[发明专利]利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统

说明书

本发明公开了一种利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统，包括分布式传感光纤、光纤转接模块、分布式光纤传感设备、上位机控制模块、失超判别模块。本发明采用柔性分布式传感光纤作为传感器，植入绝缘内部的磁体表面，采用光频域反射技术实时探测超导磁体失超后传感光纤的背向瑞利散射光谱，采用耐低温涂层光纤在超低温区域，通过上位机控制模块对分布式传感光纤空间分辨与采集频率进行设置，通过失超判别模块内的预设阈值模块，完成失超检测信号的判别。不但可以对高温超导磁体高空间分辨率连续测量，而且失超探测检测长度可达几十米量级，同时可以定位失超区域范围，可完全避除高压和电磁背场噪声的影响，在高温超导磁体失超检测技术中可以补足常规失超检测的缺点，以及传统温度测量的技术瓶颈，可有效作为安全联锁后级失超检测手段。

技术领域

本发明涉及用于高温超导线圈失超探测技术领域，尤其涉及一种利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统。

背景技术

高温超导磁体的使用有可能提高托卡马克(如CFETR或EU-DEMO)中使用的线圈的工作温度或场强。此外，在运行中温度(安全)裕度可以增加。然而，这对磁体的失超保护提出了更高的要求。高温超导磁体具有正常区域传播速度较慢的特点，大概比低温超导磁体低2-3个数量级。当电阻率在局部意外增加时，高温超导在失超情况下容易形成多热点等问题，因为失超传播速度慢，在电阻率达到可探测数值之前温度已经开始变化，这对于高参数下的准确快速失超检测具有不利因素，因此失超后超导磁体的温度应变等接近物理现象本质的参数在高温超导磁体的失超探测中凸显重要。需要对磁体运行情况进行实时快速监测，并需进一步研究高温超导的失超传播规律。

目前在高温超导磁体的失超探测中出现的检测方法主要包括：温度检测、电压检测、超波检测、声发射检测技术、光纤布拉格光栅（FBG）等。

传统温度检测，是在超导磁体的表面布置电阻温度计，由于超导磁体运行参数较高，基于电阻的温度计在直接布置时候容易受到高压破坏的影响，目前EAST聚变装置的大型超导磁体在温度计与磁体表面采用一定的绝缘措施，或者在冷却回路后端绝缘子安装温度计。基于电阻温度计可以达到很好的精确度，但是对于超导磁体来说面临的问题很明显：电阻温度计属于点测方式，只能测试某个点的温度变化，对于需要检测一定区域的磁体来说需要布置大量温度计，这显然难度较大，其次是受高压与电磁噪声的影响，其次由于检测的不是磁体实际的温度，具有一定的滞后性，不利于超导磁体的失超检测，只可以作为后备参考，关于温度等物理参数的准确实时检测对于目前大型超导磁体来说一直是有待解决的技术瓶颈。

传统的基于电压信号检测方法使用方便，需要失超检测电路少，但需要克服高运行参数带来的强电磁干扰问题。同时失超后的电压信号比较微弱，相对于磁体本身的温度或应变变化可能出现一定的滞后时间，尤其是高温超导磁体，仅仅通过检测电压信号是无法及时反映导体的实际失超情况。

声发射检测技术，属于被动检测：正常情况下导体不会发射声波，一旦失超，导体微观结构或者应力发生变化，会发射一个微弱的声波，通过检测声波信号来判断是否失超；

超声波属于主动检测，超声波透过导体传播，原来的𝑓(t)会因为透过导体而发生变化变成𝑔(t)，其传递函数是 ℎ(t)。失超会导致h(t)的变化，进而导致g(t)的变化，通过检测g(t)来判断是否失超；

超声波和声发射检测都是机械波，不需要较多的信号线，但是信号微弱，受噪声影响较大，不能作为可靠地失超依据。并且在磁体表面需要安装一定数量的探头，对于大型高温超导磁体来说是不允许破坏其本身绝缘结构。

高温超导失超检测是所有磁体安全运行的必要保障，目前关于高温的失超检测技术是基础于低温超导磁体失超检测技术，区别于失超传播特性，需要探索适合于高温超导的失超检测技术。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种利用分布式光纤传感技术的高温超导磁体失超检测系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：