超导失超监测系统及失超监测方法

本发明涉及超导领域，具体地，涉及一种超导失超监测系统及失超监测方法，尤其地，涉及高温超导失超在线监测系统，特别的，涉及新型分布式光纤高温超导失超检测系统，更具体地，涉及一种基于复合型光纤传感技术的高温超导失超检测系统。

背景技术：

1、超导是指在某一温度下电阻趋于零的导体，由于它的无电阻和耐大电流的特性，使得它在电力传输领域和可控核聚变磁约束领域具有很广泛的应用前景。超导发现初期，人们在液氦温度下实现了导体电阻趋于零的特性，这个我们称之为低温超导。随着时代的发展，人们研究发现在液氮温度下某些特定材料也能实现导体的零电阻特性，我们把它称为高温超导，高温超导的发现让人们对新一代技术应用又迈进一步。

2、目前的高温超导已经得到了初步的发展，并渐渐被应用于电子学、生物医学、科学工程等领域。超导体在低于临界温度时处于电阻为零的超导态，但是超导体传输电流的能力有一定的限度，不能无限无阻地传输电流，也就是说当传输电流大于某一值后，超导体也将从超导态转变为正常态，即失超。在大电流的作用下，正常态的导体剧烈发热并将热量传递给周围导体，导致正常态逐步蔓延，热量累计进一步扩大，最终超导体会被烧毁。如果我们在超导失超初期就切断工作电流，这样就能很大程度上避免超导体的烧毁，因此对超导失超的实时监测就显得极为重要。

3、传统的低温超导失超在线监测手段主要是电压法，但由于超导的工作环境是大电流、强磁场，这会给利用电压特性来监测超导的失超行为带来很大的干扰。

4、因此目前亟待提出一种新的超导失超测试手段。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导失超监测系统及失超监测方法。

2、根据本发明提供的一种超导失超监测系统，包括光时域反射仪模块和马赫增德尔干涉仪模块；

3、所述马赫增德尔干涉仪模块和光时域反射仪模块有共用组件；

4、马赫增德尔干涉仪模块和光时域反射仪模块能够同时对外界扰动进行实时监测。

5、优选的，所述共用组件包括激光器、电光调制器、第一分束器、环形器、传感光纤、参考光纤以及第二分束器；

6、所述激光器、电光调制器、第一分束器依次布置，所述第一分束器分出的第一路光信号进入所述环形器，所述环形器连接传感光纤的一端；

7、所述第一分束器所具有的第二路光信号出口通过参考光纤连接第二分束器，所述第二分束器所具有的第一出口连接有参考光纤。

8、优选的，所述光时域反射仪模块还包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一补偿器、第一偏振控制器、第一耦合器、第二耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器以及第一数据采集和处理系统；

9、所述环形器将光信号传输至第一偏振分束器第一偏振分束器，所述第一偏振分束器将光分成第一p偏振光与第一s偏振光；

10、所述第二分束器所具有的第二出口分出的光信号依次经过第一偏振控制器与第一补偿器，到达第二偏振分束器，所述第二偏振分束器将光分成第二p偏振光与第二s偏振光；

11、所述第一p偏振光与第二p偏振光在第一耦合器中耦合，而后经过第一平衡光电探测器到达第一数据采集和处理系统；

12、所述第一s偏振光与第二s偏振光在第一耦合器中耦合，而后经过第二平衡光电探测器到达第一数据采集和处理系统。

13、优选的，所述马赫增德尔干涉仪模块还包括第二偏振控制器、第二补偿器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第三耦合器、第四耦合器、第三平衡光电探测器、第四平衡光电探测器以及第二数据采集系统；

14、传感光纤的另一端连接第三偏振分束器，所述第三偏振分束器将光分成第三p偏振光与第三s偏振光；

15、第二分束器所具有的第一出口、所述第二偏振控制器、第二补偿器以及第四偏振分束器通过参考光纤依次连接。

16、优选的，所述传感光纤上设置有超导带材连接面。

17、优选的，所述超导带材连接面通过环氧树脂胶与外界超导带材连接。

18、优选的，所述第二分束器的分光比为1:99。

19、优选的，所述第一分束器为3db分束器。

20、优选的，所述传感光纤为分布式光纤。

21、根据本发明提供的一种失超监测方法，采用所述的超导失超监测系统，还包括如下步骤：

22、步骤1、激光器发出激光，经过电光调制器调制成脉冲光后，进入第一分束器，所述第一分束器将光分成功率相等的两束，分别为探测光与参考光；

23、步骤2、探测光通过环形器进入传感光纤，传感光纤中产生的背向瑞利散射光通过环形器进入第一偏振分束器分成p、s偏振；

24、步骤3、进入参考光纤的光被第二分束器分成强和弱两束光；

25、弱光束被引入第一偏振控制器，之后经过第一补偿器,到达第二偏振分束器，第二偏振分束器将光分成p、s偏振，而后与第一偏振分束器分出来的p、s偏振光分别在第二耦合器和第一耦合器进行耦合干涉；

26、步骤4、第一耦合器出射的光信号经过第一平衡光电探测器，进入第一数据采集和处理系统；

27、第二耦合器出射的光信号经第二平衡光电探测器进入第一数据采集和处理系统；

28、利用第一数据采集和处理系统得到otdr的图像；

29、步骤5、在传感光纤中正向传播的光波导被第三偏振分束器分成p、s偏振光，参考光纤中经第二分束器分出的强光则经过第二偏振控制器和第二补偿器进入第四偏振分束器分成p、s偏振光；

30、步骤6、第三偏振分束器和第四偏振分束器产生的对应偏振态光分别在第三耦合器与第四耦合器进行耦合干涉；

31、步骤7、第三耦合器出射的光信号经过第三平衡光电探测器，进入第二数据采集系统；

32、第四耦合器出射的光信号经第四平衡光电探测器进入第一数据采集第二数据采集系统；

33、利用第二数据采集系统得到mzis的图像。

34、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

35、1、本发明未采用电压法原理进行失超监测，抗电磁干扰能力强，避免了超导体周围强电磁环境造成的不良影响，也不会成为新的电磁干扰源。

36、2、本发明的两个模块均利用了偏振分束技术，这可以消除长距离监测系统的偏振散射带来的影响，提高信号的稳定性和准确性。

37、3、本发明马赫增德尔干涉仪模块和光时域反射仪模块有共用组件，相比于单独的otdr和mzis监测系统，可以很大程度上节约成本，而且由于是利用同一束光的正向光波和背向散射信号，两者共同监测同一外界失超信号，可以进一步提高系统监测的准确性。

技术特征：

1.一种超导失超监测系统，其特征在于，包括光时域反射仪模块和马赫增德尔干涉仪模块；

2.根据权利要求1所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述共用组件包括激光器(1)、电光调制器(2)、第一分束器(3)、环形器(4)、传感光纤(5)、参考光纤(6)以及第二分束器(7)；

3.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述光时域反射仪模块还包括第一偏振分束器(8)、第二偏振分束器(9)、第一补偿器(10)、第一偏振控制器(11)、第一耦合器(12)、第二耦合器(13)、第一平衡光电探测器(14)、第二平衡光电探测器(15)以及第一数据采集和处理系统(16)；

4.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述马赫增德尔干涉仪模块还包括第二偏振控制器(17)、第二补偿器(18)、第三偏振分束器(19)、第四偏振分束器(20)、第三耦合器(21)、第四耦合器(22)、第三平衡光电探测器(23)、第四平衡光电探测器(24)以及第二数据采集系统(25)；

5.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述传感光纤(5)上设置有超导带材连接面。

6.根据权利要求5所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述超导带材连接面通过环氧树脂胶与外界超导带材连接。

7.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述第二分束器(7)的分光比为1:99。

8.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述第一分束器(3)为3db分束器。

9.根据权利要求2所述的超导失超监测系统，其特征在于，所述传感光纤(5)为分布式光纤。

10.一种失超监测方法，采用权利要求1-9任一项所述的超导失超监测系统，还包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种超导失超监测系统及失超监测方法。超导失超监测系统，包括光时域反射仪模块和马赫增德尔干涉仪模块；马赫增德尔干涉仪模块和光时域反射仪模块有共用组件；共用组件包括激光器、电光调制器、环形器、传感光纤、参考光纤等；光时域反射仪模块还包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一数据采集和处理系统等；马赫增德尔干涉仪模块包括第二偏振控制器、第二数据采集系统等；本发明的两个模块均利用了偏振分束技术，这可以消除长距离监测系统的偏振散射带来的影响，本发明马赫增德尔干涉仪模块和光时域反射仪模块有共用组件，可以很大程度上节约成本，并且本发明共同监测同一外界失超信号，可以进一步提高系统监测的准确性。

技术研发人员：胡之涛,江俊杰,王恒,金之俭
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13