[实用新型]高温超导体温度监测装置

说明书

本实用新型提供了高温超导体温度监测装置，它包括光纤光栅温度传感器，所述光纤光栅温度传感器直接嵌入待监测温度的高温超导体的样本骨架内部。该方法将光纤光栅温度传感器嵌入进超导带材或超导磁体样本骨架内部，可以有效保护光纤光栅温度传感器，避免由粘贴胶导致的光纤光栅波长扭曲的问题，使得测量具有稳定、可靠的特点。此外，针对高温超导带材失超特性机理的研究，非粘贴式光纤光栅温度传感器可以多次利用，避免浪费，具有经济节约的特点。

技术领域

本实用新型涉及高温超导体温度监测技术装置领域，特别是涉及高温超导体温度监测装置。

背景技术

经过多年的发展，高温超导体制作而成的电机、变压器、限流器、储能磁体等电力设备已经尝试用于高能物理、航空航天、医疗设备、交通运输、电力能源等领域。然而，高温超导体应用中存在的稳定性隐患，一直是限制其应用的一个关键因素。对于超导体而言，只有当其处于超导态时，才具有常规导体不具有的零电阻、完全抗磁性等优点。而在实际应用中超导体通常工作在低温、高电流、强磁场的复杂环境下，在某种情况下不可抗的电磁力、热积累等扰动会导致超导体退出超导态，即出现失超现象。一旦超导体退出超导态，其将会表现出巨大的电阻性，从而导致焦耳热的产生。如果不及时的发现失超现象，并快速的释放产生的焦耳热，将会对超导磁体带来灾难性的后果以及巨大的经济损失。因此，为了使高温超导体能够稳定的运行，有必要针对高温超导体的失超机理进行研究，并开发出先进、稳定的高温超导体在线监测技术。

目前，最常用的失超检测方法为基于失超后出现电压信号的电压检测法和基于温升信号的温度检测法。其中，电压检测方法基本只适用于短带材样本。一方面，超导线圈通常具有很大的电感，因此会对电压信号的测量带来误差。另一方面，只有当磁体的运行温度大于分流温度后，超导磁体才会出现可被检测的信号，也就是说对于失超而言，温度信号的升高是先于电压信号的。因此，和温度检测法相比，电压检测法会有一定的延迟。所以，基于温度检测的失超检测方法是一种可行的检测方法。温度检测除了在高温超导磁体运行状态监测方面比较实用外，在高温超导体的失超机理研究方面也具有重要的价值，通过对高温超导体的分流温度等参数的研究，可以从本质上更好的理解和掌握高温超导体的失超机理，为高温超导体在线温度监测技术提供理论基础。

传统的温度检测方法通常是基于热电偶和热电阻等传统电温度传感器，是基于电信号的测量，而高温超导磁体通常是运行在强磁场环境，因此测量结果易受电磁干扰。同时，热电偶和热电阻等传感器都是点测量式传感器，要想实现磁体的分布式温度测量，就需要用到大量的传感器，每个传感器通常都是4线制接法，因此需要用到大量的铜引线，布线需要占用大量的空间，同时，大量的使用铜引线，还会对低温系统带来漏热问题。

光纤传感器因为具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、易于复用等特点，可以克服传统电学传感器的缺点，被用在高温超导体的失超机理研究及高温超导体在线温度监测领域。根据工作原理，光纤传感器可以分为分布式光纤传感器和光纤光栅传感器两种。目前，国内外在将两种传感技术应用于高温超导磁体失超检测和在线温度监测领域都已展开了研究。在分布式光纤传感方面，基于瑞利散射、拉曼散射等的分布式光纤传感技术均已被尝试用在高温超导体失超检测中。如，中国专利申请号：201910531156 .5，专利名称：利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统，提出了一种基于背向瑞利散射分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测方法，并对系统进行了介绍。中国专利申请号：201410375117.8，专利名称：内封测量光纤的超导带材及其制备方法、装置，提出了一种将分布式光纤内封进高温超导带材的方法，并利用此方法实现了高温超导带材和线圈温度的分布式测量。中国专利申请号：201280058234.0，专利名称：超导线材的常导过度的检测方法，提出了一种基于拉曼分布式光纤传感技术进行高温超导线材由超导态到正常态的检测方法。目前分布式光纤传感技术被用于高温超导体失超检测及在线温度监测的可行性已经被验证，为高温超导体的新型失超检测技术带来了希望。然而分布式光纤传感器的空间分辨率、大量的数据处理所需的速度、测量可靠性以及如何降低解调设备昂贵的费用等问题依然需要更进一步的研究。