[发明专利]一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置与方法，该测量装置包括低温杜瓦、加热器、线圈组、旋转驱动组件、直线驱动组件、样品杆、传动杆、信号发生器、数据采集卡、计算机等组件。该测试装置通过设置旋转驱动组件和直线驱动组件，能够实现对传动杆的旋转和在竖直方向上的运动进行控制，并通过传动杆将作用力传递至超导样品，实现对超导样品的拉伸与扭转，进而实现实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量。本发明提供的装置适用于实时测量不同扭转角度和拉伸条件下的超导样品随温度的交流磁化率信号，并通过后续算法计算超导样品的有效应变状态，相较于其他检测方法更加便捷高效。

技术领域

本发明涉及超导电子学领域，具体涉及一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置与方法。

背景技术

聚变能作为一种高效的清洁能源，它的使用是人类的终极梦想之一，而全超导托卡马克型磁约束核聚变装置是使聚变堆连续产生聚变能运行的重要保障。各国在积极开展国际热核聚变实验堆ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的建设工作的同时，也同时进行着未来聚变堆的设计与研制。但未来聚变堆均将面临着高工作磁场、高运行电流的这一显著特点，其中心螺线管线圈及纵向场线圈的最高磁场都将超过12T。综合技术可靠性与工业可行性等因素，目前较为成功的超导材料分别为低温超导材料-高性能Nb₃Sn超导线材与高温超导材料-YBCO超导带材，这两种材料无论在性能测试、导体研制以及工业生产方面均在其对应的低温与高温超导领域取得了不错的进展。

为满足高场磁体的绕制，YBCO等第二代高温超导带材通常绕制成CORC缆形式的电缆导体或者CICC(Cable in the conduit conductor)导体形式。由于高温超导样品是由铜层、缓冲层、超导层与基底等多层材料堆叠而成，在宏观电磁性能上具有显著的各向异性，它在绕制成CORC缆以及导体不可避免的会发生样品受拉伸与扭转的情况，进而导致载流性能的不可逆衰退，这会导致高温超导样品的超导层发生严重的破损和分布式裂纹。而高性能Nb₃Sn超导线材作为一种A15型金属间化合物，线材在热处理成相后十分脆弱，对于应变十分敏感，其所制成的CICC导体在电磁工况运行下也同样会受到拉伸应变与扭转应变，导致载流性能的不可逆变化。而目前对于超导样品的结构损伤检测均为有损解剖，这有可能导致样品发生二次损伤而无法探测其真实应变情况，且经绕制后的样品形状各异，无法做到像无应变下的平直状态，这使得可以检测样品结构的手段大大减小。就无损探测技术而言，中子衍射的测量精度较高，但其测量成本过高且测量后的样品具有辐射性难以取回。交流磁化率测量方法可以进行超导样品性能的无损探测，成本较低且无辐射影响，其采集到的交流磁化率信号与温度信号数据可通过后处理转变为超导样品的有效应变状态进而表征超导样品的真实性能。因此，发展可实时测量超导样品在不同程度拉伸与扭转应变下有效应变状态的装置是表征超导样品性能衰退的重要检测方法之一。

为了准确的测量超导样品的有效应变状态状态，需要待测样品的体积足够大(60立方毫米)以满足其真实的应变状态。而目前国内尚无对于超导样品的有效应变状态测量技术，更没有可实时测量样品拉伸一定程度或扭转一定角度后的有效应变测量技术，且目前的交流磁化率测量装置仅能满足于小体积甚至粉末状的待测样品，无法满足对于实际超导样品的测试。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置与方法，其适用于实时测量不同扭转角度下的大体积超导样品随温度的交流磁化率信号，并通过后续算法计算超导样品的有效应变状态。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：