专利名称：高温超导带材非接触无损磁测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温超导带材非接触无损磁测量方法及装置。
背景技术：
高温超导材料临界电流性能是实用超导材料的一个重要的、不可或缺的工程指标，随着高温超导带材制备技术的产业化发展，急需开发一种连续无损高效的性能测试技术。传统的四引线测量超导带材的临界电流方法，需要将长带缠绕在石英管上或者盘成盘状，随着带材长度的增加和临界电流的提高，自场对临界电流测试的影响越来越大，同时采用焊接或压接引线的方法，不可避免地会对材料造成损伤。而且测量整根带材的临界电流，只能获得超导带材的平均临界电流，无法获得带材局部的临界电流参数以及内部电流分布等有关信息，更无法实现带材产业化生产中在线的连续检测。
随着超导带材产业化发展，迫切需要一种非接触、无损连续高效的超导性能检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温超导带材非接触无损磁测量方法及装置，借助该测量装置采用非接触无损磁测量方法测量超导带材表面的俘获磁通量，从而可以得知带材局部的临界电流及其内部缺陷分布，实现带材产业化生产中在线的连续检测及超导性能的评价。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种高温超导带材非接触无损磁测量方法，其方法步骤如下a)将高温超导带材样品冷却到超导转变温度以下；b)用励磁磁体给高温超导带材施加一垂直磁场；c)然后撤掉磁场或将样品从磁场中移出；d)使样品静置一段时间，待表面磁场衰减到较稳定时，利用磁传感器检测带材表面剩余磁场，获得表面磁场数据，利用比奥-萨伐尔定理，计算获得带材内部的临界电流分布。
一种高温超导带材非接触无损磁测量装置，它包括励磁磁体提供的励磁磁场、磁传感器、步进电机带动的带材水平移动的传动部件、计算机数据采集及控制部件；磁传感器将采集的探测信号传输给计算机，由计算机收集、处理，并进一步发出控制信号输出给步进电机，以驱动传动部件带动带材按指令动作。
所述的磁传感器可采用霍尔阵列、磁阻元件和磁光片中的一种传感器。
本发明的优点是对测量样品无损伤，且非接触无损磁测量方法比四引线法临界电流测试更能准确全面的反映带材的局部性能。
图1为本发明高温超导带材非接触无损磁测量装置结构示意2霍尔线性阵列结构示意3性能均匀带材的表面磁场分布图4有缺陷带材的表面磁场分布具体实施方式
一种高温超导带材非接触无损磁测量方法，其方法步骤如下a)将高温超导带材样品冷却到超导转变温度以下，一般达到液氮温度(77.3K)；b)给高温超导带材施加一垂直磁场，该磁场可以由励磁磁体(电磁铁或永磁铁)提供，其磁感应强度要大于超导带材的穿透磁场的两倍，一般大于100高斯；c)然后撤掉磁场或将样品从磁场中移出；d)使样品静置一段时间，待表面磁场衰减到较稳定时，利用磁传感器(霍尔探头线性阵列)检测带材表面剩余磁场；通过获得的表面磁场数据，利用比奥-萨伐尔定理，通过计算就可以获得带材内部的临界电流分布。
实现高温超导带材非接触无损磁测量方法的装置可参见图1所示励磁磁体2提供励磁磁场，若干霍尔探头组成的阵列传感器1、步进电机3带动的带材4水平移动的传动部件5，计算机数据采集及控制部件；霍尔探头阵列组成的传感器将采集的探测信号传输给计算机，由计算机收集、处理，并进一步发出控制信号输出给步进电机，以驱动传动部件带动带材按指令动作，此部分由现有技术可实现，此处不再详述。
霍尔探头线性阵列由若干个独立的霍尔探头构成，各探头沿宽度方向呈线性等距排列；由精密的恒流源为霍尔探头组提供工作电流。霍尔线性阵列的各探头沿宽度方向等距分布，探头中心之间距离小于0.5mm。霍尔线性阵列的各探头的有效面积小于0.01mm2；当更精确测量时，各探头的有效面积应小于0.004mm2。
实施例1本发明一较佳实施例为应用于Bi系高温超导体带材的非接触无损磁测量霍尔探头组是由7个霍尔探头组成的一维阵列(参见图2)，7个探头沿带材宽度方向等距分布，探头之间距离为0.5mm。霍尔探头阵列的工作电流为10mA，由精密的恒流源来提供。霍尔探头阵列的探测信号由精密的数字电压表测量，数字电压表的测量精度为0.01V。霍尔探头阵列由步进电机带动，沿带材的长度方向水平移动。步进电机的移动精度为0.05mm。计算机通过数字模量转换卡将要移动距离的数字量转换成模拟信号，来控制步进电机，实现霍尔探头沿样品长度方向的精确移动。测定的高温超导带材为Bi超导带材，样品规格为4mm×0.28mm×24mm，先用低温胶将样品固定在液氮槽中。测试前用磁场强度为0.5T的钕铁硼永磁体给样品励磁，样品在场冷状态下可以捕获更多的磁通，当样品和永磁体完全被液氮冷却后，移开永磁体。样品在永磁体刚刚移开后，剩余磁场衰减很快，因此需要等待5分钟左右，待样品剩余磁场趋于平衡状态，就可以进行剩余磁场的检测了。
上述磁信号测量方法中，通过给超导带材励磁，内部感生电流形成剩余磁场，可以用霍尔探头测量出剩余磁场的磁场分布情况。由于磁场强度与带材的临界电流之间存在着一定换算关系，可以通过比奥-萨伐尔定理(Bean模型)计算带材的临界电流值(现有技术)。当带材的宽度一定，霍尔探头与带材表面的距离一定，偏离带材中心线的位置一定时，剩余磁场强度与临界电流成正比，可以通过剩余磁场的二维分布的测量得出带材的临界电流的二维分布。
实施例2按实施例1的测试方法测量了性能均匀单芯超导带材的表面剩余磁场，图3为其测试结果。
实施例3按实施例1的测试方法测量了内部有缺陷超导带材的表面剩余磁场，图4为其测试结果。
上述各实施方案中，由于磁信号测量，霍尔探头是离开带材表面进行测量，因此是非接触的无损测量方法。可以应用于长带进行在线连续检测。
权利要求
1.一种高温超导带材非接触无损磁测量方法，其特征在于所述的方法步骤如下a)将高温超导带材样品冷却到超导转变温度以下；b)用励磁磁体给高温超导带材施加一垂直磁场；c)然后撤掉磁场或将样品从磁场中移出；d)使样品静置一段时间，待表面磁场衰减到较稳定时，利用磁传感器检测带材表面剩余磁场，获得表面磁场数据，利用比奥-萨伐尔定理，计算获得带材内部的临界电流分布。
2.根据权利要求1所述的高温超导带材非接触无损磁测量方法，其特征在于所述的励磁磁场强度大于超导带材穿透磁场的两倍。
3.根据权利要求1所述的高温超导带材非接触无损磁测量方法，其特征在于用磁场强度大于0.01T的励磁磁体给高温超导带材励磁。
4.根据权利要求1所述的高温超导带材非接触无损磁测量方法，其特征在于所述的磁传感器为霍尔阵列、磁阻元件和磁光片中的一种。
5.一种高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于它包括由磁铁施加的垂直励磁磁场、若干霍尔探头阵列组成的传感器、步进电机带动带材水平移动的传动部件、计算机数据采集及控制部件；霍尔探头阵列组成的传感器将采集的探测信号传输给计算机，由计算机收集、处理，并进一步发出控制信号输出给步进电机，以驱动传动部件带动带材按指令动作。
6.根据权利要求5所述的高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于所述的霍尔线性阵列的各探头的有效面积小于0.01mm2
7.根据权利要求5所述的高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于所述的霍尔线性阵列的各探头的有效面积小于0.004mm2
8.根据权利要求5所述的高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于所述的霍尔线性阵列的各探头沿宽度方向等距分布。
9.根据权利要求8所述的高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于所述的探头中心之间距离小于0.5mm。
10.根据权利要求5所述的高温超导带材非接触无损磁测量装置，其特征在于所述的霍尔探头由精密恒流源提供工作电流，工作电流为10mA。
全文摘要
一种高温超导带材非接触无损磁测量方法及装置，其方法为将超导带材样品冷却到临界温度以下；施加一外加磁场使超导带材被完全穿透；撤掉磁场或将样品从磁场中移出，让样品静置一段时间分钟，进行剩余磁场的检测。该测量装置包括励磁磁场、磁传感器、步进电机带动带材水平移动的传动部件、计算机数据采集及控制部件。借助该测量装置采用本发明测量方法测量超导体带材的临界电流，实现了带材产业化生产中在线的连续检测。且对测量样品无损伤，更能准确全面的反映带材的本征特性。
文档编号G01N27/72GK1580757SQ03149670
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月5日 优先权日2003年8月5日
发明者段镇忠, 栾文洲, 王媛, 周其 申请人:北京有色金属研究总院