[發明專利]基于灰度識別的超導帶材制備溫度控制方法、系統及裝置

有效

• 申請號: 202011462431.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112612306B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 朱佳敏;仝明磊;陳思侃;張子旭;婁策力;趙躍;高中赫;吳蔚;丁逸珺
• 申請（專利權）人: 上海超導科技股份有限公司
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;H01B12/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于灰度識別的超導帶材制備溫度控制方法、系統及裝置，包括：實時獲取鍍膜過程中待測帶材的膜層所在側的灰度圖像，將每條待測帶材劃分為多個部分，得到對應的多個灰度值；將不同部分的灰度值與預設值相減，得到灰度差；根據所述灰度差反饋控制鍍膜的溫度，在所述灰度差為正的情況下降低相應部分的溫度，在所述灰度差為負的情況下增加相應部分的溫度。本發明采用基于灰度識別對超導帶材的制備進行溫度控制，能夠有效的反饋超導層鍍膜溫度，根據識別的的灰度對鍍膜的溫度進行反饋控制，獲得最優的鍍膜溫度，從而得到最好的臨界電流。

技術領域

本發明涉及超導帶材制備技術領域，具體地，涉及一種基于灰度識別的超導帶材制備溫度控制方法、系統及裝置。

背景技術

第二代超導帶材，由于其作為超導載流核心的ReBCO本身硬且脆，所以一般是在鎳基合金基底上采用多層覆膜的工藝生產，所以又被稱為涂層導體。第二代超導帶材一般由基帶、緩沖層（過渡層）、超導層以及保護層組成。第二代高溫超導體是多層薄膜結構，一般由基帶、種子層、隔離層、帽子層（模板層）、超導層、保護層等組成。

本文以REBCO膜層進行敘述但不限于REBCO一種超導材料。

在各種真空鍍膜工藝的鍍膜過程中，為保證基底上薄膜的質量，很多薄膜的制備都需要對鍍膜的基底進行加熱，并且對鍍膜過程中基底的溫度偏差范圍有著嚴格的要求。因此，加熱系統是鍍膜設備中至關重要的部分。而對于窄且長的連續的柔性基底帶材，在鍍膜中常采用循環往復的卷對卷結構，以增加鍍膜面積，提高鍍膜效率。雖然在不同的設備中，加熱系統的結構、尺寸、幾何形狀等有所不同，但對于近似二維的柔性基底的帶材來說卷對卷的走帶結構要求所采用加熱系統所采用的加熱面均溫區的面積應足夠大，以與增大的鍍膜面積相匹配，使鍍膜過程中帶材的溫度保持不變。綜上所述，為了保證卷對卷連續帶材的鍍膜質量，加熱系統需要在大面積的加熱面上保證帶材的溫度均勻。另一方面，大規模工業化生產需要柔性基底具有高的走帶速度，以滿足其高產量的需求。加熱板尺寸的限制和高的走帶速度使得柔性基底帶材的加熱時間很短，如何在極短的時間內使帶材的溫度提高至目標溫度，這又是對加熱系統提出的新的需求。

沉積溫度是超導層工藝中最為關鍵的參數之一。ReBCO薄膜的生長的溫區十分的窄，一般只有20℃。通常要測量準確襯底的溫度并不是很方便。原因在于測量溫度和實際溫度之間往往存在明顯差異。使用熱電偶來測試襯底溫度，測試的穩定度依賴于兩者的穩定接觸，即使非常理想的接觸，襯底底面與表面仍存在溫度梯度，這就是差異的來源。

加熱系統已經達到了熱平衡，如果此時置于其中的基帶是靜態的，那么基帶可以看作是處在熱環境下的一個點。對于這個點來說由于做了較長時間的熱交換，襯底容易達到熱平衡狀態。因此這一差異關系是穩定的，比較容易能確定相對的最佳沉積溫度。

不同于靜態工藝，在動態的走帶系統中，基帶每個點要經歷整個路徑上很多不同的位置。由于加熱系統中存在著熱梯度，因此在整個基帶路徑上的各點溫度會高低起伏。基帶以一定的速度走過這個路徑，經過不同的溫度區域，將會有不停的吸熱和放熱過程，溫度始終不會固定。如果想控制基帶在鍍膜時處于最佳溫度，最理想的情況希望基帶走過的整個路徑上的溫度梯度越小越好。然而規模化的生產需鍍膜面積越大越好，越大的面積越容易造成大的溫度梯度，這與理想的控溫情況之間產生了矛盾。

兩個問題十分棘手：1、如何通過一系列的溫度測試，得到鍍膜區帶材所在位置的溫度分布。2、如何再次得到帶材經過鍍膜區的溫度分布。

第一個問題比較困難，原因有以下兩個個方面：1、鍍膜區中不能直接設置熱電偶，會干涉鍍膜，同時鍍膜時產生的等離子體羽輝也會干擾測試。2、腔體內也無法使用激光等光學溫度的測試，原因在于鍍膜的粉塵會覆蓋光學器件。

第二個問題更加的困難，基帶表面的溫度取決于進入鍍膜區時刻本身的溫度和在鍍膜區吸放熱的過程。各道基帶進入鍍膜區時刻的溫度又取決于和加熱板之間的傳導加熱以及反射墻之間的輻射加熱過程。