一种高温超导线圈缺陷监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及超导线圈缺陷检测技术领域，特别是涉及一种高温超导线圈缺陷检测装置及检测方法。

背景技术

目前，高温超导线圈可应用于高温超导限流器、磁储能、电抗器等装置中，应用越来越广泛。但是如果超导线圈在运行中由于个别点的缺陷等原因发生失超，就会产生很大的热量，如果不采取有效措施，失超传播，热量积累，会带来不可逆的损伤。这会造成较大的经济损失以及时间成本的损失，因此对超导线圈的检测与保护就更为关键。目前的高温超导线圈缺陷检测的方法主要为电信号检测方法、光纤传感技术检测方法和红外热成像技术方法。

在使用电信号检测超导线圈缺陷方法，在检测过程中容易受到电磁噪声的干扰不能及时准确判断超导体上是否存在失超现象，因此需要辅助检测方法判断超导设备中是否存在失超现象，而且需要在超导线圈上多处焊接电压引线，操作不方便，对超导线圈造成损伤，影响超导线圈后期的使用。

光纤传感技术检测方法在超导线圈缺陷失超过程中获取温度与形变信息，同时对失超位置进行定位。在硬件上，此技术要将光纤与超导线圈共绕，发生失超现象时，超导线圈和光纤会同时受损。因此，使用光纤传感技术检测失超的成本较高，不利于大面积推广。

而红外热成像技术方法的图像存在噪声多、对比度低等特点，并且红外探测器工作温度高于被测目标温度，其自身红外辐射大于被测物红外辐射，会产生背景噪音，导致测温不准，另外材料、制造工艺、光子噪音、探测器自身噪音、电路噪音制约红外探测温度极限。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高温超导线圈缺陷检测装置及监测方法，无需在超导线圈上焊接电压引线、无需将光线与超导线圈共饶，且在测试过程中不受电磁干扰，操作方便，对超导线圈无损伤，降低检测成本，提高检测精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高温超导线圈缺陷监测装置，包括：

杜瓦，所述杜瓦由内至外依次设有真空腔和液氮腔；

隔热支撑组件，位于所述真空腔内，所述隔热支撑组件上均布有温度探头，超导线圈位于所述温度探头上方；

超导电流引线；

铜电流引线，所述超导电流引线和所述铜电流引线并联焊接，且一端部穿入所述真空腔和所述超导线圈连接，另一端部从所述液氮腔穿出和外接电源相连；

加热单元，安装于所述隔热支撑组件上，用于对所述铜电流引线进行加热。

更进一步地，所述液氮腔侧壁设有第一口和第二口，所述第一口用于添加液氮，所述第二口用于对所述液氮腔减压。

更进一步地，所述温度探头在所述隔热支撑组件上呈径向同心圆均布排列。

更进一步地，所述隔热支撑组件包括底座、支撑板以及安装座，所述底座安装在所述真空腔底面，所述支撑板安装于所述底座上，所述加热单元安装在所述支撑板上，所述安装座固定在所述支撑板上，且用于安装所述温度探头。

更进一步地，所述安装座上均布有用于安装所述温度探头的安装孔，所述安装孔的深度小于所述温度探头的高度。

更进一步地，所述真空腔上方设有抽真空口。

更进一步地，所述超导电流引线和所述铜电流引线均通过接线法兰从所述液氮腔接入所述真空腔。

更进一步地，所述加热单元为加热棒，所诉加热棒固定在所述隔热支撑组件上，且所述加热棒的工作端和所述铜电流引线接触加热。

更进一步地，所述加热单元对所述铜电流引线加热的控温区间为77K-100K。

本发明还提供一种基于上述任一项所述的高温超导线圈缺陷监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、提取均布的所述温度探头中，温度最高的温度探头所测得的数据，并对数据进行填充；

S2、通过Boltzmann模型算法对数据进行曲线拟合，测得所述超导线圈的缺陷点坐标。

本发明实施例一种高温超导线圈缺陷监测装置及检测方法与现有技术相比，其有益效果在于：超导电流引线和铜电流引线并联焊接和超导线圈连接供电，无需在超导线圈上焊接电压引线，对线圈无损伤，不影响线圈的后期使用，通过温度探头对超导线圈进行温度采集，测温速度快，不受电磁干扰，设有加热单元，配合铜电流引线对超导线圈的温度进行调节，可在不同温度下测得超导线圈的多组温度数据，提高检测精度。

附图说明

图1是本发明实施例高温超导线圈缺陷检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例高温超导线圈缺陷检测装置的隔热支撑组件的结构示意图；

图3是本发明实施例高温超导线圈缺陷检测装置的温度探头的分布图。

图中，1、杜瓦，11、真空腔；12、液氮腔；121、第一口；122、第二口；2、隔热支撑组件；21、底座；22、支撑板；23、安装座；3、温度探头；4、超导电流引线；5、铜电流引线；6、加热单元；7、盖板；71、抽真空口；8、接线法兰；a-超导线圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置和元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1所示，本发明优选实施例的一种高温超导线圈缺陷监测装置，包括杜瓦1、隔热支撑组件2、超导电流引线4、铜电流引线5、加热单元6，其中，杜瓦1包括由内至外依次设有真空腔11和液氮腔12，真空腔11用于提供真空环境，超导线圈a位于真空腔11内，液氮腔12用于添加液氮，对真空腔11内的温度进行降温，进而对超导线圈a进行降温；隔热支撑组件2，位于真空腔11内，隔热支撑组件2上均布有温度探头3，超导线圈a位于温度探头3上方，温度探头3用于测得超导线圈a不同位置的温度；超导电流引线4和铜电流引线5并联焊接，且一端部穿入真空腔11和超导线圈a连接，另一端部从液氮腔12穿出和外接电源相连，超导线圈a通过超导电流引线4和通电引线进行传导制冷，为便于对超导线圈a的温度进行控制，同时测得不同温度下多组超导线圈a的测温数据，进一步提升超导线圈a的检测精度，加热单元6安装于隔热支撑组件2上，用于对铜电流引线5进行加热，进而对超导线圈a的温度进行调节。

为便于添加液氮，在液氮腔12侧壁设有第一口121和第二口122，第一口121用于添加液氮，第二口122用于对液氮腔12减压。具体地，超导线圈a通过超导电流引线4和通电引线进行传导制冷，液氮温度通过传导制冷很难将超导线圈a温度降到77K，因此，在液氮腔12加完液氮后，封闭第一口121，将第二口122连接真空泵对液氮腔12进行减压降温，可使液氮腔12的温度进一步降低，从而使超导线圈a冷却到77K。

为了方便对超导线圈a的温度进行监测，同时测得多组温度数据，温度探头3在隔热支撑组件2上呈径向同心圆均布排列，如图3所示，温度探头3在径向方向各同心圆温度探头3等间距分布，各同心圆之间的距离为d，在各个圆周方向温度探头3等弧长分布。等间距等弧长的温度探头3排布，内圆温度探头3排布紧密，外圆温度探头3排布稀疏，可以均匀的将温度探头3分布在整个超导线圈a表面，更有效地测出超导线圈a的缺陷位置。

具体地，为方便对隔热支撑组件2进行设计，在本实施例中，隔热支撑组件2包括底座21、支撑板22以及安装座23，底座21、支撑板22以及安装座23均采用隔热材料加工而成，底座21安装在真空腔11底面，支撑板22安装于底座21上，加热单元6安装在支撑板22上，安装座23固定在支撑板22上，且用于安装温度探头3，进一步地，在安装座23上均布有用于安装温度探头3的安装孔，为提高温度探头3的监测精度，温度探头3需和超导线圈a表面接触，因此，安装孔的深度小于温度探头3的高度。

进一步地，为了方便将隔热支撑组件2以及超导线圈a置入真空腔11，在真空腔11和液氮腔12上方设有可拆卸的盖板7，盖板7密封真空腔11和真空腔11，为了方便对真空腔11进行抽真空，在盖板7上设有和真空腔11连通的抽真空口71，抽真空口71用于和真空泵连通，使真空腔11保持真空环境。

为了方便将超导电流引线4和铜电流引线5和超导线圈a接通，超导电流引线4和铜电流引线5均通过接线法兰8从液氮腔12接入真空腔11，接线法兰8为现有技术中常见的接线元件，其具有良好的密封效果，因此，对其结构不做赘述。

进一步地，为了便于对加热单元6进行设计，在本实施例中，加热单元6为加热棒，加热棒固定在隔热支撑组件2上，且加热棒的工作端和铜电流引线5接触加热，加热单元6对铜电流引线5加热的控温区间为77K-100K，即超导线圈a的温度控温区间在77K-100K。进一步地，温度探头3的信号线以及加热棒的电源线也通过接线法兰8进入到液氮腔12，经过液氮降温后，再经过接线法兰8进入真空腔11，可避免外界引入的热量对检测结果产生影响。

本发明还提供一种基于上述任一项所述的高温超导线圈a缺陷监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、提取均布的所述温度探头3中，温度最高的温度探头3所测得的数据，并对数据进行填充；

S2、通过Boltzmann模型算法对数据进行曲线拟合，测得所述超导线圈a的缺陷点坐标。

上述步骤中缺陷点的发热功率P可由下式计算：

其中E

最后使用y＝A+Bx+Cx

同时，该算法可以采用更多项拟合会产生更好的拟合结果，继续优化缺陷位置的精度。

本发明的工作过程为：将超导线圈a放置在温度探头3阵列上，再将安装座23放入真空腔11内的支撑板22上，将超导电流引线4和铜电流引线5并联焊接后通过接线法兰8进入真空腔11与超导线圈a连接；封闭真空腔11对其抽真空，再将液氮注入液氮腔12进行降温；超导线圈a通过超导电流引线4、铜电流引线5进行传导制冷，将超导线圈a进行降温；当超导线圈a进入超导态后，通过超导电流引线4对其通电流，温度探头3检测超导线圈a缺陷发热点；可调节加热单元6对超导线圈a温度进行加热，控温区间为77K-100K，测得多组超导线圈a的温度数据，并采用上述监测方法对数据进行处理。

综上，本发明实施例提供一种高温超导线圈a缺陷监测装置及监测方法，其通过超导电流引线4和铜电流引线5并联焊接和超导线圈a连接供电，无需在超导线圈a上焊接电压引线，对线圈无损伤，不影响线圈的后期使用，通过温度探头3对超导线圈a进行温度采集，测温速度快，不受电磁干扰，设有加热单元6，配合铜电流引线5对超导线圈a的温度进行调节，可在不同温度下测得超导线圈a的多组温度数据，提高检测精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。