[发明专利]一种采用射频行波技术检测超导失超的微波探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，可用于超导体运行过程中超导状态与失超状态的检测，具体涉及一种采用射频行波技术检测超导失超的微波探测系统。

背景技术

近年来，随着高温超导材料技术的发展，高温超导材料的电磁特性和机械特性得到了很大的提高，使高温超导材料能实现大规模的商业化生产。超导带材的商业化生产促进了超导装置的在全世界的广泛研究和应用。超导线圈是超导装置的核心，因此超导线圈的绕制工艺几乎决定了超导装置的性能的好坏。一个不合格的超导线圈（DUT）的绕制工艺会导致超导线圈装置的性能大大降低，严重情况下，甚至会导致超导线圈的烧毁。

超导线圈（DUT）失超时，由于内阻增大，会产生大量的热量，可能会导致超导线圈被烧毁或引起绝缘击穿，影响超导设备的安全可靠运行。因此必须快速而准确地检测到超导线圈的失超。国内外大型超导磁体装置采用的失超检测方法有线圈端电压法、平衡桥电压法、同绕线检测法、温升法、压力&流量法、液面法、SHF检测法和超声波失超诊断法等。

目前常用的超导线圈的电阻电压失超诊断方案会带来一些问题，例如，诊断系统要求能够承受超高压（41kV），诊断测试线安装在超导装置内部，一旦传输线在装置内部断开，容易导致检测失败，而拆卸维修不仅工作量巨大，其停机还将导致系统进度延迟。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的不足，提供了一种采用射频行波技术检测超导失超的微波探测系统，基于射频对消技术来检测超导线圈内阻的变化，以诊断超导失超现象，该检测装置无需固化在超导设备内，采用外接式仪表方式，可以灵活搬运，便于修理和维护，以提供一种可灵活配置的、外接式的备份探测手段，弥补常规手段的不足或作为应急设备使用。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种采用射频行波技术检测超导失超的微波探测系统，包括巴伦、隔离环形组件、功率源、对消处理模块、检测闭环模块；所述巴伦的输出端与隔离环形组件的b端口相连，所述功率源的一个输出端与隔离环形组件的a端口相连，所述功率源的另两个输出端分别与对消处理模块的相应输入端相连，所述隔离环形组件的c端口与对消处理模块的相应输入端相连，所述对消处理模块的输出端与检测闭环模块的输入端相连。

所述对消处理模块包括对消辅助单元、N级射频对消单元、载波对消单元以及直流对消单元，所述对消辅助单元的输出端与N级射频对消单元的输入端相连，所述N级射频对消单元的输出端与载波对消单元的输入端相连，所述载波对消单元的输出端与直流对消单元的输入端相连。

所述隔离环形组件的c端口与所述N级射频对消单元的输入端相连。

所述功率源的另两个输出端分别与对消辅助单元、载波对消单元的输入端相连。

一种采用射频行波技术检测超导失超的微波探测系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤a、由高稳定的功率源产生一路频率为的点频RF信号，此信号经过功分器功分后，其中一路由a端口进入隔离环形组件，从b端口输出后进入连接着超导线圈的巴伦，超导线圈放在杜瓦中，以保证超导线圈处于低温超导状态；

步骤b、经超导线圈反射的射频信号由隔离环形组件的b端口进入，从c端口输出，进入对消处理模块，经过N级射频对消单元，抵消载波中不变换的部分，并同时放大剩余载波和变化功率，以降低系统对动态的需求；

步骤c、射频对消后为了消除载波，需要采用相干混频的方式，将基波转换为一个直流电平，直流对消单元是在载波对消检出直流后，利用高灵敏度的运放，进一步扩展小信号的幅度；

步骤d、处理后的直流电平通过接收检测闭环模块进行采样处理，当超导失超后，由于超导线圈内阻的变化引起反射系数变化，导致反射功率出现微小变化，其经过放大后，系统检出的直流电平会有一个比较确定幅度的减小，通过分析输出直流电平的变化率，即可适时判断超导体的失超状态。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用高稳定度的方式实现功率源，实现了输出功率的高稳定性，保证了后续处理基准的可靠性。

2、通过高隔离度设计的隔离环形组件，确保了反射功率不影响功率源，并弱化了巴伦变换带来的阻抗变化。

3、通过N级射频对消技术降低载波功率，并放大微小的变化功率部分，缩减了系统对动态的需求，从而实现系统的稳定可靠检测。

4、利用同频混频的载波对消技术，消去载波频率，滤掉高频分量，将反射系数和反射相位的变化统一转换成直流电压变化，系统变化分量被分成一个直流分量和一个缓变分量，检测难度大大降低。