[發明專利]一種用Campbell法測量超導體電流密度的裝置

無效

• 申請號: 201410107778.2
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103926454A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 劉志勇;唐亞楠;楚莊;黎文峰;張娜
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: G01R19/08
• 分類號: G01R19/08
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

本發明涉及超導電性測量技術領域，具體涉及一種用Campbell法測量超導體電流密度的裝置。?

背景技術

超導電性的研究屬于一種發展中的學科，在超導材料的特性研究、性能測量領域還不成熟，臨界電流特性是超導材料的基本特性之一，臨界電流規律是超導應用的重要參量，也是衡量超導材料質量的主要技術指標，研究其測量手段不僅可以進一步研究材料自身特性，還能為超導材料的應用與開發服務。例如高溫超導電纜輸電的主體是高溫超導帶材，影響高溫超導電纜中高溫超導帶材臨界電流Ic大小的直接原因是溫度和磁場強度，其它因素通過這兩個變量間接地影響超導帶材的臨界狀態，如導體內的應力、導管內液氮的壓力或者流量、超導帶材間電流分布的均衡性以及超導帶材上的電壓等。?

電輸運法和磁測量法是測量臨界電流密度較為廣泛使用的兩大類方法：四引線法是測量超導體的臨界電流密度最通用的電測量方法，也可以稱為傳輸電流法或阻尼法；直流磁化法的測試中常采用超導量子磁力儀(SQUID?measurement)測量樣品的直流磁化，實驗中通常測量樣品的磁滯回線，采用一維近似和畢恩模型計算樣品中的臨界電流密度；交流磁化法通過測定交流磁化系數估算出臨界電流密度的大小。Campbell法測試超導體臨界電流密度的方法是，把超導體放入直流和交流疊加的外磁場中，通過測量超導體磁場穿透深度與外磁場交流量的關系，通過計算其斜率來得到超導體的臨界電流密度。另外，通過Campbell所得結果能得到其它方法不能得到的一些結果，例如區域電流和整體電流，釘扎類型和位置等信息。因此能夠精確測量磁場穿透深度和變化磁場關系成為Campbell法的關鍵，目前國外少數幾個課題組從事這一測量方法的研究，國內的課題研究還在初始階段。?

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種用Campbell法測量超導體電流密度的裝置，該裝置應用于PPMS設備上，在PPMS設備提供的工作環境下，用設計的雙線圈系統來探測超導體的磁場穿透深度，進而計算超導體的臨界電流密度。?

本發明的技術方案為：一種用Campbell法測量超導體電流密度的裝置，其特征在于主要由探測設備和輸出信號處理保存設備構成，所述的探測設備包括兩個相同的線圈，兩個相同的線圈分別為檢測線圈和參比線圈，所述的輸出信號處理保存設備包括調諧電路、電壓表和計算機，該計算機裝有輔助測量和控制系統，用于對數據進行記錄和分析，所述的檢測線圈和參比線圈中形成的電信號經過外接的調諧電路將調制的信號發送到電壓表和計算機。?

本發明的工作原理為：由PPMS設備提供的的外加直流磁場和交流磁場均勻分布在工作區內，分別穿過參比線圈和檢測線圈，由于超導體在磁場中有規律運動以及交流磁場作用，在超導體中形成了感應電流，感應電流的存在又形成一定的抗磁性，這些電流信號形成的穿過檢測線圈區域的磁場變化，由電磁感應作用，在檢測線圈中就形成電壓，經過外接信號放大系統這些在超導體中形成的感應信號能夠被外接的電壓表表征。同時，由于交流磁場的作用就能在線圈中形成感應作用，因此在檢測線圈中檢測的電壓還包括交流電流作用的成分，設計的參比線圈就是能夠檢測這部分由于交流信號形成的電壓作用。超導體的有效信號應該是檢測線圈的信號扣除參比線圈的交流磁場的信號，在檢測線圈外接的控制調諧電路上接上計算機輔助測量與控制（CAMAC）系統對數據進行記錄和分析。主要理論依據如下：?

磁場穿透深度與外磁場關系滿足：???????????????????????????????????????????????????；

線圈的檢測電壓與線圈的磁通變化滿足：???；

超導電流為縱坐標和橫坐標分別為的磁通線密度和磁通穿透深度的斜率：

。

本發明具有以下優點：?

1、用電壓來表征線圈內的磁通變化從而來確定超導體的磁場穿透深度；

2、對磁場穿透深度與磁感應強度關系求其斜率得到超導臨界電流密度；

3、雙線圈檢測樣品作用的有效信號，準確可靠；

4、把Campbell磁測量電流理論用可實施的測量工具來實現。

附圖說明

圖1是本發明探測設備裝配后的剖視圖。?

圖面說明：1、交流磁場控制系統，2、直流磁場控制系統，3、溫度檢測控制系統，4、探測設備，5、PPMS平臺，6、檢測線圈，7、參比線圈，8、超導體。?

具體實施方式