[發明專利]塊狀高溫超導體俘獲磁場測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201110430384.7
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN103176145A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 鄭明輝;焦玉磊
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07;G01R33/12
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉茵

技術領域

本發明涉及一種塊狀高溫超導體磁懸浮力與俘獲磁場的簡易測量裝置。

背景技術

完全抗磁性和零電阻效應是超導材料的主要特征。當一個超導體處于外界磁場中時，由于抗磁性和磁通釘扎效應的作用，在超導體內部將感應出屏蔽電流，又由于零電阻效應所致，屏蔽電流幾乎不隨時間衰減。在超導樣品內持續流動的屏蔽電流產生的磁場與外磁場發生相互作用，從而產生超導磁懸浮現象。以超導磁懸浮現象為基礎的超導磁懸浮技術在能源(飛輪儲能)、交通(磁浮車)、機械工業(無摩擦軸承)等諸多領域具有潛在的應用價值。

俘獲磁場是超導材料在磁懸浮技術上應用的重要參數。不僅可以判斷超導塊材是否單疇，也可計算其磁浮力性能，甚至可以對超導塊材的內部缺陷的程度進行簡單推斷。

磁浮力與俘獲磁場是表征塊狀超導材料特性的重要參數。雖然后者更能全面地反映材料的本征特性，但由于測試條件要求復雜，費用昂貴而不能作為材料地常規檢測手段。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單方便的俘獲磁場測量裝置，用于在不破壞樣品的情況下對塊材單疇性及俘獲場特性進行掃描測量，從而對塊材的質量進行判別。

為實現上述目的，本發明包括如下技術方案：

一種塊狀高溫超導體俘獲磁場測量裝置，其包括機架1，垂直移動機構2，二維水平移動機構3，驅動及數據采集系統4，低溫樣品容器5，充磁用磁體6和霍爾元件7；垂直移動機構2固定在機架1上，充磁用磁體6或霍爾元件7固定于該垂直移動機構2上；二維水平移動機構3固定在機架1上，并位于垂直移動機構2的下方，低溫樣品容器5固定于該二維水平移動機構3上；垂直移動機構2和二維水平移動機構3分別與驅動及數據采集系統4連接。

如上所述的裝置，其中，該垂直移動機構2由步進電機21、精密滾珠絲杠22和具有滑動導向槽的導柱23構成；該精密滾珠絲杠22一端連接步進電機21，另一端連接該充磁用磁體6或霍爾元件7。

如上所述的裝置，其中，該二維水平移動機構3包括一個樣品支架；該樣品支架由具有滑動導向槽的第一導柱36和第二導柱37組成，兩個導柱相互垂直；該第一導柱36上設置第一步進電機32和第一精密滾珠絲杠34；該第二導柱37上設置第二步進電機33和第二精密滾珠絲杠35；低溫樣品容器5固定于第一導柱36上，與第一精密滾珠絲杠34連接，該精密滾珠絲杠34的另一端連接第一步進電機32，由該精密滾珠絲杠34牽引，該低溫樣品容器5沿該第一導柱36作水平移動；該第一導柱36連接第二精密滾珠絲杠35，該第二精密滾珠絲杠35的另一端連接第二步進電機33，由該第二精密滾珠絲杠35牽引，第一導柱36沿該第二導柱37作水平移動。

如上所述的裝置，其中，該驅動及數據采集系統4包括輸出信號采集及顯示單元和整體裝置的驅動及控制單元。

另一方面，本發明包括一種應用如上所述的裝置測量塊狀高溫超導體俘獲磁場的方法，包括如下步驟：

A.首先將超導材料進行充磁，并固定在盛有液氮的低溫樣品容器5中，該低溫樣品容器5固定在二維水平移動機構3上；

B.將霍爾元件固定于垂直移動機構上，通過驅動垂直移動機構2的步進電機21確定霍爾元件與超導樣品之間的距離；

C.控制兩個步進電機32、33，使樣品相對與霍爾元件做水平運動；

D.采集水平方向的坐標值及霍爾元件的測量數據；

E.以采集到的數據作圖即可得到超導樣品的俘獲場數據及磁場分布圖。

如上所述的方法，其中，該步驟A的充磁操作采用外部磁場，或通過所述垂直移動機構2帶動磁體與超導材料接近，冷卻超導材料至液氮溫度后對超導材料進行充磁。

如上所述的方法，其中，該裝置的最大水平掃描范圍為150mm×150mm，垂直移動距離為100mm，最小步進距離為25微米。

再一方面，本發明包括應用如上所述的裝置測量磁性材料表面磁場與磁場分布的方法，包括如下步驟：

A.首先將磁性材料樣品固定在二維水平移動機構3上；

B.將霍爾元件固定于垂直移動機構上，通過驅動垂直移動機構2的步進電機21確定霍爾元件與磁性材料樣品之間的距離；

C.控制兩個步進電機32、33，使樣品相對與霍爾元件做水平運動；

D.采集水平方向的坐標值及霍爾元件的測量數據；

E.以采集到的數據作圖即可得到磁性材料樣品的表面磁場與磁場分布圖。