[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

本發明公開了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，該測量裝置包括低溫杜瓦、加熱器、線圈組、旋轉驅動組件、直線驅動組件、樣品桿、傳動桿、信號發生器、數據采集卡、計算機等組件。該測試裝置通過設置旋轉驅動組件和直線驅動組件，能夠實現對傳動桿的旋轉和在豎直方向上的運動進行控制，并通過傳動桿將作用力傳遞至超導樣品，實現對超導樣品的拉伸與扭轉，進而實現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。本發明提供的裝置適用于實時測量不同扭轉角度和拉伸條件下的超導樣品隨溫度的交流磁化率信號，并通過后續算法計算超導樣品的有效應變狀態，相較于其他檢測方法更加便捷高效。

技術領域

本發明涉及超導電子學領域，具體涉及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。

背景技術

聚變能作為一種高效的清潔能源，它的使用是人類的終極夢想之一，而全超導托卡馬克型磁約束核聚變裝置是使聚變堆連續產生聚變能運行的重要保障。各國在積極開展國際熱核聚變實驗堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的建設工作的同時，也同時進行著未來聚變堆的設計與研制。但未來聚變堆均將面臨著高工作磁場、高運行電流的這一顯著特點，其中心螺線管線圈及縱向場線圈的最高磁場都將超過12T。綜合技術可靠性與工業可行性等因素，目前較為成功的超導材料分別為低溫超導材料-高性能Nb₃Sn超導線材與高溫超導材料-YBCO超導帶材，這兩種材料無論在性能測試、導體研制以及工業生產方面均在其對應的低溫與高溫超導領域取得了不錯的進展。

為滿足高場磁體的繞制，YBCO等第二代高溫超導帶材通常繞制成CORC纜形式的電纜導體或者CICC(Cable in the conduit conductor)導體形式。由于高溫超導樣品是由銅層、緩沖層、超導層與基底等多層材料堆疊而成，在宏觀電磁性能上具有顯著的各向異性，它在繞制成CORC纜以及導體不可避免的會發生樣品受拉伸與扭轉的情況，進而導致載流性能的不可逆衰退，這會導致高溫超導樣品的超導層發生嚴重的破損和分布式裂紋。而高性能Nb₃Sn超導線材作為一種A15型金屬間化合物，線材在熱處理成相后十分脆弱，對于應變十分敏感，其所制成的CICC導體在電磁工況運行下也同樣會受到拉伸應變與扭轉應變，導致載流性能的不可逆變化。而目前對于超導樣品的結構損傷檢測均為有損解剖，這有可能導致樣品發生二次損傷而無法探測其真實應變情況，且經繞制后的樣品形狀各異，無法做到像無應變下的平直狀態，這使得可以檢測樣品結構的手段大大減小。就無損探測技術而言，中子衍射的測量精度較高，但其測量成本過高且測量后的樣品具有輻射性難以取回。交流磁化率測量方法可以進行超導樣品性能的無損探測，成本較低且無輻射影響，其采集到的交流磁化率信號與溫度信號數據可通過后處理轉變為超導樣品的有效應變狀態進而表征超導樣品的真實性能。因此，發展可實時測量超導樣品在不同程度拉伸與扭轉應變下有效應變狀態的裝置是表征超導樣品性能衰退的重要檢測方法之一。

為了準確的測量超導樣品的有效應變狀態狀態，需要待測樣品的體積足夠大(60立方毫米)以滿足其真實的應變狀態。而目前國內尚無對于超導樣品的有效應變狀態測量技術，更沒有可實時測量樣品拉伸一定程度或扭轉一定角度后的有效應變測量技術，且目前的交流磁化率測量裝置僅能滿足于小體積甚至粉末狀的待測樣品，無法滿足對于實際超導樣品的測試。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明提出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，其適用于實時測量不同扭轉角度下的大體積超導樣品隨溫度的交流磁化率信號，并通過后續算法計算超導樣品的有效應變狀態。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：