一种超导线圈失超检测传感器和磁场超导保护电路的制作方法

本发明属于超导线圈失超检测器件技术领域，涉及一种超导线圈失超检测传感器和超导保护电路，尤其涉及一种超导线圈失超检测传感器、应用和磁场超导保护电路。

背景技术：

超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料具有完全电导性、完全抗磁性和通量量子化三大基本特性。完全导电性，又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。完全抗磁性，又称迈斯纳(meissner)效应，指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象。通量量子化又称约瑟夫森(josephson)效应，指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时，电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体(superconductor)-绝缘体(insulator)-超导体(superconductor)结构可以产生超导电流。正因为如此，自超导材料问世以来，其一直受到研究领域的广泛重视和重点研究。

临界温度、临界磁场以及临界电流是超导体的三个重要参数。然而温度、磁场及电流中的任一参数超过临界值，超导磁体都会发生相变，成为常导体，此过程称为失超。例如保持超导体的工作温度不变，只有当流过超导体的电流降到恢复电流以下时，超导体才能稳定地恢复为超导态。但是局域扰动都可能导致超导要经历进入正常状态的转变，即“失超”过程。这取决于线/磁带设计和冷却的方式，失超可以自发地恢复到超导状态，或保持正常。产生所需的最小能量非恢复正常区是“最小失超能量”mqe。然而在正常状态下产生的热量在正常区域内运输电流却可造成永久性损害，

因此，如何减少超导线圈的失超现象的发生，使其能够保持平稳的运行，减少可造成永久性损害的几率，已成为业内诸多具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种超导线圈失超检测传感器和超导保护电路，特别是一种超导线圈失超检测传感器。本发明提供的超导线圈失超检测传感器，是一种主动检测方法，能够快速探测到超导线圈绕组中出现的非恢复正常区，提高了可以检测到线圈中的异常事件的敏感度和反应速度，具有较高可靠性、安全性和易维护性。

本发明提供了一种超导线圈失超检测传感器，包括液态合金；

所述液态合金包括30～90重量份的镓、1～50重量份的铟、0～50重量份的锡和1～60重量份的磁性颗粒。

优选的，所述磁性颗粒包括铁、锰、镍和钴中的一种或多种；

所述磁性颗粒的粒径为0.1～100μm；

所述磁性颗粒的形状包括球形、类球形和不规则形状中的一种或多种。

优选的，所述液态合金中镓的含量为35～55重量份；

所述液态合金中铟的含量为2～25重量份；

所述液态合金中锡的含量为1～15重量份；

所述液态合金中磁性颗粒的含量为5～50重量份。

优选的，室温非磁场条件下，所述液态合金的弹性模量为1kpa～10mpa；

室温非磁场条件下，所述液态合金的粘度小于等于1000pa·s；

室温磁场条件下，所述液态合金的弹性模量大于等于1gpa；

室温磁场条件下，所述液态合金的粘度大于等于1mpa·s；

所述室温的温度为10～40℃；

所述液态合金的磁感感应强度变化值为0.001～0.1t；

所述液态合金具有毫秒级的磁感感应响应速度。

优选的，所述超导线圈失超检测传感器为无接触式快速磁场失超检测传感器；

所述超导线圈失超检测传感器还包括高场高斯计探头；

所述高场高斯计探头分布在所述超导线圈表面上；

所述超导线圈失超检测传感器设置在超导电路内层真空腔的内壁和/或外壁上。

本发明提供了液态合金在超导电路中的无接触式快速磁场失超探测方面的应用；

所述液态合金包括30～90重量份的镓、1～50重量份的铟、0～50重量份的锡和1～60重量份的磁性颗粒。

本发明提供了一种超导保护电路，包括上述技术方案任意一项所述的超导线圈失超检测传感器、超导电路、数据采集系统和监控系统。

优选的，所述超导线圈失超检测传感器设置在超导电路内层真空腔的内壁和外壁上；

所述监控系统包括基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元；

所述超导线圈失超检测传感器包括第一超导线圈失超检测传感器、第二超导线圈失超检测传感器和第三超导线圈失超检测传感器；

所述第一超导线圈失超检测传感器与所述基准运算单元对应设置；

所述第二超导线圈失超检测传感器与所述纠错运算单元对应设置；

所述第三超导线圈失超检测传感器与所述采集运算单元对应设置。

优选的，所述基准运算单元与所述数据采集系统相连接；

所述纠错运算单元与所述数据采集系统相连接；

所述采集运算单元与所述数据采集系统相连接；

所述超导电路的两端与所述数据采集系统相连接；

所述超导保护电路还包括阻断装置；

所述监控系统还包括逻辑控制单元和计算机控制系统。

优选的，所述阻断装置设置在超导电路与数据采集系统的连接线路上；

所述超导电路的两端与所述逻辑控制单元相连接；

所述逻辑控制单元与所述数据采集系统相连接；

所述逻辑控制单元分别与所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元相连接；

所述逻辑控制单元与所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元的连接线路上设置有计算机控制系统，实现对各单元的监控；

所述对应设置包括有线路连接和/或无线路连接；

所述对应设置为无线路连接时，所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元中的系统算法中包括poynting向量法。

本发明提供了一种超导线圈失超检测传感器，包括液态合金；所述液态合金包括30～90重量份的镓、1～50重量份的铟、0～50重量份的锡和1～60重量份的磁性颗粒。与现有技术相比，本发明针对现有的超导材料的失超问题，而传统的热电伏安感应，对于检测线圈中的异常事件存在敏感度和反应速度较差的缺陷。本发明创造性的利用特定的液态合金，提供了一种“保护”设计来提前预防超导线圈失超。虽然液态金属(lm)作为化学，电子和物理领域的研究有着悠久的历史，液态合金即为一种低熔点合金，且在常温下为液态，可以像水一样自由流动，但却拥有金属的特性。液态合金的原子结构也与普通的固态金属不同，更类似于非晶态的液体，其导热能力和比热容远高于传统的甲醇和水等导热剂。

本发明基于在磁场作用下的lm基体中形成的铁粒子视为使流体特性从软质转变为刚性固体的关键因素特征，得到液态合金，即磁性掺杂的液体金属(lmmf)。本发明采用ga基的液态金属、掺入其他不同的形貌铁磁颗粒，例如具有类似合金化特征的纳米线(即使在相图中不可见)，也可以成功地分散在lm中，该液态合金能够进一步提高电极的磁场感应响应与长程调节，从而实现更具体的失超检测。而且，镓是一种金属元素，表现出优良的导热系数除电导率外，还具有良好的润湿调控性，超导体和ga基液态金属之间的快速热耗散化，还解决了传统热效应的问题。因而，本发明提供的超导线圈失超检测传感器，是一种主动检测方法，能够快速探测到超导线圈绕组中出现的非恢复正常区，提高了可以检测到线圈中的异常事件的敏感度和反应速度，具有较高可靠性、安全性和易维护性。

实验结果表明，本发明提供的液态合金比不掺fe的纯gainsn液体金属的磁感感应强度响应变化精度提高一个数量级。同时液态合金可以保持具有毫秒级的响应速度。

附图说明

图1为本发明提供的超导保护电路的连接示意简图；

图2为本发明制备的不掺fe的纯gainsn液态合金以及掺入不同比例fe颗粒(分别为1％，5％，10％)后的液态合金的xrd图；

图3为不掺fe和掺不同量fe颗粒液态合金样的磁化曲线；

图4为掺5％fe颗粒样品(5％fe/lm)的电阻随温度变化图；

图5为掺5％fe颗粒样品(5％fe/lm)的零磁场冷却及加磁场(100oe)冷却(zfc，fc)情况下的磁矩随温度变化曲线。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所用原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选为分析纯或失超检测领域的常规纯度即可。

本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。

本发明所有工艺，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。

本发明提供了一种超导线圈失超检测传感器，包括液态合金；

所述液态合金包括30～90重量份的镓、1～50重量份的铟、0～50重量份的锡和1～60重量份的磁性颗粒。

本发明所述液态合金中包括30～90重量份的镓，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述镓优选为31～80重量份，更优选为32～70重量份，更优选为33～60重量份，更优选为35～55重量份，更优选为40～50重量份。

本发明所述液态合金中包括1～50重量份的铟，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述铟优选为1～50重量份，更优选为1～45重量份，更优选为1～40重量份，更优选为2～35重量份，更优选为2～30重量份，更优选为2～25重量份，更优选为5～15重量份，更优选为8～12重量份。

本发明所述液态合金中包括0～50重量份的锡，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述锡优选为1～40重量份，更优选为1～30重量份，更优选为1～20重量份，更优选为1～15重量份，更优选为3～12重量份，更优选为5～10重量份。

本发明所述液态合金中包括1～60重量份的磁性颗粒，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述磁性颗粒优选为5～50重量份，更优选为10～45重量份，更优选为15～40重量份，更优选为20～35重量份，更优选为25～30重量份。

本发明原则上对所述磁性颗粒的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述磁性颗粒优选包括铁、锰、镍和钴中的一种或多种，更优选为铁、锰、镍或钴，更优选为铁。

本发明原则上对所述磁性颗粒的参数和形貌没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述磁性颗粒的粒径优选为0.1～100μm，更优选为0.5～50μm，更优选为1～25μm，更优选为5～20μm，更优选为10～15μm。所述磁性颗粒的形状优选包括球形、类球形和不规则形状中的一种或多种，更优选为球形、类球形或不规则形状，更优选为球形或类球形。

本发明原则上对所述液态合金的理学特性没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，在室温非磁场条件下，所述液态合金的弹性模量优选为1kpa～10mpa，更优选为0.01～1mpa，更优选为0.05～0.5mpa，更优选为0.1～0.3mpa。在室温非磁场条件下，所述液态合金的粘度优选小于等于1000pa·s，更优选小于等于500pa·s，更优选为小于等于100pa·s。在本发明中，所述室温的温度优选为10～40℃，更优选为15～35℃，更优选为20～30℃。

本发明原则上对所述液态合金的磁性能没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证液态合金的特性，进一步提高其用于检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述液态合金的磁感感应强度变化值优选为0.001～0.1t，更优选为0.005～0.05t，更优选为0.01～0.03t。所述液态合金可以具有毫秒级的磁感感应响应速度。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的种类没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器优选为无接触式快速磁场失超检测传感器。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的设置方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器优选设置在超导电路内层真空腔的内壁和/或外壁上，更优选设置在超导电路内层真空腔的内壁和外壁上。

为进一步完整和细化本发明的技术方案，更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器优选还包括高斯计探头，更优选为高场高斯计探头，更优选为超低温可用的高场高斯计探头。

本发明原则上对所述高斯计探头的设置方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述高斯计探头优选分布于超导线圈(磁体线圈)；更优选分布在超导线圈表面上。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的具体设计机理没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器的设计机理上，如失超能量、失超温度、失超磁场强度等等，可以首先通过有限元方法计算系统的热传导方程来研究超导线材的失超行为，由数值计算得到的超导线材失超传播规律并和实验测得值对比，从而计算给出失超传播速度和最小失超能，随工作温度、热导率、热容、等超导材料的临界电流等本征特性相关的变化规律，再结合具体设计的磁体的结构，大小，填充因子，匝层数进行决定，最终制作相对应的传感器。

本发明提供的含有特定组成液态合金的超导线圈失超检测传感器，由于没有必要直接联系线圈绕组，该系统具有内置的安全性，以防止严重的故障高压火花。这个系统更灵敏可靠，而且在线圈中的异常情况可以通过在线圈外部的室温处设置的传感器检测到，传感器的处理非常容易准备和维护。而且本发明提供的液态合金在常温下具有适宜的流动性，可应用于自修复导体中，在导体受损时流出修复导体，避免了所述导体的断路而造成事故损失。同时。由于内涂层的液态金属是受热、磁场和电场的影响敏感度不一，还可以增强外部传感器的响应能力。

在本发明中，热点温度：磁铁保护的目标是限制热点温度达到150k或更低，绝对不高于300k。通常情况下使其保持在150k以下最安全，这取决于超导材料的性能，线圈储能和温度引起的应变效应。本发明能够通过调整液态金属成分比来对应处理，可以用放置在加热器上的液态金属/2d材料传感器获取线圈的关键位置，以不同超导体母态的失超基本特性位置。

在本发明中，内涂层液态金属强化外无接触检测方法的主动保护，减轻用于保护电阻或二极管的主要参数，超导磁体的失超基本电路依赖于存储的能量，限制热点温度上升和终端电压每个线圈。整个超导线圈将被细分以限制电磁，真空预防泄露和热扩散参数。极大提高了磁体的操作运行的安全性。

最后，本发明的液态合金在常温下为液态，可装入不同的容器中形成所需的形状，并在随后的降温过程中固化为所需超导器件，相比于常温为固态的超导合金，简化了在合金使用前对其形状的加工，使得所述液态合金的应用较为简便。此外，利用上述性质，也为采用所述液态合金进行复杂超导器件的3d打印提供了广阔的应用前景。

本发明提供了上述液态合金在超导电路中的无接触式快速磁场失超探测方面的应用。

本发明对上述应用中的液态合金的选择、组成和结构，以及相应的优选原则，与前述超导线圈失超检测传感器中的液态合金的选择、组成和结构，以及相应的优选原则均优选可以进行对应，在此不再一一赘述。

本发明还提供了一种超导保护电路，包括上述技术方案任意一项所述的超导线圈失超检测传感器、超导电路、数据采集系统和监控系统。

本发明原则上对所述监控系统的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述监控系统优选包括基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元。在本发明中，监控系统对超导磁体的性能参数进行分析和失超监测，包含基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元。

本发明原则上对所述数据采集系统的具体选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于此类电路中的数据采集系统即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，在本发明中，数据采集系统，其作用在于，将各类传感器信号进行a/d转换。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的设置方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为更好的保证超导线圈失超检测传感器的性能，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器优选设置在超导电路内层真空腔的内壁和/或外壁上，更优选设置在超导电路内层真空腔的内壁和外壁上。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的个数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导线圈失超检测传感器的个数优选为多个，具体可以为2～10个，或3～8个，或5～6个，本发明中具体可以为3个，分别为第一超导线圈失超检测传感器、第二超导线圈失超检测传感器和第三超导线圈失超检测传感器。

本发明原则上对所述超导线圈失超检测传感器的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述第一超导线圈失超检测传感器优选与所述基准运算单元对应设置。所述第二超导线圈失超检测传感器优选与所述纠错运算单元对应设置。所述第三超导线圈失超检测传感器优选与所述采集运算单元对应设置。

本发明原则上对所述对应设置的具体设置方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述对应设置优选包括有线路连接和/或无线路连接，更优选为有线路连接或无线路连接，更优选为无线路连接。其中，所述对应设置为无线路连接时，所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元中的系统算法中优选包括poynting向量法。

本发明原则上对所述基准运算单元的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述基准运算单元优选与所述数据采集系统相连接。

本发明原则上对所述纠错运算单元的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述纠错运算单元优选与所述数据采集系统相连接。

本发明原则上对所述采集运算单元的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述采集运算单元优选与所述数据采集系统相连接。

本发明原则上对所述数据采集系统的其他连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导电路的两端优选与所述数据采集系统相连接。

为进一步完整和细化本发明的技术方案，更好的提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导保护电路优选还包括阻断装置。所述监控系统优选还包括逻辑控制单元和计算机控制系统。

本发明原则上对所述阻断装置的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述阻断装置优选设置在超导电路与数据采集系统的连接线路上。

本发明原则上对所述逻辑控制单元的具体连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述超导电路的两端优选与所述逻辑控制单元相连接。

本发明原则上对所述逻辑控制单元的其他连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及应用要求进行选择和调整，本发明为提高超导保护电路的保护性能，保证超导线圈失超检测传感器的正常使用，进一步提高其检测超导线圈的异常事件的敏感度和反应速度，所述逻辑控制单元优选还分别与所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元相连接。在本发明中，所述逻辑控制单元与所述基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元的连接线路上优选还设置有计算机控制系统，实现对各单元的监控。

在本发明中，为便于应用，所述超导电路的内层真空腔(真空容器的内层上)上优选设置有密封航插，分别连接数据采集系统和监控系统作为基准调试。

参看图1，图1为本发明提供的超导保护电路的连接示意简图。

本发明上述步骤提供了一种超导线圈失超检测传感器、应用和磁场超导保护电路。本发明采用ga基的液态金属、掺入其他不同的形貌的铁磁颗粒，例如具有类似合金化特征的纳米线(即使在相图中不可见)，也可以成功地分散在lm中，得到lmmf系列材料，其用于超导线圈失超检测传感器时，能够提高电极的磁场感应响应与长程调节，从而实现更具体的失超检测。而且，镓是一种金属元素，表现出优良的导热系数除电导率外，还具有良好的润湿调控性，超导体和ga基液态金属之间的快速热耗散化，解决了传统热效应的问题。本发明提供的这种主动检测方法，快速探测到超导线圈绕组中出现的非恢复正常区。此方法具有可靠性、安全性和易维护性，该方法的有效性是基于poynting的向量法。在这个系统中，电位导线在超导线圈周围安装有拾取线圈，以测量局部分别是电场和磁场。被测量磁场、电场、poynting矢量可以获得线圈周围的异常事件。可以检测到线圈中的异常事件由于poynting矢量的变化，该系统不存在对平衡电压法可能发生的电压击穿的风险，因为在线圈绕组上不需要直接接触。相对于传统的热电伏安感应，特定的lmmf材料的应用，能够提高可以检测到线圈中的异常事件的敏感度和反应速度，具有较高可靠性、安全性和易维护性。

本发明提供的含有磁性掺杂的液体金属的超导线圈失超检测传感器，可以直接打印和刻蚀出指定形状和尺寸的微纳电路，不仅有着优异的机械柔性，而且在高于液氦温度的超导转变温度以下有着电阻为零的超导特性。由于超细化磁性掺杂的液体金属且具有制备简便、成本低廉、无毒、流动性佳、导热导电性能优异等优良特性，其制备工艺可以在室温下一次浇筑成型，简单高效、环保节约，尤为重要的是磁性掺杂的液体金属具有更灵敏的电极的磁场感应响应与远程调控性能，可以实现对磁场快速失超以及其非接触式检测等应用上，开辟超导应用的新格局。

实验结果表明，本发明提供的液态合金比不掺fe的纯gainsn液体金属的磁感感应强度响应变化精度提高一个数量级。同时液态合金可以保持具有毫秒级的响应速度。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种超导线圈失超检测传感器和超导保护电路进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例1

54重量份的镓、24重量份的铟、12重量份的锡和10重量份的铁颗粒组成的液态合金。

液态金属磁敏浆料的制备：

在ga-in-sn合金中，首先加入1m盐酸乙醇溶液中，很快去除氧化层。然后，铁颗粒在适当的摩尔比率ga-in-sn将合金加入溶液中，然后用混合器混合。等待铁颗粒被加入并完全融入ga-in-sn合金中，得到最终液态金属磁敏浆料。

液态金属磁敏浆料用乙醇洗几次，去除残留的盐酸然后真空干燥在室温下过夜。

这里应该注意几点：

铁颗粒被储存在手套箱中，特定的量在手套箱中称重；

当他们被使用的时候，磁性粒子应从手套箱中取出以便后续使用；

把100％乙醇，立即加入含有液态金属的盐酸溶液中，100％乙醇为溶剂。在悬浮液中悬浮了大摩尔比例的铁颗粒时，添加过程应该分成几个重复步骤，只需要少量的铁颗粒随时加入。

一次加入大量的铁颗粒就会分离，是由于球体液态金属之间的接触面积，磁性粒子与盐酸反应的时间更长以及表面积大的小颗粒。比如，一次加入少量磁性粒子(0.1重量比)，液态金属磁敏浆料样品的铁粒子有利于分散。

对本发明实施例1制备的液体合金进行性能检测。

将样品置于流变仪的底板上，然后将上底板放低，直到有1mm的间隙。

在典型液态金属磁敏浆料纳米液滴制备中，将1g液态金属磁敏浆料加入含0.5mg乙基3-巯基丙酸的100ml乙醇溶液中。然后，在此溶液中使用锥形尖端超声仪(sonicsvcx750超声处理器，带有直径19毫米的高增益固体探头)进行超声处理。超声破碎法的力量被仪器直接控制为40％的最大功率(750w),超声发生器的振幅调整到80％,而声波降解法进行60分钟。样品的温度在超声破碎法是通过使用一个控制冷水沐浴在大约20℃。超声处理后，浆体再用纯乙醇洗几次，然后用温和的离心除去多余的硫醇，然后将样品悬浮在纯乙醇中以备测试使用。

结果表明，室温非磁场条件下，该液态合金的弹性模量为4.5kpa，液态合金的粘度为1000pa·s。

室温磁场条件下，液态合金的弹性模量为1gpa。室温磁场条件下，液态合金的粘度为3mpa·s。

液态合金的磁感感应强度变化值为0.1t；

同时，检测表明本发明实施例1制备的液态合金具有毫秒级的磁感感应响应速度。

改变铁磁颗粒的加入量为0重量份、1重量份和5重量份，制备相应的液态合金。

对上述制备的液态合金(液体金属)进行检测和表征。

参见图2，图2为本发明制备的不掺fe的纯gainsn液态合金以及掺入不同比例fe颗粒(分别为1％，5％，10％)后的液态合金的xrd图。

参见图3，图3为不掺fe和掺不同量fe颗粒液态合金样的磁化曲线。

参见图4，图4为掺5％fe颗粒样品(5％fe/lm)的电阻随温度变化图。其中，曲线包含从室温300k降到2k，以及从2k升温到300k两段。左上角插图为0k～20k温度区间的电阻-温度变化关系放大图，右下角为250k～300k温度区间放大图。

参见图5，图5为掺5％fe颗粒样品(5％fe/lm)的零磁场冷却及加磁场(100oe)冷却(zfc，fc)情况下的磁矩随温度变化曲线。其中，插图为样品在2k时的磁化曲线。

将上述制备的液态合金，制备无接触式快速超导线圈失超检测传感器(微模式电子传感器)。

用于印刷的喷墨是200mg/10ml液态金属磁敏浆料纳米液滴乙醇悬浮液。图案直接印在柔性塑料基板(pet)上。对于激光光刻制备的图形和电极，首先在pdms弹性体上沉积均匀的液态金属磁敏浆料纳米液滴乙醇悬浮液薄膜。然后，光纤激光切割机系统(通用pls6mw多人波长激光平台，1.06μm30瓦，光斑大小≈25μm)被用来蚀刻不必要的组件和实现所需的模式和电极。对于薄膜蚀刻，激光功率设置为23％，扫描速度设置为10％，图像质量级别设置为“质量”。利用书写器具将塑料和pdms的上表面进行机械烧结，使其成为微图案或电极的导电路径。用万用表记录了这些电极在机械烧结和连续弯曲过程中的电阻。

参见图1，图1为本发明提供的超导保护电路的连接示意简图。其中，1为超导电路(superconductingcolil)、2为设置在超导电路内层真空腔的内壁上的液态合金(liquidmetaloninnersudface)、3为真空腔体、4为第一超导线圈失超检测传感器、5为第二超导线圈失超检测传感器、6为第三超导线圈失超检测传感器、7为数据采集系统(daqsystem)、8为基准运算单元(potentiallead)、9为纠错运算单元(cancellead)、10为采集运算单元(pick-uplead)、11为阻断装置(shunt)、12为逻辑控制单元、13为计算机控制系统。

本发明制备的超导保护电路，超导线圈失超检测传感器设置在超导电路内层真空腔的内壁和外壁上。监控系统包括基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元。而超导线圈失超检测传感器则包括第一超导线圈失超检测传感器、第二超导线圈失超检测传感器和第三超导线圈失超检测传感器。其中，第一超导线圈失超检测传感器与基准运算单元对应设置；第二超导线圈失超检测传感器与纠错运算单元对应设置；第三超导线圈失超检测传感器与采集运算单元对应设置。

基准运算单元与数据采集系统相连接；纠错运算单元与数据采集系统相连接；采集运算单元与数据采集系统相连接，超导电路的两端也与数据采集系统相连接。同时，超导保护电路还包括阻断装置，阻断装置设置在超导电路与数据采集系统的连接线路上。而监控系统还包括逻辑控制单元和计算机控制系统，超导电路的两端与逻辑控制单元相连接，逻辑控制单元与数据采集系统相连接，逻辑控制单元分别与基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元相连接。

在本发明中，逻辑控制单元与基准运算单元、纠错运算单元和采集运算单元的连接线路上设置有计算机控制系统，实现对各单元的监控。

结果表明，应用于该超导电路后，液态合金比不掺fe的纯gainsn液体金属的磁感感应强度响应变化精度提高一个数量级。同时液态合金可以保持具有毫秒级的响应速度。

以上对本发明所提供的一种超导线圈失超检测传感器、应用和磁场超导保护电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。