一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統的製作方法

2023-06-22 09:38:56

專利名稱：一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及超導材料性能測試技術，具體地，涉及一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統。
背景技術：
超導現象對我們並不陌生，而且超導材料領域每一次裡程碑式的突破都會吸引幾乎所有人的目光，皆因為其獨特的物理性質及誘人的應用前景。事實上，超導物理和材料學家分別就超導物理機制、如何提高超導臨界參數及尋求新的超導材料等已經為之分頭近乎一個世紀。對於超導材料與結構力學問題的研究是伴隨著低溫超導材料的發展與應用而開啟的，超導材料正常工作需要極低溫環境(低溫超導4. 2K，液氦冷卻環境；高溫超導-77K， 液氮冷卻環境)，超導材料在這種低溫環境下的力學特性如楊氏模量、熱導率，斷裂韌性等及其對於溫度、磁場的依賴規律，是超導材料與結構力學的最基本力學課題。目前，國內的超導實驗主要集中在高溫超導懸浮系統的懸浮力測量方面，國際上在超導材料結構變形測試方面的實驗也十分有限(國內幾乎沒有開展，已成為國內開展 ITER相關研究的掣肘)，其主要難度在於低溫環境下有限空間內的檢測裝置安裝與極低溫與強磁場環境下的變形測量傳感器適應性；而在超導體失超磁熱分布規律與有效檢測方面幾乎還沒有精度很好的檢測實驗方法和手段。在實現本實用新型的過程中，發明人發現，現有技術中至少存在變形測量傳感器適應性差、測量數據有效性差、測量準確性差與檢測精度低等缺陷。

實用新型內容本實用新型的目的在於，針對上述問題，提出一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，以實現變形測量傳感器適應性好、測量數據有效性好、測量準確性好與檢測精度高的優點。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆組成的支架；在所述銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器、鋁製託盤與超導體測試裝置；在所述銅質支撐杆上，水平設置有高度可調的鋁梁，懸掛在所述鋁梁上的永磁體，以及用於將所述永磁體固定在鋁梁上的永磁體固定螺栓。進一步地，所述超導體測試裝置包括設置在鋁製託盤上的聚苯乙烯泡沫塑料容器與振動測試傳感器；在所述聚苯乙烯泡沫塑料容器的內部盛裝有液氮，在液氮中放置有高溫超導體、以及與所述高溫超導體配合設置、且用於低溫測試組件與超導體表面無縫連接的超導體探頭夾具；在聚苯乙烯泡沫塑料容器的頂部加蓋有環氧樹脂蓋板。進一步地，所述超導體探頭夾具用低溫膠固定黏貼在聚苯乙烯泡沫塑料容器的底端，包括上下對稱設置、且具有凹陷空腔的上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，以及設置在所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架之間的低溫測試組件。
3[0009]進一步地，所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，均為用於使超導體部分裸露以調整位置的網架結構。進一步地，所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架的凹陷處相對設置、且具有內螺紋， 所述低溫測試組件包括銅管、封裝在所述銅管中的低溫霍爾探頭及溫度傳感器、放置在下 「凹」型骨架的內部空腔中的超導體、以及貼附在所述超導體表面上的低溫應變片；與所述上「凹」型骨架及下「凹」型骨架的內螺紋相配合，在所述銅管的外圍設有外螺紋。進一步地，所述低溫霍爾探頭包括探頭支座，以及根據測試點的數目設置的多個探頭點；與每個探頭點相對應，設有伸出銅管的探頭導線餘量與導線卡件；相應的探頭導線餘量通過相應的導線卡件，卡接在上「凹」型骨架遠離凹陷處的頂板上。進一步地，所述超導體為圓柱體或正六稜柱狀的超導塊。本實用新型各實施例的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，由於包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆組成的支架；在銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器、鋁製託盤與超導體測試裝置；在銅質支撐杆上，水平設置有高度可調的鋁梁，懸掛在鋁梁上的永磁體，以及用於將所述永磁體固定在鋁梁上的永磁體固定螺栓；可以測量超導材料在動態情形下的力學變形、磁場分布、熱傳導規律等的實驗測試平臺，解決在極端環境下超導材料電磁與力學等特性參數的實驗測量方法的基礎性關鍵問題；可以通過實驗的手段，揭示超導材料其物理特性參數對極低溫和磁場環境的依賴規律，為超導材料的應用提供有效且可靠的基本數據；從而可以克服現有技術中變形測量傳感器適應性差、測量數據有效性差、測量準確性差與檢測精度低的缺陷，以實現變形測量傳感器適應性好、測量數據有效性好、測量準確性好與檢測精度高的優點。本實用新型的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖1為根據本實用新型超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統的結構示意圖；圖2為根據本實用新型超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統中低溫探頭、超導體及夾具的裝配結構示意圖；圖加為圖2中低溫探頭及探頭支座的俯視圖的結構示意圖；圖2b和圖2c為圖2中超導體的橫截面示意圖。結合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下1-銅質支撐杆；2-鋁梁；3-永磁體；4-永磁體固定螺栓；5-環氧樹脂蓋板；6_聚苯乙烯泡沫塑料容器；7-液氮；8-超導體探頭夾具；9-高溫超導體；10-振動測試傳感器； 11-鋁製託盤；12-激振器；13-導線卡件；14-探頭導線餘量；15-內螺紋；16-外螺紋； 17-低溫霍爾(hal 1)探頭及溫度傳感器；18-超導塊；19-低溫應變片。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。根據本實用新型實施例，提供了一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統。如圖1-圖2c所示，本實施例包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆 1組成的支架；在銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器12、鋁製託盤11與超導體測試裝置；在銅質支撐杆1上，水平設置有高度可調的鋁梁2，懸掛在鋁梁2上的永磁體3，以及用於將永磁體3固定在鋁梁2上的永磁體固定螺栓4。在上述實施例中，超導體測試裝置包括設置在鋁製託盤11上的聚苯乙烯泡沫塑料容器6與振動測試傳感器10 ；在聚苯乙烯泡沫塑料容器6的內部盛裝有液氮7(77K)，在液氮7中放置有高溫超導體9、以及與高溫超導體9配合設置、且用於低溫測試組件與超導體表面無縫連接的超導體探頭夾具8 ；在聚苯乙烯泡沫塑料容器6的頂部加蓋有環氧樹脂蓋板5。在上述實施例中，超導體探頭夾具8用低溫膠固定黏貼在聚苯乙烯泡沫塑料容器 6的底端，包括上下對稱設置、且具有凹陷空腔的上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，以及設置在上「凹」型骨架與下「凹」型骨架之間的低溫測試組件。其中，上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，均為用於使超導體部分裸露以調整位置的網架結構。這裡，上「凹」型骨架與下「凹」 型骨架的材質可採用鋁或銅。在上述實施例中，上「凹」型骨架與下「凹」型骨架的凹陷處相對設置、且具有內螺紋15，低溫測試組件包括銅管(直接為2mm)、封裝在銅管中的低溫霍爾(hall)探頭(適用溫度77K-400K，尺寸為直徑2mm)及溫度傳感器(精度0. 1K)、放置在下「凹」型骨架的內部空腔中的超導體、以及貼附在超導體表面上的低溫應變片19 ；與上「凹」型骨架及下「凹」型骨架的內螺紋15相配合，在銅管的外圍設有外螺紋16。這裡，超導體為圓柱體或正六稜柱狀的超導塊18。在上述實施例中，低溫霍爾探頭包括探頭支座，以及根據測試點的數目設置的多個探頭點；與每個探頭點相對應，設有伸出銅管的探頭導線餘量14與導線卡件13，並在上 「凹」型骨架遠離凹陷處的頂板上設有夾頭；相應的探頭導線餘量14通過相應的導線卡件 13，卡接在上「凹」型骨架的夾頭處，夾頭的材質為鋁或銅。具體操作時，將超導體放置於的超導體探頭夾具8中，同點測磁場強度的低溫 hall探頭及溫度傳感器17 (溫度傳感器同低溫hall探頭置於一體)，然後將超導體探頭夾具8整體用低溫膠黏貼在聚苯乙烯泡沫塑料容器6的底端，同聚苯乙烯泡沫塑料容器6固定在一起；將要實驗的聚苯乙烯泡沫塑料容器6固定在激振器12的鋁製託盤11上，並在鋁製託盤11上放置振動測試傳感器10的動態信號；固定好聚苯乙烯泡沫塑料容器6和激振器12後，將液氮7倒入聚苯乙烯泡沫塑料容器6中，並用環氧樹脂蓋板5蓋住聚苯乙烯泡沫塑料容器6的開口，在鋁梁2上安放永磁體3，用永磁體固定螺栓4固定永磁體3，同時根據實驗的要求可以調升或者降低鋁梁2的高度，從而達到實驗的要求和目的。必要說明的是，超導體在動態時，存在與靜態時不同的特性，即磁熱分布規律有很大的差異，超導體表面的磁熱會有不同的特徵，對於不同點測量，這就顯得尤為重要。同時，目前國內、國外技術，所生產的超導體其結構都是比較小的，其直徑約為30mm、高度約為 20mm的圓柱體或者六稜柱，為此，上述實施例的超導體探頭夾具8及採用的低溫hall探頭的尺寸都非常的小，並且，超導體探頭夾具8能夠根據所測樣品的尺寸實現最大25個點的振動測試傳感器10的位置固定，能夠較為全面的測試超導體在動態情形下超導材料表面磁、熱分布規律進行多點測試。對於超導體的力學同步變形，採用在超導體柱面粘貼低溫應變片19(適用溫度4一 400K)，測試超導體的力學形變特性，從而實現力學變形與磁、熱特徵量的同步測試。其中，為了使超導材料表面與低溫hall探頭及溫度傳感器17的無縫接觸，上述實施例設計了超導體探頭夾具8 ；其中固定超導體的骨架為網狀結構，只需起到固定超導體與探頭支座無縫連接的作用，並且方便調整它在骨架裡面的位置。探頭支座採用鋁質材料， 其直徑為2mm，結構為蜂窩結構，可以將低溫hall探頭及溫度傳感器17插入孔中，與超導體截面無縫接觸，再通過上「凹」型骨架，來固定低溫hall探頭及溫度傳感器17還有導線，以免在振動中產生擺動，而影響實驗測試，並且讓導線能夠不受張力，對導線產生破壞；從而整個超導體探頭夾具8可以使超導體以及測試的低溫hall探頭及溫度傳感器17於一體， 保證動態實驗測試的準確性和精度。上述實施例的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，是開創性的，有利於建立一套可靠、準確、自動化程度高的測量超導材料在動態情形下的力學變形、磁場分布、熱傳導規律等的實驗測試平臺，解決在極端環境下，超導材料電磁與力學等特性參數的實驗測量方法的基礎性關鍵問題，可以通過實驗的手段，來揭示超導材料其物理特性參數對極低溫和磁場環境的依賴規律，為超導材料的應用提供有效的、可靠的基本數據，為進一步開發和應用打下良好的基礎；該超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，適用於極端環境下，超導材料在動態情形下，電磁與力學等特性參數的實驗測量系統；可實現不施加外加電流情形下的超導體磁場、溫度場以及應力場之間的關聯測試，填補超導失超磁熱分布規律的有效檢測。綜上所述，本實用新型各實施例的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，由於包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆組成的支架；在銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器、鋁製託盤與超導體測試裝置；在銅質支撐杆上，水平設置有高度可調的鋁梁，懸掛在鋁梁上的永磁體，以及用於將所述永磁體固定在鋁梁上的永磁體固定螺栓；可以測量超導材料在動態情形下的力學變形、磁場分布、熱傳導規律等的實驗測試平臺，解決在極端環境下超導材料電磁與力學等特性參數的實驗測量方法的基礎性關鍵問題；可以通過實驗的手段，揭示超導材料其物理特性參數對極低溫和磁場環境的依賴規律，為超導材料的應用提供有效且可靠的基本數據；從而可以克服現有技術中變形測量傳感器適應性差、測量數據有效性差、測量準確性差與檢測精度低的缺陷，以實現變形測量傳感器適應性好、測量數據有效性好、測量準確性好與檢測精度高的優點。最後應說明的是以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1 一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆組成的支架；在所述銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器、鋁製託盤與超導體測試裝置；在所述銅質支撐杆上，水平設置有高度可調的鋁梁，懸掛在所述鋁梁上的永磁體，以及用於將所述永磁體固定在鋁梁上的永磁體固定螺栓。
2.根據權利要求1所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述超導體測試裝置包括設置在鋁製託盤上的聚苯乙烯泡沫塑料容器與振動測試傳感器；在所述聚苯乙烯泡沫塑料容器的內部盛裝有液氮，在液氮中放置有高溫超導體、以及與所述高溫超導體配合設置、且用於低溫測試組件與超導體表面無縫連接的超導體探頭夾具；在聚苯乙烯泡沫塑料容器的頂部加蓋有環氧樹脂蓋板。
3.根據權利要求2所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述超導體探頭夾具用低溫膠固定黏貼在聚苯乙烯泡沫塑料容器的底端，包括上下對稱設置、且具有凹陷空腔的上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，以及設置在所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架之間的低溫測試組件。
4.根據權利要求3所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架，均為用於使超導體部分裸露以調整位置的網架結構。
5.根據權利要求4所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述上「凹」型骨架與下「凹」型骨架的凹陷處相對設置、且具有內螺紋，所述低溫測試組件包括銅管、封裝在所述銅管中的低溫霍爾探頭及溫度傳感器、放置在下「凹」型骨架的內部空腔中的超導體、以及貼附在所述超導體表面上的低溫應變片；與所述上「凹」型骨架及下「凹」型骨架的內螺紋相配合，在所述銅管的外圍設有外螺紋。
6.根據權利要求5所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述低溫霍爾探頭包括探頭支座，以及根據測試點的數目設置的多個探頭點；與每個探頭點相對應，設有伸出銅管的探頭導線餘量與導線卡件；相應的探頭導線餘量通過相應的導線卡件，卡接在上「凹」型骨架遠離凹陷處的頂板上。
7.根據權利要求5所述的超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，其特徵在於，所述超導體為圓柱體或正六稜柱狀的超導塊。
專利摘要本實用新型公開了一種超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，包括由水平設置的銅質支撐板與豎直設置的銅質支撐杆組成的支架；在所述銅質支撐板上，自下向上依次設有激振器、鋁製託盤與超導體測試裝置；在所述銅質支撐杆上，水平設置有高度可調的鋁梁，懸掛在所述鋁梁上的永磁體，以及用於將所述永磁體固定在鋁梁上的永磁體固定螺栓。本實用新型所述超導體動態表面磁場及熱分布的多點測試系統，可以克服現有技術中變形測量傳感器適應性差、測量數據有效性差、測量準確性差與檢測精度低等缺陷，以實現變形測量傳感器適應性好、測量數據有效性好、測量準確性好與檢測精度高的優點。
文檔編號G01N25/18GK202256022SQ20112036524
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者周軍, 周又和, 張興義, 趙沛 申請人:蘭州大學