[發(fā)明專利]一種基于分布式光纖的超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測裝置

有效

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• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115615347B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 瞿體明;邵良俊;宋彭;楊置榮
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

本發(fā)明公開了一種基于分布式光纖的超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測裝置。本發(fā)明通過使用分布式監(jiān)測光纖填埋于超導(dǎo)線圈上下邊緣面的方式，實現(xiàn)了對超導(dǎo)線圈電磁應(yīng)變的連續(xù)性監(jiān)測功能；解決了傳統(tǒng)應(yīng)變片監(jiān)測方案的監(jiān)測位點少，監(jiān)測區(qū)域狹窄的問題；大幅減少了分布式光纖的用線量，提高了應(yīng)變監(jiān)測的刷新速度，有利于針對大型超導(dǎo)磁體進行整體的應(yīng)變情況監(jiān)測。本發(fā)明使用固化劑對分布式監(jiān)測光纖進行封裝，并與超導(dǎo)帶材緊密貼合，能夠同時對帶材起到一定的邊緣固定的效果，一定程度上降低了帶材的電磁應(yīng)力水平，提高了超導(dǎo)線圈的運行穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分布式光纖的超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)

使用REBCO高溫超導(dǎo)帶材繞制成的超導(dǎo)線圈具有高載流密度、高磁場強度的突出優(yōu)點。超導(dǎo)線圈一般為餅狀結(jié)構(gòu)，REBCO帶材以平面螺旋狀結(jié)構(gòu)繞制成單餅或者雙餅，將多個超導(dǎo)線餅堆疊組成超導(dǎo)磁體。這種餅式堆疊結(jié)構(gòu)能夠有效提高磁體的空間利用率，提高磁場系數(shù)，達到更高的中心場強。

超導(dǎo)線圈在先進電力裝備、高端醫(yī)療設(shè)備、大科學(xué)裝置等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其在極高場磁體技術(shù)中，超導(dǎo)線圈具有突出的性能優(yōu)勢，在沖擊40T以上的中心磁場時具有一定的不可替代性。由于極高場磁體中超導(dǎo)帶材的通流密度及所處的背景磁場較大，帶材將受到較大的電磁應(yīng)力，應(yīng)變水平甚至可以達到帶材能夠保持超導(dǎo)性能的臨界水平。為了對超導(dǎo)線圈在極高背場下的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，需要設(shè)計針對超導(dǎo)線圈的應(yīng)變監(jiān)測裝置。

超導(dǎo)線圈結(jié)構(gòu)十分緊湊，現(xiàn)有的應(yīng)變監(jiān)測方式一種是在超導(dǎo)線圈外側(cè)布置應(yīng)變片，應(yīng)變片的粘貼方向為帶材的拉伸方向；還有一種是在REBCO帶材的匝間并繞分布式光纖，或者將光纖填埋在帶材中，以此監(jiān)測帶材各處的應(yīng)變水平。然而，如果采用應(yīng)變片的監(jiān)測方式，由于餅式密繞空間十分緊湊，應(yīng)變片難以布置在線圈的內(nèi)部，僅監(jiān)測外部應(yīng)變難以反映線圈的實際應(yīng)變情況；如果采用匝間并繞分布式光纖的方式，光纖的用線量過大，監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理難度大，應(yīng)變結(jié)果刷新速度慢，在大型超導(dǎo)磁體中也很難實現(xiàn)實時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的實施例提出一種基于分布式光纖的超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測裝置。

本發(fā)明提出了一種基于分布式光纖的超導(dǎo)線圈應(yīng)變監(jiān)測裝置，包括：

應(yīng)變信號獲取系統(tǒng)，所述應(yīng)變信號獲取系統(tǒng)包括分布式監(jiān)測光纖，所述分布式監(jiān)測光纖通過固化劑固定設(shè)置在超導(dǎo)線圈的上下邊緣面，所述分布式監(jiān)測光纖埋設(shè)在所述固化劑中，且其緊貼所述超導(dǎo)線圈的帶材設(shè)置，所述分布式監(jiān)測光纖的匝數(shù)小于所述超導(dǎo)線圈的匝數(shù)；

信號處理裝置，所述信號處理裝置設(shè)置在所述應(yīng)變信號獲取系統(tǒng)的下游，所述超導(dǎo)線圈的帶材受電磁力影響產(chǎn)生拉伸應(yīng)變使得所述固化劑產(chǎn)生應(yīng)變，所述應(yīng)變信號獲取系統(tǒng)利用所述分布式監(jiān)測光纖測量所述固化劑產(chǎn)生的應(yīng)變以獲取應(yīng)變信號，所述信號處理裝置對所述應(yīng)變信號進行處理得到所述超導(dǎo)線圈的應(yīng)變。

在一些實施例中，所述超導(dǎo)線圈為具有上餅和下餅的雙餅繞制結(jié)構(gòu)，所述超導(dǎo)線圈的帶材繞制在內(nèi)骨架上，所述上餅與所述下餅之間設(shè)置絕緣片。

在一些實施例中，所述分布式監(jiān)測光纖在所述超導(dǎo)線圈中分為兩段，分別設(shè)置在所述超導(dǎo)線圈的上下邊緣面，所述分布式監(jiān)測光纖的外側(cè)引出段沿邊緣面平行引出，所述分布式監(jiān)測光纖的內(nèi)側(cè)引出段從所述固化劑的上表面引出。

在一些實施例中，在單個超導(dǎo)線圈中，所述分布式監(jiān)測光纖的所述外側(cè)引出段在線圈最外匝連接；在多個超導(dǎo)線圈形成的超導(dǎo)磁體中，所述分布式監(jiān)測光纖的所述外側(cè)引出段在線圈最外匝依次連接，相鄰超導(dǎo)線圈的所述分布式監(jiān)測光纖的所述內(nèi)側(cè)引出段在所述固化劑與所述內(nèi)骨架之間的空隙處連接從而形成一根貫穿所有超導(dǎo)線圈的應(yīng)變監(jiān)測光纖。

在一些實施例中，所述分布式監(jiān)測光纖在所述超導(dǎo)線圈的上下邊緣面的布置形式為螺旋形、花瓣形或星形中的一種。