无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量方法及设备

本技术涉及无绝缘超导线圈仿真，尤其涉及一种无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量方法及设备。

背景技术：

1、无绝缘高温超导线圈是由高温超导带材绕制的、匝间无有机绝缘层的线圈。相对于传统有绝缘线圈，无绝缘高温超导线圈结构更加紧凑、机械性能和冷却性能更强，且能够提供更高的磁场强度等特征，应用场景更加广泛。然而无绝缘高温超导线圈的性能受内部匝间电阻率空间分布影响显著。

2、为测量线圈内部的匝间电阻率空间分布，相关方案往往以整个线圈为测试对象，获取线圈的整体等效匝间电阻率空间分布，但该方案并不能获取线圈不均匀的匝间电阻率空间分布情况。但在仿真模型中，为预测无绝缘高温超导线圈的行为，必须了解线圈不均匀的匝间电阻率空间分布情况。因此，亟需提供一种无绝缘高温超导线圈不均匀的匝间电阻率空间分布的测量方法，对无绝缘高温超导线圈不均匀的匝间电阻率空间分布进行测量。

技术实现思路

1、本技术的目的在于：提供一种无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量方法及设备，用于实现对无绝缘高温超导线圈不均匀的匝间电阻率空间分布的测量。

2、第一方面，本技术提供了一种无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量方法，所述方法包括：

3、在退磁过程或励磁过程中，获取测试线圈的不同位置的电压随预设时间变化的多个实验值，所述测试线圈为无绝缘高温超导线圈；

4、将测试线圈划分为多个测量单元，并获取多个基本电路单元；一个所述基本电路单元对应一个所述测量单元，所述基本电路单元用于表示与所述基本电路单元对应的所述测量单元的线圈电感、所述测量单元的线圈沿电流流动方向的电阻值和所述测量单元的匝间电阻值；

5、利用所述多个基本电路单元，构建所述等效电路模型；并根据所述等效电路模型，获取所述测试线圈的所述不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值；所述多个第一仿真值与所述多个实验值的时间戳对齐；

6、根据所述多个实验值和所述多个第一仿真值的吻合度，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布；所述吻合度用于表示所述多个实验值和所述多个第一仿真值之间的吻合程度；所述匝间电阻率空间分布为所述不同测量单元线圈内部的匝间电阻率与所述测量单元的编号所组成的数组；一个所述测量单元线圈内部的匝间电阻率由所述测量单元线圈内部的匝间电阻值乘以所述测量单元线圈内部的匝间接触面积得到。

7、可选地，当所述测试线圈为开环线圈时，所述等效电路模型，包括：

8、直流电源和所述多个基本电路单元串联形成的单元集；

9、所述直流电源为所述等效电路模型供电；

10、所述单元集包括第一接口和第二接口；所述第一接口用于表示电流流入所述单元集，所述第二接口用于表示电流从单元集流出；

11、所述直流电流源的输入端连接所述第一接口，输出端连接所述第二接口。

12、可选地，当所述测试线圈为闭环线圈时，所述等效电路单模型，包括：

13、直流电源、持续电流开关和所述多个测量单元的基本电路单元串联形成的单元集；

14、所述直流电源为所述等效电路模型供电；所述持续电流开关用于使所述单元集闭环运行；

15、所述单元集包括第一接口和第二接口；所述第一接口用于表示电流流入所述单元集，所述第二接口用于表示电流从单元集流出；

16、所述直流电流源的输入端连接所述第一接口，输出端连接所述第二接口；持续电流开关一端连接所述第一接口，另一端连接所述第二接口。

17、可选地，所述根据所述等效电路模型，获取所述测试线圈的所述不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值，包括：

18、将所述多个实验值输入所述等效电路模型，获取每个所述测量单元随所述预设时间变化的多个匝间电阻率；一个实验值对应一个所述匝间电阻率；

19、在所述预设时间内，平均每个所述测量单元的所述多个匝间电阻率，获取每个所述测量单元在所述预设时间内的第一平均匝间电阻率值；

20、将每个所述测量单元的所述第一平均匝间电阻率输入所述等效电路模型，获取所述测试线圈的所述不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值。

21、可选地，所述根据所述多个实验值和所述多个第一仿真值的吻合度，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布，包括：

22、根据所述多个第一仿真值和所述多个实验值，确定多个第一拟合差值；一个所述第一拟合差值为同一时刻的一个所述第一仿真值和一个所述实验值的差值；

23、计算所述多个第一拟合差值的平方和，确定第一目标函数值；所述第一目标函数值与所述多个第一拟合差值的平方和正相关；

24、当所述第一目标函数值不大于目标误差值时，将每个所述测量单元的所述第一平均匝间电阻率作为所述测量单元线圈内部的匝间电阻率，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布；

25、当所述第一目标函数值大于目标误差值时，基于预设迭代算法，重复获取第二目标函数值，直至所述第二目标函数值不大于所述目标误差；将所述第二目标函数值对应每个所述测量单元的匝间电阻率作为所述测量单元线圈内部的匝间电阻率，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布；

26、所述预设迭代算法的初始值为所述第一平均匝间电阻率，自变量范围为以所述第一平均匝间电阻率为基础的第一预设电阻率范围；所述第二目标函数值用于表示迭代过程中的匝间电阻率对应的多个第二仿真值与所述多个实验值获取的多个第二拟合差值的平方和；所述第二拟合差值为同一时刻的一个所述第二仿真值和一个所述实验值的差值。

27、可选地，所述获取第二目标函数值，包括：

28、当从所述第一预设电阻率范围取出目标匝间电阻率时，将所述目标匝间电阻率，输入所述等效电路模型，获取与所述目标匝间电阻率对应的所述测试线图的所述不同位置的电压所述预设时间变化的多个第二仿真值；

29、根据所述多个第二仿真值和所述多个实验值，确定多个第二拟合差值；

30、计算所述多个第二拟合差值的平方和，确定第二目标函数值。

31、可选地，所述根据所述等效电路模型，获取所述测试线圈的所述不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值；根据所述多个实验值和所述多个第一仿真值的吻合度，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布；包括：

32、基于预设迭代算法，从第二预设电阻率范围内，不断取出目标匝间电阻率，将所述目标匝间电阻率输入所述等效电路模型，获取所述测试线圈的所述不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值；

33、计算所述多个实验值和所述多个第一仿真值的多个第一拟合差值；一个所述第一拟合差值为同一时刻的一个所述实验值和一个所述第一仿真值的差值；

34、计算所述多个第一拟合差值的平方和，确定第一目标函数值；所述第一目标函数值与所述多个第一拟合差值的平方和正相关；

35、当所述第一目标函数不大于所述目标误差时，所述预设迭代算法停止，并将所述第一目标函数值对应的匝间电阻率作为所述测量单元线圈内部的匝间电阻率，确定所述测试线圈的匝间电阻率空间分布。

36、可选地，所述将测试线圈划分为多个测量单元，包括：

37、根据预设匝间电阻率空间分布的空间测量精度，将所述测试线圈依照垂直于所述测试线圈带材绕制方向划分，获取所述多个测量单元；

38、所述匝间电阻率空间分布的空间测量精度与所述测量单元的数量呈正相关关系。

39、可选地，所述基本电路单元包括：

40、电感、匝间电阻、超导层电阻和常导层电阻；

41、所述电感的电感值用于表征线圈的电感值，所述电感的第一端连接所述匝间电阻的第一端，第二端连接所述超导层电阻的第一端和所述常导层电阻的第一端；

42、所述匝间电阻的第二端与所述超导层电阻的第二端连接，与所述常导层电阻的第二端连接。

43、可选地，所述测试线圈的结构包括闭环、开环、单饼、双饼中一种或多种。

44、第二方面，本技术提供了一种无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量设备，包括：

45、存储器和处理器，所述存储器与所述处理器耦合；

46、所述存储器存储有程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述电子设备执行如第一方面任一项所述的方法。

47、第三方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令在计算设备上运行时，使得所述计算设备执行如第一方面任一项所述的方法。

48、本技术提供了一种无绝缘超导线圈匝间电阻率空间分布无损测量方法及设备。在执行所述方法时，首先获取测试线圈的不同位置的电压随时间变化的多个实验值。然后通过将测试线圈划分为多个测量单元，并获取每个测量单元的基本电路单元，在电子设备上调整包括基本电路单元的预设等效电路模型。并根据等效电路模型进行电磁仿真，获取测试线圈的不同位置的电压随所述预设时间变化的多个第一仿真值。最后，根据多个实验值和多个第一仿真值的吻合度，确定测试线圈的匝间电阻率空间分布。由于当测试线圈内部匝间电阻率空间分布不均匀时，在励磁或退磁过程中，测试线圈的不同位置获取的实验值会存在差异。将测试线圈划分为多个测量单元，每个测量单元得到的匝间电阻率空间分布也存在不同。利用线圈内部匝间电阻率空间分布不均匀线圈在电子设备上调整等效电路模型，利用等效电路模型，可以获取不均匀线圈中与实验值相同位置的多个第一仿真值。当实验值与第一仿真值吻合时，也即在等效电路模型下，第一仿真值(也即实验值)对应的匝间电阻率即为测试线圈内的匝间电阻率空间分布。测试线圈的匝间电阻率空间分布包括不同测量单元的匝间电阻值，以及不同测量单元的编号，如此，实现了对无绝缘高温超导线圈不均匀的匝间电阻率空间分布的测量。