1.本发明属于超导带材测试技术领域，尤其是一种超导带材弯曲特性测试装置及测试方法。
背景技术：2.随着高温超导带材的应用越来越广，各类超导装置对带材机械性能的要求也越来越高。人们对高温超导带材的拉伸机械性能研究较多，而对其弯曲机械性能研究较少。对于bi系和ybco高温超导带材而言，其超导层均为晶体陶瓷结构，其本质决定了其较差的机械性能，极易受到应力应变的影响,陶瓷的脆性本质决定了其较差的弯曲性能。
3.以bi系高温超导带材为例，虽然加工时对其进行了细丝化处理，但其断裂应变也只有约1％。而在超导电缆的绕制或磁体线圈绕制过程中，带材必然会受到弯曲应变的作用，如图8所示，三根超导带材以不同的弧度圈绕在柱体上，若超导电缆的应变超过一定的范围就会影响到超导带材的使用性能甚至断裂，直接决定了超导装置性能的优劣，因此，在使用超导带材之前，有必要对超导带材的弯曲通流能力进行精准测试。
4.目前，专利cn201922299728.x公开了一种超导带材测试用装置、专利cn201320580939.0公开了一种在弯曲应力下测试高温超导带材通流情况的装置，上述两个专利均通过塔轮结构对带材进行搭载，测试时，将超导带材置于塔轮平台上，带材两端固定在铜片上以保证带材拉紧不松动，铜片可旋转，便于超导带材弧度调节，铜片上的环氧片可上下移动，以对应不同的弯曲直径，通过直流电源给超导带材供电，采用四引线法测试超导带材的临界电流，电压信号线焊接在带材上，用于测试失超电压，失超判据取为1μv/cm，电流信号线焊接在分流器上，用于测试通流大小，电压、电流信号均由信号采集器采集，且测试平台通过液氮浸泡制冷。
5.专利cn201110397722.1公开了一种高温超导带材弯曲特性测量装置，该专利通过圆锥半径变化实现带材通流能力连续测量。
6.就现有技术而言，1、超导带材设置在塔轮结上时，不同直径的塔轮结构使超导带材的弯曲半径不连续，造成相应测量通流性能连续性不完整，且精度不足；
7.2、通过圆锥半径变化实现带材通流能力连续测量时，超导带材不能完全贴合锥面，形成线接触，带材测试条件不稳定，同时无法进行不同张力条件、不同弧度的精确测量。
8.3、超导带材在不同半径测试时，超导带材的张紧通过转动铜片实现，导致不同半径下超导带材受张力不同，张力控制不稳定，同组试验下超导带材受力不一致。
9.4、转动铜片后超导带材的弧度发生变化，导致弧度测量不准确。
10.5、超导带材的复测需要维持液氮稳态，测试装置需要反复脱离液氮，操作繁琐，耗时长，且带材反复经历低温至室温大温区变化，所产生热应力变化对带材性能有一定衰减，导致测得数据失真。
技术实现要素：11.发明目的：提供一种超导带材弯曲特性测试装置及测试方法，以解决现有技术存在的上述问题。
12.技术方案：一种超导带材弯曲特性测试装置，包括检测单元，所述检测单元连接超导带材的两端，用于检测超导带材的临界电流和失超电压，所述测试装置还包括杜瓦容器、载板、收线盘具、移动轮和变径机构，所述载板安装在杜瓦容器内，所述变径机构安装在载板上，所述变径机构用于为超导带材提供连续的弯曲半径，两个所述移动轮对称设置在变径机构的两侧，所述载板上开设有弧度调节槽，用于活动连接移动轮，所述移动轮用于调控超导带材的弯曲弧度，两个所述收线盘具对称设置在变径机构的两侧，两个所述收线盘具分别连接超导带材的两端，所述收线盘具用于控制超导带材的张紧力。
13.进一步的，所述变径机构包括变径导杆、集成目盘、旋转目板和卡套，所述集成目盘固定安装在载板上，所述旋转目板活动设置在集成目盘上，所述集成目盘上沿半径方向均匀开设有若干个呈十字形结构的集成直槽，所述旋转目板上开设有集成弧槽，所述变径导杆穿过集成直槽和集成弧槽，所述转动的集成弧槽与固定的集成直槽配合，用于控制变径导杆的位置，所述卡套用于包裹集成目盘侧壁；集成直槽和集成弧槽的交点就是变径导杆的位置，集成弧槽随旋转目板的转动驱动变径导杆在集成直槽内运动，实现了连续改变弯曲直径的目的，为检测超导带材性能受弯曲影响的数据更加准确。
14.进一步的，所述变径导杆包括带材筒、导杆主体和导杆滑块，所述带材筒设置在导杆滑块的上部，用于搭载超导带材，所述导杆滑块设置在导杆主体的下部，所述导杆滑块设置在集成直槽内；若干根变径导杆组成搭载超导带材的弯曲模型，是执行变径调节的执行端。
15.进一步的，所述收线盘具上连接有引线的一端，所述引线的另一端安装有接头，所述接头用于连接超导带材；收线盘具的接线方式快捷，在变径机构的不断变化下，能维持超导带材的张紧力恒定，使得对照实验的定量稳定，有利于数据采集的真实准确。
16.进一步的，所述杜瓦容器和载板形成控制腔，所述控制腔内设置有张力收卷装置、弧度调节机构和变径驱动装置，所述张力收卷装置与收线盘具传动连接，所述变径驱动装置与变径机构传动连接，所述弧度调节机构的输出端与移动轮传动连接，所述弧度调节机构用于调控移动轮在弧度调节槽上的位置；张力收卷装置、弧度调节机构和变径驱动装置是测试装置的动力来源，是实现精确变径调节的关键。
17.进一步的，所述弧度调节机构为连杆机构或凸轮机构，所述弧度调节机构用于维持两个所述移动轮对称设置在变径导杆两侧；弧度调节机构亦可选用其他形式的直线输出装置来控制移动轮配合变径机构的半径变化。
18.进一步的，所述检测单元包括直流电源、信号采集装置、分流器和保护电阻，所述超导带材的两端通过电线连接在直流电源的正负极，所述保护电阻连接在直流电源上，所述分流器连接在直流电源与超导带材之间，所述信号采集装置通过信号线连接在超导带材的两端，用于采集超导带材的电压信号，所述信号采集装置与分流器电连接，用于采集超导带材的临界电流；检测单元通过分流器和保护电阻对自身的运行做保护，使用寿命较好。
19.进一步的，所述测试装置还包括控制单元，所述控制单元设置在杜瓦容器外，所述括控制单元通过plc的输出端分别与张力收卷装置、弧度调节机构和变径驱动装置电连接，
所述plc的输入端与检测单元中信号采集装置的输出端电连接；控制单元作为测试装置的输入端，控制着测试装置以各种测试目的进行运行。
20.一种超导带材弯曲特性测试装置的测试方法，该方法包括以下步骤：
21.s1：调整超导带材弯曲特性测试装置至测试初始状态；通过控制单元控制调控变径机构的变径导杆运动至最小弯曲半径位置；
22.s2：装夹超导带材；将超导带材中部卷绕在变径机构上，两端绕过移动轮并通过收线盘具的接头连接到引线上；
23.s3：检测单元的连接；将电源线接在超导带材两端，并焊接电压测试线在超导带材两端；
24.s4：营造低温测试环境；向杜瓦容器内灌注液氮；
25.s5：张力调节；控制单元控制张力收卷装置驱动收线盘具收卷引线张紧超导带材；
26.s6：测试调节；控制单元根据公式：通过控制变量的方式可测试超导带材在不同张紧力、弧度和弯曲半径下的性能特点，公式中，α为设待测弧度的一半，r为移动轮半径，d为两移动轮的相对距离；r为变径机构弯曲半径，l为变径机构圆心至移动轮的垂直距离；
27.s61：调节弯曲变径；当弧度和张紧力确定后，向控制单元输入多组变径机构弯曲半径r，控制单元通过变径驱动装置输出进行控制超导带材的弯曲半径调节；
28.s62：调节弧度；当变径机构弯曲半径和张紧力确定后，向控制单元输入多组测试弧度2α的数值，控制单元通过弧度调节机构的输出进行超导带材的弧度调节；
29.s63：张紧力调节；当变径机构弯曲半径和测试弧度确定后，向控制单元输入多组测试张紧力的数值，控制单元通张力收卷装置牵引超导带材；
30.s7：超导带材的弯曲特性检测；检测单元利用四引线法测出s6中超导带材的相关特性；
31.s8：超导带材弯曲特性的复检；根据之前检测到的数据建立数据模型，在拐点或峰值附近进行复检。
32.有益效果：1、本发明的变径机构可以调节出连续的弯曲半径供超导带材检测使用，与传统阶梯式的塔伦结构相比，相应测量通流性能连续完整，且精度更高。
33.2、本发明通过若干根变径导杆模拟的弯曲模型与超导带材的贴合效果好，带材测试条件稳定。
34.3、本发明通过收线盘具与超导带材连接，接线便捷高效，且收线盘具能配合变径机构的半径调节，及时进行超导带材的张紧，使超导带材张力稳定，在同组试验下超导带材受力一致，且能将张紧力作为变量进行测试，研究张紧力对超导带材的性能影响。
35.4、本发明在收线盘具和变径机构之间引入移动轮，避免了张紧调节对弧度的影响，通过移动轮的所在位置精准调节超导带材的弧度，顺利将弧度引为测试变量，能检测超导带材弧度对其性能的影响。
36.5、本发明外壳由杜瓦容器制成，测试时内部充满液氮，复测时不需要改变检测装置的低温环境，避免了将检测装置反复脱离液氮的繁琐操作，缓解了环境变化对超导带材性能的损伤，保证测得数据的真实性。
37.综上，本发明提供了一种外径连续可调、张力可控、弧度可控的超导带材测试装置及测试方。
附图说明
38.图1是本发明的结构示意图。
39.图2是本发明中控制腔处的仰视图。
40.图3是本发明中变径机构的爆炸图。
41.图4是本发明中变径导杆的结构示意图。
42.图5是本发明测试超导带材时的示意图。
43.图6是本发明弧度调节的几何关系示意图。
44.图7是本发明中检测单元的接线示意图。
45.图8是超导带材以不同弧度圈绕在柱体上的示意图。
46.附图标记为：1、杜瓦容器；2、载板；21、弧度调节槽；3、收线盘具；4、移动轮；5、变径机构；51、变径导杆；52、带材筒；53、导杆主体；54、导杆滑块；55、集成目盘；56、集成直槽；57、卡套；58、旋转目板；59、集成弧槽；6、控制腔；7、张力收卷装置；8、弧度调节机构；9、变径驱动装置；10、超导带材；11、检测单元。
具体实施方式
47.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
48.实施例1：
49.为提供一种外径连续可调、张力可控、弧度可控的超导带材10弯曲特性测试装置，提出实施例1，
50.如图1所示，测试装置，包括检测单元11，检测单元11连接超导带材10的两端，用于检测超导带材10的临界电流和失超电压，测试装置还包括杜瓦容器1、载板2、收线盘具3、移动轮4和变径机构5，载板2安装在杜瓦容器1内，变径机构5安装在载板2上，变径机构5用于为超导带材10提供连续的弯曲半径，两个移动轮4对称设置在变径机构5的两侧，载板2上开设有弧度调节槽21，用于活动连接移动轮4，移动轮4用于调控超导带材10的弯曲弧度，两个收线盘具3对称设置在变径机构5的两侧，两个收线盘具3分别连接超导带材10的两端，收线盘具3用于控制超导带材10的张紧力。
51.如图3所示，变径机构5包括变径导杆51、集成目盘55、旋转目板58和卡套57，集成目盘55固定安装在载板2上，旋转目板58活动设置在集成目盘55上，集成目盘55上沿半径方向均匀开设有若干个呈十字形结构的集成直槽56，旋转目板58上开设有集成弧槽59，变径导杆51穿过集成直槽56和集成弧槽59，转动的集成弧槽59与固定的集成直槽56配合，用于控制变径导杆51的位置，卡套57用于包裹集成目盘55侧壁；集成直槽56和集成弧槽59的交点就是变径导杆51的位置，集成弧槽59随旋转目板58的转动驱动变径导杆51在集成直槽56内运动，实现了连续改变弯曲直径的目的，为检测超导带材10性能受弯曲影响的数据更加
准确。
52.如图4所示，变径导杆51包括带材筒52、导杆主体53和导杆滑块54，带材筒52设置在导杆滑块54的上部，可在变径导杆51上灵活转动，用于搭载超导带材10，导杆滑块54设置在导杆主体53的下部，导杆滑块54设置在集成直槽56内；若干根变径导杆51组成搭载超导带材10的弯曲模型，是执行变径调节的执行端。
53.如图5所示，收线盘具3上连接有引线的一端，引线的另一端安装有接头，接头用于连接超导带材10；收线盘具3的接线方式快捷，在变径机构5的不断变化下，能维持超导带材10的张紧力恒定，使得对照实验的定量稳定，有利于数据采集的真实准确。
54.如图2所示，杜瓦容器1和载板2形成控制腔6，控制腔6内设置有张力收卷装置7、弧度调节机构8和变径驱动装置9，张力收卷装置7与收线盘具3传动连接，变径驱动装置9与变径机构5传动连接，弧度调节机构8的输出端与移动轮4传动连接，弧度调节机构8用于调控移动轮4在弧度调节槽21上的位置；张力收卷装置7、弧度调节机构8和变径驱动装置9是测试装置的动力来源，是实现精确变径调节的关键。
55.其中，弧度调节机构8为连杆机构或凸轮机构，弧度调节机构8用于维持两个移动轮4对称设置在变径导杆51两侧；弧度调节机构8亦可选用其他形式的直线输出装置来控制移动轮4配合变径机构5的半径变化。
56.如图7所示，检测单元11包括直流电源、信号采集装置、分流器和保护电阻，超导带材10的两端通过电线连接在直流电源的正负极，保护电阻连接在直流电源上，分流器连接在直流电源与超导带材10之间，信号采集装置通过信号线连接在超导带材10的两端，用于采集超导带材10的电压信号，信号采集装置与分流器电连接，用于采集超导带材10的临界电流；检测单元11通过分流器和保护电阻对自身的运行做保护，使用寿命较好。
57.测试装置还包括控制单元，控制单元设置在杜瓦容器1外，括控制单元通过plc的输出端分别与张力收卷装置7、弧度调节机构8和变径驱动装置9电连接，plc的输入端与检测单元11中信号采集装置的输出端电连接；控制单元作为测试装置的输入端，控制着测试装置以各种测试目的进行运行。
58.实施例2：
59.为提供实施例1中测试装置的使用方法，提出实施例2，
60.s1：调整超导带材10弯曲特性测试装置至测试初始状态；通过控制单元控制调控变径机构5的变径导杆51运动至最大弯曲半径位置；
61.s2：装夹超导带材10；将超导带材10中部卷绕在变径机构5上，两端绕过移动轮4并通过收线盘具3的接头连接到引线上；
62.s3：检测单元11的连接；将电源线接在超导带材10两端，并焊接电压测试线在超导带材10两端；
63.s4：营造低温测试环境；向杜瓦容器1内灌注液氮；
64.s5：张力调节；控制单元控制张力收卷装置7驱动收线盘具3收卷引线张紧超导带材10；
65.s6：测试调节；如图6所示，控制单元根据公式：通过控制变量的方式可测试超导带材10在不同张紧力、弧度和弯曲半径下的性能特点，公式中，α为设待测弧度的一半，r为移动轮4半径，d为两移动轮4的相对距离；r为变径机构5弯曲半径，l为变径机构5圆心至移动
轮4的垂直距离；
66.根据的测试需求可进行一下控制变量调节；
67.s61：调节弯曲变径；当弧度和张紧力确定后，向控制单元输入多组变径机构5弯曲半径r，控制单元通过变径驱动装置9输出进行控制超导带材10的弯曲半径调节；
68.s62：调节弧度；当变径机构5弯曲半径和张紧力确定后，向控制单元输入多组测试弧度2α的数值，控制单元通过弧度调节机构8的输出进行超导带材10的弧度调节；
69.s63：张紧力调节；当变径机构5弯曲半径和测试弧度确定后，向控制单元输入多组测试张紧力的数值，控制单元通张力收卷装置7牵引超导带材10；
70.s7：超导带材10的弯曲特性检测；检测单元11利用四引线法测出s6中超导带材10的相关特性；
71.s8：超导带材10弯曲特性的复检；根据之前检测到的数据建立数据模型，在拐点或峰值附近进行复检。
72.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种超导带材弯曲特性测试装置，包括检测单元(11)，所述检测单元(11)连接超导带材(10)的两端，用于检测超导带材(10)的临界电流和失超电压，其特征在于：测试装置还包括杜瓦容器(1)、载板(2)、收线盘具(3)、移动轮(4)和变径机构(5)，所述载板(2)安装在杜瓦容器(1)内，所述变径机构(5)安装在载板(2)上，所述变径机构(5)用于为超导带材(10)提供连续的弯曲半径，两个所述移动轮(4)对称设置在变径机构(5)的两侧，所述载板(2)上开设有弧度调节槽(21)，用于活动连接移动轮(4)，所述移动轮(4)用于调控超导带材(10)的弯曲弧度，两个所述收线盘具(3)对称设置在变径机构(5)的两侧，两个所述收线盘具(3)分别连接超导带材(10)的两端，所述收线盘具(3)用于控制超导带材(10)的张紧力。2.根据权利要求1的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述变径机构(5)包括变径导杆(51)、集成目盘(55)、旋转目板(58)和卡套(57)，所述集成目盘(55)固定安装在载板(2)上，所述旋转目板(58)活动设置在集成目盘(55)上，所述集成目盘(55)上沿半径方向均匀开设有若干个呈十字形结构的集成直槽(56)，所述旋转目板(58)上开设有集成弧槽(59)，所述变径导杆(51)穿过集成直槽(56)和集成弧槽(59)，所述转动的集成弧槽(59)与固定的集成直槽(56)配合，用于控制变径导杆(51)的位置，所述卡套(57)用于包裹集成目盘(55)侧壁。3.根据权利要求2的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述变径导杆(51)包括带材筒(52)、导杆主体(53)和导杆滑块(54)，所述带材筒(52)设置在导杆滑块(54)的上部，用于搭载超导带材(10)，所述导杆滑块(54)设置在导杆主体(53)的下部，所述导杆滑块(54)设置在集成直槽(56)内。4.根据权利要求1的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述收线盘具(3)上连接有引线的一端，所述引线的另一端安装有接头，所述接头用于连接超导带材(10)。5.根据权利要求1的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述杜瓦容器(1)和载板(2)形成控制腔(6)，所述控制腔(6)内设置有张力收卷装置(7)、弧度调节机构(8)和变径驱动装置(9)，所述张力收卷装置(7)与收线盘具(3)传动连接，所述变径驱动装置(9)与变径机构(5)传动连接，所述弧度调节机构(8)的输出端与移动轮(4)传动连接，所述弧度调节机构(8)用于调控移动轮(4)在弧度调节槽(21)上的位置。6.根据权利要求5的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述弧度调节机构(8)为连杆机构或凸轮机构，所述弧度调节机构(8)用于维持两个移动轮(4)对称设置在变径导杆(51)两侧。7.根据权利要求1的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述检测单元(11)包括直流电源、信号采集装置、分流器和保护电阻，所述超导带材(10)的两端通过电线连接在直流电源的正负极，所述保护电阻连接在直流电源上，所述分流器连接在直流电源与超导带材(10)之间，所述信号采集装置通过信号线连接在超导带材(10)的两端，用于采集超导带材(10)的电压信号，所述信号采集装置与分流器电连接，用于采集超导带材(10)的临界电流。8.根据权利要求5的一种超导带材弯曲特性测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括控制单元，所述控制单元设置在杜瓦容器(1)外，所述括控制单元通过plc的输出端分别与张力收卷装置(7)、弧度调节机构(8)和变径驱动装置(9)电连接，所述plc的输入端与检测单元(11)中信号采集装置的输出端电连接。
9.基于权利要求1-8中任一项权利要求所述的一种超导带材弯曲特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括以下步骤：s1：调整超导带材弯曲特性测试装置至测试初始状态；通过控制单元控制调控变径机构(5)的变径导杆(51)运动至最大弯曲半径位置；s2：装夹超导带材(10)；将超导带材(10)中部卷绕在变径机构(5)上，两端绕过移动轮(4)并通过收线盘具(3)的接头连接到引线上；s3：检测单元(11)的连接；将电源线接在超导带材(10)两端，并焊接电压测试线在超导带材(10)两端；s4：营造低温测试环境；向杜瓦容器(1)内灌注液氮；s5：张力调节；控制单元控制张力收卷装置(7)驱动收线盘具(3)收卷引线张紧超导带材(10)；s6：测试调节；控制单元根据公式：通过控制变量的方式可测试超导带材(10)在不同张紧力、弧度和弯曲半径下的性能特点，公式中，α为设待测弧度的一半，r为移动轮半径，d为两移动轮的相对距离；r为变径机构弯曲半径，l为变径机构圆心至移动轮的垂直距离；s61：调节弯曲变径；当弧度和张紧力确定后，向控制单元输入多组变径机构弯曲半径r，控制单元通过变径驱动装置(9)输出进行控制超导带材(10)的弯曲半径调节；s62：调节弧度；当变径机构弯曲半径和张紧力确定后，向控制单元输入多组测试弧度2α的数值，控制单元通过弧度调节机构(8)的输出进行超导带材(10)的弧度调节；s63：张紧力调节；当变径机构弯曲半径和测试弧度确定后，向控制单元输入多组测试张紧力的数值，控制单元通张力收卷装置(7)牵引超导带材(10)；s7：超导带材的弯曲特性检测；检测单元(11)利用四引线法测出s6中超导带材(10)的相关特性；s8：超导带材(10)弯曲特性的复检；根据之前检测到的数据建立数据模型，在拐点或峰值附近进行复检。
技术总结本发明公开了一种超导带材弯曲特性测试装置及测试方法，属于超导带材测试技术领域。测试装置包括检测单元，检测单元连接超导带材的两端，测试装置还包括杜瓦容器、载板、收线盘具、移动轮和变径机构，载板安装在杜瓦容器内，变径机构安装在载板上，变径机构用于为超导带材提供连续的弯曲半径，两个移动轮对称设置在变径机构的两侧，载板上开设有弧度调节槽，用于活动连接移动轮，移动轮用于调控超导带材的弯曲弧度，两个收线盘具对称设置在变径机构的两侧，两个收线盘具分别连接超导带材的两端，收线盘具用于控制超导带材的张紧力。本发明提供了一种外径连续可调、张力可控、弧度可控的超导带材测试装置及测试方法。超导带材测试装置及测试方法。超导带材测试装置及测试方法。
技术研发人员：朱红亮 夏芳敏 曹雨军 程佳广 高翠芳
受保护的技术使用者：富通集团（天津）超导技术应用有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
