CN112834071B - 一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置及方法，它包括光纤光栅温度传感器，所述光纤光栅温度传感器直接嵌入待监测温度的高温超导体的样本骨架内部。该方法将光纤光栅温度传感器嵌入进超导带材或超导磁体样本骨架内部，可以有效保护光纤光栅温度传感器，避免由粘贴胶导致的光纤光栅波长扭曲的问题，使得测量具有稳定、可靠的特点。此外，针对高温超导带材失超特性机理的研究，非粘贴式光纤光栅温度传感器可以多次利用，避免浪费，具有经济节约的特点，本方法能够配合粘贴式光纤光栅温度监测技术一起使用，对高温超导体进行全方位温度实施监测。

Description

一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测 装置及方法

技术领域

本发明涉及高温超导体温度监测技术装置领域，特别是涉及一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置及方法。

背景技术

经过多年的发展，高温超导体制作而成的电机、变压器、限流器、储能磁体等电力设备已经尝试用于高能物理、航空航天、医疗设备、交通运输、电力能源等领域。然而，高温超导体应用中存在的稳定性隐患，一直是限制其应用的一个关键因素。对于超导体而言，只有当其处于超导态时，才具有常规导体不具有的零电阻、完全抗磁性等优点。而在实际应用中超导体通常工作在低温、高电流、强磁场的复杂环境下，在某种情况下不可抗的电磁力、热积累等扰动会导致超导体退出超导态，即出现失超现象。一旦超导体退出超导态，其将会表现出巨大的电阻性，从而导致焦耳热的产生。如果不及时的发现失超现象，并快速的释放产生的焦耳热，将会对超导磁体带来灾难性的后果以及巨大的经济损失。因此，为了使高温超导体能够稳定的运行，有必要针对高温超导体的失超机理进行研究，并开发出先进、稳定的高温超导体在线监测技术。

目前，最常用的失超检测方法为基于失超后出现电压信号的电压检测法和基于温升信号的温度检测法。其中，电压检测方法基本只适用于短带材样本。一方面，超导线圈通常具有很大的电感，因此会对电压信号的测量带来误差。另一方面，只有当磁体的运行温度大于分流温度后，超导磁体才会出现可被检测的信号，也就是说对于失超而言，温度信号的升高是先于电压信号的。因此，和温度检测法相比，电压检测法会有一定的延迟。所以，基于温度检测的失超检测方法是一种可行的检测方法。温度检测除了在高温超导磁体运行状态监测方面比较实用外，在高温超导体的失超机理研究方面也具有重要的价值，通过对高温超导体的分流温度等参数的研究，可以从本质上更好的理解和掌握高温超导体的失超机理，为高温超导体在线温度监测技术提供理论基础。

传统的温度检测方法通常是基于热电偶和热电阻等传统电温度传感器，是基于电信号的测量，而高温超导磁体通常是运行在强磁场环境，因此测量结果易受电磁干扰。同时，热电偶和热电阻等传感器都是点测量式传感器，要想实现磁体的分布式温度测量，就需要用到大量的传感器，每个传感器通常都是4线制接法，因此需要用到大量的铜引线，布线需要占用大量的空间，同时，大量的使用铜引线，还会对低温系统带来漏热问题。

光纤传感器因为具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、易于复用等特点，可以克服传统电学传感器的缺点，被用在高温超导体的失超机理研究及高温超导体在线温度监测领域。根据工作原理，光纤传感器可以分为分布式光纤传感器和光纤光栅传感器两种。目前，国内外在将两种传感技术应用于高温超导磁体失超检测和在线温度监测领域都已展开了研究。在分布式光纤传感方面，基于瑞利散射、拉曼散射等的分布式光纤传感技术均已被尝试用在高温超导体失超检测中。如，中国专利申请号：201910531156 .5，专利名称：利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统，提出了一种基于背向瑞利散射分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测方法，并对系统进行了介绍。中国专利申请号：201410375117.8，专利名称：内封测量光纤的超导带材及其制备方法、装置，提出了一种将分布式光纤内封进高温超导带材的方法，并利用此方法实现了高温超导带材和线圈温度的分布式测量。中国专利申请号：201280058234.0，专利名称：超导线材的常导过度的检测方法，提出了一种基于拉曼分布式光纤传感技术进行高温超导线材由超导态到正常态的检测方法。目前分布式光纤传感技术被用于高温超导体失超检测及在线温度监测的可行性已经被验证，为高温超导体的新型失超检测技术带来了希望。然而分布式光纤传感器的空间分辨率、大量的数据处理所需的速度、测量可靠性以及如何降低解调设备昂贵的费用等问题依然需要更进一步的研究。

和分布式光纤传感器相比，光纤光栅传感器是波长解调的传感器，具有更高的测温稳定性和可靠性。在基于光纤光栅温度传感器的高温超导体失超检测及在线温度监测方面，经检索发现，中国专利申请号：201180005090.8，专利名称：超导线材的常导转变的检测方法，提出了一种将多个光纤光栅温度传感器粘贴于高温超导带材表面进行温度监测，从而实现超导线材由超导态向常导态转变的方法。在非专利文献方面，美国学者M.Turenne课题组以及北京交通大学方进课题组均已展开了基于表面粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体失超检测方法。然而，经研究发现，以上的方法利用低温胶将光纤光栅温度传感器粘贴在高温超导带材表面，很难保证光纤光栅温度传感器周围低温胶的均匀性，因此可能会导致光纤光栅传感器出现啁啾现象，导致温度测量不稳定。此外，在实际应用中，由于光纤光栅温度传感器的嵌入粘贴，潜在的，也会出现破坏高温超导体或高温超导磁体固有性能的可行性。从经济性方面考虑，针对高温超导带材失超检测机理的研究，表面粘贴的光纤光栅温度传感器在实验后无法安全的与样本剥离，不能重复利用，存在器件浪费的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置及方法，该方法将光纤光栅温度传感器嵌入进超导带材或超导磁体样本骨架内部，可以有效保护光纤光栅温度传感器，避免由粘贴胶导致的光纤光栅波长扭曲的问题，使得测量具有稳定、可靠的特点。此外，针对高温超导带材失超特性机理的研究，非粘贴式光纤光栅温度传感器可以多次利用，避免浪费，具有经济节约的特点，本方法能够配合粘贴式光纤光栅温度监测技术一起使用，对高温超导体进行全方位温度实施监测。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置，它包括光纤光栅温度传感器，所述光纤光栅温度传感器直接嵌入待监测温度的高温超导体的样本骨架内部。

所述光纤光栅温度传感器封装在保护套管的内部，并对其进行保护。

所述保护套管采用具有大热导率的毛细管。

所述光纤光栅温度传感器采用涂覆了具有大热膨胀系数材料的光纤光栅温度传感器，并保证涂覆后的光纤光栅温度传感器的温度灵敏度满足液氮温度运行区域内的测温需求。

所述毛细管的内径与光纤光栅温度传感器的光纤外径相配合，并保证两者具有小的间隙，进而降低温度测量时，高温超导被测物和光纤光栅温度传感器之间的热延迟。

所述待监测温度的高温超导体包括高温超导磁体和高温超导带材；

用于高温超导磁体的在线温度监测以及高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究；

针对高温超导磁体的在线温度监测时，将光纤光栅温度传感器嵌入进靠近高温超导磁体线圈内侧的样本骨架内，并实现对线圈磁场最大处，最容易出现失超现象的点的温度进行监控。

针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，嵌入到样本骨架内的光纤光栅温度传感器在实验结束后能够重复利用。

针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，采用多根刻有多个光纤光栅温度传感器的光纤串进行温度测量，光纤串上的光纤光栅传感器能够交错分布，实现测量区域内温度的分布式测量。

采用任意一项所述基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置进行高温超导体温度监测方法，进行高温超导磁体温度在线监测时，在高温超导磁体制作过程中，将光纤光栅温度传感器封装在保护套管的内部，再将保护套管整体嵌入进磁体线圈骨架的内部，并使得光纤光栅温度传感器布置在靠近高温超导磁体线圈的一侧，确保嵌入光纤光栅温度传感器后的磁体线圈骨架的表面没有凸起，光纤光栅温度传感器的数量及排列方式根据实际需求进行调整；

进行高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，将具有毛细管封装结构的第一光纤光栅温度传感器嵌入到高温超导带材的G10样本骨架内部，并确保嵌入第一光纤光栅温度传感器后的G10样本骨架的表面没有凸起；所述高温超导带材沿着带材边缘粘贴固定到G10样本骨架上，且在粘贴固定前将高温超导带材与第一光纤光栅温度传感器接触的位置涂抹导热材料；为了保证实验后第一光纤光栅温度传感器能够顺利取出以便再次利用，第一光纤光栅温度传感器与保护套管之间不做任何粘贴，且在G10样本骨架上设计光纤铺设的专用通道。

在进行高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，在所述G10样本骨架上加工有凹槽，并在G10样本骨架的四角位置加工有用于对骨架进行固定及电流引线连接的螺孔，凹槽用于嵌入毛细管，毛细管的内部封装有用于测温的光纤光栅温度传感器；

嵌入到毛细管内部的光纤光栅温度传感器为多个，并呈交错分布的方式，以实现利用多根光纤上的光纤光栅温度传感器实现交错温度分布测量的目的。

本发明有如下有益效果：

1、本发明提出的基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置及方法可以有效、可靠的进行高温超导带材及磁体的温度监测，尤其是在进行高温超导带材的失超机理研究时，本方法具有非常大的优势。一方面，通过毛细管的封装可以保护光纤光栅温度传感器，使其测温更加稳定；另一面，非粘贴式光纤光栅温度传感器在测试前后可以重复使用，可以节约测试成本。

2、本发明的监测装置及方法对于高温超导磁体的在线温度监测，同样具有巨大优势，在磁体制作过程中将光纤光栅温度传感器嵌入进样本骨架内部，可以对高温超导磁体内磁场最大处、最易失超的地方进行实时温度监测。由于光纤光栅温度传感器和磁体本身的非粘贴式接触，基本不会对超导磁体产生由于引入传感器而带来的损伤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为样本骨架嵌入光纤光栅温度传感器的超导磁体示意图。

图中：1为磁体线圈骨架，2为高温超导磁体线圈，3为光纤光栅温度传感器。

图2为样本骨架嵌入光纤光栅温度传感器的超导带材样本示意图。

图中：4为G10样本骨架，5为高温超导带材，6为嵌入进样本骨架内部的具有毛细管封装结构的第一光纤光栅温度传感器。

图3嵌入光纤光栅温度传感器保护毛细管的超导带材失超检测实验用样本骨架示意图。

图中：7为G10样本骨架，8为样本骨架上开的凹槽，9为样本骨架上开的螺孔，10为嵌入凹槽内的毛细管。

图4嵌入光纤光栅温度传感器后的超导带材失超检测实验用样本骨架局部放大图。

图中：8为样本骨架上开的凹槽，20、21为两根传输光纤，10、12、14、16、18为光纤20上的光纤光栅温度传感器， 11、13、15、17、19为光纤21上的光纤光栅温度传感器。

图5安装高温超导带材实验样本后的实验样本骨架示意图。

图6基于非粘贴式光纤光栅温度传感器的高温超导带材失超检测整体装置三维透视图。

图7基于非粘贴式光纤光栅温度传感器的高温超导带材失超检测整体装置前视图。

图8液氮温度77 K时加热电阻热脉冲触发测试实验结果。

图 9传输电流为0.5倍临界电流时的热脉冲触发失超实验测试结果。

图 10过流情况下失超测试结果。

图 11（a）（b）为实验后从样本骨架内取出的光纤光栅温度传感器室温时光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-7，一种基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置，它包括光纤光栅温度传感器3，所述光纤光栅温度传感器3直接嵌入待监测温度的高温超导体的样本骨架内部。通过采用本发明的温度监测装置，其将光纤光栅温度传感器3嵌入进高温超导带材或高温超导磁体的样本骨架内部，而非将光纤光栅温度传感器直接粘贴在高温超导磁体或高温超导体的表面，可以保护高温超导带材或高温超导磁体的性能不被破坏，进而提高了测量精度和可靠性。

进一步的，所述光纤光栅温度传感器3封装在保护套管的内部，并对其进行保护。

进一步的，所述保护套管采用具有大热导率的毛细管。毛细管具有大热导率，且毛细管可以保护光纤光栅温度传感器不受到预期之外的应力等扰动的影响，使光纤光栅温度传感器测温更加稳定。

进一步的，所述光纤光栅温度传感器3采用涂覆了具有大热膨胀系数材料的光纤光栅温度传感器，并保证涂覆后的光纤光栅温度传感器的温度灵敏度满足液氮温度运行区域内的测温需求。

进一步的，所述毛细管的内径与光纤光栅温度传感器3的光纤外径相配合，并保证两者具有小的间隙，进而降低温度测量时，高温超导被测物和光纤光栅温度传感器之间的热延迟，同时内直径应该和光纤的直径相匹配，便于安装时光纤的穿过。

进一步的，所述待监测温度的高温超导体包括高温超导磁体和高温超导带材；用于高温超导磁体的在线温度监测以及高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究；

针对高温超导磁体的在线温度监测时，将光纤光栅温度传感器3嵌入进靠近高温超导磁体线圈2内侧的样本骨架内，并实现对线圈磁场最大处，最容易出现失超现象的点的温度进行监控。

进一步的，针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，嵌入到样本骨架内的光纤光栅温度传感器3在实验结束后能够重复利用，具有经济节约的特点。

进一步的，针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，采用多根刻有多个光纤光栅温度传感器的光纤串进行温度测量，光纤串上的光纤光栅传感器能够交错分布，实现测量区域内温度的分布式测量。

实施例2：

参见图1，对于应用光纤光栅温度传感器进行高温超导磁体温度在线监测时，光纤光栅温度传感器可以嵌入进样本骨架内部。如图1所示，为样本骨架嵌入光纤光栅温度传感器的圆饼型超导磁体示意图。图1只是一种举例说明，在实际应用中超导磁体也可以是马蹄形线圈等其他任意结构的磁体。其中，1为磁体线圈骨架，2为高温超导磁体线圈，3为光纤光栅温度传感器。由高温超导线圈的工作原理及电磁学知识可知，靠近磁体线圈骨架1处的高温超导磁体线圈2的内侧处的表面磁场强度最大，导致此处为线圈易失超出现温升信号的点。因此，在高温超导磁体制作过程中，将光纤光栅温度传感器3嵌入磁体线圈骨架1内部，具有实际应用意义。由于，磁体线圈骨架1与高温超导磁体线圈2之间为刚性接触，且通常由环氧树脂胶进行固定，因此，嵌入进高温超导磁体线圈2内部的光纤光栅温度传感器3应该是具有保护套管结构的传感器。为减小被测超导体与光纤光栅传感器之间的温度延迟，保护套管应选用具有大热导率的材料，其内径不易太大，且应与光纤的直径相匹配，便于光纤穿过。同时，为了避免外界物质的嵌入对高温超导磁体带来破坏，应确保嵌入光纤光栅温度传感器3后的磁体线圈骨架2的表面没有凸起。为了提高测量精度，光纤光栅温度传感器3可以是涂覆了具有大热膨胀系数材料的传感器。图1只是一种举例说明，只给出了一个光纤光栅温度传感器，在实际应用中，光纤光栅传感器的个数及排列方式可以根据实际需求进行调整。

实施例3：

参见图2，对于应用光纤光栅温度传感器进行高温超导带材的失超机理、温度传播特性研究时，光纤光栅温度传感器可以嵌入进样本骨架内部。如图2所示，样本骨架嵌入光纤光栅温度传感器的超导带材样本示意图。其中，4为G10样本骨架，5为高温超导带材，6为嵌入进样本骨架内部的具有毛细管封装结构的第一光纤光栅温度传感器。为减小被测超导体与光纤光栅传感器之间的温度延迟，保护套管应选用具有大热导率的材料，其内径不易太大，且应与光纤的直径相匹配，便于光纤穿过。同时，为了避免外界物质的嵌入对高温超导带材样本带来破坏，应确保嵌入第一光纤光栅温度传感器6后的样本骨架4的表面没有凸起。为了提高测量精度，第一光纤光栅温度传感器6可以是涂覆了具有大热膨胀系数材料的传感器。为了增加高温超导带材5与第一光纤光栅温度传感器6的接触，从而降低测量误差，应在高温超导带材5沿着带材边缘粘贴固定到G10样本骨架4上，且在粘贴固定前将高温超导带材5与第一光纤光栅温度传感器6接触的位置涂抹导热硅脂等导热材料。为了保证实验后光纤光栅温度传感器可以顺利取出以便再次利用，第一光纤光栅温度传感器6与保护铜管之间不做任何粘贴，且在G10样本骨架4上可以设计光纤铺设的专用通道。图2只是一种举例说明，只给出了一个光纤光栅温度传感器，在实际应用中，光纤光栅传感器的个数及排列方式可以根据实际需求进行调整。

实施例4：

为了证明本发明方法的有效性，下面配合非粘贴式光纤光栅温度传感器的高温超导带材失超特性研究的具体实案施例进行详细说明。如图3所示，嵌入光纤光栅温度传感器保护毛细管的超导带材失超检测实验用样本骨架示意图。其中，7为G10样本骨架，8为样本骨架上开的凹槽，9为样本骨架上开的螺孔，10为嵌入凹槽内的毛细管。为了将光纤光栅温度传感器嵌入进G10样本骨架7内部，首先，在样本骨架中心开一个凹槽8，用于放置保护光纤光栅传感器用的毛细管10。同时G10样本骨架7上开有螺孔9用于电流引线的连接及样本的固定。凹槽8的尺寸可以根据毛细管10的个数以及尺寸确定。本实施案例中，所选毛细管为内径和外径分别为0.4 mm和0.8 mm的毛细铜管，且在实施中两根光纤上的光纤光栅温度传感器并排布置。所以，所开凹槽8的宽度为2 mm，可以减小并排放置的两根测温光纤之间的温度差异。同时为了保证嵌入毛细铜管10后，G10样本骨架7表面没有明显的凸起，凹槽8的深度与毛细管的外直径相同为0.8mm。制作好凹槽8后，将毛细管10用低温胶粘贴固定到凹槽8内。为了实现实验测量区域内温度的分布式测量，本实施案例采用两根各刻有5个光纤光栅温度传感器的光纤进行温度测量，光纤光栅温度传感器的长度为8 mm，且两个相邻光纤光栅温度传感器之间的间距也为8 mm。为了达到光纤光栅温度传感器分布式测温的目的，本实施案例中，所嵌入的毛细管10的个数与光纤光栅温度传感器的个数相同为10个，同时10个毛细铜管之间采取交错分布的方式，以实现利用两根光纤上的光纤光栅温度传感器实现交错温度分布测量的目的。在实际应用中，光纤光栅的个数以及排列布置方式可以根据实际需求进行改变。待嵌入进凹槽8内的毛细铜管在凹槽内固定完好后，将两根各刻有5个光纤光栅温度传感器的光栅安装进样本骨架7内。

实施例5：

如图4所示，嵌入光纤光栅温度传感器后的超导带材失超检测实验用样本骨架局部放大图。其中，8为样本骨架上开的凹槽，20和21为两根传输光纤，10、12、14、16、18为光纤20上的光纤光栅温度传感器，而11、13、15、17、19为光纤21上的光纤光栅温度传感器。待嵌入进凹槽8内的毛细管10在凹槽内固定完好后，将光纤20和21传入凹槽8内的毛细管内。使得光纤上的光纤光栅温度传感器恰好位于保护毛管的内部，为了方便光纤的导出以及避免两根光纤之间的影响，在安装时应使光纤和解调仪的接头分别位于样本骨架的两端。待将光纤20和21传入凹槽8，且确保相应光纤光栅温度传感器都处于保护毛细管内部后，对光纤进行固定处理。为了确保光纤光栅温度传感器测温不受到应变的影响，本实施案例只对光纤靠近解调仪的一端在凹槽8内进行粘贴固定，而光纤20和21的尾端处于自由状态。待将光纤光栅温度传感器安装到样本骨架内部后，开始高温超导带材实验样本的安装。

实施例6：

如图5所示，为安装高温超导带材实验样本后的实验样本骨架示意图，其中，7为G10样本骨架，9为样本骨架上开的螺孔，20和21为两根光纤，22为高温超导带材，23为高温超导带材22表面的加热电阻片。利用低温胶将高温超导带材22沿着带材边缘粘贴固定到G10样本骨架7上，尽量保证高温超导带材22与光纤光栅温度传感器之间的刚性接触，从而降低测量误差。此外，在粘贴固定前首先将高温超导带材22与光纤光栅温度传感器接触的位置涂抹导热硅脂等导热材料，从而增加被测高温超导带材与光纤光栅温度传感器之间的热传导。为了进行热脉冲触发导致的高温超导体失超实验，同时在高温超导带材22的表面粘贴用于产生热脉冲的加热电阻片23。加热电阻片23和光纤光栅温度传感器15处于同一垂直位置上，因此，在产生热脉冲后，本实施案例有效的情况下，应该是光纤光栅温度传感器15先出现响应，然后依次向两端传播。安装固定完高温超导带材后，利用绝热密封胶将光纤20和21在样本骨架上凹槽的出口处进行密封处理，以防止实验时液氮的渗入。在安装完高温超导带材样本后，对包括电流引线、密封装置在内的整个实验装置进行组装。

实施例7：

如图6-7所示，为基于非粘贴式FBG的高温超导带材失超检测整体装置，其中，7为G10样本骨架，22为高温超导带材，24为绝热装置，25为绝热装置上的凹槽，26为电流引线连接端子。在进行高温超导带材失超特性研究的实验中，为了避免出现由液氮冷却功率太大而出现探测不到温升现象，通常会对被测区域进行绝热处理。本实施案例中采用的绝热装置为聚苯乙烯泡沫板，利用低温密封胶将绝热装置24密封固定在G10样本骨架7上，且绝热装置24的体积可以完全覆盖光纤光栅温度传感器测温区间。在实际应用中，绝热装置的材料以及形状尺寸可以根据实际需求而改变。为了防止绝热装置24与带材表面粘贴的加热电阻等原件直接接触，从而破坏传感原件，在绝热装置24上开有凹槽25。利用电流引线连接端子可以将实验样本加入整个电路，同时还可以将其固定在专用的实验杜瓦内，从而避免由于绝热装置24的浮力导致的样本的浮动。将图6所示的实验装置接入电路并浸泡在液氮中，即可进行基于非粘贴式光纤光栅温度传感器的高温超导带材失超特性研究。本实施案例首先在高温超导带材无电流的情况下进行了加热电阻产生热脉冲实验测试，验证所提出方法在液氮温区内测温的能力，然后进行了高温超导带材内通不同大小传输电流时的热脉冲触发失超测试以及过流情况下的失超测试来验证所提发明的有效性。

实施例8：

如图8所示，为液氮温度77K时加热电阻热脉冲触发测试实验结果，可以看出，在施加热脉冲之前，所有光纤光栅温度传感器的波长处于同一起点，稳定在77K。随着热脉冲的增加，和加热电阻处于同一垂直位置的FBG15首先快速响应，然后相邻的光纤光栅温度传感器依次响应，预示着温度由加热电阻处向两端对称传播，表明了所提出方法在液氮温区77K测温的能力及有效性。

实施例9：

如图9所示，为传输电流为0.5倍临界电流时的热脉冲触发失超实验测试结果，当传输电流为0.5倍的临界电流时，所有光纤光栅温度传感器稳定在一点，表明温度没有明显的波动，而随着热脉冲的施加，和加热电阻处于同一垂直位置的FBG15首先快速响应，然后相邻的光纤光栅温度传感器依次响应，预示着温度由加热电阻处向两端对称传播。此外，由于传输电流的存在，随着加热电阻处温度的升高，高温超导带材逐渐出现电压信号，即出现失超信号，图中虚线1和虚线2的交点即为样本电压达到1μv/cm临界电流判据时所对应的波长。表明，所提出的方法不但在77 K具有稳定的测温能力，同时还可以捕捉由加热电阻先产生温升信号进而出现样本电压信号的整个失超发生的过程，可以用于高温超导带材分流温度的测定等研究工作。

实施例10：

为了验证所提出方法能捕捉任何形式的失超信号，本实施案例进行了缓慢增加样本传输电流直至达到临界电流进而出现不可恢复的失超信号的测试。如图10所示，为过流情况下失超测试结果，在传输电流达到临界电流值212.7A之前，所有的光纤光栅温度传感器都没有出现明显的波动，而达到传输电流达到212.7A后，样本电压信号达到1μv/cm临界电流判据标准，并且光纤光栅温度传感器也出现微小的上升信号。继续增加电流到225A，所有光纤光栅温度传感器和样本电压信号都出现了跳跃直至关段电源，预示着不可恢复失超的发生。可以看出，在整个过流测试中，光纤光栅温度传感器和样本电压趋势一致，可以捕捉由过流导致的失超信号。

如图11所示，为实验后从样本骨架内取出的光纤光栅温度传感器室温时光谱，该结果表明实验完成后，从样本骨架内取出的所有光纤光栅温度传感器的光谱响应良好，即实验没有破坏光纤光栅温度传感器，所提出的针对高温超导带材失超特性研究的非粘贴光纤光栅温度传感器可以重复利用。

Claims (4)

1.采用基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置进行高温超导体温度监测方法，所述基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置包括光纤光栅温度传感器（3），所述光纤光栅温度传感器（3）直接嵌入待监测温度的高温超导体的样本骨架内部；

所述光纤光栅温度传感器（3）封装在保护套管的内部，并对其进行保护；

所述光纤光栅温度传感器（3）采用涂覆了具有大热膨胀系数材料的光纤光栅温度传感器，并保证涂覆后的光纤光栅温度传感器的温度灵敏度满足液氮温度运行区域内的测温需求；

所述待监测温度的高温超导体包括高温超导磁体和高温超导带材；

用于高温超导磁体的在线温度监测以及高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究；

针对高温超导磁体的在线温度监测时，将光纤光栅温度传感器（3）嵌入进靠近高温超导磁体线圈（2）内侧的样本骨架内，并实现对线圈磁场最大处，最容易出现失超现象的点的温度进行监控；

针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，嵌入到样本骨架内的光纤光栅温度传感器（3）在实验结束后能够重复利用；

其特征在于，所述高温超导体温度监测方法：

进行高温超导磁体温度在线监测时，在高温超导磁体制作过程中，将光纤光栅温度传感器（3）封装在保护套管的内部，再将保护套管整体嵌入进磁体线圈骨架（1）的内部，并使得光纤光栅温度传感器（3）布置在靠近高温超导磁体线圈（2）的一侧，确保嵌入光纤光栅温度传感器（3）后的磁体线圈骨架（1）的表面没有凸起，光纤光栅温度传感器（3）的数量及排列方式根据实际需求进行调整；

进行高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，将具有毛细管封装结构的第一光纤光栅温度传感器（6）嵌入到高温超导带材（5）的G10样本骨架（4）内部，并确保嵌入第一光纤光栅温度传感器（6）后的G10样本骨架（4）的表面没有凸起；所述高温超导带材（5）沿着带材边缘粘贴固定到G10样本骨架（4）上，且在粘贴固定前将高温超导带材（5）与第一光纤光栅温度传感器（6）接触的位置涂抹导热材料；为了保证实验后第一光纤光栅温度传感器（6）能够顺利取出以便再次利用，第一光纤光栅温度传感器（6）与保护套管之间不做任何粘贴，且在G10样本骨架（4）上设计光纤铺设的专用通道；

在进行高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，在所述G10样本骨架上加工有凹槽（8），并在G10样本骨架的四角位置加工有用于对骨架进行固定及电流引线连接的螺孔（9），凹槽（8）用于嵌入毛细管（10），毛细管（10）的内部封装有用于测温的光纤光栅温度传感器；

嵌入到毛细管（10）内部的光纤光栅温度传感器为多个，并呈交错分布的方式，以实现利用多根光纤上的光纤光栅温度传感器实现交错温度分布测量的目的。

2.根据权利要求1所述采用基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置进行高温超导体温度监测方法，其特征在于：所述保护套管采用具有大热导率的毛细管。

3.根据权利要求2所述采用基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置进行高温超导体温度监测方法，其特征在于：所述毛细管的内径与光纤光栅温度传感器（3）的光纤外径相配合，并保证两者具有小的间隙，进而降低温度测量时，高温超导被测物和光纤光栅温度传感器之间的热延迟。

4.根据权利要求1所述采用基于非粘贴光纤光栅温度传感器的高温超导体温度监测装置进行高温超导体温度监测方法，其特征在于：针对高温超导带材的失超机理和温度传播特性研究时，采用多根刻有多个光纤光栅温度传感器的光纤串进行温度测量，光纤串上的光纤光栅传感器能够交错分布，实现测量区域内温度的分布式测量。

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