CN117368814A - 一种铋系高温超导体材料电流测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铋系高温超导体材料电流测试方法及系统，该系统包括由电流源、液冷单元和控制器单元串联组成的回路；液冷单元包含液冷容器和承托部件承托部件用于放置超导线材以及共轴线的第一绕组和第二绕组，第一绕组连接至恒压源；超导线材被固定在第一绕组与第二绕组之间；超导线材采用铋系高温超导体材料；控制器单元被配置成执行包括以下的操作：在超导线材处于超导态时，计算感应电压在各个采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的电压波动幅度超过幅度阈值的情况下，根据对应第一采样时间窗口的超导电流确定超导线材的临界电流。由此，实现了基于两引线法来测量超导体材料的临界电流。
Description
技术领域
本发明涉及超导体材料测试技术领域，尤其涉及一种铋系高温超导体材料电流测试系统及方法。
背景技术
临界电流值是衡量高温超导体材料，特别是高温超导体带材，载流能力的重要指标，也是高温超导体带材必须检测的指标之一。当通过超导线的电流超过一定的数值后，即使超导线处于临界温度其超导态也会被破坏，使得超导线转变为正常态，该电流就称为超导体的临界电流。
铋系高温超导材料由于具有层状晶体结构，往往会表现出本征超导隧道效应，使得铋系高温超导材料在超导量子干涉仪、超导计算机和太赫兹源等量子器件领域具有重要的应用价值。因此，在超导材料成缆前对超导材料进行临界电流测试，有助于了解超导成型线材的质量，为超导电缆的质量提供较好保障。
目前，最常用的超导体的临界电流值的测量方法是四引线法。如图1所示，超导体材料两端的电流引线与恒流源相连，并通过两根电压引线检测超导体材料的电压，当产生超导转变时，在理想状态下其电压会降为零。应说明的是，超导体材料需要在低温冷却剂的作用下才能进入超导态，但是由于环境因素或复杂的使用情况，导致低温冷却剂的纯度无法保障，而在冷却剂中存在杂质的情况下，被测试的超导态的超导体材料的端电压也仍不为零，使得测试设备无法通过电压零值来测算超导材料的临界电流。
针对上述问题，目前业界暂未提出较佳的解决方案。
发明内容
本发明提供一种铋系高温超导体材料电流测试系统及方法，用以至少解决现有技术中通过四引线法测试超导体材料时，容易受到冷却液纯度干扰而捕捉不到电压零点，而无法测得超导体材料的临界电流的问题。
本发明提供一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述系统包括由电流源、液冷单元和控制器单元串联组成的回路；所述液冷单元包含液冷容器和承托部件，所述液冷容器盛放有用于对超导线材进行冷却的超导低温冷却剂，所述承托部件用于放置超导线材以及共轴线的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组连接至恒压源；其中，所述超导线材被固定在所述第一绕组与所述第二绕组之间；所述超导线材采用铋系高温超导体材料；所述系统还包括感应电压测量单元和电流测量单元，其中所述感应电压测量单元用于测量所述第二绕组所输出的感应电压，所述电流测量单元用于测量流经所述超导线材的超导电流；其中，所述控制器单元被配置成执行包括以下的操作：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述承托部件包括第一紧固件和第二紧固件，其中所述第一紧固件和所述第二紧固件分别用于固定所述超导线材的第一端和第二端；所述承托部件包括还包括M个升降微粒柱，各个所述升降微粒柱等间距地布设在所述超导线材的下方；其中，当第一升降微粒柱处于抬升状态时，所述第一升降微粒柱与所述超导线材接触，以促使所述超导线材发生形变；以及，当所述第一升降微粒柱处于初始落降状态时，所述第一升降微粒柱与所述超导线材脱离接触。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述控制器单元还被配置成：获取针对所述超导线材的目标形变需求参数；根据所述目标形变需求参数从所述M个升降微粒柱中确定N个目标升降微粒柱，并向各个所述目标升降微粒柱发送抬升指令，使得所述各个目标升降微粒柱从所述初始落降状态转换为所述抬升状态，M≥N＞1。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述获取超导线材形变需求参数，包括：获取用户输入的目标应用产品信息；根据预设的产品超导形变表，确定与所述目标应用产品信息相匹配的超导线材形变需求参数；所述产品超导形变表记录了多个应用产品信息和相应的形变需求参数。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述系统还包括串联在所述液冷单元与所述控制器单元之间的引线电阻测试单元，且所述引线电阻测试单元用于检测所述电流引线处的引线电阻值；其中，所述控制器单元被配置成执行包括以下的操作：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流，并实时监测所述引线电阻值是否超过预设的安全电阻阈值；在确定所述引线电阻值超过所述安全电阻阈值的情况下，控制关闭所述电流源；在确定所述引线电阻值未超过所述安全电阻阈值的情况下，根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述控制器单元还被配置成预先确定所述安全电阻阈值，具体包括：基于所述铋系高温超导体材料电流测试系统，预先对G个超导线材样品进行电流测试，G＞1；各个所述超导线材样品采用了铋系高温超导体材料；针对所述G个超导线材样品中的每一个超导线材样品，获取所述超导线材样品在发生引线损坏时的临界引线电阻；根据各个所述临界引线电阻，确定所述安全电阻阈值。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述根据各个所述临界引线电阻，确定所述安全电阻阈值，包括：获取所述超导线材样品所对应的线材样品属性信息；所述线材样品属性信息包含线材平整度和线材厚度；根据各个所述超导线材样品所对应的临界引线电阻和线材样品属性信息，构建训练数据样本集；根据所述训练数据样本集对深度学习模型进行训练，直至所述深度学习模型满足模型收敛条件；将所述超导线材所对应的目标线材属性信息输入至所述深度学习模型，以由所述深度学习模型预测输出所述安全电阻阈值。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，所述模型收敛条件为所述深度学习模型的模型预测性能指标满足预设条件；其中，所述模型预测性能指标包含平均偏差指标D1、均方根偏差指标D2和绝对百分比偏差指标D3；
其中，为临界引线电阻的预测值，yi为临界引线电阻的真实值，G为所述训练数据样本集中训练数据样本的数量。
根据本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试系统，在所述电流引线的外围包裹有塑料网环。
本发明还提供一种铋系高温超导体材料电流测试方法，所述方法应用于铋系高温超导体材料电流测试系统中的控制器单元；所述液冷单元包含液冷容器和承托部件，所述液冷容器盛放有用于对超导线材进行冷却的超导低温冷却剂，所述承托部件用于放置超导线材以及共轴线的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组连接至恒压源；其中，所述超导线材被固定在所述第一绕组与所述第二绕组之间；所述超导线材采用铋系高温超导体材料；所述系统还包括感应电压测量单元和电流测量单元，其中所述感应电压测量单元用于测量所述第二绕组所输出的感应电压，所述电流测量单元用于测量流经所述超导线材的超导电流；其中，所述方法包括：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述铋系高温超导体材料电流测试方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述铋系高温超导体材料电流测试方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述铋系高温超导体材料电流测试方法。
本发明提供的一种铋系高温超导体材料电流测试方法、系统、电子设备及非暂态计算机可读存储介质，在系统中，液冷单元包含液冷容器和承托部件，通过液冷容器盛放超导低温冷却剂，承托部件用于放置超导线材和变压器，且超导线材被固定在共轴线的第一绕组和第二绕组之间，由恒压源在第一绕组侧施加电压，使得共轴线的第二绕组能向外输出互感电压。控制器单元在铋系高温超导体线材处于超导态时，控制逐步增大电流源的输出电流，并持续采样感应电压和超导电流，在检测到感应电压在采样窗口内的波动幅度较大时，识别到超导体脱离超导态，进而依据此采样窗口的超导电流来确定超导线材的临界电流。在本发明实施例中，基于超导线材在超导态和正常态下的电阻值相差巨大的原理，将待测试的超导线材设置在共轴绕组对的中间位置，通过检测第二绕组侧的互感电压的突变情况来精准捕捉超导线材转变为正常态的时刻，并利用该时刻所采样的超导电流来确定超导线材的临界电流。由此，无需利用电压零值来判别超导线的超导状态，即使超导低温冷却剂中存在杂质，测试设备也依然能够测得超导体材料的临界电流。此外，相比于现有技术中需要向超导线材搭接四根引线，在本发明实施例中仅需要搭接两根电流引线，降低了引线搭接成本，并有效提高了针对铋系高温超导体材料的测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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示出了现有技术中的四引线法测试超导体的临界电流值的一示例的原理示意图。
图2示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试系统的一示例的结构连接图；
图3示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试方法的一示例的流程图；
图4A示出了根据本发明实施例的承托部件固定超导线材状态下的一示例的俯视图；
图4B示出了根据本发明实施例的承托部件固定超导线材状态下的一示例的侧视图；
图4C示出了根据本发明实施例的承托部件未固定超导线材状态下的一示例的俯视图；
图5示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试系统的另一示例的结构连接图；
图6示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试方法的另一示例的流程图；
图7示出了根据本发明实施例的由控制器单元确定安全电阻阈值的一示例的流程图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试系统的一示例的结构连接图。
如图2所示，铋系高温超导体材料电流测试系统200包括电流源210、控制器单元220、电流测量单元230、液冷单元240和感应电压测量单元250，其中电流源210、液冷单元240和控制器单元220串联组成的回路。电流源210用于向回路中输出稳定的供应电流，并且可由控制器单元220通过指令调控以增大或降低电流源210所输出的供应电流的电流值。
液冷单元240包含液冷容器(未示出)和承托部件241。液冷容器盛放有用于对超导线材10进行冷却的超导低温冷却剂。承托部件241用于放置超导线材10以及共轴线的第一绕组243和第二绕组245，第一绕组243连接至恒压源E，由此第二绕组245通过互感作用而对外输出感应电压。
进一步地，超导线材10被固定在第一绕组243与第二绕组245之间。
需说明的是，在第一绕组243与第二绕组245之间未设置超导线材时，由第二绕组245所输出的感应电压Um应为：
Um＝Uc＝U源Φ×ωsin(ωt+θ) 公式(1)
其中，Uc表示第二绕组245与第一绕组243进行互感作用而产生的互感电压，U源表示恒压源的输出电压值，Φ表示第一绕组243与第二绕组245之间耦合的磁通链。
另外，在第一绕组243与第二绕组245之间设置超导线材10时，由第二绕组245所输出的感应电压Um’应为：
Um’ ＝Uc － Ur 公式(2)
其中，Ur表示在电流源210流经超导线材10时由第二绕组245感应涡流所产生的电压。
感应电压测量单元250能够测量第二绕组245所输出的感应电压。
需说明的是，当超导线材从超导态转换为正常态时，超导线材的电阻发生突变，致使第二绕组245的金属感生涡流的Ur发生较大幅度的波动，因此通过检测Um’的波动幅度便可以快速识别超导线材从超导态转为正常态的时机。
在本发明实施例中，超导线材10采用铋系高温超导体材料。应理解的是，自从1986年高温超导问世以来，高温超导尤其是铋系超导发展至今已经取得了很大的进展，并被广泛应用于各类高精度设备仪器中。
超导线材10通过两端的电流引线串联接入包含电流源210的电路中，其中电流测量单元230能够测量流经超导线材10的超导电流。
图3示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试方法的一示例的流程图。
在本发明实施例的一些示例中，该方法应用于铋系高温超导体材料电流测试系统中的控制器单元220。
这里，控制器单元220可以采用各种类型的控制器设备，例如台式机、笔记本电脑、处理芯片等具有数据处理能力的设备。
如图3所示，在步骤S310中，在超导线材处于超导态时，控制逐步增大电流源的输出电流。
应理解的是，超导线材在相应材料的超导温度下，便会进入超导态，例如铋的超导温度是9.2K。在本实施例中，对于超导线材进入超导态的操作方式不作限制，例如通过设置超导低温冷却剂的冷却温度，超导线材便可以进入超导态。
在本发明实施例的一些示例中，控制器单元220根据预设的线性关系，例如正比例函数线性关系逐步扩大电流源的输出电流。
在步骤S320中，根据预设的采样时间窗口连续采样感应电压和超导电流，并计算感应电压在各个采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值。
这里，采样时间窗口可以是依据测试需求或设备硬件条件而确定的，在此暂不进行限制，例如采样时间窗口应尽量短小，以满足测试精确度的需求。
另外，幅度阈值应用于区分正常态和超导态时在采样时间窗口的感应电压波动幅度。示例性地，在超导线材处于超导态时针对副绕组的磁场感生涡流应随着超导电流的增长而缓慢变化，而在超导线材转为正常态时副绕组的磁场感生涡流会由于电阻变化而导致明显的电压突变。在一些实施方式中，幅度阈值可以是通过预先实验而进行标定的。
在步骤S330中，在确定对应第一采样时间窗口的电压波动幅度超过幅度阈值的情况下，根据对应第一采样时间窗口的超导电流确定超导线材的临界电流。
在本发明实施例中，检测副绕组侧的互感电压的突变情况来精准捕捉超导线材转变为正常态的时刻，并利用该时刻所采样的超导电流来确定超导线材的临界电流。由此，无需利用电压零值来判别超导线的超导状态，即使超导低温冷却剂中存在杂质，测试设备也依然能够测得超导体材料的临界电流。
需说明的是，相比于现有技术中需要向超导线材搭接四根引线，在本发明实施例中创新性地提出了“两引线法”，即仅需搭接两根电流引线，降低了引线搭接成本，并有效提高了针对铋系高温超导体材料的测试效率。此外，通过降低超导线材的引线数量，既能降低成本，还能够避免引线与超导线材连接处的热量聚集情况，避免了引线和超导线材的损耗，更多细节将在下文中结合其他实施例展开。
图4A示出了根据本发明实施例的承托部件固定超导线材状态下的一示例的俯视图。图4B示出了根据本发明实施例的承托部件固定超导线材状态下的一示例的侧视图。图4C示出了根据本发明实施例的承托部件未固定超导线材状态下的一示例的俯视图。
需说明的是，超导线材在应用在不同的设备上时，由于设备布局或业务应用场景需求，往往需要对超导线材进行挤压，导致超导线材发生形变，而超导线材在不同形变条件下所对应临界电流是变化的，对测试设备提出了更高要求。
如图4A所示，承托部件400包括第一紧固件410和第二紧固件420，其中第一紧固件410和第二紧固件420分别用于固定超导线材10的第一端和第二端。这里，紧固件可以采用各种刚性紧固件，例如螺栓、卡扣等等，以确保超导线材在测试过程中不会发生位置偏移。
在本发明实施例的一些示例中，承托部件还包括M个升降微粒柱，各个升降微粒柱等间距地布设在超导线材的下方。其中，当第一升降微粒柱处于抬升状态时，第一升降微粒柱与超导线材接触，以促使超导线材发生形变。另外，当第一升降微粒柱处于初始落降状态时，第一升降微粒柱与所述超导线材脱离接触。
如图4B和4C所示，在第一紧固件410和第二紧固件420之间，均匀地布设着多个升降微粒柱(401、403、405和407)，各个升降微粒柱分别通过抬升不同的高度，以挤压超导线材发生形变。另外，当各个升降微粒处于初始落降状态时，升降微粒的高度与承托部件的承托平台平齐，此时不会造成超导线材的形变。
应理解的是，如图4B和4C所描述的升降微粒柱的形状、数量和布局仅用作示例，例如对应正方柱体的升降微粒柱、柱体分布密度或面形布局方式，等等。此外，升降微粒柱可以采用橡胶材质，相比于塑料或金属材质，能够有效避免因线材挤压而对线材造成损伤。
通过本发明实施例，在承托部件中设置多个用于积压超导线材的升降微粒柱，能够有效模拟超导线材在实际设备应用中的形变量，能够精准地捕获超导线材在实际应用中的临界电流，测试结果具有更高的应用参考价值。
在本发明实施例的一些示例中，各个升降微粒柱是电控式的，并可以从控制器单元220处接收指令，以实现自主式的升降操作。
具体地，控制器单元220还被配置成：获取针对超导线材的目标形变需求参数，进而根据目标形变需求参数从M个升降微粒柱中确定N个目标升降微粒柱，并向各个目标升降微粒柱发送抬升指令，使得各个目标升降微粒柱从初始落降状态转换为抬升状态，M≥N＞1。
在一些实施方式中，形变需求参数可以是由用户或测试人员根据应用产品的需求而输入的。具体地，形变需求参数包含线材的形变位置、曲率半径，等等。由此，通过控制器单元的指令调控，根据形变位置选择相应的目标升降微粒柱，根据曲率半径控制输出抬升指令所对应的抬升高度，实现了对升降微粒柱的精准升降控制，能快速且准确地将超导线材调制成满足目标形变需求参数。
在一些业务场景中，如本发明实施例所提供的测试设备可以交由用户来自行使用，而无需专业的测试人员参与，能够有效降低测试门槛。
具体地，通过预先调研铋系高温超导体材料所适于使用的各类应用产品信息，并关联记录各类应用产品信息中超导线材的形变需求参数，进而将上述关联关系整理成产品超导形变表，将超导形变表保存在控制器单元220中。
进一步地，控制器单元220获取用户输入的目标应用产品信息，继而，根据预存储的产品超导形变表，确定与目标应用产品信息相匹配的超导线材形变需求参数。
由此，无需用户具有专业的测试知识，只需要输入应用产品信息，设备便能够自动确定相应产品中超导线的形变需求参数，设备能自动控制微粒柱对超导线材进行挤压，输出相应实际产品应用中该超导线材的临界电流值。
图5示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试系统的另一示例的结构连接图。
目前，四引线法被广泛应用在超导线材的测试中，但是在利用四引线法测试电阻的过程中，引线与超导体材料的接触因接触电阻而发热，并且此时引线附近的冷却液在高温下会形成一层膜而罩在引线上，使得引线接点位置散热不佳而更容易导致超导体材料损坏并触发测试设备被动保护，导致增大了测试成本和测试周期，且无法对同一超导线材进行连续重复测试，致使测试结果的精确度也无法得到有效验证。
鉴于此，如上文中所描述的一样，在本发明实施例中，采用两引线测量法，省略了电压引线，避免了电压引线及超导线材在相应接触位置的损坏。
进一步地，如图5所示，铋系高温超导体材料电流测试系统500中还设置有串联在液冷单元240与控制器单元220之间的引线电阻测试单元260，其能够检测电流引线处的引线电阻值。
图6示出了根据本发明实施例的铋系高温超导体材料电流测试方法的另一示例的流程图。
如图6所示，在步骤S610中，在超导线材处于超导态时，控制逐步增大电流源的输出电流，并实时监测引线电阻值是否超过预设的安全电阻阈值。
在一些示例中，安全电阻阈值定义了超导线材能够安全测试时的引线电阻的上限值，例如安全电阻阈值可以是通过预先实验标定、焦耳数学公式推算或其他方式而确定的，更多细节将在下文中展开。
在步骤S620中，在确定引线电阻值超过安全电阻阈值的情况下，控制关闭电流源。
在步骤S630中，在确定引线电阻值未超过安全电阻阈值的情况下，根据预设的采样时间窗口连续采样感应电压和超导电流，并计算感应电压在各个采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值。
在步骤S640中，在确定对应第一采样时间窗口的电压波动幅度超过幅度阈值的情况下，根据对应第一采样时间窗口的超导电流确定超导线材的临界电流。
需说明的是，在恒流源的作用下，依据焦耳定律，引线接点位置的发热量与引线电阻的阻值之间呈正相关关系。换言之，当引线阻值越高时，相应地引线接点位置的发热量也就越大。
通过本发明实施例，在测试超导体材料进行临界电流过程中，实时监测电流引线处的引线电阻值，在引线电阻值过大时，关断恒流源，以保护测试设备和超导体材料，确保测试设备和超导体材料在测试过程中不会发生损坏。
在本发明实施例的一些示例中，铋系高温超导体材料电流测试系统500的液冷单元240还包括设置在液冷容器中的液位计247，以用于对超导低温冷却剂的液位进行测量。
进一步地，在电流引线的外围包裹有塑料网环。由此，有效阻止了引线附近的冷却剂因高温而在电流引线处结膜，保障引线与冷却剂之间的接触面积。此外，塑料网环具有绝缘的作用，能够避免通过采用金属材料而对电流测试结果的影响。
在一些实施方式中，当液冷容器发生冷却剂泄露的危险工况时，通过液位计能够快速感知，触发控制器单元220进行预警操作，确保超导线材的测试环境的安全可靠性。
图7示出了根据本发明实施例的由控制器单元确定安全电阻阈值的一示例的流程图。
如图7所示，在步骤S710中，基于铋系高温超导体材料电流测试系统，预先对G个超导线材样品进行电流测试，G＞1。
这里，各个超导线材样品采用了铋系高温超导体材料。需说明的是，采用相同的材料类型，但所具有的物理特性不同，也会导致超导线材所表现出的电阻值发生变化。在本发明实施例的一个示例中，超导线材样品与待测试的超导线材具有相同的物理属性，例如长度、厚度或表面平整度。在本发明实施例的另一示例中，允许不同的超导线材样品具有多样化的物理属性，例如长度、厚度和表面平整度等，具有更广的普适性，并能节约样品损耗。
在步骤S720中，针对G个超导线材样品中的每一个超导线材样品，获取超导线材样品在发生引线损坏时的临界引线电阻。
示例性地，在利用测试系统500进行超导测试的过程中，随着恒流源的输出电流的持续提升，引线与超导线材样品连接位置的热量会不断上升而直至损坏，并记录此时的临界引线电阻。
在步骤S730中，根据各个临界引线电阻，确定安全电阻阈值。
在本发明实施例的一个示例中，当超导线材样品与待测试的超导线材具有相同的物理属性时，可以通过求算平均值的方式来确定安全电阻阈值。
在本发明实施例的另一示例中，当超导线材样品与待测试的超导线材具有不同的线材物理属性时，可以通过机器学习模型来实现对各类物理属性的超导线材的安全电阻阈值的预测。
具体地，控制器单元获取超导线材样品所对应的线材样品属性信息，线材样品属性信息包含线材平整度和线材厚度。应理解的是，线材样品属性信息还可以非限制性地包含其他维度的样品属性信息。继而，根据各个超导线材样品所对应的临界引线电阻和线材样品属性信息，构建训练数据样本集，例如，以临界引线电阻作为样本标签，以线材样品属性信息作为输入样本特征。然后，根据训练数据样本集对深度学习模型进行训练，直至深度学习模型满足模型收敛条件。进而，在实际的超导测试过程中，将待测试的超导线材所对应的目标线材属性信息输入至深度学习模型，以由深度学习模型预测输出安全电阻阈值。
通过本发明实施例，在各个超导线材样品所具有的线材样品属性信息呈多样化时，依据各个超导线材样品所对应的临界引线电阻和线材样品属性信息构建深度学习模型的训练样本集。由此，在对各类具有不同的线材平整度和线材厚度的线材进行测试时，通过深度学习模型都能够较精准地预测相应的安全电阻阈值，而不需要针对每个测试线材都进行实验标定，具有较广泛的普适性，能大幅节约测试成本，提高测试效率。
需说明的是，针对深度学习模型的迭代训练方式，在此并不作限制，例如可以采用梯度下降法来计算损失函数梯度，进而实现对模型参数的更新。
此外，模型收敛条件为深度学习模型的模型预测性能指标满足预设条件。在本发明实施例的一些示例中，模型预测性能指标包含平均偏差指标D1、均方根偏差指标D2和绝对百分比偏差指标D3，以此来作为深度学习模型预测安全电阻阈值的评价指标。
其中，为临界引线电阻的预测值，yi为临界引线电阻的真实值，G为超导线材样品的数量，每一个样品分别用于生成一个训练样本，因此G也表示训练数据样本集中训练数据样本的数量。
需说明的是，当使用深度学习模型完成分类或回归任务时，存在一些超参数，它们控制模型的行为和性能且需要手动设置。超参数调优是通过尝试不同的超参数值来获取最佳超参数配置，优化模型的性能。
通过本发明实施例，针对深度学习模型的学习率、Epoch大小、batch_size、dropout率和步长进行超参数训练寻优，使用D1、D2、D3三个指标进行模型预测性能评估，继而确定深度学习模型预测安全电阻阈值最佳的超参数配置。由此，能够保障深度学习模型针对安全电阻阈值的预测任务能够具有较佳的性能表现。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行铋系高温超导体材料电流测试方法，该方法包括：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的铋系高温超导体材料电流测试方法，该方法包括：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的铋系高温超导体材料电流测试方法，该方法包括：在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述系统包括由电流源、液冷单元和控制器单元串联组成的回路；所述液冷单元包含液冷容器和承托部件，所述液冷容器盛放有用于对超导线材进行冷却的超导低温冷却剂，所述承托部件用于放置所述超导线材以及共轴线的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组连接至恒压源；其中，所述超导线材被固定在所述第一绕组与所述第二绕组之间；所述超导线材采用铋系高温超导体材料；
所述系统还包括感应电压测量单元和电流测量单元；其中所述感应电压测量单元用于测量所述第二绕组所输出的感应电压，所述电流测量单元用于测量流经所述超导线材的超导电流；
其中，所述控制器单元被配置成执行包括以下的操作：
在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；
根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；
在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
2.根据权利要求1所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述承托部件包括第一紧固件和第二紧固件，其中所述第一紧固件和所述第二紧固件分别用于固定所述超导线材的第一端和第二端；
所述承托部件包括还包括M个升降微粒柱，各个所述升降微粒柱等间距地布设在所述超导线材的下方；
其中，当第一升降微粒柱处于抬升状态时，所述第一升降微粒柱与所述超导线材接触，以促使所述超导线材发生形变；以及，当所述第一升降微粒柱处于初始落降状态时，所述第一升降微粒柱与所述超导线材脱离接触。
3.根据权利要求2所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述控制器单元还被配置成：
获取针对所述超导线材的目标形变需求参数；
根据所述目标形变需求参数从所述M个升降微粒柱中确定N个目标升降微粒柱，并向各个所述目标升降微粒柱发送抬升指令，使得所述各个目标升降微粒柱从所述初始落降状态转换为所述抬升状态，M≥N＞1。
4.根据权利要求3所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述获取超导线材形变需求参数，包括：
获取用户输入的目标应用产品信息；
根据预设的产品超导形变表，确定与所述目标应用产品信息相匹配的超导线材形变需求参数；所述产品超导形变表记录了多个应用产品信息和相应的形变需求参数。
5.根据权利要求1所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述系统还包括串联在所述液冷单元与所述控制器单元之间的引线电阻测试单元，且所述引线电阻测试单元用于检测所述电流引线处的引线电阻值；
其中，所述控制器单元被配置成执行包括以下的操作：
在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流，并实时监测所述引线电阻值是否超过预设的安全电阻阈值；
在确定所述引线电阻值超过所述安全电阻阈值的情况下，控制关闭所述电流源；
在确定所述引线电阻值未超过所述安全电阻阈值的情况下，根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值。
6.根据权利要求5所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述控制器单元还被配置成预先确定所述安全电阻阈值，具体包括：
基于所述铋系高温超导体材料电流测试系统，预先对G个超导线材样品进行电流测试，G＞1；各个所述超导线材样品采用了铋系高温超导体材料；
针对所述G个超导线材样品中的每一个超导线材样品，获取所述超导线材样品在发生引线损坏时的临界引线电阻；
根据各个所述临界引线电阻，确定所述安全电阻阈值。
7.根据权利要求6所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述根据各个所述临界引线电阻，确定所述安全电阻阈值，包括：
获取所述超导线材样品所对应的线材样品属性信息；所述线材样品属性信息包含线材平整度和线材厚度；
根据各个所述超导线材样品所对应的临界引线电阻和线材样品属性信息，构建训练数据样本集；
根据所述训练数据样本集对深度学习模型进行训练，直至所述深度学习模型满足模型收敛条件；
将所述超导线材所对应的目标线材属性信息输入至所述深度学习模型，以由所述深度学习模型预测输出所述安全电阻阈值。
8.根据权利要求7所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，所述模型收敛条件为所述深度学习模型的模型预测性能指标满足预设条件；其中，所述模型预测性能指标包含平均偏差指标D1、均方根偏差指标D2和绝对百分比偏差指标D3；
其中，为临界引线电阻的预测值，yi为临界引线电阻的真实值，G为所述训练数据样本集中训练数据样本的数量。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的铋系高温超导体材料电流测试系统，其特征在于，在所述电流引线的外围包裹有塑料网环。
10.一种铋系高温超导体材料电流测试方法，其特征在于，所述方法应用于铋系高温超导体材料电流测试系统中的控制器单元；所述系统包括由电流源、液冷单元和控制器单元串联组成的回路；所述液冷单元包含液冷容器和承托部件，所述液冷容器盛放有用于对超导线材进行冷却的超导低温冷却剂，所述承托部件用于放置所述超导线材以及共轴线的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组连接至恒压源；其中，所述超导线材被固定在所述第一绕组与所述第二绕组之间；所述超导线材采用铋系高温超导体材料；所述系统还包括感应电压测量单元和电流测量单元；其中所述感应电压测量单元用于测量所述第二绕组所输出的感应电压，所述电流测量单元用于测量流经所述超导线材的超导电流；
其中，所述方法包括：
在所述超导线材处于超导态时，控制逐步增大所述电流源的输出电流；
根据预设的采样时间窗口连续采样所述感应电压和所述超导电流，并计算所述感应电压在各个所述采样时间窗口内的电压波动幅度是否超过预设的幅度阈值；
在确定对应第一采样时间窗口的所述电压波动幅度超过所述幅度阈值的情况下，根据对应所述第一采样时间窗口的超导电流确定所述超导线材的临界电流。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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