本实施例可以选择性的包括两个检测装置，每个对应第一或第二实施例。
第五实施例
第一到第四实施例描述了尤其适合于检测例如图2所示的针孔的缺陷的检测装置(以下还将它称之为光学检测装置)。然而，除针孔或类似的缺陷外，超导导线20还可能有气泡(blister)23、弯曲(bend)24和/或具有类似缺陷，如图12所示，和/或在具有宽度方面的局部改变(variation)、变形(deformation)、偏向(deflection)、波度(waviness)、膨胀(swelling)和/或类似缺陷。这些缺陷在超导导线制作过程，在拉制步骤、辊压步骤、烧结步骤和/或其它步骤等产生。尤其是，在一物质被吸引并因此附着到超导导线20的粉状源材料时，超导导线气泡23在烧结步骤蒸发因此体积增大了。因此，在以下，第五到第八实施例将描述检测装置和尤其是能高灵敏度检测气泡、弯曲、在宽度方面的局部改变、变形、偏向、波度、膨胀和类似缺陷的方法。这些缺陷伴随有比针孔或类似缺陷大的变形。
图13示意性的示出第五实施例中的超导导线检测装置的结构。参考图13，本实施例提供了超导导线检测装置，该检测装置包括在第一到第四实施例中任意一个描述的光学检测装置加激光位移传感器41，所述激光位移传感器41包括用作激光照明单元的半导体激光器、用作激光接收单元的光学位置敏感装置(PSD)44以及用作激光位移传感器输出单元的计算机45。半导体激光器43和PSD44安装在端部的传感器头42上，传感器头42设置在超导导线20的前表面20a上。半导体激光器43和PSD44通过传感器头42电连接到计算机45。
在使用激光器位移传感器41时，用以下将描述的方法检测超导导线20。
在半导体激光器43发射激光光束D以照明超导导线20时，半导体激光器43也相对于超导导线20在超导导线20的纵向移动。在图13中固定半导体激光器43并且超导导线20如图中观察到的那样向右移动。因此超导导线20在导线的纵向暴露在激光光束D中。激光光束D在前表面20a被超导导线20反射，激光光束E被PSD44接收。
这里，参考图14，如果超导导线20前表面20a没有在其厚度方向上有位移(或者导线没有缺陷)，激光光束D在位置P1反射，激光光束E1被PSD44接收。相反，如果超导导线20有气泡46或类似缺陷，因此前表面20a在其厚度方向有位移，那么激光光束D在位置P2反射，激光光束E2被PSD44接收。换句话说，PSD44接收这样的位置的激光光束E，所述位置根据超导导线20的前表面20a的如何位移以及是否有缺陷、缺陷的大小和几何形状而变化。
PSD44在接收激光光束E的位置将数据传输给计算机45。计算机45使用该数据并使用三角测量来计算超导导线20的前表面20a的位置(也就是，反射激光光束D的位置)并将超导导线20的前表面20a如何位移方面的信息输出。结果，检测超导导线的前表面是否有缺陷。
在本实施例中，检测超导导线20的该装置还包括激光位移传感器41，所述激光位移传感器41具有：在发射激光光束D以照明超导导线20的前表面20a时、在超导导线20的纵向相对于超导导线20移动的半导体激光器43，接收由超导导线20反射的激光光束E的PSD44，以及输出基于在PSD44上的接收光的位置的、有关超导导线20的位移方面的信息的计算机45。
在本实施例中，用以下方法检测超导导线20，该方法包括以下步骤：在纵向发射激光光束D以照明超导导线20；在前表面20a接收由超导导线20反射的激光光束E；以及输出基于接收激光光束E的位置的、有关超导导线20的位移方面的信息。
在本实施例中，检测超导导线20的装置和方法可以提供超导导线的前表面20a如何位移方面的信息。这允许高灵敏度地检测凸起、弯曲、宽度方面的局部变化、变形以及其他类似缺陷。而且，它还允许数字化测量缺陷，而且关于不仅是否存在缺陷而且缺陷的大小、几何形状等也可以测量。结果，可以更有效地检测超导导线。
需要注意的是，如以下所述，可以使用光学检测装置和激光位移传感器来检测超导导线20。例如，光学检测装置可以检测哪部分有缺陷，并将其位置信息传输给激光位移传感器，并且该激光位移传感器可以测量缺陷的大小、几何形状等。而且，例如，激光位移传感器可以检测是否有弯曲或是否有类似的、大的缺陷，并且该光学检测装置可以检测是否存在针孔或类似的小的缺陷。因此根据使用来在灵敏度方面调整调整光学检测装置和激光位移传感器的每一个使得计算机可以以降低的时间周期处理信号并且更有效地进行检测。
而且，在本实施例中，计算机45的功能可以通过计算机5(图3)来实现。在那种情况下，半导体激光器43和PSD44电连接到计算机5。这允许使用单台计算机来进行检测。
而且，不是在前表面20a照明超导导线20，也可以是在如图15中所示的末端表面20c用激光光束D照明超导导线20。因此可以测量超导导线20的末端表面20c如何位移，因此超导导线20可以在宽度方面进行检测。
第六实施例
图16示意性的示出第六实施例中超导导线检测装置的结构。参考图16，本实施例提供了超导导线检测装置，该装置包括在第一到第四实施例的任意一个中所述的光学检测装置加上一个涡流位移传感器51，该涡流位移传感器51包括：主体53，用作涡流位移传感器的交流电产生单元和输出单元；以及线圈52a，用作涡流位移传感器的线圈。探针52在前表面20a上与超导导线20相邻设置，并且线圈52a附着在探针52的末端。线圈52a通过探针52电连接到主体53。
在使用涡流位移传感器51时，用下面所述的方法检测超导导线20。
在主体53将交流电压施加到线圈52a时，线圈52a具有从其中流过的交流电并且产生周期性变化的磁场58。由于磁场58变化，在超导导线20的前表面20a产生涡流54。当探针52在超导导线20的前表面20a产生涡流54时，探针52在超导导线20的纵向相对于超导导线20移动。在图16中，固定探针52，超导导线20如图中所示向右移动。这在超导导线20的纵向，在超导导线20的前表面20a产生涡流54。涡流54对线圈52a如何振荡产生影响。尤其是，其不同于用作参照的振荡波形(也就是，没有受涡流影响的条件下的振荡波形)。
这里，如果超导导线20的前表面20a在厚度方向没有位移(也就是，导线没有缺陷)，线圈52a与超导导线20的前表面20a具有很大的距离，因此受涡流54的影响很小。因此，线圈52a如图17(a)所示处于变化很小的状态。在图17(a)中，线圈以稍微不同于用作参照的振荡波形56的波形57振荡。尤其是，振荡波形57的振幅稍微小于振荡波形56的振幅并且稍微与振荡波形56异相。相反，如果超导导线20具有气泡55或类似缺陷，因此使得前表面20a在其厚度方向上具有位移，那么线圈52a与超导导线20的前表面20a距离变小，因此由涡流54产生的影响增大了。因此，线圈52a在如图17(b)所示的变化很大的状态下振荡。尤其是，振荡波形57的振幅显著小于振荡波形56的振幅，并且与振荡波形56显著异相。换句话说，线圈52a振荡的状态的变化程度根据超导导线20的前表面20a如何位移以及是否存在缺陷以及缺陷的大小、几何形状等而变化。
在产生涡流54时，线圈52a如何振荡发生变化，以及从这些变化中，主体53计算超导导线20的前表面20a的位置并将超导导线20的前表面20a如何位移的信息输出。结果，检测超导导线20是否具有带缺陷的前表面20a。
本实施例提供了检测超导导线20的装置，该装置还包括涡流位移传感器51，所述涡流位移传感器51具有：通过线圈52a流过交流电的主体53，在超导导线20产生涡流54时在超导导线20的纵向方向上相对于超导导线20移动的线圈52a，以及将基于在涡流54产生时引起的线圈52a如何振荡的这些变化的、有关超导导线20的位移方面的信息输出的主体53。
在本实施例中，检测超导导线20的方法还包括以下步骤：使用有交流电通过的线圈52a，以在超导导线20的纵向方向上、在超导导线20中产生涡流54；以及输出基于在涡流54产生时引起的线圈52a如何振荡的这些变化的、超导导线20的位移方面的信息。
在本实施例中检测超导导线20的装置和方法可以提供超导导线20的前表面20a如何位移方面的信息。这尤其允许高灵敏度的检测气泡、弯曲、宽度方面的局部变化、变形以及其他类似缺陷。而且，其还允许数字化测量缺陷，以及还可以不仅测量是否存在缺陷，而且还可以测量缺陷的大小、几何形状等。结果，可以更有效的检测超导导线。
而且，在宽度方面(或在垂直于图16的平面的方向)具有位移的超导导线20也改变关于涡流54的如何产生，以及因此导致的有关线圈52a的如何振荡。因此涡流位移传感器51允许超导导线20的厚度方向发生变化而且还测量宽度方面的变化。
注意的是，在本实施例中，通过线圈52a传输交流电的交流电产生单元、和与涡流位移传感器有关的并且将在产生涡流54时引起的线圈52a如何振荡的这些变化为基础来输出超导导线20的位移方面的信息的输出单元都是主体53，该交流电产生单元和与涡流位移传感器有关的输出单元可以分开构造。而且，在本实施例中，在利用有关于线圈52a的振幅和相位的如何变化来计算超导导线20的前表面20a的位置时，也可以利用有关于线圈52a的振幅和相位中的一个的如何变化来计算超导导线20的前表面20a的位置。
而且，如下所述，可以使用光学检测装置和涡流位移传感器来检测超导导线20。例如，光学检测装置可以检测哪部分有缺陷，并且将其位置信息传输给涡流位移传感器，该涡流位移传感器可以测量缺陷的大小、几何形状等。而且，例如，涡流位移传感器可以检测是否存在弯曲或类似的大的缺陷，而且光学检测装置可以检测是否存在针孔或类似的小的缺陷。因此，根据应用来在灵敏度方面调整光学检测装置和涡流位移传感器中的每一个使得计算机可以以降低的时间周期来处理信号，因此检测可以更有效的进行。
而且，在本实施例中，用作与涡流位移传感器有关的输出单元的功能可以由计算机5(图3)来实现。在那种情况下，线圈52a电连接到计算机5。这允许使用单台计算机来进行检测。
第七实施例
图18示意性的示出第七实施例中超导导线检测装置的结构。参考图18，本实施例提供了超导导线检测装置，该装置包括在第一到第四实施例的任意一个中所述的光学检测装置加上一个接触位移传感器61，该传感器具有探针54、铁芯65、初级线圈63、两个用作接触位移传感器用的线圈的次级线圈62a和62b、用作接触位移传感器用的输出单元的主体66、以及外壳67。探针64被设置为具有用于在前表面20a上接触超导导线20的尖端，并且具有被附着了铁芯65的上部分。外壳67具有中空部分67a的圆柱形几何形状。探针64和铁芯65的上部分设置在中空部分67a中并且可以如图中所观察到的那样向上和向下滑动。外壳67具有在缠绕于周围的次级线圈62a，在次级线圈62a下面的初级线圈63，在初级线圈63下面的次级线圈62b。初级线圈63和次级线圈62a和62b每个都电连接到主体66。
图19是图18中所示的接触位移传感器的线路图。参考图19，在初级线圈63被具有恒定频率的交流电电压激励时，铁芯65允许在每个次级线圈62a和62b中产生交流感应电压。在每个次级线圈62a和62b中产生的感应交流电压在向上和向下的方向随铁芯65的位置而变化。主体66检测这两个感应电压(交流电压)之间的差并放大该差，并将放大的差转变成直流电压。换句话说，接触位移传感器61使用差动变压器原理。
在使用接触位移传感器61时，用以下所述方法检测超导导线20。
参考图18和19，探针64在前表面20a上与超导导线20接触的情况下，在超导导线20的纵向方向相对于超导导线20位移。在图18中，固定探针64，超导导线20如图18中所观察到的那样向右移动。
这里，如果超导导线20的前表面20a在其厚度方向没有位移(或没有缺陷)，铁芯65位于次级线圈62a和62b之间的中间位置，而且在次级线圈62a和62b，分别产生大小相等的感应电压。结果，主体66获得0V的直流电压。相反，如果超导导线68具有气泡68或类似的缺陷，则具有在厚度方向存在位移的前表面20a，然后探针64和铁芯65根据前表面20a如何位移而移动，因此如图18和19中所观察到的那样在向上和向下方向滑动。如果探针64向上滑动，铁芯65朝次级线圈62a移动，而且在次级线圈62a处产生比次级线圈62b处更大的感应电压。结果，主体66获得了具有正值的直流电压。如果探针64向下滑动，那么铁芯65朝次级线圈62b移动，而且在次级线圈62b处产生比次级线圈62a处更大的感应电压。结果，主体66获得了具有负值的直流电压。探针64位移越明显，主体66获得直流电压的大小就越大。
主体66将基于直流电是正或负以及其大小的、有关于超导导线20的前表面20a的位移方面的信息输出。结果，检测出超导导线20是否具有带缺陷的前表面20a。
本实施例提供了检测超导导线20的装置，该装置包括接触位移传感器61，该接触位移传感器61具有：探针64，其在与超导导线20相接触的情况下在超导导线20的纵向方向上相对于超导导线20移动以及还根据超导导线20的位移而移动；附着到探针64的铁芯65；随着铁芯65移动而产生感应电动势的次级线圈62a和62b；以及，输出基于感应电动势的有关超导导线20的位移方面的信息的主体66。
在本实施例中，超导导线20以下述方法检测，该方法包括以下步骤：在与超导导线20接触的情况下，在超导导线20的纵向方向上相对于超导导线20来移动其上附着有铁芯65的探针64；将超导导线20联锁于探针64；并且随着铁芯65移动而在次级线圈62a，62b产生感应电动势，并将基于感应电动势的有关于超导导线20的位移方面的信息输出。
在本实施例中，检测超导导线20的装置和方法可以提供超导导线20的前表面20a如何位移方面的信息。这允许高灵敏度的检测气泡、弯曲、宽度方面的局部变化、变形以及其他类似缺陷。而且，其还允许数字化检测缺陷，而且还可以测量不仅是否存在缺陷，而且还可以测量缺陷的大小、几何形状等。结果，可以更有效的检测超导导线。
在本实施例描述为具有如图19所示的电路的接触位移传感器时，本发明的接触位移传感器并不局限于具有这样的电路，而且可以是任何能输出以线圈中产生的电动势为基础的超导导线20的位移方面的信息的位移传感器。
而且，如下面所述，可以使用光学检测装置和接触位移传感器来检测超导导线20。例如，光学检测装置可以检测哪部分有缺陷，并且将其位置信息传输给接触位移传感器，该接触位移传感器可以测量缺陷的大小、几何形状等。
而且，例如，接触位移传感器可以检测是否有弯曲或类似的大的缺陷，而且光学检测装置可以检测是否有针孔或类似的小的缺陷。因此，根据应用来在灵敏度方面调整光学检测装置和接触位移传感器中的每一个使得计算机可以以降低的时间周期处理信号，因此检测可以更有效的进行。
而且，在本实施例中，作为主体66的功能可以由计算机5(图3)来实现。在那种情况下，初级线圈63和向下变窄62b的次级线圈62a每个都电连接到计算机5。这允许使用单台计算机进行检测。
第八实施例
图20示意性的示出第八实施例中超导导线检测装置的结构。参考图20，本实施例提供了超导导线检测装置，该装置包括在第一到第四实施例的任意一个中所述的光学检测装置加上三个质心测量装置71-73。在沿超导导线20的纵向方向上，首先设置质心测量装置71，随后的是质心测量装置72、以及再后的质心测量装置73，并且每个质心测量装置包括为照明发射激光光束的照明单元74a，以及为接收来自照明单元74a发出的激光光束的感光单元74b。每个照明单元74a设置在超导导线20的前表面20a的上方，每个感光单元74b设置在超导导线20的后表面20b的下方。一对照明单元74a和感光单元74b同轴设置。而且，质心测量装置71-73具有普通计算机75并且具有每个都电连接到计算机75的各自的感光单元74b。
在使用质心测量装置71-73时，用以下所述方法检测超导导线20。
图21示出了在导线没有偏向时超导导线20的中心位置，图22示出了在导线有偏向时超导导线20的中心位置。
参考图20和21，质心测量装置71的照明单元74a发射激光光束F1以在前表面20a照明超导导线20。注意的是，该激光光束F1形成具有比超导导线20的宽度(或在如图21中看到的垂直方向的尺寸)更大的直径的斑点。在激光光束F1中，照明的超导导线20由前表面20a反射，因此没有被感光单元74b接收，而且在激光光束F1中，只有不照明超导导线20的部分(或在图20中由G1所示的部分)被感光单元74b接收。利用感光单元74b接收的光的图案G1，计算机75测量并输出被曝光于激光光束F1的位置处的、以及在宽度方面观察到的导线的中心(或质心)的位置H1处的超导导线20的宽度。
质心测量装置72和73遵循用于测量质心71的类似原理，来分别测量并输出位于激光光束F2和F3分别曝光的位置处的、和在宽度方面观察到的导线20的中心位置H2和H3处的超导导线20的宽度。
这里，如果超导导线20在激光光束F1和激光光束F3曝光的位置之间没有位移(或没有缺陷)，那么从厚度方面观察的位于激光光束F1-F3分别曝光的位置的中心H1-H3的位置都位于与超导导线20的纵向平行的直线L上。相反，如图22所示，例如如果超导导线20弯曲76或在激光光束F1曝光的位置与激光光束F3曝光的位置之间具有类似的缺陷，因而具有在宽度方面观察到的位移，那么中心位置H1-H3的至少一个(在图中，中心H2的位置)偏离了直线L。因此，从中心H1-H3的位置可以检测超导导线20的前表面20a的缺陷。
在本实施例中，检测装置还包括了在超导导线20的纵向方向上排列的质心测量装置71-73以测量宽度方面观察到的超导导线20的中心。
在本实施例中，该检测方法还包括以下步骤：在激光光束F1曝光的位置，测量从宽度方面观察到的超导导线20的中心H1的位置；在导线的纵向方向上与激光光束F1曝光的位置不同的、并曝光于激光光束F2的位置处，测量从宽度方面观察到的超导导线20的中心H2；以及，在导线的纵向方向上与激光光束F1和F2曝光的位置不同的、并曝光于激光光束F3的位置处，测量从宽度方面观察到超导导线20的中心H3的位置。
因此，可以确定中心H1-H3是否都位于直线L上，从而测量超导导线是否具有从宽度方面观察到的、周期性的大的变形(例如偏向、波度、膨胀等)。这与第一到第四实施例的光学检测装置结合使得可以检测很多类型的缺陷，并且检测过程可以更有效的进行。
而且，质心测量装置71-73允许用感光单元74b接收到的光的图案来检测超导导线20在激光光束F1-F3曝光的位置宽度方面如何变化。
注意的是，在本实施例中，质心测量装置71-73测量由感光单元74b接收到的光的图案的中心位置，质心测量装置的原理不限制于此，质心测量装置可以是测量宽度方面观察到的超导导线20的中心位置的任一种。
而且，在本实施例中，作为计算机75的功能可以由计算机5(图3)来实现。在那种情况下，每个感光单元74b电连接到计算机5。这允许使用单台计算机来进行检测。
而且，在第一到第八实施例中检测带形多丝超导氧化物导线的同时，可以检测覆盖有用于提供单丝结构的护套的具有单个的、氧化物超导丝的单丝、超导氧化物导线。而且，除带形超导导线外，未辊轧的、因此为圆形的超导导线也可以被检测。
而且，在第一到第八实施例中，在检测铋基氧化物超导导线时，钇基氧化物超导导线也可以检测或可以检测金属基超导导线。本发明可以广泛用于检测具有任何几何形状的超导导线。
第九实施例
图23概念性的示出本实施例中的超导导线检测装置。参考图23，本实施例提供了检测装置，该装置包括供带盘81、卷带盘82、第一实施例的光学检测装置10、第八实施例的质心测量装置71-73、两个第五实施例的激光位移传感器41以及第六实施例的涡流传感器51。在本实施例中，超导导线检测装置将超导导线20从供带盘81供给卷带盘82并在两者之间进行多种检测(成线检测)。
首先，设置成面对超导导线20相对侧的涡流位移传感器51测量超导导线20以测量例如其端部表面20c如何位移，来检测超导导线20是否弯曲或具有类似缺陷。然后，设置成面对超导导线20的每个前表面和后表面20a和20b的激光位移传感器41在厚度方向测量超导导线20的位移，以例如检测超导导线20是否具有气泡或类似缺陷。激光位移传感器41可以用涡流位移传感器51或第七实施例的接触位移传感器61代替。然后超导导线20由例如三个质心测量装置71-73周期性地对大的缺陷进行检测。而且，还检测超导导线20是否在宽度方面观察到变形。然后用设置成面对超导导线20的每个前表面和后表面20a和20b的光学检测装置10检测超导导线20的前表面和后表面20a和20b是否具有针孔或类似的缺陷。随后，用卷带盘82将超导导线20卷绕起来。
因此，将第一到第八实施例的检测装置适当的结合允许检测超导导线20的多种缺陷，并且检测过程可以更有效的进行。
下面将描述本发明的例子。
第一个例子
在本例子中，使用加压氮气的测试以及检测超导导线的本装置和方法进行比较，并且已经证实了本(光学)检测装置和方法是如何的有效。尤其是，超导导线用以下方法制造：
制备粉末状源材料Bi2CO3、PbO、SrCO3、CaCO3以及CuO以具有原子比为Bi∶Pb∶Sr∶Ca∶Cu＝1.8∶0.3∶1.9∶2.0∶3.0。热处理粉末状源材料并重复研磨以提供由Bi2223相以及非超导相形成的粉末。然后将粉末填塞到银管中，该银管被轮流拉制以获得单丝被覆导线。然后，61根被覆导线捆扎成束并插入轮流拉制的银管中。从而获得具有粉末状源材料填塞的丝的多丝导线。然后辊轧多丝导线以获得具有银比例为1.5，61丝，4.2mm宽度，0.24mm厚度以及400m长的带形多丝导线。然后带形多丝导线放置在840℃的大气中热处理50小时，然后冷却到室温，然后以具有8％的减面率(draft)再次辊轧。随后，将多丝导线放置在835℃的大气中再次热处理50小时以获得超导导线。
然后将用上述方法获得的超导导线在纵向以4m间隔检测其临界电流值在纵向观察是如何分布。临界电流值是在每1cm施加1μV电压时所提供的值。测量临界电流值的结果如图24中所示，示出了在纵向观察到的超导导线提供了基本均匀分布的临界电流。
然后，可视化地检测超导导线的表面是否有裂纹、褪色部分、针孔和/或类似的缺陷，发现该导线具有17个表面缺陷，这些缺陷具有等于或大于100μm的直径。
随后，用传统方法检测超导导线，也就是说，经历使用加压氮气的测试。重复进行该测试很多次使得导线产生隆起以检测该导线是否有缺陷。表1示出了进行该测试的次数与有隆起部分的数量之间的关系。而且，第一次测试进行后，立即以4m为间隔纵向检测该导线的临界电流值在纵向观察到的是怎样分布。结果在图25中示出。
表1
  使用加压氮气的测试进行多少次   隆起部分的数量
    一次     3
    两次     3
    5次     5
    10次     9
参考表1和图25，第一次进行使用加压氮气的测试后，立即在纵向观察到该导线在近似40m、近似280m和近似320m的位置具有隆起。换句话说，在进行一次该测试时，只检测到了17个缺陷中的三个。而且，在进行十次该测试时，只检测到了17个缺陷中的九个。这表示使用加压氮气的测试不能检测所有的缺陷。
随后，使用第一实施例中所述的超导导线检测装置和方法来检测是否有缺陷。这17个缺陷全部检测出来了。因此可以观察出本超导导线检测装置和方法可以比使用加压氮气的传统测试以更高灵敏度检测具有小缺陷的超导导线。
第二个例子
在该例子中，检验了用由同轴照明单元实现的照明单元照明的超导导线如何有效以及用由倾斜照明单元实现的照明单元照明的超导导线如何有效。尤其是，使用类似于第一个例子中所述的方法来制造超导导线。可视化地观测所获得的超导导线以证实其具有如图26(a)所示的褪色部分28和针孔29以及具有如图26(b)中所示的表面裂纹27。随后，用下述三个检测装置检测超导导线的缺陷。结果在表2中示出。
检测装置A：该检测装置如第一实施例中所述(包括同轴照明单元的检测装置)构造。
检测装置B：该检测装置如第二实施例中所述(包括倾斜照明单元的检测装置)构造。
检测装置C：一个包括由半球形照明实现的照明单元的检测装置。注意的是，半球形照明是一种比LED具有更少方向性的光学照明，其在比LED更广的范围外发射光。
表2
  褪色部分或针孔   表面裂纹
  检测装置A     1     2
  检测装置B     2     1
  检测装置C     2     2
1：高灵敏度检测
2：检测
参考表2，检测装置A-C都成功的检测了缺陷。尤其是，检测装置A能高灵敏度检测表面褪色和针孔。如图27(a)中所示，检测装置A清晰的检测了图26(a)的褪色部分28和针孔29。而且，尤其是，检测装置B能高灵敏度检测表面裂纹。如图27(b)中所示，检测装置B清晰的检测了图26(b)中所示的表面裂纹27。
第三个例子
在该例子中，证实了第七实施例中所述的接触位移传感器是如何的有效。尤其是，首先使用下面的方法来制造超导导线。
制备粉末状源材料Bi2CO3、PbO、SrCO3、CaCO3以及CuO以具有原子比为Bi∶Pb∶Sr∶Ca∶Cu＝1.8∶0.3∶1.9∶2.0∶3.0。热处理粉末状源材料并重复研磨以提供由Bi2223相以及非超导相形成的粉末。然后将粉末填塞到银管中，该银管被轮流拉制以获得单丝被覆导线。然后，61根被覆导线捆扎成束并插入轮流拉制的银管中。从而获得具有粉末状源材料填塞的丝的多丝导线。然后辊轧多丝导线以获得具有银比例为2.5，61丝，4.0mm宽度，0.26mm厚度以及1，300m长的带形多丝导线。然后带形多丝导线放置在840℃的大气中热处理50小时，然后冷却到室温，然后以具有10％的减面率再次辊轧。结果，获得了具有4.2mm宽度和0.24mm厚度的多丝导线。随后，将多丝导线放置在835℃的大气中再次热处理50小时以获得超导导线。
随后，使用第一实施例中所述的光学检测装置和方法来检测超导导线是否具有缺陷。没有检测到针孔、表面中的裂纹或类似缺陷。随后，使用第七实施例中所述的接触位移传感器和应用其的检测方法，来测量纵向观察到的以2mm间隔的、厚度方向的超导导线的位移。结果在图28中示出。
参考图28，在七个位置检测具有厚度超过0.25mm的导线。测量后可视化地观测这些位置以证实由于热处理产生的气泡。该气泡是致使超导电流降低的缺陷部分。
从上述结果可以发现，本发明的涡流位移传感器允许高精度的检测气泡或类似缺陷。
第四个例子
在该例子中，证实了第五实施例中所述的激光位移传感器是如何的有效。尤其是，使用第五实施例中所述的激光位移传感器和应用其的检测方法，对于第三个例子中制造的超导导线20来检测在纵向观察到的2mm间隔的、宽度方面观察到的位移。结果在图29中示出。
参考图29，在四个位置检测宽度超过4.25mm的导线。测量后可视化地观测这些位置以证实该导线的宽度方面在局部有增加。
从上述结果可以发现，本发明的激光位移传感器允许高精度检测宽度方面的变形或类似缺陷。
第五个例子
在这个例子中，证实了第八实施例中所述的质心测量装置是如何的有效。尤其是，使用第八实施例中所述的这三个质心测量装置和应用其的检测方法，来测量第三实施例中制造的从宽度方面观察到的超导导线20的中心位置，以输出由位于对侧的两个质心测量装置(如图20中所观察到的质心测量装置71和73)计算的中心位置和由位于中心的质心测量装置(如图20中观察到的质心测量装置72)计算的中心位置之间的差。结果在图30中示出。
参考图30，检测在28m附近的位置具有波峰的导线。检测后观察该位置，以证实该导线具有等于或大于20,000m曲率半径的弯曲。
从上述结果可以发现，本发明的质心测量装置可以以高精度周期性地检测导线的大的弯曲。
应该理解的是，这里公开的实施例和例子在任何方面都是示意性的而不是限制性的。本发明的范围由权利要求确定，而不是上述实施例和例子，并且旨在包括该范围内与权利要求相等的含义的所有变形。
工业实用性
本发明广泛用于检测具有任何几何形状的超导导线，尤其是适合于检测带形的超导氧化物导线。

Claims (10)

1.一种检测超导导线的装置(10)，包括：
发射用于照明超导导线(20)的光的照明单元(1，2)；
接收来自所述超导导线的光的感光单元(3)；
累积并输出由所述感光单元接收到的光量的输出单元(5)；以及
激光位移传感器(41)，所述激光位移传感器(41)包括激光照明单元(43)、激光接收单元(44)以及输出单元(45)，其中所述激光照明单元(43)在所述超导导线的纵向方向上相对于所述超导导线(20)移动时发射激光光束(D)以照明所述超导导线(20)，所述激光接收单元(44)接收由所述超导导线反射的激光光束(E)，所述输出单元(45)相关于所述激光位移传感器并输出以所述激光接收单元接收光的位置为基础的、与所述超导导线的位移有关的信息。
2.根据权利要求1所述的检测超导导线的装置，其中所述感光单元(3)是接收反射光的感光单元，其主要接收由所述超导导线(20)反射的光(B1)。
3.根据权利要求1所述的检测超导导线的装置，其中所述感光单元(3)是接收漫射光的感光单元，其主要接收由所述超导导线(20)漫射的光(C2)。
4.根据权利要求1所述的检测超导导线的装置，其中所述照明单元(1)是用于发射垂直于所述超导导线(20)的前表面(20a)的方向的光、以照明所述前表面(20a)的同轴照明单元。
5.根据权利要求1所述的检测超导导线的装置，其中所述照明单元(3)是发射与垂直于所述超导导线(20)的前表面(20a)的方向成一角度的方向的光、以照明所述前表面(20a)的倾斜照明单元。
6.一种检测超导导线的方法，包括以下步骤：
发射用于照明超导导线(20)的光；
接收来自所述超导导线的光；
累积和输出接收到的光量；以及
发射所述超导导线(20)的纵向方向的激光光束(D)以照明所述导线；
接收由所述超导导线反射的所述激光光束(E)；以及
输出以接收所述激光光束的位置为基础的有关所述超导导线的位移的信息。
7.根据权利要求6所述的检测超导导线的方法，其中接收步骤包括主要接收由所述超导导线(20)反射的光。
8.根据权利要求6所述的检测超导导线的方法，其中接收步骤包括主要接收由所述超导导线(20)漫射的光。
9.根据权利要求6所述的检测超导导线的方法，其中发射步骤包括发射垂直于所述超导导线(20)的前表面(20a)的方向的光以照明所述前表面(20a)。
10.根据权利要求6所述的检测超导导线的方法，其中发射步骤包括在发射与垂直于所述超导导线(20)的前表面(20a)的方向成一角度的方向的光以照明所述前表面(20a)。
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