[發明專利]一種用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置與方法

在審

• 申請號: 202211266122.6
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115683887A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 武玉;劉云昊;戴超;劉方;郭子川
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/26;G01N3/06;G01R33/12;G01R33/16
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

1.一種用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于，包括：低溫杜瓦，所述低溫杜瓦內放置有加熱器和線圈組，所述線圈組位于加熱器的內部并與加熱器固定連接，所述加熱器與溫控儀連接，所述線圈組上安裝有溫度傳感器；所述低溫杜瓦的出口端連接有空心結構的樣品桿，所述樣品桿的內部與低溫杜瓦的內部連通，所述樣品桿的內部沿其軸向方向穿設有傳動桿，所述傳動桿用于固定超導樣品的頂部；所述傳動桿連接有用于驅動其轉動的旋轉驅動組件和用于驅動其沿豎直方向進行移動的直線驅動組件；所述樣品桿連接有真空泵和氣體泵；所述線圈組連接有信號發生器和數據采集卡；所述溫控儀和數據采集卡均與計算機信號連接；其中：

所述線圈組，用于固定超導樣品的底部并接收來自信號發生器提供的交流電信號，并產生磁化率信號；

所述信號發生器，用于為線圈組提供交流電信號；

所述數據采集卡，采集線圈組產生的磁化率信號并進行鎖相放大處理；

所述計算機，用于獲取來自于數據采集卡和溫控儀的磁化率信號與溫度信號。

2.根據權利要求1所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：

所述旋轉驅動組件包括伺服電機，所述伺服電機的輸出端連接有主動輪，所述主動輪嚙合傳動有從動輪，所述從動輪的中心軸位置穿設有連接桿，所述連接桿和從動輪之間通過齒輪連接，并且連接桿能夠在豎直方向上相對于從動輪移動，所述連接桿連接在傳動桿的正上方；

所述直線驅動組件包括直線模組，所述直線模組的輸出端豎直向下；所述直線模組的輸出端連接有稱重傳感器，所述稱重傳感器的下方連接有旋轉拉伸分離部件；所述旋轉拉伸分離部件包括用于與稱重傳感器連接的上連接部以及用于與連接桿連接的下連接部，所述上連接部和下連接部拆卸式連接；所述下連接部的軸心處從上到下開設有貫通的第一連接孔和第二連接孔，所述第一連接孔的孔徑大于第二連接孔；所述連接桿的頂部具有卡接頭，所述卡接頭的外徑小于第一連接孔的孔徑且大于第二連接孔的孔徑，從而使卡接頭能夠在第一連接孔內自由轉動，且能夠卡接在下連接部的內部。

3.根據權利要求2所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：所述連接桿與傳動桿通過聯軸器連接。

4.根據權利要求2所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：所述連接桿的外部具有外齒輪，所述從動輪的中心軸位置開設有通孔，所述通孔的內部具有與外齒輪相適配的齒輪槽。

5.根據權利要求1所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：所述樣品桿的上方安裝有多孔接頭，所述真空泵、氣體泵均通過管道與多孔接頭連接；所述氣體泵的氣體出口端安裝有微壓減壓閥和高真空針閥；所述多孔接頭的一個接頭中安裝有絕壓變送器。

6.根據權利要求1所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：所述線圈組包括線圈以及用于纏繞線圈的線圈骨架；所述線圈包括勵磁線圈、拾取線圈和補償線圈；所述線圈骨架包括用于纏繞勵磁線圈的勵磁線圈骨架和固定在勵磁線圈骨架內部的拾取線圈和補償線圈骨架；所述拾取線圈和所述補償線圈骨架與勵磁線圈骨架固定連接，所述勵磁線圈骨架與加熱器固定連接；

所述拾取線圈和補償線圈骨架包括上連接段、中段和下連接段，拾取線圈和補償線圈分別纏繞在上連接段和下連接段；所述上連接段的內部為中空的樣品腔；所述中段的內部上端具有與樣品腔連通的定位腔，所述中段內部位于定位腔的底部開設有用于固定超導樣品的定位槽；所述中段的外側壁開設有用于安裝溫度傳感器的安裝槽；所述拾取線圈和補償線圈骨架的外側四周開有信號線槽。

7.根據權利要求1所述的用于實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量裝置，其特征在于：所述超導樣品上安裝有布拉格光纖光柵傳感器。

8.一種實時探測不同拉伸與扭轉應變下超導樣品有效應變狀態的測量方法，其特征在于：是利用如權利要求1至7任一項所述的測量裝置完成的，包括以下步驟：

步驟1：檢查線圈組中的線圈的固定情況以及引出端的保護情況，確保沒有發生彎折與損壞；若發生線圈固定不牢固與引出端彎折斷裂則需要重新繞制線圈；

步驟2：將超導樣品一端焊接在線圈組內，另一端焊接在傳動桿內，確保超導樣品在焊接時不受外界因素干擾，防止樣品初始應變狀態發生變化；

步驟3：通過控制旋轉驅動組件或直線驅動組件，能夠使傳動桿發生扭轉或拉伸運動，進而使超導樣品產生扭轉或拉伸應變；

步驟4：將低溫杜瓦放置在液氦杜瓦中，對低溫杜瓦內腔體環境進行降溫；

步驟5：打開真空泵對低溫杜瓦內腔抽真空，根據分子泵上顯示示數確保腔體內處于真空狀態，抽真空時確保氣體泵關閉；

步驟6：打開氣體泵、微壓減壓閥、高真空針閥與絕壓變送器，通過微壓減壓閥和高真空針閥對氣體泵內的氦氣進行精確控制，使處于真空狀態下的低溫杜瓦內具有適量氦氣，確保腔體內氦氣分布均勻且換熱速率適當；

步驟7：打開溫控儀，溫控儀通過放置在樣品附近的溫度傳感器讀取溫度信號，并通過調整加熱器功率控制超導樣品溫度；

步驟8：打開信號發生器與數據采集卡，通過信號發生器將交流電信號傳遞至線圈組，線圈組感應出磁化率信號后傳遞至數據采集卡，磁化率信號經數據采集卡的鎖相放大處理后輸送至計算機中；

步驟9：打開計算機，啟動Labview測試軟件，同時接收來自于數據采集卡的磁化率信號與溫控儀的溫度信號，實時讀取測量數據并顯示磁化率信號與溫度信號的曲線；

步驟10：通過Tikonov正則化技術對計算機所繪制的磁化率-溫度曲線中的磁化率矩陣進行后處理可得到樣品的有效應變狀態。