高温超导带材失超行为的光纤光栅测量研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 超导材料基本特性及其发展、应用
•     1.1.2 高温超导应用中的失超行为
•   1.2 相关研究现状
•     1.2.1 失超行为的研究现状
•     1.2.2 低温下光纤布拉格光栅测量方法的相关研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 第二章 低温下光纤布拉格光栅的传感特性
•   2.1 光纤布拉格光栅测量原理
•   2.2 样品制备
•   2.3 低温下的传感特性
•     2.3.1 低温啁啾现象分析
•     2.3.2 应变传感特性
•     2.3.3 温度传感特性
•   2.4 本章小结
• 第三章 高温超导带材热触发失超的实验测试平台
•   3.1 超导带材失超传播测量原理
•   3.2 实验测试平台介绍
•   3.3 失超触发能的确定
•   3.4 本章小结
• 第四章 YBCO高温超导带材失超行为的实验研究
•   4.1 实验样品准备
•   4.2 实验过程
•   4.3 实验结果与分析
•     4.3.1 失超过程中的电压信号变化
•     4.3.2 失超过程中的布拉格光栅中心波长变化
•     4.3.3 电压和光栅中心波长的变化对比分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 在学期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈佳祥

导师: 王省哲

关键词: 高温超导带材,光纤布拉格光栅,失超检测

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 兰州大学

分类号: O511.3;TN253

总页数: 59

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