LabVIEW開發(fā)超導(dǎo)體電流特性的測量系統(tǒng)

超導(dǎo)體的臨界電流密度Jc不斷增加，目前超導(dǎo)線已達(dá)到150MA/cm2因此，由于電流能力增強(qiáng)，超導(dǎo)體被認(rèn)為應(yīng)用于電力系統(tǒng)，例如傳輸電纜、超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁儲能。由于Jc是此類應(yīng)用的重要值，因此有必要了解臨界電流特性。測量臨界電流特性有兩種方法：四端子法和電感法。向超導(dǎo)體施加電流的四端子方法在測量結(jié)果中非常可靠。但是，由于需要施加大于試樣臨界電流的電流，因此當(dāng)超導(dǎo)體的Jc較大時，如果沒有能夠輸出大電流的電源，則很難進(jìn)行測量。另一方面，感應(yīng)方法之一的直流磁化法通過測量與施加到超導(dǎo)體的直流磁場大小相對應(yīng)的磁化強(qiáng)度來間接評估臨界電流特性。這種方法允許對超導(dǎo)體進(jìn)行非接觸式測量，從而避免因加熱而損壞試樣或降低臨界電流特性。然而，在具有復(fù)雜超電流路徑的氧化物超導(dǎo)體中，由于通過平均每個不同的電流路徑獲得的值，這種方法可能會產(chǎn)生不準(zhǔn)確的Jc。此外，還有一種使用三次諧波電壓的感應(yīng)方法，該方法通過測量超導(dǎo)體的復(fù)雜磁化率來估計Jc，特別是用作超導(dǎo)薄膜的評估方法。在這項(xiàng)研究中，使用了被稱為坎貝爾法的交流電感法，該方法允許通過測量當(dāng)小交流磁場疊加在直流磁場上并聯(lián)施加時超導(dǎo)體中的交流穿透通量值來更詳細(xì)地評估電磁特性。

項(xiàng)目開發(fā)一種測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用坎貝爾方法半自動確定Jc并評估超導(dǎo)體的臨界電流特性。

坎貝爾法是電感方法之一，其特征在于將疊加在直流磁場上的小交流磁場施加到超導(dǎo)體上。由于外加磁場穿透超導(dǎo)體，交流磁場通過增加交流磁場的振幅滲透到超導(dǎo)體中。通過測量交流穿透磁通，可以得到與交流磁場幅值相對應(yīng)的穿透通量的穿透深度。

測量系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的控制和在圖形中顯示測量結(jié)果是使用在LabVIEW中創(chuàng)建的顯示的測量程序完成的。為了檢測微弱的信號，使用了數(shù)字鎖相放大器LI5600，并為每個設(shè)備操作USB-6002（，允許模擬電壓輸入和輸出。

產(chǎn)生線圈的兩個磁場均由銅線制成，每1A的每個輸出磁場的大小用高斯計測量。直流和交流線圈每3A的交流電流幅度可分別輸出數(shù)百mT的直流磁場和2.1mT的交流磁場幅度。但是，線圈是用于確認(rèn)的銅磁鐵，因此輸出磁場很小。但是通過用超導(dǎo)磁體代替線圈，可以施加更大的磁場。穿透流磁通量的檢測是通過使用試樣周圍的拾音線圈實(shí)現(xiàn)的。但是，獲得的信號包括來自外部交流磁場的分量。因此，將取消線圈放置在沒有試樣的位置，并且來自外部交流磁場的感應(yīng)電壓能夠通過電阻分壓器分成0到1的范圍。

所有試樣、磁鐵、拾音器和取消線圈都浸入液氮中，以確保77K的溫度。測量程序如下。

1）取消

為了去除拾音線圈中產(chǎn)生的外部交流磁場分量，僅施加約0.01mT的交流磁場。由于邁斯納效應(yīng)導(dǎo)致交流磁通量不會穿透試樣，因此每個線圈中僅產(chǎn)生由施加的交流磁場產(chǎn)生的信號。調(diào)整電阻分壓器，使兩個線圈信號的差分放大值為零。

2）測量

施加恒定直流磁場后，交流磁場的振幅從零逐漸增加到設(shè)定的最大振幅，并測量施加的交流磁場的振幅以及來自每個線圈感應(yīng)電壓的穿透交流磁通量。

3）校準(zhǔn)

通過增加交流磁場的振幅，穿透深度在試樣中心的值處飽和。但是，由于通過測量獲得的穿透深度值與由于雜質(zhì)或空隙引起的試樣厚度不同，因此λ′和JC由實(shí)際面積和從測量中獲得的面積進(jìn)行校準(zhǔn)。

測量系統(tǒng)由LabVIEW中創(chuàng)建的測量程序控制。由于浸入液氮中，溫度為77K，并且可以施加高達(dá)10mT的交流磁場振幅。測量系統(tǒng)允許對氧化物超導(dǎo)體試樣的臨界電流特性進(jìn)行詳細(xì)評估，因?yàn)闄z測到兩種不同的電流路徑，并獲得體積Jc。

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