[发明专利]内封测量光纤的超导带材及其制备方法、装置

说明书

技术领域

本发明涉及超导材料研究技术领域，具体地，涉及一种内封测量光纤的超导带材及其制备方法、装置。

背景技术

高温超导带材是利用真空镀膜技术，通过多层叠压封装的方法生产出的一种涂层超导体。超导带材的厚度一般为50～100微米，其典型结构如图1所示：超导层的厚度通常为1～3微米，通过真空镀膜技术镀在厚约50微米的基带上；为了对其进行保护，通常在将超导带材封装在厚约100微米的不锈钢带或铜带保护层中，其间用铅锡焊接，从而形成工程应用的成品超导带材；如此可以有效研究和提高超导带材的热稳定性和机械性能，这是其从实验室走向工业应用的关键。

目前，在应用超导领域的科学研究和工业生产中，带材的热稳定性和机械性能是研究者和工程师们最关心的问题之一。其中，超导带材的热稳定性主要体现在“失超”过程。“失超”指的是超导材料由于温度升高或承载超临界值的电流而失去超导态的过程。超导过流失超过程非常迅速，且通常伴随大量热量产生。如处理不慎，尤其对“单薄”的超导带材而言，将对超导材料造成损坏。因此，对超导带材失超机理的研究是全面掌握超导带材性质的一个重要环节。充分掌握超导带材失超时电流和温度的演变过程将为超导应用设备的优化设计、运行监测和失超保护提供重要信息。超导带材的机械性能主要体现在高磁场超导磁体中。强磁场、大电流会使带材承受很大的电磁应力，从而有可能对带材造成损伤。因此，超导带材机械性能的研究和改进对磁体设备的设计制造至关重要，全面掌握和监测磁体各个部分带材的应力应变信息对磁体的运行保护非常关键。所以，实现对以温度和应力应变分布为代表的超导带材环境物理场的全方位的实时测量，无论对科学研究还是工业生产都是非常有意义的。

在以往的科学研究和工业生产中，测量单根超导带材和多根超导带材的聚集体(如超导线圈和超导电缆)的内部温度和应力应变一直是困扰科研人员和工程师们的难题。以超导线圈为例，它是由超导带材按照一定的规律紧密缠绕而成，是超导磁体、超导电机、超导变压器、超导储能、超导粒子加速器等主要超导设备的基本单元和核心部件。失超保护一直是超导线圈研究、设计和制造的核心内容之一。“失超”指的是超导材料由于温度升高或承载超临界值的电流而失去超导态的过程。超导失超过程非常迅速，且通常伴随大量热量产生，所以，超导失超传播的过程就是一个温度传播的过程，如处理不慎，尤其对“单薄”的超导带材而言，将对超导材料造成严重的不可恢复的损坏。考虑到超导线圈造价高昂，所以，一个可靠的失超保护系统对超导线圈的安全运行至关重要。失超通常在线圈一个或数个局部位置点发生，而后迅速向周围扩散。失超起始点的出现位置和时刻带有很强的随机性和不可预知性，极早的发现可使失超保护系统及时动作从而对超导线圈进行有效的保护；实时准确的定位失超发生的位置，对于失超传播过程的研究和失超保护系统的设计和改进至关重要。对失超现象的发现主要是通过实时监测超导线圈的温度来实现的。对于温度的测量，传统的方法多采用热电偶的方式，需要将热电偶预埋到超导线圈内部。这样，一来预埋数量有限，无法连续测量线圈内部任意位置的温度，更无法对失超传播过程进行准确的定位跟踪，如果失超发生的起始位置没有预埋热电偶，亦无法及时发现失超；二来热电偶具有一定厚度，会影响线圈绕制的平滑度，不小心还会损坏超导带材，且预埋热电偶数量的增加，会使超导线圈绕制的工艺复杂度和难度急剧增加。对于超导带材应力应变的测量，传统的方法是通过贴应变片来实现的，而对于超导线圈内部的应力应变，传统的方法不能对其进行有效的测量。所以，通常的线圈设计制造中都没有测量应力应变的内容，但是如果能够方便有效的对线圈内部的应力应变进行实时测量，将极大的促进对线圈的稳定安全可靠运行。

光纤传感技术是伴随光导纤维和光纤信息技术发展的一种新的传感技术。光纤既作传感元件，又作传输元件，可以在整个光纤长度上对光纤分布的环境参数进行连续测量，同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息。当前，利用光纤进行温度和材料应力应变的测量已经是一种比较成熟的技术，相比于传统的测量技术，该技术具有不受电磁干扰亦不污染所处空间电磁环境的特点，同时还具有耐腐蚀、电绝缘、无源实时监测、体积小、重量轻、可绕曲、灵敏度高等优点。