基于第二代高温超导带材的磁体研究进展与挑战

随着第二代高温超导(2G-HTS)带材技术的进步和性价比的提高,世界各地的科研机构纷纷展开了基于REBa₂Cu₃O_7−δ(RE123)带材的磁体研制。RE123带材具有极高的载流能力和在场性能,能产生低温超导(LTS)磁体不能达到的强磁场(>24 T)。然而,RE123磁体依然面临着诸多挑战,如磁体的工艺技术、带材的机械性能及性价比等都还需要进一步的提升与优化。文章首先介绍了用于磁体绕制2G-HTS带材,包括其成材工艺、在场性能及应力应变影响等;其次讨论了超导磁体研制的重要技术问题,包括RE123线圈技术、磁体失超保护、屏蔽电流效应及交流损耗等;最后对国内外2G-HTS磁体的研究进展进行了总结,包括磁体的设计方案、技术特点和运行情况等。     

单级电磁感应线圈发射器温升研究

同步感应式线圈型电磁发射器主要采用脉冲电流对线圈直接供电,其实际工作过程中电枢和线圈会产生温升,这是当前制约线圈发射器向小型化、高速发展的一个主要因素。本文通过建立电磁线圈的温升模型,对于单次触发的情况,分别利用Comsol和自编程序Coilgun进行计算,并搭建相应的试验平台进行验证。采用直接耦合方式的Comsol计算结果最为准确,也能考虑材料参数随温度的变化。仿真得到电枢的温升大约为4.2 ℃,线圈最大温升为7.7 ℃。由于热电偶温度传感器的测量延迟性与采样频率的限制,电枢温度试验曲线未能测量到仿真曲线中出现的温度最大值点,可记录到整个试验过程中温度变化曲线,其变化形势以及最终稳定的温度与仿真的基本一致,误差最大为6.1%,说明了仿真的准确性。为后续进行多级线圈连续发射奠定基础。     

雷电流测量专用柔性无磁芯大型Rogowski线圈

为了解决小型Rogowski线圈无法测量柱状高塔的自然雷电流波形的问题,提出了采用大型Rogowski线圈测量高塔雷电流的方案,研究设计了柔性骨架无磁芯大型Rogowski线圈,去除磁芯和外加积分器,通过增加线圈匝数获得高电感,以实现测量结果的自积分,降低了微分型Rogowski线圈需要额外积分器的难度。Rogowski线圈的标定表明,线圈具有良好的积分特性,采用输出误差系统辨识模型对Rogowski线圈输出波形进行了校正补偿,提高了测量波形的准确度,增大了高塔自然雷电流精确测量的可能性。     

基于电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场的改进

本文在电磁感应法的基础上,通过与亥姆霍兹线圈串联使电容达到谐振的改进方法,测量了不同电容参数下的亥姆霍兹线圈磁场分布,并利用Origin软件拟合分析了亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系.实验结果表明,基于电磁感应的改进方法测得的亥姆霍兹线圈磁场精确度在一定程度上均大于传统电磁感应法的测量结果,3种电容选择中,串联电容为0.099×10^-6F时,精确度最高,拟合的亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系式与理论状态下的公式基本吻合.改进方法的实验效果明显,精确度高,科学可行,是一种值得推广的测量亥姆霍兹线圈磁场的改进方法.     

培养质疑精神提升释疑能力——以“通电线圈”教学为例

部分教材及试题认为线圈匝数越多,通电线圈磁性越强.该结论缺乏严谨性,长期教学过程中,少有师生对该问题提出质疑,学生缺乏质疑精神及释疑能力.进一步研究该教学中科学史实、方向判定、结论及应用等内容的教学,寻找质疑点,给出释疑方法,从而培养学生质疑精神,帮助学生提升释疑能力,在科学精神和思维上提升内在素养.     

脉冲电流探头的时域标定研究

介绍了一种Rogowski线圈脉冲电流探头时域标定和标定数据处理的方法,将脉冲法时域标定的结果和频域标定结果进行了比较。针对电流探头的低频失真,采用系统辨识方法建立了测量系统的动态模型,并对探头输出信号的失真进行校正。实测数据验证了所建模型的有效性,设计出的数字补偿滤波器可将测量系统校正为一理想的比例环节。     

冷却储存环主环注入线四极磁铁测量

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线四极磁铁谐波测磁系统和谐波磁场测量结果。分析了磁铁误差产生的原因以及磁铁加工存在的问题和注意事项。     

基于DOE及RSM的单线圈磁流变阻尼器优化设计及动力性能分析

设计了一种单线圈磁流变阻尼器,并推导其阻尼力数学模型.为使磁流变阻尼器在固定尺寸内得到最优性能,采用实验设计(design of experiments,DOE)和响应曲面法(response surface methods,RSM)相结合的方法得到磁感应强度与设计变量的近似响应函数,建立目标函数并求解得到最优几何参数.对单线圈磁流变阻尼器进行电磁场仿真和动力性能仿真;搭建动力性能测试试验台,分别测试优化前后阻尼器在不同电流、频率、振幅及速度下的动力性能.实验测试结果表明,优化前阻尼器最大输出阻尼力仅有253 N,优化后阻尼器的最大输出阻尼力可达560 N;优化前阻尼器最大可调范围为3.7,优化后阻尼器的最大可调范围为4.8,输出阻尼力随电流变化连续可调,具有良好的动力性能.