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高温超导的理论研究与实验测量是密不可分的,理论研究结果的正确性需要实验检验,而实验需要切实可行的实验方法、手段。二者之间的相互作用和影响不言而喻。目前高温超导研究在理论上尚无统一认识,测量实践活动也是纷繁复杂,结合一些诸如与磁通蠕动相关的复杂问题,找到解决这些问题的实验方法和技巧,反过来检验、修正理论给出的结论,是一件有意义的工作。
㈠阐述了高温超导体的磁通动力学研究概况,以及近年来该领域研究成果。介绍了磁通动力学的基本概念和方程,以及关于磁通钉扎机制、磁通运动、和临界电流峰效应与磁通钉扎中心运动等。
㈡研究了高温超导体的临界电流测量和电阻弛豫现象。首先,通过电输运法、磁滞回线法以及交流磁化率法等三种实验手段研究了高温超导体的临界电流测量的一些特性,并进行了数值模拟和讨论,主要集中在以下几个方面:第一,我们发现了在电输运法测量临界电流的实验中,测量到的临界电流与电流扫描速度存在一定的关系。进行了数值模拟方法的分析,不同的电流扫描速度意味着不同的电流扩散时间,从而引起不同的电流分布和不同的样品电压,最终导致了在同一电压判据下,临界电流大小与电流扫描速度有关。临界电流的脉冲测量法更是属于其中,因为它的电流穿透深度更小,所以测量的临界电流密度将严重偏小。第二,我们分析了电压判据在测量临界电流中的重要性。无论在电输运测量还是磁滞回线测量中,电压判据选取都能影响临界电流的测量,实验结果和数值计算都证实了这一点。
㈢研究了高温超导体中的电阻弛豫现象的机制。我们测量了g/Bi2223样品在不同的电流扫描速度、真流磁场和电流下的电阻弛豫现象。并且在磁通蠕动模型基础上进行了数值模拟,数值模拟的结果定性上和实验一致。
㈣探讨了高温超导材料交流特性测量的关键环节,即相关信号高速数。据采集和相关信号处理。研究了新型的加权门积分相关信号检测方案并与传统相关枪测进行了分析对比,结果表明它有着较强的谐波干扰抑制能力;讨论了交流损耗测量的移相合成法测量系统,给出了一套损耗测量的全新方案,通过被测信号和移相标准信号的线性叠加,通过计算机描绘出复合信号幅度为输出幅度,移相角度差为相角的极坐标图,经过计算机的数据计算出对称轴偏离角。进行了系统加噪模拟测试,分析表明其有很好的噪声和谐波抑制作用,表明增加采样分辨率和采样点数将大大增加系统的测量精度,该系统组成非常利于实现各类数字化信号处理和研究新的数字信号算法。为寻找个性化的测量系统,本章后半部分介绍了可以实现相关信号高速采集的设计思想和方案,基于单片机系统、DSP系统或者FPGA系统,采用独立快速DMA数据存取方式,开放控制时钟实现快速、同步、段时间大数据量的数据采集。开放的控制端口可以交给数字信号处理时的控制逻辑输出端,便于实现各类算法。是硬件为高层应用软件服务的很好的例子。
㈤阐述了超导测量系统的闭环设计思想及实现要领。闭环系统设计区别于传统组合式测量设备,系统结构中的各组成单元紧密联系,各个组成环节不仅需要各自的性能指标要求还需要满足系统整体相关性的控制。着手设计自己测量所需的有针对性的测量系统,而不是通用的测量设备。分步简单介绍了几个重点问题,包括系统中特有的相关控制问题,前置放大器以及大电流可程控稳流电源设计要点等内容。