JPH06221833A

JPH06221833A - 超電導体クエンチ検出方法および装置

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Publication number: JPH06221833A
Application number: JP5010996A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsutani; 茂樹松谷; Norio Kaneko; 典夫金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3308619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】クエンチ発生に係わる微小な変化を感知で
き、酸化物超電導体からなる超電導線材を利用した装置
に関しても対処することができる超電導体クエンチ検出
方法および装置を提供する。【構成】インコヒーレントな光を、光学系４，５通過
させて、超電導線材１の存在する超電導体装置の側面６
に斜めに照射させる。光学系７，８を通過させた反射光
から、超電導線材の幾何学的位置を示す画像を光電気変
換素子により読み取る。読み取られた超電導線材の幾何
学的位置を示す画像のうち等間隔に位置する部分が電気
信号前処理装置１２により抽出され、抽出された部分が
ＦＦＴ処理装置によりフーリエ変換され周波数空間に変
換される。信号解析装置１４、制御装置１５，１６は変
換された出力に閾値以上の変化があった場合に、クエン
チが発生したと検出し、超電導線材への電流の供給を低
下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導線材を利用し
た、超電導コイル、超電導マグネット、超電導ケープル
等において用いられる超電導線材のクエンチ、即ち、超
電導状態から、常電導状態ヘの爆発的転移に係わる異常
を検出する検出方法およびその方法を適用した装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超電導体線材を利用した回路、例えば超
電導体線材による高磁場発生装置などの装置において、
クエンチという現象は致命的な現象として理解されてい
る。クエンチとは機械的揺動等の効果によって超電導線
材の局所部分において超電導状態から常電導体に相転移
する事によってその部分がジュール熱を持ち、結果とし
て常電導状態ヘの転移が爆発的に系（超電導線材）全体
に広がる現象である。つまり、クエンチは通常、線材内
部に超電導電流を流した際の電磁誘導によつて線材同志
がお互いに反発あるいは引き合うことにより、機械的安
定位置ヘと各線材が微小運動をすることによって起こ
る。すなわち、この微小振動が系を流れる電流に揺動を
生じさせ、その揺動によって局所的に常電導転移が起き
ることである。この時、超電導線材は熱膨張あるいは衝
撃波によって物理的にそれ以前の微小振動とは明かに異
なる空間位置の急激な変化を伴う。

【０００３】このようなクエンチ現象に対して、従来は
圧電素子を等を使用してクェンチの起こった初期の段階
で、クエンチによる線材の位置的変化あるいは衝撃波の
検出を通して、その現象の発生を感知し、系に通電して
いる電流値を素早く小さくするように系を制御すること
が行われていた。

【０００４】クエンチが機械的位置の不安定要因から起
こるという事実から、幾度かの初期的なクエンチを経る
と各線材は機械的安定状態に落ちつきクエンチの頻度は
極端に減少することが知られている。このことを線材の
トレーニング効果と呼ぶ。従来技術においてもクエンチ
が系全体に広がらない程度に幾度かの初期的クエンチを
系に起こさせ、系にトレーニングを行っていた。

【０００５】他方、現在進行している高温超電導の研究
を通して、高温超電導体として最も有効であると現在考
えられている酸化物超電導体の熱伝導率が、現在使用さ
れている金属低温超電導体に比較して非常に低いことが
知られている。このことにより、酸化物超電導体による
超電導線材の利用に際しては、クエンチの問題が金属超
電導線材に比較して深刻な問題になることが予想され
る。つまり、熱伝導が低いために一度常電導体ヘ転移を
起こしジュール熱が発生するとその熱が線材を通常囲う
吸熱材に伝導することができず、金属超伝導体に比較し
て遥かに速い速度で転移が全体に広がることが予想でき
る。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】上記の圧電素子に
よる検出においては、以下の問題点が存在する。

【０００７】（１）クエンチによる超電導線材の位置変
化が大きくなった後においてしか、感知できない。

【０００８】（２）感知可能な系全体に対する位置が圧
電素子の大きさに依存し、局所的な信号しか見れない。

【０００９】（３）酸化物超電導体から形成される超電
導線材を利用した装置に関して上述のトレーニング効果
を生じさせる工程の実施自身が非常に困難なものとなっ
ている。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、クエンチ発生
の初期の段階において、その微小な変化を感知できる敏
感なものであって、系全体の変化を観察することがで
き、かつ、酸化物超電導体からなる超電導線材を利用し
た装置に関しても対処することができる、より敏感で誤
検出の少ないクエンチ検出方法およびその装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の超電導体クエン
チ検出方法は、超電導物質によって形成されている超電
導線材が、コイル状に巻かれて形成された超電導装置の
前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を光学的に読
み取り、読み取った画像の幾何学的位置が閾値以上に変
化した場合には、クエンチが発生したことを検出する。

【００１２】好ましくは、前記光学的な読み取りはイン
コヒーレントな光を、第１の空間周波数を有する第１の
グリッドを通過させて、前記超電導線材の存在する前記
超電導体装置表面に斜めに照射させ、その反射光を第１
の空間周波数とは若干異なる第２の空間周波数を有する
第２のグリッドを通過させた光から、前記超電導線材の
幾何学的位置を示す画像を読み取ることにより行なわれ
るか、前記光学的な読み取りはインコヒーレントまたは
コヒーレントな光を、前記超電導線材の存在する前記超
電導体装置表面に斜めに照射させ、その反射光から前記
超電導線材の幾何学的位置を示す画像を読み取ることに
より行なわれるか、前記光学的な読み取りはコヒーレン
トな光を、参照光と試験光とに分離し、試験光を前記超
電導線材の存在する前記超電導体装置表面に斜めに照射
させ、その反射光と参照光とを干渉させ、前記超電導線
材の幾何学的位置を示す画像を読み取ることにより行な
われる。

【００１３】また、好ましくは、前記クエンチの検出は
読み取られた前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像
のうち等間隔に位置する部分を抽出し、抽出した部分を
周波数空間に変換し、周波数空間に変換した出力に閾値
以上の変化があった場合に、クエンチが発生したことを
検出する。

【００１４】本発明の超電導体クエンチ検出装置は、超
電導物質によって形成されている超電導線材が、コイル
状に巻かれて形成された超電導装置の前記超電導線材の
幾何学的位置を示す画像を光学的に読み取る光学的読取
装置と、光学的読取装置が読み取った画像の幾何学的位
置が、閾値以上に変化した場合には、クエンチが発生し
たと検出し、前記超電導線材への電流の供給を低下させ
るクエンチ検出部とを有する。

【００１５】好ましくは、前記光学的読取装置は、イン
コヒーレントな光を、第１の空間周波数を有する第１の
グリッドを通過させて、前記超電導線材の存在する前記
超電導体装置表面に斜めに照射させる照明光学系と、前
記超電導体装置からの反射光を第１の空間周波数とは異
なる第２の空間周波数を有する第２のグリッドを通過さ
せた光から、前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像
を受光素子で読み取る観察光学系とからなり、前記クエ
ンチ検出部は、観察光学系に読み取られた前記超電導線
材の幾何学的位置を示す画像のうち等間隔に位置する部
分を抽出し、抽出した部分をフーリエ変換により周波数
空間に変換する信号変換処理部と、周波数空間に変換し
た出力に閾値以上の変化があった場合に、クエンチが発
生したと検出し、前記超電導線材への電流の供給を低下
させる信号処理制御部とから構成されている。

【００１６】さらに好ましくは、前記光学的読取装置
は、インコヒーレントまたはコヒーレントな光を前記超
電導線材の存在する前記超電導体装置表面に斜めに照射
させる照明光学系と、前記超電導体装置表面からの反射
光から前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を受光
素子で読み取る観察光学系とからなり、あるいは前記光
学的読取装置は、コヒーレントな光を、参照光と試験光
とに分離し、試験光を前記超電導線材の存在する前記超
電導体装置表面に斜めに照射させる照明光学系と、前記
超電導線材からの反射光と参照光とを干渉させ、前記超
電導線材の幾何学的位置を示す画像を受光素子で読み取
る観察光学系とからなり、また、前記フーリエ変換は高
速フーリエ変換である。

【００１７】

【作用】超電導装置に配置された超電導線材の幾何学的
位置を示す画像を光学的に読み取り、読み取った位置が
閾値以上に変動した場合にクエンチが発生したことを検
出する。したがって、この検出に基づきクエンチを停止
するための操作が容易に行なえる。

【００１８】光学的読取装置に偏光を用いたり、コヒー
レントな光線を用いているので、より感度よく画像を検
出できる。検出された画像は、クエンチ検出部が超電導
線材の幾何学的位置のうち等間隔に位置する部分をサン
プリングし、周波数空間に変換し、正規以外の帯域に閾
値以上の信号が現れた場合に異常が発生したと検出す
る。また、周波数空間への変換に際して、高速フーリエ
変換が用いられる場合には、その処理速度は著しく速く
なる。

【００１９】

【実施例】次ぎに、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。図１は本発明の超電導体クエンチ検出装
置の第１の実施例を示す構成図、図２は図１における高
磁場発生装置を示す斜視図である。

【００２０】超電導装置である高磁場発生装置におい
て、超電導線材１は、中心部分２に高磁場を発生させる
ように、断面がほぼ角形のコアの上にコイル状に巻き付
けられている。すなわち、超電導線材１は、等間隔で平
行に揃った状態で巻き付くように形成されている。第２
図においては線材の巻き方を模式的に示すため、省略し
て書かれている。線材が、断線しているわけではない。
また、高磁場発生装置の超電導線材１に流される電流値
は制御部１６によって制御されている。この様な高磁場
発生装置は一般的な装置であり、例えば核融合装置、素
粒子加速装置、加速装置を使用した放射線医療器具、磁
気共鳴検出装置等の広い応用分野に適用されている。な
お、本実施例においては、超電導線材１は、超電導線材
１の上に照射される波長の光線を反射しやすいような物
質で覆われている。

【００２１】次にクエンチを検出する光学的読取装置と
クエンチ検出部について説明する。本実施例において
は、高磁場発生装置と、光学的読取装置およびクエンチ
検出部は観察光と同じ波長帯域を遮断した暗室の中に収
められている。このため、Ｓ／Ｎ比は画期的に向上して
いる。但し、Ｓ／Ｎがそれほど必要でない場合には、暗
室でなくともその機能は充分発揮できる。

【００２２】ハロゲンランプからなる光源３から発せら
れた光線は照明光学系４、５を経た後に超電導線材１が
ほぼ平行に配置された高磁場発生装置の側面６に斜めか
ら入射する。ここで入射方向について述ベる。高磁場発
生装置は、超電導線材１をコイル状に巻き付けて形成し
ているので、光線の入射方向の側面６ヘの射影成分は巻
き付け方向と平行または垂直であることが望まれる。本
実施例では第２図で示される超電導線材１の巻き方向
（超電導線材が走る方向）と入射方向の側面６ヘの射影
成分が垂直になるように、また超電導線材１の巻き方向
と入射光線の波面が垂直になるように、同様に、反射光
が線材１の巻き方向とその側面６ヘの射影成分が垂直に
なるように、また反射光の波面が線材１の巻き方向とほ
ぼ垂直になるように、高磁場発生装置と光学読取装置と
の空間的配置が決定されている。

【００２３】上記のように入射した光は高磁場発生装置
の側面６において反射され、反射された光線は観察光学
系７、８を通過し、光電気変換素子１０の像形成面９に
高磁場発生装置の側面６の像を形成する。即ち、高磁場
発生装置の側面６と光電気変換素子の面９は互いに光学
的に共役な関係を有することとなる。したがって、像形
成面９に形成される像の信号は超電導線材１の巻きの陰
によって第３図（ａ）のように形成される。ここで、ｘ
軸と平行な線分が超電導線材の陰に相当する部分で光学
的情報をもっている。超電導線材の陰を周波数空間にお
いて意味ある情報をもっ信号として取り扱う。つまり、
超電導線材１の巻のピッチはほぼ一定にされているの
で、そのピッチのズレはクエンチ等の異常によるものと
判断する。第３図（ｂ）はｙ軸方向の巻による陰影の空
間分布を示した図である。本実施例ではこの空間分布を
利用する。ここで、この光学情報は高磁場発生装置の側
面６の全面に対する情報を得ている。このようなことは
従来の技術における圧電素子では原理上得られなかった
ものである。

【００２４】上述の光学的情報である干渉縞をＣＣＤな
どの光電気変換素子１０によって縦横２次元的に敷きつ
められた画素毎の電気信号に変換する。さらに、その
後、このアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換装置１１を通し
て画素毎のデジタル信号に変換する。変換された２次元
信号を電気信号前処理装置１２において、第３図の区間
（ｘ₀，ｘ₁），（ｘ₁，ｘ₂），〜，（ｘ_n-1，ｘ_n）に相
当する部分で、それぞれ、超電導線材１の巻きの陰に沿
った（ｘ軸方向）画素積算によって１次元信号に変換す
る。このことによって、いわゆるノイズ成分の落ちたｎ
個の１次元情報が得られる。積算によって巻きの陰以外
による本質的でない信号は軽減される。さらに電気信号
前処理装置１２において適当に各々の一次元信号を切断
あるいは直流成分の除去あるいは、電気的フィルータを
通すことによって、第４図（ａ）のような１次元信号に
変形させる。この変形は電気信号処理の一般技術である
ので容易に理解できよう。このようにして得られた信号
をＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を使用して周波数空間
に変換する。本実施例ではＦＦＴ処理装置１３で第４図
（ｂ）のようにフーリエ変換する。この変換によって干
渉縞による信号は一定の周波数をもっているため、周波
数領域Ｒにおいて局在したものになっている（第４図
（ｂ））。このような信号処理を随時ｎ個の１次元信号
について行う。このような装置において、我々は１ｍ秒
以下の時間間隔で信号を得ては信号解析装置に周波数空
間の１次元デジタル信号を送っている。

【００２５】一方、高磁場発生装置の超電導線材１がク
エンチを起こした場合、クエンチを起こした超電導線材
１は塑性変形を起こす事が知られている。そのため、観
察光は塑性変形のため散乱あるいは反射方向を曲げら
れ、第３図（ａ）で示された超電導線材１の陰影の乱れ
として異常を検出できる。したがって、前処理された電
気信号、即ちｎ個の１次元デジタル信号上の内、少なく
とも１つの１次元信号には、第４図（ｃ）のように信号
の乱れとしてクエンチによる異常が現れ、フーリエ変換
した後の周波数空間の信号においては第４図（ｄ）のよ
うに局在した周波数領域Ｒ以外の周波数領域に現れる信
号成分として示される。我々は周波数領域以外の信号成
分Ｓ（第４図（ｄ））の有無によってクエンチの発生を
検出できる。信号の有無の判断については、例えば、周
波数領域Ｒを取り除いたデジタル信号に対して閾値（第
４図（ｄ）Ｖ₀）を設け、閾値Ｖ₀以上に強度を持つ信号
が存在する場合はクエンチが発生したとして判断する。
このような周波数信号に対する処理及び判断を信号解析
装置１４において行っている。信号解析装置１４におい
てクエンチが発生したと判断した場合は、制御装置１５
が高磁場発生装置の制御装置１６にその異常の発生を伝
達する。そこで、例えば、高磁場発生装置の制御装置１
６は高磁場発生装置１に流れる電流をすばやく減少させ
るように制御し、クエンチの発生初期の段階でクエンチ
の拡散を防ぐことができる。

【００２６】本実施例の第１図、２図では、高磁場発生
装置の側面６についてのみ、クエンチの発生を検出し
た。しかしながら、これを高磁場発生装置全面に一般
化することは容易であり、実際の実施にあたっては全面
の情報をモニタするのが好ましい。また、簡単な光学系
の変更の後に、第２図の中心部２における線分に対して
も、即ち、高磁場発生装置の内径部にたいしても同様の
装置が容易に適用できることは明らかである。

【００２７】また、本実施例においては電気的に信号を
フーリエ変換したが、光学的に行っても良い。また、２
次元信号の１次元ヘの積算化についても同様に、光学的
に行っても良い。

【００２８】本実施例では超電導線材を使用した高磁場
発生装置を挙げて本発明の超電導体クエンチ検出装置に
ついて説明をした。しかしながら、本発明の本質は超電
導線材のクエンチの発生を検出することであり、このこ
とはより一般の超電導線材を利用した装置、例えば大電
力送電装置、大電力蓄積装置などに適用できることは自
明のことである。

【００２９】次に本発明の第２の実施例について図５を
参照して説明する。なお、本実施例において図１の実施
例と同一の符号を有する部材は、実質的に同一の機能を
有する。インコヒーレントな光を出射するハロゲンラン
プである光源２３から出射された光線は照明光学系２
４，２５を経た後に、実効的に空間周波数λ１で不透過
領域を有するグリッド２６に入射される。入射された光
線は、グリッド２６により実効的に空間周波数λ１を有
する光線に形成され、光学系２７を通過した後に高磁場
発生装置の側面６に斜めから入射する。入射方向と側面
６における超電導線材１の巻き方向の関係は図１の場合
と同様である。

【００３０】このように入射された光線は高磁場発生装
置の側面６の上にグリッド２６の像を形成する。すなわ
ち、光学系２７によってグリッド２６と側面６は共役に
なるように配置されている。高磁場発生装置の側面６に
より反射された光線は、光学系２８に入射した後に、グ
リッド２９を照射する。グリッド２９の面は高磁場発生
装置の側面６と共役にされており、グリッド２９は実効
的に空間周波数λ２を有する不透明部分によって形成さ
れている。グリッド２９を透過した光線は空間周波数λ
２を有することとなる。空間周波数λ１，λ２は実効的
に異なる周波数であり、それによるビート信号に側面６
についての光学情報を含んでいることとなる。グリッド
２９を透過した光線は光学系３０を通過し、光電気変換
素子１０の像形成面９に高磁場発生装置の側面６の像を
形成する。即ち、高磁場発生装置の側面６と光電気変換
素子の面９は互いに光学的に共役な関係を有することと
なる。したがって、像形成面９にモアレの文様の原理に
よって形成されるビート信号の文様は超電導線材１の巻
きの陰と合わさって第６図（ａ）のように形成される。
この場合、ｙ軸と平行な線分が超電導線材の蔭に相当す
る部分であり、ｘ軸とほぼ平行な線分が光学的情報を有
するビート信号である。本実施例においては超電導線材
の蔭はノイズとして扱う。ただし、以下に述べる方法を
ｙ軸に沿って行なっても類似した結果は得られる。しか
し、この場合には、信号の敏感度が低下することに注意
しなければならない。図６（ｂ）はｙ軸方向の干渉縞の
空間分布を示した図であり、本実施例ではこの空間分布
を利用するが、この有用性については図１の実施例と同
様である。

【００３１】上述した光学的情報、すなわちビート信号
をＣＣＤ等の光電気変換素子１０によって、縦横２次元
的に敷き詰められた画素ごとの電気信号に変換する。さ
らにこのアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換装置１１を通し
て画素毎のデジタル信号に変換する。変換された２次元
信号を電気信号前処理装置１２において、第３図の区間
（ｘ₀，ｘ₁），（ｘ₁，ｘ₂），〜，（ｘ_n-1，ｘ_n）に相
当する部分で、それぞれ、超電導線材１の巻きの陰とは
垂直方向（ｘ軸方向）に画素積算することによって１次
元信号に変換する。このことによって、ｎ個の１次元情
報が得られたわけである。積算によって巻きの陰による
本質的でない信号は軽減されている。

【００３２】さらに電気信号前処理装置１２において適
当に各々の一次元信号を切断あるいは直流成分の除去あ
るいは、電気的フィルータを通すことによって、図７
（ａ）のような１次元信号に変形させる。この変形は電
気信号処理の一般技術であるので容易に理解できよう。
このようにして得られた信号をＦＦＴ（高速フーリエ変
換）等を使用して周波数空間に変換する。本実施例では
図１で示される第１の実施例と同様にＦＦＴ処理装置１
３で図７（ｂ）のようにフーリエ変換する。この変換に
よって干渉縞による信号は一定の周波数をもっているた
め、周波数領域Ｒにおいて局在したものになっている
（図７（ｂ））。このような信号処理を随時ｎ個の１次
元信号について行う。このような装置において、我々は
１ｍ秒以下の時間間隔で信号を得ては信号解析装置に周
波数空間の１次元デジタル信号を送っている。

【００３３】一方、高磁場発生装置の超電導線材１がク
エンチを起こした場合、クエンチを起こした超電導線材
１は塑性変形を起こす事が知られている。そのため、観
察光は塑性変形のため散乱あるいは反射方向を曲げら
れ、図６（ａ）で示されたビート信号の乱れとして異常
を検出できる。したがって、前処理された電気信号、即
ちｎ個の１次元デジタル信号上の内、少なくとも１つの
１次元信号には、図７（ｃ）のように信号の乱れとして
クエンチによる異常が現れ、フーリエ変換した後の周波
数空間の信号においては図７（ｄ）のように局在した周
波数領域Ｒ以外の周波数領域に現れる信号成分として示
される。我々は周波数領域以外の信号成分Ｓ（図７
（ｄ））の有無によってクエンチの発生を検出できる。
異常信号の有無については、例えば周波数領域Ｒを取り
除いたデジタル号に対して閾値Ｖ₀（図７（ｄ））を設
け、閾値Ｖ₀以上に強度を持つ信号が存在する場合はク
エンチが発生したとして判断する。このような周波数信
号に対する処理及び判断を信号解析装置１４において行
っている。信号解析装置１４においてクエンチが発生し
たと判断した場合は、制御装置１５が高磁場発生装置の
制御部１６にその異常の発生が伝達される。そこで、例
えば、高磁場発生装置の制御部１６は高磁場発生装置１
に流れる電流をすばやく減少させるように制御する。本
実施例では、高磁場発生装置の側面６についてのみ、ク
エンチの発生を検出しているが、これを高磁場発生装置
全面に一般化することは容易であり、実際の実施にあた
っては全面の情報をモニタするのが好ましい。また、簡
単な光学系の変更の後に、第５図の中心部２において観
察できる超電導線材に対しても、即ち、高磁場発生装置
の内径部にたいしても同様の装置が容易に適用できるこ
とは明らかである。

【００３４】また、本実施例においては電気的に信号を
フーリエ変換したが、図１の実施例で述べたと同様に光
学的に行っても良い。また、２次元信号の１次元ヘの積
算化についても同様である。

【００３５】次に本発明の第３の実施例について図８を
参照して説明する。光源３３は、コヒーレントな光線、
本実施例においてはＨｅＮｅのレーザ光（波長６３２ｎ
ｍ）を出射する。光源３から出射されたレーザ光線は、
光学系３４，３５を経た後に平行光としてビームスプリ
ッタ３６に入射する。ビームスプリッタ３６は入射した
レーザ光線を参照光３７と試験光３８とに分離する。参
照光３７は空気中を伝搬し光学系３９に入射する。他
方、試験光３８は超電導線材のの存する高磁場発生装置
の側面６に斜めに入射される。この場合の試験光３８の
入射方向と超電導線材の巻き方向は図１の実施例の場合
と同様である。

【００３６】上述したように入射した試験光３８は、高
磁場発生装置の側面６で反射された試験光３８は光学系
３９に入射される。光学系３９に入射した参照光３７と
試験光３８は、光電気変換素子１０の像形成面９で干渉
縞を形成するように適当な角度で光学的に重ね合わされ
ている。

【００３７】したがって、光電気変換素子１０の像形成
面９の上に形成される干渉縞は超電導線材の巻きの蔭と
合わせられて図９（ａ）のように現れる。この場合、ｙ
軸と平行な線分が超電導線材の蔭に相当する部分でｘ軸
とほぼ平行な線分が光学的情報をもった干渉縞である。
超電導線材の蔭は、本実施例においてはノイズとして扱
われる。また、図９（ａ）におけるｙ軸方向の干渉縞の
空間分布は図９（ｂ）のように示される。その他の利点
および信号処理については図１および図５の実施例と同
様なので説明は省略する。

【００３８】他の変形実施例としては、第３の実施例に
おいて、偏光を光学的に制御することによって、より効
果的に検出できるようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、超電導線
材を利用した装置において、超電導線材の機械的位置を
光学的に読み取り、読み取った機械的位置をフーリエ変
換を経て周波数空間の信号に変換する等の画像処理を行
ない、広い範囲にたいして敏感なクエンチの検出をする
ことよって、超電導線材の材質に拘束されることなくク
エンチの発生を初期の段階で検出することができる。ま
た、干渉などの光学的検出手段を用いているので微小な
変化も検出できることにより、クエンチが系全体ヘ拡散
することを精確かつ迅速に防ぐことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導体クエンチ検出装置の第１の実
施例を示す構成図である。

【図２】図２は図１における高磁場発生装置を示す斜視
図である。

【図３】（ａ）は超電導線材の巻の蔭によって光電気変
換素子の像形成面に形成される画像を示す図である。
（ｂ）はｙ軸方向の超電導線材巻による陰影の空間分布
を示した図である。

【図４】（ａ）は図３（ａ）により示された超電導線材
巻による陰影の空間分布を１次元信号に変形したところ
を示す波形図である。（ｂ）は図４（ａ）の信号を高速
フーリエ変換した状態を示す周波数分布図である。
（ｃ）はクエンチの発生により図４（ａ）の波形が変形
したのを示す波形図である。（ｄ）は図４（ｃ）の信号
を高速フーリエ変換した状態を示す周波数分布図であ
る。

【図５】本発明の超電導体クエンチ検出装置の第２の実
施例を示す構成図である。

【図６】（ａ）は光電気変換素子の像形成面９にモアレ
の文様の原理によって形成されるビート信号の文様を示
す図である。（ｂ）は（ａ）におけるｙ軸方向の干渉縞
の空間分布を示した図である。

【図７】（ａ）は図６（ａ）により示された超電導線材
の巻きによる干渉縞の空間分布を１次元信号に変形した
ところを示す波形図である。（ｂ）は図７（ａ）の信号
を高速フーリエ変換した状態を示す周波数分布図であ
る。（ｃ）はクエンチの発生により図７（ａ）の波形が
変形したのを示す波形図である。（ｄ）は図７（ｃ）の
信号を高速フーリエ変換した状態を示す周波数分布図で
ある。

【図８】本発明の超電導体クエンチ検出装置の第３の実
施例を示す構成図である。

【図９】（ａ）は光電気変換素子の像形成面９に形成さ
れる干渉縞を示す図である。（ｂ）は（ａ）におけるｙ
軸方向の干渉縞の空間分布を示した図である。

【符号の説明】

１超電導巻線２高磁場発生装置の中心部３，２３，３３光源４，５，７，８，２４，２５，２７，３０，３４，３
５，３９光学系９像形成面１０光電気変換素子（受光素子）１１Ａ／Ｄ変換装置１２電気信号前処理装置１３ＦＦＴ処理装置１４信号処理装置１５，１６制御装置２６，２９グリッド３６ビームスプリッタ３７参照光３８試験光Ｒ周波数領域Ｖ₀ 閾値Ｓ異常信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導物質によって形成されている超電
導線材が、コイル状に巻かれて形成された超電導装置の
前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を光学的に読
み取り、読み取った画像の幾何学的位置が閾値以上に変
化した場合には、クエンチが発生したことを検出する超
電導体クエンチ検出方法。
【請求項２】前記光学的な読み取りはインコヒーレン
トな光を、第１の空間周波数を有する第１のグリッドを
通過させて、前記超電導線材の存在する前記超電導体装
置表面に斜めに照射させ、その反射光を第１の空間周波
数とは若干異なる第２の空間周波数を有する第２のグリ
ッドを通過させた光から、前記超電導線材の幾何学的位
置を示す画像を読み取ることにより行なわれる請求項１
記載の超電導体クエンチ検出方法。
【請求項３】前記光学的な読み取りはインコヒーレン
トまたはコヒーレントな光を、前記超電導線材の存在す
る前記超電導体装置表面に斜めに照射させ、その反射光
から前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を読み取
ることにより行なわれる請求項１記載の超電導体クエン
チ検出方法。
【請求項４】前記光学的な読み取りはコヒーレントな
光を、参照光と試験光とに分離し、試験光を前記超電導
線材の存在する前記超電導体装置表面に斜めに照射さ
せ、その反射光と参照光とを干渉させ、前記超電導線材
の幾何学的位置を示す画像を読み取ることにより行なわ
れる請求項１記載の超電導体クエンチ検出方法。
【請求項５】前記クエンチの検出は読み取られた前記
超電導線材の幾何学的位置を示す画像のうち等間隔に位
置する部分を抽出し、抽出した部分を周波数空間に変換
し、周波数空間に変換した出力に閾値以上の変化があっ
た場合に、クエンチが発生したことを検出する請求項１
ないし４のいずれか１項記載の超電導体クエンチ検出方
法。
【請求項６】超電導物質によって形成されている超電
導線材が、コイル状に巻かれて形成された超電導装置の
前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を光学的に読
み取る光学的読取装置と、光学的読取装置が読み取った画像の幾何学的位置が、閾
値以上に変化した場合には、クエンチが発生したと検出
し、前記超電導線材への電流の供給を低下させるクエン
チ検出部とを有する超電導体クエンチ検出装置。
【請求項７】前記光学的読取装置は、インコヒーレン
トな光を、第１の空間周波数を有する第１のグリッドを
通過させて、前記超電導線材の存在する前記超電導体装
置表面に斜めに照射させる照明光学系と、前記超電導体
装置からの反射光を第１の空間周波数とは異なる第２の
空間周波数を有する第２のグリッドを通過させた光か
ら、前記超電導線材の幾何学的位置を示す画像を受光素
子で読み取る観察光学系とからなり、前記クエンチ検出部は、観察光学系に読み取られた前記
超電導線材の幾何学的位置を示す画像のうち等間隔に位
置する部分を抽出し、抽出した部分をフーリエ変換によ
り周波数空間に変換する信号変換処理部と、周波数空間
に変換した出力に閾値以上の変化があった場合に、クエ
ンチが発生したと検出し、前記超電導線材への電流の供
給を低下させる信号処理制御部とからなる請求項６記載
の超電導体クエンチ検出装置。
【請求項８】前記光学的読取装置は、インコヒーレン
トまたはコヒーレントな光を前記超電導線材の存在する
前記超電導体装置表面に斜めに照射させる照明光学系
と、前記超電導体装置表面からの反射光から前記超電導
線材の幾何学的位置を示す画像を受光素子で読み取る観
察光学系とからなり、前記クエンチ検出部は、観察光学系に読み取られた前記
超電導線材の幾何学的位置を示す画像のうち等間隔に位
置する部分を抽出し、抽出した部分をフーリエ変換によ
り周波数空間に変換する信号変換処理部と、周波数空間
に変換した出力に閾値以上の変化があった場合に、クエ
ンチが発生したと検出し、前記超電導線材への電流の供
給を低下させる信号処理制御部とからなる請求項６記載
の超電導体クエンチ検出装置。
【請求項９】前記光学的読取装置は、コヒーレントな
光を、参照光と試験光とに分離し、試験光を前記超電導
線材の存在する前記超電導体装置表面に斜めに照射させ
る照明光学系と、前記超電導線材からの反射光と参照光
とを干渉させ、前記超電導線材の幾何学的位置を示す画
像を受光素子で読み取る観察光学系とからなり、前記クエンチ検出部は、観察光学系に読み取られた前記
超電導線材の幾何学的位置を示す画像のうち等間隔に位
置する部分を抽出し、抽出した部分をフーリエ変換によ
り周波数空間に変換する信号変換処理部と、周波数空間
に変換した出力に閾値以上の変化があった場合に、クエ
ンチが発生したと検出し、前記超電導線材への電流の供
給を低下させる信号処理制御部とからなる請求項６記載
の超電導体クエンチ検出装置。
【請求項１０】前記フーリエ変換は高速フーリエ変換
である請求項７ないし９のいずれか１項記載の超電導体
クエンチ検出装置。