CN111044572B - 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法 - Google Patents

一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111044572B
CN111044572B CN201911178910.8A CN201911178910A CN111044572B CN 111044572 B CN111044572 B CN 111044572B CN 201911178910 A CN201911178910 A CN 201911178910A CN 111044572 B CN111044572 B CN 111044572B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
superconducting
power supply
superconducting coil
magnetic pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911178910.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111044572A (zh
Inventor
李位勇
彭思思
郭祥华
董琦
代义军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Original Assignee
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC filed Critical Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority to CN201911178910.8A priority Critical patent/CN111044572B/zh
Publication of CN111044572A publication Critical patent/CN111044572A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111044572B publication Critical patent/CN111044572B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高温超导线圈无损探伤装置，包括背场扫描组件、低温组件、磁体励磁与信号采集装置和带测试软件的主机；背场扫描组件由XY两轴滑台，驱动电机，控制器，磁极探头，背场电源组成；磁体励磁与信号采集装置包括超导磁体电源，电压采集装置；低温组件包括补偿线圈和液氮槽；测试软件控制XY两轴滑台带动磁极探头按设定的轨迹移动，控制背场电源使磁极探头输出设定磁场，控制超导磁体电源输出设定电流，采集超导线圈电压信号并进行分析；还公开了其探伤方法；本探伤装置可在不对超导线圈进行破环性处理的基础上，对线圈局部受损区域的位置进行探测，因而对磁体的设计和加工艺研究有很好的促进作用。

Description

一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法
技术领域
本发明属于高温超导磁体技术，特别涉及线圈局部损伤区域探测与定位的装置，以及探伤方法。
背景技术
高温超导材料具有高临界转变温度，可在液氮温度条件下工作，操作方便，是具有实用意义的新能源材料，可广泛应用于能源、国防、交通、医辽等领域。目前已具备产业化生产和工程应用条件的主要有一代高温超导带材（Bi2223），二代高温超导带材（YBCO）。
高温超导带材虽然有较高的载流能力，但其机械强度不高，特别是二代高温超导带材，但其层间剥离强度仅有几十MPa。超导线圈作为超导带材应用的主要载体，在线圈绕制过程，真空浇注固化后降温过程和励磁过程易发生层间剥离，使线圈的载流能力大幅衰减。
线圈损伤区域的检测和定位可用于改善超导线圈的设计和加工工艺，目前有关线圈探伤的研究主要基于有机容剂浸泡超导线圈，待环氧树脂溶解后，将超导线卷入线盘，用长带检测设备测试超导带，确定超导带受损区域，然后反推线圈受损位置。这种方法需使用大量有机溶剂，对工作环境要求较高，还需处理有机废液；另外，超导带在线圈分解的过程可受损，导致产生错误的检测结果。
发明内容
为了克服现有技术缺点，本发明的目地之一是提供一种高温超导线圈无损探伤装置。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导线圈无损探伤装置，包括背场扫描组件、低温组件、磁体励磁与信号采集装置和带测试软件的计算机主机；所述的背场扫描组件包括与主机连接的控制器和背场电源，所述的控制器上依次连接有驱动电机和由驱动电机驱动的XY两轴滑台，所述的XY两轴滑台上设置有磁极探头，所述的磁极探头与背场电源连接；所述的低温组件包括液氮槽和固定于液氮槽内的补偿线圈；所述的磁体励磁与信号采集装置包括分别与主机连接的超导磁体电源和电压采集装置，所述的超导磁体电源和电压采集装置分别串接在补偿线圈和被测超导线圈的两端。
所述的一种高温超导线圈无损探伤装置，其XY两轴滑台为高精度滚珠丝杠、滑动导轨和减速器组成的封闭式防水结构。
所述的一种高温超导线圈无损探伤装置，其磁极探头由直流电源和固定在XY两轴滑台上的铁芯、励磁线圈组成，用于在铁芯尖部产生0.1～0.5T的磁场。
所述的一种高温超导线圈无损探伤装置，其超导磁体电源由对超导线圈进行励磁的直流电源和释放超导线圈中电磁能的释能电阻组成。
所述的一种高温超导线圈无损探伤装置，其补偿线圈由高临界电流超导线绕制而成，采用玻璃纤维布进行绑扎固定。
所述的一种高温超导线圈无损探伤装置，其液氮槽由不锈钢的内胆和用热导率低的材料制备的外壳组成。
本发明的目地之二是提供的一种高温超导线圈无损探伤方法，基于上述无损探伤装置，具体步骤为：
步骤1，将与补偿线圈相同的匝数和外形尺寸的被测超导线圈固定于液氮槽中，保证补偿线圈的励磁能力明显优于被测超导线圈，两端分别用测试线连接超导磁体电源和电压采集装置；
步骤2，在液氮槽内注入液氮，使被测超导线圈温度降至77K；
步骤3，使被测超导线圈与补偿线圈电流流入方向相反，抵消对方产生的磁场，对超导线圈进行励磁，获得被测超导线圈I-V关系曲线及线圈的临界电流值Ic；
步骤4，复位Y两轴滑台，确定磁极探头与被测超导线圈的相对位置关系；
步骤5，控制超导磁体电源输出90%Ic电流值，控制背场电源使磁极探头输出10%额定磁场，主机运行测试软件控制XY两轴滑台带动磁极探头按设定的轨迹移动，对被测超导线圈进行扫描，按时间记录磁极探头的磁场强度、位置坐标、磁体电流和电压数据；设定电流，采集超导线圈电压信号并进行分析；
步骤6，如磁体电压没达到失超判据电压值，按10%额定磁场步长增加磁极探头磁场值，重复步骤5；
步骤7，数据分析，若磁极探头在某个域区，磁体出现明显电压降时，表明此区域超导带材有损伤，并由电压值的大小对损伤程度进行判断。
本发明的有益效果是：本超导线圈探伤装置和探伤方法很好的解决了现有技术中线圈探伤方法存在的问题，可在不对超导线圈进行破环性处理的基础上，对线圈局部受损区域的位置进行探测，因而对磁体的设计和加工艺研究有很好的促进作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
各附图标记为：1—主机，2—XY两轴滑台，3—驱动电机，4—控制器，5—磁极探头，6—背场电源，7—超导磁体电源，8—电压采集装置，9—补偿线圈，10—液氮槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开的一种高温超导线圈无损探伤装置，包括背场扫描组件（磁极二维扫描组件）、低温组件、磁体励磁与信号采集装置和带测试软件的计算机主机1。
所述的背场扫描组件由XY两轴滑台2，驱动电机3，控制器4，磁极探头5，背场电源6组成；所述的XY两轴滑台2采用封闭式防水设计，由驱动电机3，高精度滚珠丝杠精度±0.03mm，滑动导轨，减速器，控制器4等硬件组成，软件方面配备程序可按设定轨迹移动；所述的磁极探头5由铁芯、励磁线圈、直流电源、控制软件组成，铁芯、励磁线圈固定于XY两轴滑台2上，在铁芯的尖部可产生0.1～0.5T磁场。
所述的磁体励磁与信号采集装置由超导磁体电源7和电压采集装置8组成；超导磁体电源7由直流电源，释能电阻组成，直流电源在主机1的控制下对超导线圈进行励磁，释能电阻用于释放超导线圈中的电磁能，进而保护线圈；电压采集装置8用于采集被测超导线圈和补偿线圈9两侧的电压，并进行分析，当电压信号超导阈值时，触发保护电路。
所述的低温组件由补偿线圈9和液氮槽10组成；补偿线圈9与被测超导线圈有相同的匝数和外形尺寸，采用高临界电流超导线绕制而成，用玻璃纤维布进行绑扎固定，而不使用环氧填充，避免局部受损；液氮槽10由内胆和外壳组成，内胆用不锈钢制备，用于装载液氮，同时用于固定超导线圈，外壳用热导率低的材料制备，减少漏热。
所述主机1配备软件可对XY两轴滑台2、磁极探头5、超导磁体电源7和电压采集装置8进行联合控制，记录磁极探头5的磁场强度、位置坐标信息及被测磁体的电压、电流信息，并可进行在线分析。
所述被测超导线圈、补偿线圈9励磁时，电流流入方向相反，抵消对方产生的磁场。
本发明公开的一种高温超导线圈无损探伤方法，包括如下步骤。
步骤1，将与补偿线圈9相同的匝数和外形尺寸的被测超导线圈固定于液氮槽10中，保证补偿线圈9的励磁能力明显优于被测超导线圈，两端分别用电缆连接超导磁体电源7和电压采集装置8。
步骤2，在液氮槽10内注入液氮，使被测超导线圈温度降至77K。
步骤3，使被测超导线圈与补偿线圈9电流流入方向相反，抵消对方产生的磁场，对超导线圈进行励磁，获得被测超导线圈I-V关系曲线及线圈的临界电流值Ic。
步骤4，复位Y两轴滑台2，确定磁极探头5与被测超导线圈的相对位置关系。
步骤5，控制超导磁体电源7输出90%Ic电流值，控制背场电源6使磁极探头5输出10%额定磁场，主机1运行测试软件控制XY两轴滑台2带动磁极探头5按设定的轨迹移动，对被测超导线圈进行扫描，按时间记录磁极探头5的磁场强度、位置坐标、磁体电流和电压数据；设定电流，采集超导线圈电压信号并进行分析。
步骤6，如磁体电压没达到失超判据电压值，按0.05T 步长增加磁极探头5磁场值，重复步骤5。
步骤7，数据分析，若磁极探头5在某个域区，磁体出现明显电压降时，表明此区域超导带材有损伤，并由电压值的大小对损伤程度进行判断。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高温超导线圈无损探伤方法，其特征在于，基于包括背场扫描组件、低温组件、磁体励磁与信号采集装置和带测试软件的主机（1）的探伤装置，所述的背场扫描组件包括与主机（1）连接的控制器（4）和背场电源（6），所述的控制器（4）上依次连接有驱动电机（3）和由驱动电机（3）驱动的XY两轴滑台（2），XY两轴滑台（2）为高精度滚珠丝杠、滑动导轨和减速器组成的封闭式防水结构，所述的XY两轴滑台（2）上设置有磁极探头（5），所述的磁极探头（5）与背场电源（6）连接，由直流电源和固定在XY两轴滑台（2）上的铁芯、励磁线圈组成，用于在铁芯尖部产生0.1～0.5T的磁场；
所述的低温组件包括液氮槽（10）和固定于液氮槽（10）内的补偿线圈（9），所述的液氮槽（10）由不锈钢的内胆和用热导率低的材料制备的外壳组成；
所述的磁体励磁与信号采集装置包括分别与主机（1）连接的超导磁体电源（7）和电压采集装置（8），所述的超导磁体电源（7）和电压采集装置（8）分别串接在补偿线圈（9）的两端，超导磁体电源（7）由对超导线圈进行励磁的直流电源和释放超导线圈中电磁能的释能电阻组成，补偿线圈（9）由高临界电流超导线绕制而成，采用玻璃纤维布进行绑扎固定，步骤为：
步骤1，将与补偿线圈（9）相同的匝数和外形尺寸的被测超导线圈固定于液氮槽（10）中，两端分别用测试线连接超导磁体电源（7）和电压采集装置（8）；
步骤2，在液氮槽（10）内注入液氮，使被测超导线圈温度降至77K；
步骤3，使被测超导线圈与补偿线圈（9）电流流入方向相反，抵消对方产生的磁场，对超导线圈进行励磁，获得被测超导线圈I-V关系曲线及线圈的临界电流值Ic；
步骤4，复位X Y两轴滑台（2），确定磁极探头（5）与被测超导线圈的相对位置关系；
步骤5，控制超导磁体电源（7）输出90%Ic电流值，控制背场电源（6）使磁极探头（5）输出10%额定磁场，主机（1）控制XY两轴滑台（2）带动磁极探头（5）按设定的轨迹移动，对被测超导线圈进行扫描，按时间记录磁极探头（5）的磁场强度、位置坐标、磁体电流和电压数据；
步骤6，按10%额定磁场步长增加磁极探头（5）磁场值，重复步骤5；
步骤7，若磁极探头（5）在某个域区出现明显电压降，表明此区域超导带材有损伤，并由电压值的大小对损伤程度进行判断。
CN201911178910.8A 2019-11-27 2019-11-27 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法 Active CN111044572B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911178910.8A CN111044572B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911178910.8A CN111044572B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111044572A CN111044572A (zh) 2020-04-21
CN111044572B true CN111044572B (zh) 2022-12-09

Family

ID=70233662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911178910.8A Active CN111044572B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111044572B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19717283C1 (de) * 1997-04-24 1998-04-23 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur kontaktfreien, longitudinalen und transversalen Homogenitätsuntersuchung der kritischen Stromdiche j¶c¶ in Band-Supraleitern und eine Meßapparatur zur Durchführung des Verfahrens
JP2010271070A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 渦電流探傷装置および渦電流探傷方法
CN104820141B (zh) * 2015-03-10 2017-08-29 北京原力辰超导技术有限公司 一种超导带材电流传输能力测量探头、测量装置及方法
CN105301093B (zh) * 2015-10-21 2019-01-22 北京原力辰超导技术有限公司 一种超导线圈缺陷位置检测系统
CN105866238B (zh) * 2016-05-20 2023-06-09 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种高温超导带材检测系统
CN108107385B (zh) * 2017-12-22 2020-07-24 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种高温超导磁体性能检测系统及检测方法
CN109030568B (zh) * 2018-09-07 2023-09-19 西南交通大学 一种高温超导膜临界电流无损检测装置及其检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111044572A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2911871B2 (ja) 帯状体−超電導体における臨界電流密度の縦方向及び横方向均一性の無接触試験測定方法及び測定装置
CN1967281B (zh) 一种测量实用长度ybco高温超导带材临界电流均匀性的方法和装置
CN110426661B (zh) 超导材料的临界电流测量方法、系统及介质
Gupta et al. High field HTS solenoid for a muon collider—Demonstrations, challenges, and strategies
CN111044572B (zh) 一种高温超导线圈无损探伤装置及探伤方法
CN105355359B (zh) 在线自动充磁检测方法及装置
Brown et al. Critical current changes in Nb3Sn irradiated with fast neutrons at 6 K
Ghosh et al. Investigation of instability in high J/sub c/Nb/sub 3/Sn strands
CN110579680B (zh) 一种超导电缆的无损检测装置及检测方法
CN102944490B (zh) 基于通电加热的高温硬度测量方法
Deng et al. Measurement and characterization method of permanent magnetic guideway irregularity in HTS Maglev system
CN105067677B (zh) 一种超导线材铜超比测试设备
CN104833929A (zh) 一种变压器消磁分析仪
JP2010127728A (ja) 照射誘起応力腐食割れ予兆診断方法及びその装置
CN104835611B (zh) 超导磁体系统及其高温超导引线的失超保护方法
CN115718267A (zh) 交流三芯电缆泄漏电流带电检测与缺陷定位方法
CN105548668B (zh) 一种测量超导材料临界电流密度的方法
CN208568874U (zh) 一种极化去极化电流测试中屏蔽干扰的装置
Wang et al. Fault location in the outer sheath of power cables
CN112462149A (zh) 一种超导线圈电感测量新方法
JP4050248B2 (ja) センサ移動による非破壊検査装置、及び非破壊検査方法
Zanino et al. Current distribution measurement on the ITER-type NbTi bus bar III
CN105067790B (zh) 一种超导线材铜超比在线测试设备及其测试方法
CN202305759U (zh) 一种能够抗干扰的电动机故障监测装置
Ainslie Guiding future high-field magnet design by better predicting and mitigating screening current-induced stress and strain

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant