[發明專利]一種內嵌光纖超導帶材及其制備方法

有效

• 申請號: 201910344526.4
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110021459B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 江俊杰;李柱永;盛杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01B12/06
• 分類號: H01B12/06;G01K11/32
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種內嵌光纖超導帶材及其制備方法，所述內嵌光纖超導帶材，包括上保護金屬帶、下保護金屬帶、超導裸帶和測量光纖，所述上保護金屬帶和/或下保護金屬帶的表面沿帶材長度方向刻有一道或多道深槽，所述測量光纖嵌于深槽內，所述深槽的深度小于保護金屬帶的厚度且大于光纖的直徑，所述超導裸帶通過高溫焊錫被封裝在上保護金屬帶、下保護金屬帶之間；制備時，還包括將測量光纖內嵌于深槽內，通過低溫焊錫將測量光纖與超導帶材封裝在一起的步驟。本發明在實現對超導帶材溫度分布測量的同時，超導帶材結構不受影響，測量光纖可被替換，顯著提高超導帶材的重復利用率和內嵌光纖超導帶材的成品率。

技術領域

本發明涉及一種內嵌光纖超導帶材及其制備方法，屬于超導帶材及制造領域。

背景技術

得益于在特定溫度下具備近乎零電阻輸電的特性，高溫超導帶材在載流能力上明顯優于普通導體，由其繞制而成的線圈與相同體積的常規磁體相比能夠產生更大的磁場，因而其在電動機、發動機、變壓器、超導儲能、磁體、電力纜線等電機及電力領域極具研究價值和應用前景。

然而，由于超導帶材在承受超過其規定臨界值的電流或其所處環境溫度高于臨界溫度時，超導帶材將發生超導態至常導態的相變過程從而失去超導特性，這種相變在工程領域內被稱為“失超”。正常運行的超導帶材在失超后，會產生大量的熱，其后果會導致超導帶材的溫度急劇上升，超導特性快速下降，更為嚴重的是，累積在超導帶材上的熱量如不能被快速傳導出去，將導致帶材的燒毀。

鑒于此，實現對于超導帶材的熱穩定性監測，更具體地說，實現對超導帶材的溫度在線監測是保證超導帶材能夠在實際工程中得到安全運行的前提條件和技術要求。在以往的科研及工程應用中，檢測失超的方法往往采用電測法，即：在超導帶材兩端焊接電壓引線，通過測量帶材的整體電壓來進行失超判別。然而，這類方法存在兩個天然的劣勢：一、在高電壓設備上應用時，存在絕緣風險；二、對于長距離的高溫超導帶材而言，受制于其失超傳播速度慢的特性，極其容易出現漏判。

相較于傳統的電測法和有源傳感器，光纖傳感器具有絕緣性高，抗電磁干擾能力強，耐腐蝕，分布式感知等特點。因而，應用光纖傳感技術對超導失超進行在線監測具有相當大的科研意義和市場應用前景。

早在1995年，美國勞倫斯伯克利國家實驗室與荷蘭特溫特大學應用超導中心的科學家們就實現了使用法布里珀羅光纖干涉儀對超導加速器磁體的失超進行檢測并定位。實驗中，光纖通過環氧樹脂被固定超導帶上，并在液氮環境中檢測超導帶材的應力變化。相關論文發表于：Johannes M.van Oort,Ronald M.Scanlan,Herman H.J.ten Kate,“A Fiber-Optic Strain Measurement and Quench Localization System for Use inSuperconducting Accelerator Dipole Magnets,”IEEE Trans Appl.Supercond.,vol.5,no.2,Jun.1995,pp.882-885。

隨之而來的二十多年里，各國科學家和工程師開始著手如何更好地將光纖傳感技術應用到超導失超檢測中。這些深入研究工作主要分為兩個方面：一、基于不同的傳感原理進行的失超檢測。主要原理包括法布里珀羅干涉原理、光纖布拉格光柵原理、光時域或光頻域反射原理等。二、基于不同的光纖和超導組合結構。主要包括將光纖置于超導帶材表面，并用環氧樹脂進行固定的結構；將光纖固定于金屬骨架上，金屬骨架再被超導帶材包封的結構；將光纖置于超導封裝帶上下保護層中間的同步封裝結構等。