CN111895877A - 一种mri用编织绝缘线材尺寸的测量工装及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超导材料尺寸测量技术领域，涉及一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装及测量方法。该测量工装，包括测量台，测量台上分布有挡板、底座、侧向滑块和气动装置，侧向滑块与气动装置连接，侧向滑块和挡板相对设置；底座上设置有正向压块，且两者之间的距离可调节；气动装置带动侧向滑块滑向待测量的编织绝缘线材的侧面，在压力表的监测下，侧向滑块能够对线材施加与绕制磁体时施加给线材相同的侧向压力；该测量方法，适合尺寸为1.8×0.5mm～5.0×4.0mm的矩形截面或直径为0.5～4mm的圆形截面、适合不同材料的超导线材的编织绝缘线材尺寸的测量，使测量操作简单化，流程标准化。

Description

一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装及测量方法
技术领域
本发明属于超导材料尺寸测量技术领域，涉及编织绝缘线材尺寸的测量，具体涉及一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装及测量方法。
背景技术
低温超导线材是目前应用最广泛的超导体材料，其中以NbTi和Nb3Sn为代表。它们被广泛应用于核磁共振成像仪(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、大型粒子加速器及超导储能系统(SMES)，磁约束核聚变装置(Tokamak)等的磁体绕制。为了确保磁体运行的安全性，低温超导线材外表面需要包覆绝缘材料，MRI中超导线材的绝缘材料是通过编织获得的，其中常用的编织绝缘材料为高性能涤纶丝和玻璃丝。编织材料具有一定的延展性，测量单根编织绝缘后线材尺寸时编织材料会发生一定的弹性延展，导致单根线材的编织绝缘尺寸不能真实反映线材绕制磁体时的尺寸。因而在编织绝缘尺寸测量过程中，需要在模拟绕制磁体的过程中测量，以真实反映线材绕制磁体尺寸，确保磁体绕制线材时满足磁体用绕制线圈的每层匝数和宽度要求，且运行时能处于稳定运行的状态。正因如此，编织绝缘尺寸的测量成为MRI超导线材一项重要的性能指标。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装及测量方法，适用于1.8×0.5mm～5.0×4.0mm的矩形截面或直径为0.5～4mm的圆形截面的编织绝缘线材尺寸的测量，适用于不同材料的超导线材(包括NbTi线材、内锡法Nb3Sn线材和青铜法Nb3Sn线材)的编织绝缘线材尺寸的测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，包括工装本体，所述工装本体的底座上分别设有正向压块和侧向滑块，所述正向压块与底座之间的距离可调，所述侧向滑块与气动装置连接。
进一步，所述正向压块与底座之间的距离通过调节装置进行调节。
进一步，所述调节装置包括位于底座上的T型压块，所述T型压块与螺栓调节组件固定连接，所述螺栓调节组件固定安装于工装本体上，通过螺栓调解组件实现对正向压块和底座之间的缝隙的调节。
进一步，所述正向压块与底座之间放置待测量编织绝缘线材，所述气动装置带动侧向滑块向待测量编织绝缘线材的侧向施加压力。
另一方面，本发明还提供了一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法，利用如上所述的测量工装进行测量，具体步骤如下：
1)对待测量编织绝缘线材进行预处理；
2)选取多段预处理后的编织绝缘线材，将所述编织绝缘线材摆放在底座和正向压块之间；
3)调整所述底座和正向压块之间的缝隙，当所述缝隙小于或等于1mm时，启动气动装置使侧向滑块滑动至编织绝缘线材的侧面；
4)测量在侧向作用力下侧向滑块和挡板之间的距离；
5)计算所述编织绝缘线材的尺寸。
进一步，所述步骤1)对待测量编织绝缘线材进行预处理，具体包括：
1.1)取一定长度的编织绝缘线材；
1.2)将所述编织绝缘线材切断成20～30段，每段长度为200～300mm；
1.3)采用高粘性胶带将每段编织绝缘线材的两头绑紧，避免编织绝缘线材的裸线和编织层脱开。
进一步，所述步骤2)中选取预处理后的编织绝缘线材的段数为20～30段，定义水平方向为线材的宽度方向。
进一步，所述步骤4)测量在侧向作用力下侧向滑块和挡板之间的距离，具体包括：
采用游标卡尺测量侧向作用力下侧向滑块和挡板之间的距离W，重复测量至少5次并记录数据。其中，所述游标卡尺的精度为0.02mm。
进一步，所述步骤5)计算所述编织绝缘线材的尺寸，利用公式如下：
L＝(W1+W2+W3+W4+…+Wn)/(n×q)
式中，L为编织绝缘线材的尺寸，n为自然数，且n≥5，q为被测量编织绝缘线材的数量。
进一步，所述步骤3)中针对不同厚度或直径的编织绝缘线材，气动装置带动侧向滑块向待测量编织绝缘线材的侧向施加不同的压力：
当线材厚度或直径为0.5～1.0mm之间时，侧向压力为15～20PSI；当线材厚度或直径为1.0～1.5mm之间时，侧向压力为20～25PSI；当线材厚度或直径为1.5～2.0mm之间时，侧向压力为25～30PSI；当线材厚度或直径为2.0～3.0mm之间时，侧向压力为30～35PSI；当线材厚度或直径为3.0～4.0mm之间时，侧向压力为35～40PSI。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：该测量工装，通过在测量台上设置正向压块和侧向滑块，气动装置带动侧向滑块滑向待测量编织绝缘线材的侧面，在气动装置压力表的监测下，侧向滑块能够对线材施加与绕制磁体时施加给线材相同的侧向压力；利用该测量工装的测量方法，能够使测量操作简单化，流程标准化，消除了因测量人员和测量方法不同而导致的人为测量误差。
附图说明
图1为本发明提供的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装的结构示意图；
图2为本发明提供的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装测量编织绝缘线材时的局部示意图；
图3为本发明提供的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法的流程示意。
其中：1、测量台；2、挡板；3、底座；4、侧向滑块；5、气动装置；6、正向压块；7、T型压块；8、螺栓调节组件；9、编织绝缘线材。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例
参见图1-2所示，本发明提供了一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，包括测量台1，测量台1上分布有挡板2、底座3、侧向滑块4和气动装置5，侧向滑块4与气动装置5连接，侧向滑块4和挡板2相对设置；底座3上设置有正向压块6，且两者之间的距离可调节。
进一步，正向压块6与底座3之间的距离通过调节装置进行调节。
进一步，调节装置包括位于底座3上的T型压块7，T型压块7与螺栓调节组件8固定连接，螺栓调节组件8固定安装于测量台1上，通过螺栓调解组件8实现对正向压块6和底座3之间的缝隙的调节。
进一步，正向压块6与底座3之间放置待测量的编织绝缘线材9，气动装置5带动侧向滑块4向编织绝缘线材9的侧向施加压力。
参见图3所示，本发明提供的一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法，利用如上所述的测量工装进行测量，具体步骤如下：
1)对待测量的编织绝缘线材9进行预处理；
2)选取多段预处理后的编织绝缘线材9，将编织绝缘线材9摆放在底座3和正向压块6之间；
3)调整底座3和正向压块6之间的缝隙，当缝隙小于或等于1mm时，启动气动装置5使侧向滑块4滑动至编织绝缘线材9的侧面；
4)测量在侧向作用力下侧向滑块4和挡板2之间的距离；
5)计算编织绝缘线材9的尺寸。
进一步，步骤1)对待测量编的织绝缘线材9进行预处理，具体包括：
1.1)取一定长度的编织绝缘线材9；
1.2)将编织绝缘线材9切断成20～30段，每段长度为200～300mm；
1.3)采用高粘性胶带将每段编织绝缘线材9的两头绑紧，避免编织绝缘线材9的裸线和编织层脱开。
进一步，步骤2)中选取预处理后的编织绝缘线材9的段数为20～30段，定义水平方向为线材的宽度方向。
进一步，步骤4)测量在侧向作用力下侧向滑块4和挡板2之间的距离，具体包括：
采用游标卡尺测量侧向作用力下侧向滑块4和挡板2之间的距离W，重复测量至少5次并记录数据。
优选地，游标卡尺的精度为0.02mm。
进一步，步骤5)计算编织绝缘线材9的尺寸，利用公式如下：
L＝(W1+W2+W3+W4+…+Wn)/(n×q)
式中，L为编织绝缘线材的尺寸，n为自然数，且n≥5，q为被测量编织绝缘线材的数量。
进一步，步骤3)中针对不同厚度或直径的编织绝缘线材9，气动装置5带动侧向滑块4向待测量编织绝缘线材的侧向施加不同的压力：
当线材厚度或直径为0.5～1.0mm之间时，侧向压力为15～20PSI；当线材厚度或直径为1.0～1.5mm之间时，侧向压力为20～25PSI；当线材厚度或直径为1.5～2.0mm之间时，侧向压力为25～30PSI；当线材厚度或直径为2.0～3.0mm之间时，侧向压力为30～35PSI；当线材厚度或直径为3.0～4.0mm之间时，侧向压力为35～40PSI。
下面结合两组实际的测量试验，对本申请提供的测量方法的可靠性与稳定性进行论证，测量试验的具体过程如下：
试验1：圆形NbTi编织线材尺寸测量
利用本发明提供的一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法，测量圆形NbTi编织绝缘线材的尺寸，具体步骤如下：
步骤1：取0.5m，直径名义尺寸为0.82mm的编织绝缘NbTi线材，将超导线材切断成20段，每段长度为200mm，采用高粘性胶带将每段超导线的两头绑紧，确保超导裸线和编织层不脱开；
步骤2：将20段超导线摆放在底座3和正向压块6之间，定义水平方向为线材的宽度方向：
步骤3：通过螺栓调节组件8调节正向压块6和底座3之间的缝隙，当缝隙为1mm时，采用气动装置5将侧向滑块4滑向超导线材的侧面，通过调节气压来调节施加在线材侧向的压力，并调节压力至18～19PSI；
步骤4：采用精度为0.02mm的游标卡尺测量侧向作用力之下侧向滑块4和挡板2之间的距离W，重复测量5次并记录数据；
步骤5：线材尺寸L＝(16.3+16.4+16.5+16.3+16.4)/(5*20)＝0.819mm，与线材名义尺寸基本相符。
试验2：矩形NbTi线材尺寸测量
利用本发明提供的一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法，测量矩形NbTi编织绝缘线材的尺寸，具体步骤如下：
步骤1：取1m，名义尺寸为2.24mm×1.45mm的编织绝缘NbTi矩形线材，将超导线材切断成30段，每段长度为300mm，采用高粘性胶带将每段超导线的两头绑紧，确保超导裸线和编织层不脱开；
步骤2：将30段超导线摆放在底座3和正向压块6之间，定义水平方向为线材的宽度方向；
步骤3：通过螺栓调节组件8调节正向压块6和底座3之间的缝隙，当缝隙约为0.5mm时，采用气动装置5将侧向滑块4滑向超导线材的侧面，通过调节气压来调节施加在线材侧向的压力，并调节压力至24～25PSI；
步骤4：采用精度为0.02mm的游标卡尺测量侧向作用力之下侧向滑块4和挡板2之间的距离W，重复测量5次并记录数据；
步骤5：线材宽度尺寸L＝(67.6+67.8+67.4+67.2+67.4)/(5*30)＝2.249mm，与线材的名义尺寸基本相符。
为了证明本发明提供的测量方法的可靠性与稳定性，不同操作人员严格按上述步骤操作测量线材同一部位的20匝线材的平均尺寸，计算得编织绝缘线材尺寸见下表：
Figure BDA0002567751510000081
结论：经计算，该线材尺寸测试结果的变化系数COV(标准偏差除以测定结果的平均值)为0.13％。
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。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，其特征在于，包括测量台(1)，所述测量台(1)上分布有挡板(2)、底座(3)、侧向滑块(4)和气动装置(5)，所述侧向滑块(4)与气动装置(5)连接，所述侧向滑块(4)和挡板(2)相对设置；所述底座(3)上设置有正向压块(6)，且两者之间的距离可调节。
2.根据权利要求1所述的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，其特征在于，所述正向压块(6)与底座(3)之间的距离通过调节装置进行调节。
3.根据权利要求2所述的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，其特征在于，所述调节装置包括位于底座(3)上的T型压块(7)，所述T型压块(7)与螺栓调节组件(8)固定连接，所述螺栓调节组件(8)固定安装于测量台(1)上。
4.根据权利要求1所述的MRI用编织绝缘线材尺寸的测量工装，其特征在于，所述正向压块(6)与底座(3)之间放置待测量的编织绝缘线材(9)，所述气动装置(5)带动侧向滑块(4)向所述编织绝缘线材(9)的侧向施加压力。
5.一种MRI用编织绝缘线材尺寸的测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一项所述的测量工装进行测量，具体步骤如下：
1)对待测量的编织绝缘线材(9)进行预处理；
2)选取多段预处理后的编织绝缘线材(9)，将所述编织绝缘线材(9)摆放在底座(3)和正向压块(6)之间；
3)调整所述底座(3)和正向压块(6)之间的缝隙，当所述缝隙小于或等于1mm时，启动气动装置(5)使侧向滑块(4)滑动至编织绝缘线材(9)的侧面；
4)测量在侧向作用力下侧向滑块(4)和挡板(2)之间的距离；
5)计算所述编织绝缘线材(9)的尺寸。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1)对待测量的编织绝缘线材(9)进行预处理，具体包括：
1.1)取一定长度的编织绝缘线材(9)；
1.2)将所述编织绝缘线材(9)切断成20～30段，每段长度为200～300mm；
1.3)采用高粘性胶带将每段编织绝缘线材(9)的两头绑紧，避免编织绝缘线材(9)的裸线和编织层脱开。
7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤2)中选取预处理后的编织绝缘线材(9)的段数为20～30段，定义水平方向为线材的宽度方向。
8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4)测量在侧向作用力下侧向滑块(4)和挡板(2)之间的距离，具体包括：
采用游标卡尺测量侧向作用力下侧向滑块(4)和挡板(2)之间的距离W，重复测量至少5次并记录数据。
9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤5)计算所述编织绝缘线材(9)的尺寸，利用公式如下：
L＝(W1+W2+W3+W4+…+Wn)/(n×q)
式中，L为编织绝缘线材的尺寸，n为自然数，且n≥5，q为被测量编织绝缘线材的数量。
10.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法适用于1.8×0.5mm～5.0×4.0mm的矩形截面或直径为0.5～4mm的圆形截面的编织绝缘线材尺寸的测量。
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