LabVIEW开发超导体电流特性的测量系统

超导体的临界电流密度Jc不断增加，目前超导线已达到150MA/cm2因此，由于电流能力增强，超导体被认为应用于电力系统，例如传输电缆、超导磁体和超导磁储能。由于Jc是此类应用的重要值，因此有必要了解临界电流特性。测量临界电流特性有两种方法：四端子法和电感法。向超导体施加电流的四端子方法在测量结果中非常可靠。但是，由于需要施加大于试样临界电流的电流，因此当超导体的Jc较大时，如果没有能够输出大电流的电源，则很难进行测量。另一方面，感应方法之一的直流磁化法通过测量与施加到超导体的直流磁场大小相对应的磁化强度来间接评估临界电流特性。这种方法允许对超导体进行非接触式测量，从而避免因加热而损坏试样或降低临界电流特性。然而，在具有复杂超电流路径的氧化物超导体中，由于通过平均每个不同的电流路径获得的值，这种方法可能会产生不准确的Jc。此外，还有一种使用三次谐波电压的感应方法，该方法通过测量超导体的复杂磁化率来估计Jc，特别是用作超导薄膜的评估方法。在这项研究中，使用了被称为坎贝尔法的交流电感法，该方法允许通过测量当小交流磁场叠加在直流磁场上并联施加时超导体中的交流穿透通量值来更详细地评估电磁特性。

项目开发一种测量系统，该系统使用坎贝尔方法半自动确定Jc并评估超导体的临界电流特性。

坎贝尔法是电感方法之一，其特征在于将叠加在直流磁场上的小交流磁场施加到超导体上。由于外加磁场穿透超导体，交流磁场通过增加交流磁场的振幅渗透到超导体中。通过测量交流穿透磁通，可以得到与交流磁场幅值相对应的穿透通量的穿透深度。

测量系统内设备的控制和在图形中显示测量结果是使用在LabVIEW中创建的显示的测量程序完成的。为了检测微弱的信号，使用了数字锁相放大器LI5600，并为每个设备操作USB-6002（，允许模拟电压输入和输出。

产生线圈的两个磁场均由铜线制成，每1A的每个输出磁场的大小用高斯计测量。直流和交流线圈每3A的交流电流幅度可分别输出数百mT的直流磁场和2.1mT的交流磁场幅度。但是，线圈是用于确认的铜磁铁，因此输出磁场很小。但是通过用超导磁体代替线圈，可以施加更大的磁场。穿透流磁通量的检测是通过使用试样周围的拾音线圈实现的。但是，获得的信号包括来自外部交流磁场的分量。因此，将取消线圈放置在没有试样的位置，并且来自外部交流磁场的感应电压能够通过电阻分压器分成0到1的范围。

所有试样、磁铁、拾音器和取消线圈都浸入液氮中，以确保77K的温度。测量程序如下。

1）取消

为了去除拾音线圈中产生的外部交流磁场分量，仅施加约0.01mT的交流磁场。由于迈斯纳效应导致交流磁通量不会穿透试样，因此每个线圈中仅产生由施加的交流磁场产生的信号。调整电阻分压器，使两个线圈信号的差分放大值为零。

2）测量

施加恒定直流磁场后，交流磁场的振幅从零逐渐增加到设定的最大振幅，并测量施加的交流磁场的振幅以及来自每个线圈感应电压的穿透交流磁通量。

3）校准

通过增加交流磁场的振幅，穿透深度在试样中心的值处饱和。但是，由于通过测量获得的穿透深度值与由于杂质或空隙引起的试样厚度不同，因此λ′和JC由实际面积和从测量中获得的面积进行校准。

测量系统由LabVIEW中创建的测量程序控制。由于浸入液氮中，温度为77K，并且可以施加高达10mT的交流磁场振幅。测量系统允许对氧化物超导体试样的临界电流特性进行详细评估，因为检测到两种不同的电流路径，并获得体积Jc。

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