基于超声导波的高温超导体失超检测方法和系统

本发明涉及超导磁体，尤其涉及基于超声导波的高温超导带材失超检测技术。

背景技术：

1、超导体是一种特殊的材料，它在低于一定的临界温度下，电阻完全消失，变为零，电流可以在其中无损耗地无限期流动的现象叫做超导。这种现象被称为超导性。当超导材料被施加超过其临界电流、临界磁场或者超过其临界温度时，超导体将退出超导状态，称为超导磁体的失超（quench）。失超过程中释放出的能量将使磁体局部温度迅速升高，将严重影响超导体的正常工作和运行。因此对超导体状态的实时检测极为重要。

2、传统失超检测方法是电压检测失超，反高温超导磁体的失超传播速度一般比低温超导体慢2-3个量级,电压检测失超较慢。同时，高温超导体的使用场景多为强电磁场环境，为电压检测失超带来巨大干扰。

3、cn 1295502公开了一种超导体状态监测系统，其公开了超声波失超预测装置，其包括超声波信号发生装置和超声波信号接收装置，通过在冷却的超导材料上传递超声波，并当发生输入端和输出端的传递函数变化时，则预测有失超发生。然而，依据传递函数的改变作为判断标准过于苛刻，容易出现误报警的情况，因此该装置无法准确地判断并预测失超的时刻，对失超的预测失去指导意义。

技术实现思路

1、本申请的目的在于，提供一种快速的新的失超检测方法。

2、为此，本申请的一些实施例提供一种基于超声导波的高温超导带材失超检测方法，其包括步骤在所述高温超导带材上布设激励源和接收源；所述激励源和所述接收源之间为待测区域；驱动所述激励源以固定时间间隔的激励监测导波信号，将所述接收源所接收的所述高温超导带材对所述监测导波信号的响应信号与基准信号进行比对判断时移量是否超过阈值；如果判断时移量超过所述阈值则收集第一时间段内的时移量在时间尺度上的演变过程得到所述第一时间段内的时移量数据组；利用局部估计散点图平滑处理方法对所述时移量数据组进行平滑处理；将所述平滑处理后的时移量数据组对时间进行求导得到时移变化率，所述时移变化率斜率的拐点时刻即检测到的所述未知工作状态下的所述高温超导带材失超的时刻。

3、在一些实施例中，所述第一时间段是热冲击开始时间至判断时移量超过阈值的时间之间的时间段，所述热冲击开始时间基于温度传感器提供的数据确定。

4、在一些实施例中，所述基准信号预先存储或者在激励所述监测导波信号前进行获取。

5、在一些实施例中，所述在激励所述监测导波信号前进行获取包括在确保高温超导带材处于正常超导工作状态下，将所述接收源接收的对激励源的单次激励导波信号的响应信号作为基准信号；所述单次激励导波信号为与所述监测信号相同特性的信号。

6、在一些实施例中，使用第一压电传感器作为所述激励源，使用第二压电传感器作为所述接收源。

7、本申请的另一些实施例提供了一种基于超声导波的高温超导带材失超检测系统，其包括处理器和存储器，其中所述存储器存储计算机代码，所述处理器执行所述计算机代码以将所述接收源所接收的所述高温超导带材对监测导波信号的响应信号与基准信号进行比对判断时移量是否超过阈值；其中所述监测导波信号由激励源以固定时间间隔提供；如果判断时移量超过所述阈值则收集第一时间段内的时移量在时间尺度上的演变过程得到所述第一时间段内的时移量数据组；利用局部估计散点图平滑处理方法对所述时移量数据组进行平滑处理；将所述平滑处理后的时移量数据组对时间进行求导得到时移变化率，所述时移变化率斜率的拐点时刻即检测到的所述未知工作状态下的所述高温超导带材失超的时刻。

8、在本申请的另一些实施例中提供了改进的基于超声导波的高温超导带材失超检测系统，其中，所述处理器执行所述计算机代码以执行上述任意一项的方法。

9、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

10、1、本发明不基于电压进行失超监测，具有较强的抗电磁干扰能力，避免了超导体强磁环境的干扰。

11、2、本发明相较于传统的电压方法失超检测更为快速及时，可以在较短时间内检测到较大尺度的超导带材中的局部失超现象。

12、3、本发明所需要的设备较为简便，仅需要压电传感器，导波激发接收设备，相对电压，光纤方法而言设备硬件成本低。

技术特征：

1.一种基于超声导波的高温超导带材失超检测方法，其特征在于：包括步骤

2.根据权利要求1所述的基于超声导波的高温超导体失超检测方法，其特征在于：所述第一时间段是热冲击开始时间至判断时移量超过阈值的时间之间的时间段，所述热冲击开始时间基于温度传感器提供的数据确定。

3.根据权利要求1所述的基于超声导波的高温超导体失超检测方法，其特征在于：所述基准信号预先存储或者在激励所述监测导波信号前进行获取。

4.根据权利要求1所述的基于超声导波的高温超导体失超检测方法，其特征在于：所述在激励所述监测导波信号前进行获取包括在确保高温超导带材处于正常超导工作状态下，将所述接收源接收的对激励源的单次激励导波信号的响应信号作为基准信号；所述单次激励导波信号为与所述监测信号相同特性的信号。

5.根据权利要求1所述的基于超声导波的高温超导体失超检测方法，其特征在于：使用第一压电传感器作为所述激励源，使用第二压电传感器作为所述接收源。

6.根据权利要求1所述的基于超声导波的高温超导体失超检测方法，其特征在于：所述局部估计散点图平滑处理方法包括：

7.基于超声导波的高温超导带材失超检测系统，其特征在于：包括处理器和存储器，其中所述存储器存储计算机代码，所述处理器执行所述计算机代码以

8.根据权利要求7所述的基于超声导波的高温超导带材失超检测系统，其特征在于：所述处理器执行所述计算机代码以执行所述权利要求1至6中任意一项的方法。

技术总结
本发明公开了一种基于超声导波的高温超导体失超检测方法，在处于超导状态正常工作的高温超导带材（HTS带）上激励接收超声导波得到基准信号。在失超过程中，HTS带上局部发生失超产生热变化，引发导波信号产生时移，获取到整个失超过程中时移的变化后利用LOESS方法平滑处理失超发生过程中的时移演变，再将平滑处理后的结果对时间求导得到整个失超过程的时移变化率，通过时移变化率曲线中的拐点来判断超导磁体失超。本发明通过对动态的时移变化率信号的测量，减小了传统方法中对电压的依赖，避免了超导磁体强电磁场工作环境的干扰。同时，本方法提高了检测速度，可以在较短的时间内检测较大范围中的局部失超现象。在高温超导带材上对方法进行了验证，结果表明该方法简便且对失超的检测较为准确。

技术研发人员：武湛君,杨正岩,徐锐,孙墨曈,许可
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1