CN212255183U

CN212255183U - 一种高温超导带材裂纹检测装置

Info

Publication number: CN212255183U
Application number: CN202020803829.6U
Authority: CN
Inventors: 冯唐垚; 徐颖; 万瑞源; 岳毅; 段璞
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2030-05-14

Abstract

本实用新型公开了一种高温超导带材裂纹检测装置，包括：杜瓦容器、液氮、励磁线圈、样品台、待测高温超导带材、磁场测量器件、数据处理器；所述励磁线圈、所述样品台、所述待测高温超导带材以及所述磁场测量器件均位于所述杜瓦容器中，且依次由下至上放置，并被液氮浸没；所述励磁线圈用于产生变化的磁场，使所述待测高温超导带材产生感应电流；所述磁场测量器件用于检测所述待测高温超导带材各处的磁场数据；所述数据处理器与所述磁场测量器件连接，用于接收所述磁场数据并进行处理，从而判断所述待测高温超导带材是否存在裂纹以及裂纹所在位置。本实用新型装置简单易操作，无需分离出超导层，避免了对超导层的损伤，并提升了裂纹检测的准确性。

Description

一种高温超导带材裂纹检测装置

技术领域

本实用新型属于裂纹检测领域，更具体地，涉及一种高温超导带材裂纹检测装置。

背景技术

超导体具有独特的零电阻和高载流密度特性，在各类电力设备中拥有广阔的应用前景。目前，已经推广使用的超导材料依据其临界温度可分为低温和高温两种，相对而言，高温超导因容易达到工作温度而更具潜力。对于高温超导带材，其内部的超导层是极薄的，最低可达微米级。在制造、工作过程中很可能因热、力等因素而遭受破坏，从而产生裂纹，导致其性能大幅下降。因此，为了评估高温超导带材的性能品质，必须对内部超导层的裂纹状况进行检测。

对于裂纹检测，可以分为直接和间接两类检测方法。直接检测，就是利用显微镜、扫描电镜等方式直观地观测材料上的裂纹状况。但高温超导带材的结构复杂，超导层处于带材内部，无法直接观测。对此，只能将超导带材破坏，从中分离出超导层进行观测，但这个分离过程本身就可能会破坏超导层而产生裂纹，从而影响检测结果的准确性。因此，直接检测可行性较低，需要采用间接检测的方式。而间接检测，就是先检测出有裂纹和无裂纹两种情形下材料表现出来的某些物理性质等方面的差异特性，再根据被测材料的对应检测结果来判断其裂纹状况。因此，为了实现高温超导带材的裂纹检测，必须寻找到一种有效且易于检测的物理量，从而实现间接的裂纹检测。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本实用新型提供了一种高温超导带材裂纹检测装置，用以解决现有的基于光学的直接观测方法因超导层在内部、且无法无损分离出来而存在无法直接检测裂纹的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高温超导带材裂纹检测装置，包括：杜瓦容器、液氮、励磁线圈、样品台、待测高温超导带材、磁场测量器件、数据处理器；

所述励磁线圈、所述样品台、所述待测高温超导带材以及所述磁场测量器件均位于所述杜瓦容器中，且依次由下至上放置，并被液氮浸没；

所述励磁线圈用于产生变化的磁场，使所述待测高温超导带材产生感应电流；所述磁场测量器件用于检测所述待测高温超导带材各处的磁场数据；

所述数据处理器与所述磁场测量器件连接，用于接收所述磁场数据并进行处理，从而判断所述待测高温超导带材是否存在裂纹以及裂纹所在位置。

进一步地，所述励磁线圈位于所述杜瓦容器底部中央，所述样品台固定于所述励磁线圈上方中心区域，所述待测高温超导带材放置于所述样品台上；所述磁场测量器件位于所述待测高温超导带材上方，且能够在水平面上移动，以得到所述待测高温超导带材各处的磁场数据。

进一步地，所述杜瓦容器为圆柱形。

进一步地，所述励磁线圈使用粗铜线，并以圆形为截面来螺旋绕制。

进一步地，所述磁场测量器件为霍尔元件探头。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本实用新型提供的高温超导带材裂纹检测装置，采用杜瓦容器盛放液氮用于冷却高温超导带材样品，励磁线圈通电产生背景磁场，使高温超导带材样品感应出电流并激发磁场；通过检测高温超导带材样品各处的磁场数据，反映超导层的裂纹状况。装置简单易操作，且无需分离出超导层，避免了分离过程对超导层的损伤，并提升了裂纹检测的准确性。

(2)本实用新型中励磁线圈使用粗铜线并以圆形为截面来螺旋绕制，使用粗铜线，搭配液氮低温环境，增大通流能力，能够产生更大的变化磁场，高温超导带材的感应电流及其产生的磁场也随之增大，有利于磁场的检测；以圆形为截面来螺旋绕制，使得它的中心区域上方的磁场比较均匀，从而减少励磁不均匀带来的误差。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种高温超导带材裂纹检测装置示意图；

图2-1和图2-2分别为本实用新型提供的无裂纹高温超导带材示意图及其感应电流分布图；

图3-1和图3-2分别为本实用新型提供的有裂纹高温超导带材示意图及其感应电流分布图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1、杜瓦容器，2、液氮，3、励磁线圈，4、样品台，5、待测高温超导带材，6、磁场测量器件，7、数据处理器，8、感应电流分布，9、裂纹。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本实用新型提供的一种高温超导带材裂纹检测装置示意图，包括：杜瓦容器1、液氮2、励磁线圈3、样品台4、待测高温超导带材5、磁场测量器件6、数据处理器7；励磁线圈3、样品台4、待测高温超导带材5以及磁场测量器件6均位于杜瓦容器1中，且依次由下至上放置。

优选地，杜瓦容器1是圆柱形的。

优选地，液氮2浸没整个容器，以使待测高温超导带材5维持超导态的低温环境。

优选地，励磁线圈3使用粗铜线并以圆形为截面来螺旋绕制，因为使用粗铜线，搭配液氮低温环境，能增大通流能力，产生更大的变化磁场，高温超导带材的感应电流及其产生的磁场也随之增大，有利于磁场的检测；以圆形为截面来螺旋绕制，使得它的中心区域上方的磁场比较均匀，从而减少励磁不均匀带来的误差。且励磁线圈3放置在杜瓦容器1底部中央。

优选地，从杜瓦容器1底部中央设立一根竖直的直杆，高度与励磁线圈3一致，用该直杆固定一个水平的远小于励磁线圈半径的圆形样品台4，并将待测高温超导带材5放置在样品台4上，此区域励磁磁场较为均匀，有利于减少误差。

磁场测量器件6需要有较高的磁场分辨率，能够测量小的高温超导带材样品产生的微弱磁场，种类较多；优选地，选择常用的霍尔元件探头，它可将磁场数据转化为电压数据，便于传输到计算机上进行处理。

数据处理器7将磁场数据绘制成磁场分布图，并结合裂纹引发的磁场异常分布特征，判断所述待测高温超导带材是否存在裂纹以及裂纹所在位置；其中，所述磁场异常分布特征是依据有裂纹和无裂纹高温超导带材样品的磁场分布对比图提取得到的。

需要说明的是，在实际操作过程中，将磁场测量器件6固定在一个竖直的连接件(如竖直圆杆)上，并将该连接件连接到运动组件上，可以通过编程来控制使得磁场测量器件6能够在水平面的X、Y两个方向上移动，对样品各处的磁场数据进行扫描，且测量点与测量点之间的间距均匀且可通过编程来调整，这些数据经过采集和处理后可绘制出磁场分布图。在杜瓦容器顶端搭建一个水平面，用来水平放置该运动组件。至于该运动组件，结构复杂且形式不一，例如在X、Y两个方向上分别设立可编程的直线电机及配套丝杆等，将磁场测量器件通过连接件连接到其中的X或Y方向上的运动组件，通过编程使两个方向的运动组件合理搭配使用，实现水平面移动进行磁场扫描的功能。

下面进一步说明，如何使用上述装置检测高温超导带材是否存在裂纹。

具体的，先给励磁线圈通流，激发空间磁场；随后，位于线圈中央上方的磁场较为均匀的区域的高温超导带材样品激发出感应电流；再断开励磁，超导特性使该感应电流存在较长时间不衰减，该感应电流产生的磁场被上方的磁场测量器件测量出来；通过运动组件将磁场测量器件在水平面移动，测出带材上各个位置处的磁场，并绘制出磁场分布图。根据电磁特性，对有裂纹和无裂纹两种带材进行分析，当励磁线圈通入电流并在空间中激发出磁场后，超导带材会产生感应电流，由于裂纹阻碍了电流的流通，感应电流可以在超导材料中流动并维持较长时间，但无法流经裂纹附近区域。因此，与正常超导层相比，裂纹附近的感应电流极其微弱，如图2-1、图2-2、图3-1、图3-2所示。

根据电与磁的关系，其激发的磁场的分布情况也是类似的，即裂纹附近的磁场强度会十分微弱，与正常超导层相比明显下降。再依据有裂纹和无裂纹两种样品的磁场分布，提取由局部裂纹引发的磁场异常分布的具体特征。由此可判断其他样品的裂纹状况，即是否存在裂纹及大致位置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高温超导带材裂纹检测装置，其特征在于，包括：杜瓦容器、液氮、励磁线圈、样品台、待测高温超导带材、磁场测量器件、数据处理器；

2.如权利要求1所述的高温超导带材裂纹检测装置，其特征在于，所述励磁线圈位于所述杜瓦容器底部中央，所述样品台固定于所述励磁线圈上方中心区域，所述待测高温超导带材放置于所述样品台上；

所述磁场测量器件位于所述待测高温超导带材上方，且能够在水平面上移动，以得到所述待测高温超导带材各处的磁场数据。

3.如权利要求1或2所述的高温超导带材裂纹检测装置，其特征在于，所述杜瓦容器为圆柱形。

4.如权利要求1或2所述的高温超导带材裂纹检测装置，其特征在于，所述励磁线圈使用粗铜线，并以圆形为截面来螺旋绕制。

5.如权利要求1或2所述的高温超导带材裂纹检测装置，其特征在于，所述磁场测量器件为霍尔元件探头。