高温超导带材失超行为的光纤光栅测量研究

发布时间：2020-07-10 23:16

【摘要】：高温超导材料因具有更高的载流性能及热稳定特性、更低的冷却成本,在超导技术应用方面更具发展潜力,已在诸多超导结构中得到运用,但其失超传播速度慢,失超检测及保护仍面临巨大的困难,相关的研究仍不全面。光纤光栅测试技术具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、体积小、易埋入等优点,在超导结构的失超检测方面表现出较高的应用价值,但其研究仍处于前期的摸索阶段,开展超导带材失超行为的光纤光栅测量研究具有重要意义。本文针对光纤光栅低温测量特性,及失超传播过程中光栅的波长变化特性进行了实验研究。首先,我们进行了光纤布拉格光栅不同栅区处理条件下的对比试验,分析了低温啁啾现象原因,结果表明光纤布拉格光栅的低温啁啾现象是由布拉格栅区的应变不均匀性造成的。同时对表贴状态下的应变灵敏度系数及精准度进行了实验,得到应变灵敏度系数约为1.2pm/με左右,测量精度满足应变测量要求;进一步,制作了光纤布拉格光栅温度传感器,对其温度灵敏度系数做了实验标定,结果表明传感器具有优良的温度增敏效果。其次,我们自主搭建了超导带材热触发失超的实验系统,可以实现超导带材在氮气氛环境下的热触发失超,实验时能够实时、同步地采集电压、温度和光纤布拉格光栅波长信息,同时系统具有失超自保护功能。进一步,探究了超导带材失超时的热点演化及最小失超触发能,结果表明在热触发结束后,带材热点温度会先下将,随后电流分流产生焦耳热而上升。最后,我们采用光纤布拉格光栅,单根光纤上有三个不同中心波长的光栅,进行了高温超导带材失超传播的准分布式测量,并与电压测试结果进行了对比分析。结果表明光纤布拉格光栅的波长会在失超传播时先下降而后依次上升,且下降行为先于电压信号达到失超判据发生,即光纤光栅可有效地进行超导体的失超检测,同时有望提前预测失超的发生;同时这种响应随载流的增大而越发明显,失超传播速度也随载流增大而增大。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O511.3;TN253
【图文】：

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超导材料的制备技术和应用研究一直是绕其展开。目前，低温超导磁体的制造技术关研究是学术界的研究热点。本章将对超导导磁体应用中失超现象的研究现状进行介绍特性及其发展、应用物理学家 Onnes 实现了气体氦的液化，使区进行。他首先开始研究金属材料在这个温年测量了 Hg 的电阻率随温度的变化行为，在 4.2K 附近突然减小到几乎为零[1]。随后，此关于超导态的研究成为了物理研究领域的突然消失的现象定义为超导电性。

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硕士学位论文高温超导带材失超行为的光纤光栅研究的初期，人们对于超导特性的研究一直停留在零电阻国物理学家 Meissner 于 1933 年在针对超导圆柱 Pb 和 Sn现[2]，当超导材料处于超导态时，其表现出了完全抗磁特且与加磁场和降温的加载顺序无关，我们将超导体表现出定义为 Meissner 效应[3]。超导电性和 Meissner 效应构成性，也只有材料同时满足这两个条件时，才能称之为超

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图 1-3 超导临界参数曲面[6]象发现以来，超导材料的制备一直是超导研究的重点温度的超导材料则是学者们的奋斗目标。在 Onners 几十年里，研究人员就发现了多达五千种的超导材料材料根据其临界温度的高低，经历了低温超导和高温要超导材料的出现时间及对应的临界温度如图 1-4 所uller[7]发现了具有 35K 临界温度的 LaBaCuO 超导材料导材料研究的序幕。在众多研究者的不断探索下，高了诸多可喜的成果。在 LaBaCuO 超导材料发现后不到忠贤[9]团队再创新高，几乎同时单独地发现了临界uO 超导体，使得在液氮温区实现材料超导态成为了可a[10]等人于 1988 年发现了 Bi 系超导材料，包含 Bi-22应地超导临界温度分别为 84K 与 105K。再往后，Ka发现的 La-O-Fe-P 超导体则掀起了铁基超导研究的热

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