[发明专利]一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置与方法

权利要求书

1.一种用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于，包括：低温杜瓦，所述低温杜瓦内放置有加热器和线圈组，所述线圈组位于加热器的内部并与加热器固定连接，所述加热器与温控仪连接，所述线圈组上安装有温度传感器；所述低温杜瓦的出口端连接有空心结构的样品杆，所述样品杆的内部与低温杜瓦的内部连通，所述样品杆的内部沿其轴向方向穿设有传动杆，所述传动杆用于固定超导样品的顶部；所述传动杆连接有用于驱动其转动的旋转驱动组件和用于驱动其沿竖直方向进行移动的直线驱动组件；所述样品杆连接有真空泵和气体泵；所述线圈组连接有信号发生器和数据采集卡；所述温控仪和数据采集卡均与计算机信号连接；其中：

所述线圈组，用于固定超导样品的底部并接收来自信号发生器提供的交流电信号，并产生磁化率信号；

所述信号发生器，用于为线圈组提供交流电信号；

所述数据采集卡，采集线圈组产生的磁化率信号并进行锁相放大处理；

所述计算机，用于获取来自于数据采集卡和温控仪的磁化率信号与温度信号。

2.根据权利要求1所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：

所述旋转驱动组件包括伺服电机，所述伺服电机的输出端连接有主动轮，所述主动轮啮合传动有从动轮，所述从动轮的中心轴位置穿设有连接杆，所述连接杆和从动轮之间通过齿轮连接，并且连接杆能够在竖直方向上相对于从动轮移动，所述连接杆连接在传动杆的正上方；

所述直线驱动组件包括直线模组，所述直线模组的输出端竖直向下；所述直线模组的输出端连接有称重传感器，所述称重传感器的下方连接有旋转拉伸分离部件；所述旋转拉伸分离部件包括用于与称重传感器连接的上连接部以及用于与连接杆连接的下连接部，所述上连接部和下连接部拆卸式连接；所述下连接部的轴心处从上到下开设有贯通的第一连接孔和第二连接孔，所述第一连接孔的孔径大于第二连接孔；所述连接杆的顶部具有卡接头，所述卡接头的外径小于第一连接孔的孔径且大于第二连接孔的孔径，从而使卡接头能够在第一连接孔内自由转动，且能够卡接在下连接部的内部。

3.根据权利要求2所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：所述连接杆与传动杆通过联轴器连接。

4.根据权利要求2所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：所述连接杆的外部具有外齿轮，所述从动轮的中心轴位置开设有通孔，所述通孔的内部具有与外齿轮相适配的齿轮槽。

5.根据权利要求1所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：所述样品杆的上方安装有多孔接头，所述真空泵、气体泵均通过管道与多孔接头连接；所述气体泵的气体出口端安装有微压减压阀和高真空针阀；所述多孔接头的一个接头中安装有绝压变送器。

6.根据权利要求1所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：所述线圈组包括线圈以及用于缠绕线圈的线圈骨架；所述线圈包括励磁线圈、拾取线圈和补偿线圈；所述线圈骨架包括用于缠绕励磁线圈的励磁线圈骨架和固定在励磁线圈骨架内部的拾取线圈和补偿线圈骨架；所述拾取线圈和所述补偿线圈骨架与励磁线圈骨架固定连接，所述励磁线圈骨架与加热器固定连接；

所述拾取线圈和补偿线圈骨架包括上连接段、中段和下连接段，拾取线圈和补偿线圈分别缠绕在上连接段和下连接段；所述上连接段的内部为中空的样品腔；所述中段的内部上端具有与样品腔连通的定位腔，所述中段内部位于定位腔的底部开设有用于固定超导样品的定位槽；所述中段的外侧壁开设有用于安装温度传感器的安装槽；所述拾取线圈和补偿线圈骨架的外侧四周开有信号线槽。

7.根据权利要求1所述的用于实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量装置，其特征在于：所述超导样品上安装有布拉格光纤光栅传感器。

8.一种实时探测不同拉伸与扭转应变下超导样品有效应变状态的测量方法，其特征在于：是利用如权利要求1至7任一项所述的测量装置完成的，包括以下步骤：

步骤1：检查线圈组中的线圈的固定情况以及引出端的保护情况，确保没有发生弯折与损坏；若发生线圈固定不牢固与引出端弯折断裂则需要重新绕制线圈；

步骤2：将超导样品一端焊接在线圈组内，另一端焊接在传动杆内，确保超导样品在焊接时不受外界因素干扰，防止样品初始应变状态发生变化；

步骤3：通过控制旋转驱动组件或直线驱动组件，能够使传动杆发生扭转或拉伸运动，进而使超导样品产生扭转或拉伸应变；

步骤4：将低温杜瓦放置在液氦杜瓦中，对低温杜瓦内腔体环境进行降温；

步骤5：打开真空泵对低温杜瓦内腔抽真空，根据分子泵上显示示数确保腔体内处于真空状态，抽真空时确保气体泵关闭；

步骤6：打开气体泵、微压减压阀、高真空针阀与绝压变送器，通过微压减压阀和高真空针阀对气体泵内的氦气进行精确控制，使处于真空状态下的低温杜瓦内具有适量氦气，确保腔体内氦气分布均匀且换热速率适当；

步骤7：打开温控仪，温控仪通过放置在样品附近的温度传感器读取温度信号，并通过调整加热器功率控制超导样品温度；

步骤8：打开信号发生器与数据采集卡，通过信号发生器将交流电信号传递至线圈组，线圈组感应出磁化率信号后传递至数据采集卡，磁化率信号经数据采集卡的锁相放大处理后输送至计算机中；

步骤9：打开计算机，启动Labview测试软件，同时接收来自于数据采集卡的磁化率信号与温控仪的温度信号，实时读取测量数据并显示磁化率信号与温度信号的曲线；

步骤10：通过Tikonov正则化技术对计算机所绘制的磁化率-温度曲线中的磁化率矩阵进行后处理可得到样品的有效应变状态。