[发明专利]高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置及方法

权利要求书

1.一种高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置，包括一个呈密封桶体的强磁体装置（1）、置于该装置中的低温杜瓦瓶（2）和围绕该瓶的超导强磁体（3），其特征在于：

（1）有一个三维支架（6）的垂直杆（22）下端伸入所述低温杜瓦瓶（2）内，与放置在该瓶内的高温超导单畴块材样品（13）相靠近并且与所述样品（13）上表面保持垂直，一个上位机（8）联接一个步进电动机驱动器（7），该步进电动机驱动器（7）通过3个RS232输出端口与所述三维支架（6）的3个RS232端口（20）相联接，驱动所述三维支架（6）中的三个步进马达（19）使垂直杆（22）作x、y、z轴方向的三维移动；

（2）所述三维支架（6）的垂直杆（22）下端临近样品（13）上表面装有一个低温霍尔探头（4），用于采集显示所述样品（13）表面垂直方向的磁通冻结场，该探头（4）通过15针D-sub接口的电缆线联接至一个高斯测量仪（9），并且该高斯测量仪（9）与所述上位机（8）相连接；所述强磁体装置（1）内部装有温度传感器（14），用来实时监测所述超导强磁体（3）的温度，该温度传感器（14）由所述强磁体装置（1）桶体表面的16针D-sub接口引出，通过电缆线联接至一个数字多用表（10）的20通道多路传输接口，并且该数字多用表（10）与所述上位机（8）相连接；

（3）有一个压缩制冷机（11）和一个分子真空泵（12）连接所述强磁体装置（1），对其制冷和抽真空；有一个磁体电源（5）接通所述超导强磁体（3）的线圈，用于产生充磁场。

2.根据权力要求1所述的高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置，其特征在于：

所述上位机（8）采用装有美国国家仪器公司开发的软件Labview2009的PC机，所述步进电动机驱动器（7）采用美国国家仪器公司的MID-7604/7602型步进电动机驱动器，所述高斯测量仪（9）采用Lake Shore Cryotronics, Inc.公司的Model455DSP型高斯测量仪，所述低温霍尔探头（4）采用Lake Shore Cryotronics, Inc.公司的HMCA-2560-WN型低温霍尔探头，所述数字多用表（10）采用Keithley Instrument, Inc.公司的Model 2700型数字多用表，所述超导强磁体（3）采用Cryogenic Limited.公司的5T NbTi超导线圈强磁体，所述压缩制冷机（11）采用Sumitomo Heavy Industries, Ltd.公司F-50型压缩制冷机，所述分子真空泵（12）采用Edwards公司的EXPT型分子真空泵。

3.根据权力要求1所述的高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置，其特征在于：

所述三维支架（6）主要构件为x轴滑动槽（15）、y轴滑动槽（16）、z轴滑动槽（17）和一个支撑杆（18），所述x轴滑动槽（15）驱动所述y轴滑动槽（16）运动，所述y轴滑动槽（16）驱动所述z轴滑动槽（17）运动，所述z轴滑动槽（17）驱动所述支撑杆（18）运动；其中每个滑动槽（15,16,17）内部含有一个步进马达（19）、一个RS232接口（20）和一个驱动杆（21），所述RS232接口（20）通过串口线连接至所述步进电动机驱动器（7），所述步进马达（19）的运动状态由所述RS232接口（20）接收到的信号控制，该步进马达（19）一端连接有所述驱动杆（21），该驱动杆（21）与上层滑动槽固定连接成一体的螺母旋配而驱动上层构件在滑动槽（15,16,17）上进行移动，所述支撑杆（18）垂直连接垂直杆（22）和水平杆（23）。

4.一种高温超导单畴块材磁通冻结场测量方法，采用根据权利要求1所述的高温超导单畴块材磁通冻结场测量装置进行测量，其特征在于测量步骤如下：

1）用分子真空泵（12）对强磁体装置（1）抽真空，当内部大气压小于0.1Pa之后压缩制冷机（11）进行制冷，直至强磁体装置（1）内部温度保持在4K，其中强磁体装置（1）内部超导强磁体（3）温度可由数字多用表（10）获取；

2）低温杜瓦瓶（2）中放入待测高温超导单畴块材样品（13），低温霍尔探头（4）固定在三维支架（6）的垂直杆（22）上并且定位在距离样品（13）上表面1.5mm处，打开充磁磁体电源（5），使超导强磁体（3）产生5T充磁场；

3）低温杜瓦瓶（2）中倒入液氮，液氮稳定后样品（13）进入超导态；

4）撤去外加磁场：调节磁体电源（5），将外磁场降到零，由于样品（13）磁通冻结场的初始峰值不能用于实际装置的设计，外磁场降到零后需要等待15分钟再开始采集数据；

5）使用上位机（8）控制步进电动机驱动器（7），通过三维支架（6）的垂直杆（22）的移动定位低温霍尔探头（4）扫描起始位置，然后上位机（8）决定x轴、y轴扫描步长和范围，步长应小于被扫描x-y平面最大尺寸的10%，参数设定完后步进电动机驱动器（7）驱动三维支架（6）进行x-y平面运动，测量开始；

6）高斯测量仪（9）将测得样品（13）的磁通冻结场数值传输至上位机（8），上位机（8）保存数据，将x轴、y轴坐标和接收到的特斯拉值一一对应，绘制出样品（13）z轴方向磁通冻结场的分布图。