基于FBG的高温超导带材交流损耗的实验研究

摘要

高温超导体能够无阻地传输电流、具有较小的交流损耗和较高的稳定性，减小交流损耗已成为超导应用研究中最重要的内容之一。高温超导带材交流损耗的研究是高温超导电力应用的理论和实验基础，对促进超导电工技术的发展具有重要的现实意义。 本文在传统热测法的基础上，提出了一种新的基于光纤布拉格光栅(FBG)的高温超导体交流损耗热测法。FBG具有响应速度快、体积小、无电磁干扰的优点，相对电测法和使用热电偶温度计的传统热测法而言，更适合用于复杂的电磁环境以及一些高压场合中。本文研究了FBG的温度传感原理，对FBG在低温下的温度响应特性进行了实验研究，实验结果表明FBG的温度响应在液氮温区附近具有良好的重复性和较大的温度灵敏度，适合于低温下的温度测量。在直流磁场下进行FBG波长与损耗关系的标定，从而为交流损耗测量奠定了坚实的基础。本文首先使用基于FBG的热测法测量了高温超导带材在自场下的交流损耗，实验结果与电测法的实验结果以及Norris方程的计算结果相吻合，说明基于FBG的交流损耗热测法具有可行性。然后继续进行了直流平行、垂直背场下以及载有交直流电流时高温超导带材的交流损耗的实验研究，实验结果与理论计算结果一致，进一步说明了基于FBG的交流损耗热测法可行，对超导体交流损耗的研究具有重要的实用价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 超导体交流损耗测量的研究进展

1．3 光纤光栅传感技术在电力系统中的应用

1．3．1 电力设备温度监测

1．3．2 电流／磁场测量

1．3．3 电场测量

1．4 光纤光栅传感在超导技术中的应用

1．5 本文的主要工作

第2章 FBG的低温特性

2．1 FBG传感原理

2．2 FBG低温测量实验平台的搭建

2．2．1 光路系统

2．2．2 制冷设备

2．3 FBG低温测量

2．4 FBG温度响应速度

2．5 本章小结

第3章 自场下高温超导带材交流损耗测量

3．1 自场下超导体的交流损耗

3．1．1 自场下超导体交流损耗的计算

3．1．2 电测法实验原理

3．1．3 热测法实验原理

3．2 FBG波长与损耗关系标定

3．3 自场下高温超导带材交流损耗测量

3．4 本章小结

第4章 直流背场下高温超导带材交流损耗测量

4．1 直流背场下超导体的交流损耗

4．2 直流背场下高温超导带材的临界电流测量

4．3 直流背场下高温超导带材交流损耗的测量

4．3．1 直流平行背场下的交流损耗测量

4．3．2 直流垂直背场下的交流损耗测量

4．3．3 平行场与垂直场实验结果对比

4．4 本章小结

第5章 载有交直流电流的高温超导带材交流损耗测量

5．1 载有交直流电流的超导体交流损耗

5．2 实验装置

5．3 载有交直流电流的高温超导带材交流损耗测量

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢