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高温超電導磁石用の光ファイバ温度センサの低温特性向上と実用性検証

机译:高温超导磁体的低温特性的改进和光纤温度传感器的实用性验证

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摘要

To put the high-temperature superconducting (HTS) magnets to practical use, it is effective to detect a sign of failures by the temperature monitoring. It should be noted that the quench protection of HTS magnets is difficult. Temperature is distributed over HTS magnets when they are cooled by conduction cooling. Therefore, reliable multipoint temperature monitoring method is necessary. Unlike the conventional resistance temperature sensor, the optical temperature sensor can measure multipoint temperatures with a single fiber. The optical fiber is not affected by the fluctuation of the magnetic field and has low heat intrusions. A Fiber Bragg Grating (FBG) is a type of the optical fiber temperature sensor, but its accuracy of the measurement decreases at cryogenic temperature. Therefore, it has been proposed to coat the FBG sensor with a metal or a resin to increase the accuracy at cryogenic temperature. Zinc is suitable for the coating material, because it has a high thermal expansion rate and its coating process is simple. Three types of zinc coating methods were evaluated in this research: sputtering zinc, electroplating zinc after sputtering titanium and copper, electroplating zinc after electroless nickel plating. The FBG sensors coated by these zinc coating methods were compared with respect to the sensitivity at cryogenic temperature, the durability against vibration and thermal shock, and the repeatability of the cooling cycle. We report these results.%新たに開発した電気めっき方式にて製作した極低温用光ファイバセンサに実際の使用環境を模擬した熱変動,振動を加える耐久性試験を行った。センサは性能の劣化や損傷などの異常を生じることなく使用環境に対する耐久性を確認した。また,コスト低減の観点から電気めっき方式を改良した複合めっき方式の製法について検討を行った。酸性エッチング処理を用いた複合めっき方式にて,実際に光ファイバ温度センサを試作し,温度計測が可能であることを確認した。ただしこの方式にはコーティング厚さが不均一になりやすい課題があるため,今回採用した溶液配合をもとに,濃度および浸漬時間を調整して改善に取り組み,本製法での耐久性の評価を行う予定である。
机译:为了将高温超导(HTS)磁体投入实际使用,通过温度监控来检测故障迹象是有效的。应当指出,高温超导磁体的失超保护是困难的。当HTS磁体通过传导冷却进行冷却时,温度会分布。因此,需要可靠的多点温度监测方法。与常规的电阻温度传感器不同,光学温度传感器可以用单根光纤测量多点温度。光纤不受磁场波动的影响,并且热侵入小。光纤布拉格光栅(FBG)是光纤温度传感器的一种,但是其测量精度在低温下会降低。因此,已经提出用金属或树脂涂覆FBG传感器以提高在低温下的精度。锌适合用于涂料,因为它具有高的热膨胀率并且其涂覆过程简单。本研究评估了三种镀锌方法:溅射锌,溅射钛和铜后电镀锌,化学镀镍后电镀锌。比较了通过这些镀锌方法涂覆的FBG传感器在低温下的灵敏度,抗振动和热冲击的耐久性以及冷却循环的可重复性。我们将报告这些结果。また,コスト低减の観点から电気めっき方式を改良した复合めっき方式の制法について検讨を行った。ただしこ,実际にはコ光ファイバ温度センサを试作し,温度计测が可能であることを确认した。とに,浓度および扩张时间を调整して改善に取り组み,本制法での硬化の评価を行う予定である。

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