CN105866238A - 一种高温超导带材检测系统 - Google Patents

一种高温超导带材检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种高温超导带材检测系统，包括沿待测超导带材运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，所述磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦中，且位于所述杜瓦内的待测超导带材位于所述液氮液面下；所述磁路探测装置包括励磁组件和磁路测量组件；所述二维扫描平台包括沿所述待测超导带材运行方向设置的再励磁组件、二维扫描支撑架和设置于所述二维扫描支撑架上的霍尔探针组件，所述霍尔探针组件上的霍尔探针针头正对所述待测超导带材、且位于所述液氮液面下。本发明公开的一种高温超导带材检测系统，无需配合精密的传动系统，快速实现待测超导带材的精细测量。

Description

一种高温超导带材检测系统
技术领域
本发明涉及高温超导技术领域，特别是涉及一种高温超导带材检测系统。
背景技术
高温超导限流器、磁储能系统、可控电抗器等超导电工装置在电力领域的应用越来越广泛，超导带材是这些设备的必备材料，直接影响其设备性能，目前超导带材已实现产业化生产，随之而来的问题却是针对大量生产的带材进行分析检测，判断是否满足使用标准。
现有技术中，使用较多的是霍尔矩阵测量方法，利用霍尔矩阵测量方法在测量过程中要求待测超导带材与霍尔探头相位位置的震动极小。
但是，震动极小的要求需要配合精密的传动系统带动待测超导带材，而现实情况难以满足，造成测量过程中的误差很大。
发明内容
本发明实施例中提供了一种高温超导带材检测系统，以解决现有技术中测量过程中误差很大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
本发明公开了一种高温超导带材检测系统，包括沿待测超导带材运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，所述磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦中，且位于所述杜瓦内的待测超导带材位于所述液氮液面下；
所述磁路探测装置包括励磁组件和磁路测量组件；
所述二维扫描平台包括沿所述待测超导带材运行方向设置的再励磁组件、二维扫描支撑架和设置于所述二维扫描支撑架上的霍尔探针组件，所述霍尔探针组件上的霍尔探针针头正对所述待测超导带材、且位于所述液氮液面下。
优选地，所述励磁组件设置为开有缺口的第一环形磁铁，所述第一环形磁铁上设置有绕组；
所述磁路测量组件包括对称开有两个缺口的第二环形磁铁和设置在所述第二环形磁铁其中一个缺口上的霍尔探头，两个所述缺口关于所述第二环形磁铁的中心对称；
所述待测超导带材依次贯穿所述第一环形磁铁和第二环形磁铁的缺口。
优选地，所述励磁组件设置为对称开有缺口的第三环形磁铁，两个所述缺口关于所述第三环形磁铁的中心对称，所述第三环形磁铁上设置有绕组；
所述磁路测量组件设置为霍尔探头，所述霍尔探头设置于所述第三环形磁铁的其中一个缺口处，所述第三环形磁铁的另一个缺口处贯穿所述待测超导带材。
优选地，所述励磁组件设置为开有缺口的第四环形磁铁，所述待测超导带材贯穿所述缺口；
所述磁路测量组件包括磁路测量电路，所述磁路测量电路绕制在所述第四环形磁铁上。
优选地，所述二维扫描支撑架与所述待测超导带材运行方向垂直设置，所述霍尔探针组件包括一个霍尔探针，所述霍尔探针设置于所述二维扫描支撑架上、且所述霍尔探针针头靠近所述待测超导带材。
优选地，所述二维扫描支撑架位于所述待测超导带材上方；
所述霍尔探针组件包括2-20个霍尔探针，所述霍尔探针交替错位排布于所述二维扫描支撑架上，且所述霍尔探针针头靠近所述待测超导带材。
优选地，所述二维扫描支撑架位于所述待测超导带材上方；
所述霍尔探针组件包括2-20个霍尔探针，所述霍尔探针密布排列于所述二维扫描支撑架上，且所述霍尔探针针头靠近所述待测超导带材。
优选地，所述再励磁组件设置为绕制有绕组的第五环形磁铁，所述第五环形磁铁上开有缺口，所述待测超导带材贯穿所述缺口。
优选地，所述霍尔探针针头与所述待测超导带材之间的距离为0.2mm-5mm。
优选地，所述磁路探测装置的上游和二维扫描平台的下游分别设置有带动所述待测超导带材运行的绕线盘。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的高温超导带材检测系统，包括沿待测超导带材运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，所述磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦中，且位于所述杜瓦内的待测超导带材位于所述液氮液面下；所述磁路探测装置包括励磁组件和磁路测量组件；所述二维扫描平台包括沿所述待测超导带材运行方向设置的再励磁组件、二维扫描支撑架和设置于所述二维扫描支撑架上的霍尔探针组件，所述霍尔探针组件上的霍尔探针针头正对所述待测超导带材、且位于所述液氮液面下。
待测超导带材经过励磁组件产生的磁场内，磁路测量组件通过测量周围磁场磁矩的变化，通过粗略测量定性判断待测超导带材上的缺陷，并对缺陷进行标记。然后待测超导带材运行到二维扫描平台后，霍尔探针组件对标记的缺陷部位进行精细测量，实现缺陷的定量分析，并对缺陷的具体位置进行精准定位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高温超导带材检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高温超导带材检测系统的侧面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种霍尔探针组件排布结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种霍尔探针组件排布结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种高温超导带材检测系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种高温超导带材检测系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种磁路探测装置的结构示意图。
图1-图7中，符号表示：
1-励磁组件，2-磁路测量组件，3-霍尔探头，4-再励磁组件，5-霍尔探针组件，6-二维扫描支撑架，7-超导带材，8-磁路测量电路，9-样品试验台，10-杜瓦。
具体实施方式
本发明实施例提供一种高温超导带材检测系统，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
本发明提供的高温超导带材检测系统利用励磁后的高温超导体产生的感生磁场变化确定带材缺陷区域，主要原理是，高温超导带材经过励磁后的线圈产生感应电流，利用磁路积分带材磁化电流的整体磁矩，通过得到的磁矩推算出电流数据，根据电流数据反映带材缺陷。
参见图1，为本发明实施例提供的一种高温超导带材检测系统的结构示意图。
如图中所示本发明实施例提供的一种高温超导带材检测系统包括沿待测超导带材7运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，其中，待测超导带材7的运行方向沿图中坐标系的X轴方向运行。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种高温超导带材检测系统的侧面结构示意图。
图2所示为图1所述的一种高温超导带材检测系统对应的侧面结构示意图，由图中可知，在磁路探测装置的上游和二维扫描平台的下游分别设置有带动待测超导带材7运行的绕线盘，磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦10内。带动待测超导带材7运行的绕线盘之间的磁路探测装置和二维扫描平台用于检测高温超导带材，由于高温超导带材在低温下导电，所以为了检测高温超导带材的性能标准，需要在低温环境下对超导带材进行检测，因此，磁路探测装置和二维扫描平台位于装有液氮的密闭杜瓦10内，且位于杜瓦10内的一段待测超导带材7位于液氮的液面下，也就是说位于杜瓦10内的一段待测超导带材7浸入液氮内。
待测超导带材7依次通过励磁组件1和磁路测量组件2进行粗略测量，检测出缺陷并进行区域性标记，随后经过再励磁组件4后，到达样品试验台9对待测超导带材7进行精细检测，样品试验台9上方设置有二维扫描平台，二维扫描平台对待测超导带材7进行精细检测。
磁路探测装置包括励磁组件1和磁路测量组件2，其中励磁组件1用于产生磁场，磁路测量组件2用于测量待测超导带材7经过磁场时感应产生的电流，以及测量周围磁矩的变化。其中，励磁组件1设置为开有缺口的第一环形磁铁，在第一环形磁铁上设置有绕组，用于感应产生磁场。待测超导带材7贯穿第一环形磁铁上的缺口运行。
磁路测量组件2包括第二环形磁铁和设置在第二环形磁铁上的霍尔探头3，其中第二环形磁铁上关于第二环形磁铁的中心对称设置有两个缺口，霍尔探头3设置在其中一个缺口内，另一个缺口与第一环形磁铁上的缺口对应，并且待测超导带材7贯穿第二环形磁铁上的缺口运行。第一环形磁铁和第二环形磁铁沿待测超导带材7依次设置，待测超导带材7先通过第一环形磁铁上的缺口，再通过第二环形磁铁上的缺口。
二维扫描平台包括沿待测超导带材7运行方向设置的再励磁组件4、二维扫描支撑架6和设置于二维扫描支撑架6上的霍尔探针组件5。其中，再励磁组件4设置为绕制有绕组的第五环形磁铁，在第五环形磁铁上开有缺口，待测超导带材7贯穿第五环形磁铁上的缺口运行。
二维扫描支撑架6设置为L型支撑架，其中，支撑架的一侧设置在图中所示坐标系的X轴方向上，与待测超导带材7的运行方向平行，另一侧与待测超导带材7的运行方向垂直，位于图中所示的Y轴方向上，且位于待测超导带材7的上方。霍尔探针组件5设置在二维扫描支撑架6与待测超导带材7的运行方向垂直的一侧，且霍尔探头3的头部正对待测超导带材7。二维扫描支撑架6设置为可活动的支撑架，也可以设置为固定的支撑架。
图1中的霍尔探针组件5包括一个探针，霍尔探针设置在二维扫描支撑架6上，且位于待测超导带材7的正上方，霍尔探针的针头与待测超导带材7之间的距离设置为0.2mm-5mm。另外，霍尔探针的针头位于杜瓦10内液氮的液面下。此时，二维扫描支撑架6设置为可活动的支撑架，保证二维扫描支撑架6上的霍尔探针能够对标记缺陷部位进行精细扫描。
参见图3，本发明实施例提供了一种霍尔探针组件5排布结构示意图。
如图所示，在位于待测超导带材7上方的二维扫描支撑架6上交替错位排布有霍尔探针，霍尔探针的数量为2-20个。在待测超导带材7正上方的宽度上设置多个霍尔探针，保证待测超导带材7的宽度方向上均被探测到，增加霍尔探针的测试面积，同时提高检测速度。
参见图4，为本发明实施例提供的另一种霍尔探针组件5排布结构示意图。
如图中所示，霍尔探针组件5包括多个霍尔探针，多个霍尔探针密布排列在二维扫描支撑架6上，多个霍尔探针针头正对待测超导带材7，在待测超导带材7的宽度上采集测量数据，有效保证精细测量。图3和图4中所述的霍尔探针组件5中的霍尔探针针头均位于杜瓦10内液氮的液面下。
参见图5，为本发明实施例提供的另一种高温超导带材检测系统的结构示意图。
如图中所示，励磁组件1设置为对称开有缺口的第三环形磁铁，两个缺口关于第三环形磁铁的中心对称，在第三环形磁铁上绕制有绕组。磁路测量组件2设置为霍尔探头3，霍尔探头3设置于第三环形磁铁的其中一个缺口中，第三环形磁铁的另一个缺口贯穿待测超导带材7。此发明实施例中的励磁组件1和磁路测量组件2共用一个环形磁铁，且环形磁铁上绕制有绕组。
参见图6，为本发明实施例提供的又一种高温超导带材检测系统结构示意图。
如图中所示，本发明实施例提供的高温超导带材检测系统中的励磁组件1设置为开有一个缺口的第四环形磁铁，待测超导带材7贯穿缺口运行。
磁路测量组件2包括磁路测量电路8，磁路测量电路8绕制在第四环形磁铁上，与绕制在第四环形磁铁上的绕组连接。通过绕组依次与数据采集卡和采集终端相连接。待测超导带材7在经过励磁电路后产生感应涡流，通过连接磁路测量电路8的第四环形磁铁时可以通过测量磁场的变化率反应超导带材的缺陷情况。
参见图7，为本发明实施例提供的一种磁路探测装置结构示意图。
图中所示的磁路探测装置包括五个励磁组件1，以及与励磁组件1匹配的磁路测量组件2，每个励磁组件1设置为开有两个缺口的环形磁铁，五个环形磁铁上的其中一个缺口均贯穿有待测超导带材7，另一个缺口设置有磁路测量组件2。磁路测量组件2设置为霍尔探头3，霍尔探头3正对待测超导带材7。
五个环形磁铁如图7所示错位排放，每个环形磁铁之间的距离相同，每个环形磁铁的缺口沿待测带材运行方向正对待测超导带材7的面积依次增加，直到最后一个环形磁铁的缺口的完全覆盖待测超导带材7。按上述方式排放可以在待测查到带材的宽度方向上划分区域，每个霍尔探头3检测一个区域，这样一旦在某个区域发现缺陷，便可以对相应区域做针对性精细检测。
本发明实施例提供的高温超导带材检测系统的检测过程如下所示：
待测超导带材7在经过励磁组件1和磁路测量组件2时，霍尔探头3或磁路测量电路8通过测量周围磁矩的变化，发现待测超导带材7上的缺陷。为了进一步确定缺陷的精确位置，需要进行精细查找，首先需要对缺陷部位进行区域性标记，标记范围在1-2cm范围内，接下来将待测超导带材7送至二维扫描平台进行准确测量。
当霍尔探针组件5包括一个霍尔探针时，待测超导带材7上缺陷标记处运行到霍尔探针处时，待测超导带材7运行控制系统控制绕线盘停止运行，使待测超导带材7上的缺陷标记处位于霍尔探针下，在样品试验台9上通过霍尔探针运动扫描，对标记缺陷处的磁场变化进行精细测量，配合相关软件和毕奥萨伐尔反卷积算法得到电流信息，然后通过电流即可推算出带材上微小缺陷点。
当霍尔探针组件5包括多个霍尔探针时，待测超导带材7上缺陷标记处运行到霍尔探针处时，待测超导带材7运行系统控制绕线盘减速运行，此时多个霍尔探针在待测超导带材7的宽度上同时测量缺陷标记处带材表面的磁场变化，实现缺陷的定量分析，并对缺陷的具体位置进行精准定位。
另一种检测流程是，将待测超导带材7均通过励磁组件1和磁路测量组件2进行粗略测量，定性标记缺陷的位置，待全部测量完后，使待测超导带材7反向运行，对标记的缺陷部分在二维扫描平台进行精细扫描，并定量确定微小缺陷点，实现缺陷的精准定位。
由上述实施例可见，本发明实施例提供的高温超导带材检测系统包括沿待测超导带材7运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，所述磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦10中，且位于杜瓦10的待测超导带材7位于液氮的液面下。磁路探测装置包括励磁组件1和磁路测量组件2，其中，励磁组件1用于产生磁场，磁路测量组件2用于测量磁场中的磁矩变化，并根据磁矩变化转化成电流数据，从而根据电流数据对待测超导带材7上的缺陷进行定性定位，并对缺陷部位进行区域性标记。当待测超导带材7运行到二维扫描平台时，通过设置在二维扫描支撑架6上的霍尔探针组件5，对标记缺陷部位进行精细扫描和测量，实现缺陷的精准定位。
待测超导带材7在运行过程中带材与霍尔探头3的相对位置震动小，保证测量的稳定性。同时，结合磁路测量的粗测量，以及二维扫描平台的精细测量，粗测量提高了测量速度，精细测量提高了测量的精度，保证了检测过程的速度和精度。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高温超导带材检测系统，其特征在于，包括沿待测超导带材(7)运行方向依次设置的磁路探测装置和二维扫描平台，所述磁路探测装置和二维扫描平台设置于装有液氮的密闭杜瓦(10)中，且位于所述杜瓦(10)内的待测超导带材(7)位于所述液氮液面下；
所述磁路探测装置包括励磁组件(1)和磁路测量组件(2)；
所述二维扫描平台包括沿所述待测超导带材(7)运行方向设置的再励磁组件(4)、二维扫描支撑架(6)和设置于所述二维扫描支撑架(6)上的霍尔探针组件(5)，所述霍尔探针组件(5)上的霍尔探针针头正对所述待测超导带材(7)、且位于所述液氮液面下。
2.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述励磁组件(1)设置为开有缺口的第一环形磁铁，所述第一环形磁铁上设置有绕组；
所述磁路测量组件(2)包括对称开有两个缺口的第二环形磁铁和设置在所述第二环形磁铁其中一个缺口上的霍尔探头(3)，两个所述缺口关于所述第二环形磁铁的中心对称；
所述待测超导带材(7)依次贯穿所述第一环形磁铁和第二环形磁铁的缺口。
3.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述励磁组件(1)设置为对称开有两个缺口的第三环形磁铁，两个所述缺口关于所述第三环形磁铁的中心对称，所述第三环形磁铁上设置有绕组；
所述磁路测量组件(2)设置为霍尔探头(3)，所述霍尔探头(3)设置于所述第三环形磁铁的其中一个缺口处，所述第三环形磁铁的另一个缺口处贯穿所述待测超导带材(7)。
4.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述励磁组件(1)设置为开有一个缺口的第四环形磁铁，所述待测超导带材(7)贯穿所述缺口；
所述磁路测量组件(2)包括磁路测量电路(8)，所述磁路测量电路(8)绕制在所述第四环形磁铁上。
5.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述二维扫描支撑架(6)与所述待测超导带材(7)运行方向垂直设置，所述霍尔探针组件(5)包括一个霍尔探针，所述霍尔探针设置于所述二维扫描支撑架(6)上、且所述霍尔探针针头正对所述待测超导带材(7)。
6.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述二维扫描支撑架(6)位于所述待测超导带材(7)上方；
所述霍尔探针组件(5)包括2-20个霍尔探针，所述霍尔探针交替错位排布于所述二维扫描支撑架(6)上，且所述霍尔探针针头均正对所述待测超导带材(7)。
7.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述二维扫描支撑架(6)位于所述待测超导带材(7)上方；
所述霍尔探针组件(5)包括2-20个霍尔探针，所述霍尔探针密布排列于所述二维扫描支撑架(6)上，且所述霍尔探针针头靠近所述待测超导带材(7)。
8.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述再励磁组件(4)设置为绕制有绕组的第五环形磁铁，所述第五环形磁铁上开有缺口，所述待测超导带材(7)贯穿所述缺口。
9.根据权利要求5所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述霍尔探针针头与所述待测超导带材(7)之间的距离为0.2mm-5mm。
10.根据权利要求1所述的高温超导带材检测系统，其特征在于，所述磁路探测装置的上游和二维扫描平台的下游分别设置有带动所述待测超导带材(7)运行的绕线盘。
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