JPH08304271A - 超伝導体クエンチ検出装置及び検出方法 - Google Patents
超伝導体クエンチ検出装置及び検出方法Info
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- JPH08304271A JPH08304271A JP7135620A JP13562095A JPH08304271A JP H08304271 A JPH08304271 A JP H08304271A JP 7135620 A JP7135620 A JP 7135620A JP 13562095 A JP13562095 A JP 13562095A JP H08304271 A JPH08304271 A JP H08304271A
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- optical fiber
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 クエンチ発生の初期の段階において、その微
小な変化を感知することが出来ると共に、系全体の変化
を観察することが出来るクエンチ発生検出装置及び検出
方法を提供すること。 【構成】 超伝導物質によって形成されている超伝導線
材を超伝導状態で使用する際に発生する超伝導線材の異
常（クエンチ）を検出する装置において、超伝導線材と
超伝導線材に巻き付いた光ファイバーと、該光ファイバ
ーに偏向光線を入射させる光源と、上記光ファイバーか
らの偏光を検出する装置とからなることを特徴とする超
伝導体クエンチ検出装置、及び超伝導体クエンチ検出方
法。
小な変化を感知することが出来ると共に、系全体の変化
を観察することが出来るクエンチ発生検出装置及び検出
方法を提供すること。 【構成】 超伝導物質によって形成されている超伝導線
材を超伝導状態で使用する際に発生する超伝導線材の異
常（クエンチ）を検出する装置において、超伝導線材と
超伝導線材に巻き付いた光ファイバーと、該光ファイバ
ーに偏向光線を入射させる光源と、上記光ファイバーか
らの偏光を検出する装置とからなることを特徴とする超
伝導体クエンチ検出装置、及び超伝導体クエンチ検出方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導線材を利用した
超伝導コイル、超伝導マグネット、超伝導ケーブル等に
おいて用いられる超伝導線材のクエンチ、即ち、超伝導
状態から常伝導状態への爆発的転移異常の検出装置及び
検出方法に関する。
超伝導コイル、超伝導マグネット、超伝導ケーブル等に
おいて用いられる超伝導線材のクエンチ、即ち、超伝導
状態から常伝導状態への爆発的転移異常の検出装置及び
検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超伝導線材を利用した回路、例え
ば、超伝導線材による高磁場発生装置等の装置におい
て、クエンチという現象は致命的な現象として理解され
ている。クエンチとは機械的揺動等の効果によって超伝
導線材の局所部分において超伝導状態から常伝導状態に
相転移することによって、その部分がジュール熱を持
ち、結果として常伝導状態への転移が爆発的に系（超伝
導線材）全体に広がる現象である。つまり、クエンチ
は、通常、線材内部に超伝導電流を流した際の電磁誘導
によって線材同士がお互いに反発、或は引き合うことに
より、機械的安定位置へと各線材が微小運動をすること
によって起こる。この微小振動が系を流れる電流に揺動
を生じさせ、そのことによって局所的に常伝導転移が起
きることである。この時、超伝導線材は熱膨張或は衝撃
波によって物理的にそれ以前の微小振動とは明らかに異
なる空間位置の急激な変化を伴う。
ば、超伝導線材による高磁場発生装置等の装置におい
て、クエンチという現象は致命的な現象として理解され
ている。クエンチとは機械的揺動等の効果によって超伝
導線材の局所部分において超伝導状態から常伝導状態に
相転移することによって、その部分がジュール熱を持
ち、結果として常伝導状態への転移が爆発的に系（超伝
導線材）全体に広がる現象である。つまり、クエンチ
は、通常、線材内部に超伝導電流を流した際の電磁誘導
によって線材同士がお互いに反発、或は引き合うことに
より、機械的安定位置へと各線材が微小運動をすること
によって起こる。この微小振動が系を流れる電流に揺動
を生じさせ、そのことによって局所的に常伝導転移が起
きることである。この時、超伝導線材は熱膨張或は衝撃
波によって物理的にそれ以前の微小振動とは明らかに異
なる空間位置の急激な変化を伴う。
【０００３】この様なクエンチ現象に対して、従来は圧
電素子等を使用してクエンチの起こった初期の段階で、
クエンチによる線材の位置的変化或は衝撃波の検出を通
して、その現象の発生を感知して系に電導している電流
値を素早く小さくする様に系制御することが行われてい
た。クエンチが機械的位置の不安定要因から起こると云
う事実から、幾度かの初期的なクエンチを経ると各線材
は機械的安定状態に落ち着き、クエンチの頻度は極端に
減少することが知られている。このことを線材のトレー
ニング効果と呼ぶ。従来技術においても、クエンチが系
全体に広がらない程度に幾度かの初期的クエンチを系に
起こさせ、系にトレーニングを行っていた。
電素子等を使用してクエンチの起こった初期の段階で、
クエンチによる線材の位置的変化或は衝撃波の検出を通
して、その現象の発生を感知して系に電導している電流
値を素早く小さくする様に系制御することが行われてい
た。クエンチが機械的位置の不安定要因から起こると云
う事実から、幾度かの初期的なクエンチを経ると各線材
は機械的安定状態に落ち着き、クエンチの頻度は極端に
減少することが知られている。このことを線材のトレー
ニング効果と呼ぶ。従来技術においても、クエンチが系
全体に広がらない程度に幾度かの初期的クエンチを系に
起こさせ、系にトレーニングを行っていた。
【０００４】他方、現在進行している高温超伝導体の研
究を通して、高温超伝導体として最も有効であると現在
考えられている酸化物超伝導体の熱伝導率が、現在使用
されている金属低温超伝導体に比較して非常に小さいこ
とが知られている。このことは、酸化物超伝導体による
超伝導線材の利用に際しては、クエンチの問題が金属超
伝導線材に比較して深刻な問題になることを予想させ
る。つまり、酸化物超伝導体は熱伝導が低い為に一度常
伝導体へ転移を起こし、ジュール熱が発生するとその熱
を線材を通常囲う吸熱材に伝導することが出来ず、金属
超伝導線材に比較して遙かに早い速度で転移が全体に広
がることが予想される。
究を通して、高温超伝導体として最も有効であると現在
考えられている酸化物超伝導体の熱伝導率が、現在使用
されている金属低温超伝導体に比較して非常に小さいこ
とが知られている。このことは、酸化物超伝導体による
超伝導線材の利用に際しては、クエンチの問題が金属超
伝導線材に比較して深刻な問題になることを予想させ
る。つまり、酸化物超伝導体は熱伝導が低い為に一度常
伝導体へ転移を起こし、ジュール熱が発生するとその熱
を線材を通常囲う吸熱材に伝導することが出来ず、金属
超伝導線材に比較して遙かに早い速度で転移が全体に広
がることが予想される。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】従来の圧電素子に
よる検出においては、以下の如き問題点が存在する。 （１）クエンチによる超伝導線材の位置変化が大きくな
った後においてのみしか異常を感知することが出来な
い。 （２）感知可能な系全体に対する位置が圧電素子の大き
さに依存し、局所的な信号しか見られない。 その為に、（ａ）クエンチ発生の初期の段階において、
その微小な変化を感知することが出来る敏感な信号感受
システムと、（ｂ）系全体の変化を観察することが出来
るシステムとを持ったクエンチ検出装置の開発が要望さ
れている。
よる検出においては、以下の如き問題点が存在する。 （１）クエンチによる超伝導線材の位置変化が大きくな
った後においてのみしか異常を感知することが出来な
い。 （２）感知可能な系全体に対する位置が圧電素子の大き
さに依存し、局所的な信号しか見られない。 その為に、（ａ）クエンチ発生の初期の段階において、
その微小な変化を感知することが出来る敏感な信号感受
システムと、（ｂ）系全体の変化を観察することが出来
るシステムとを持ったクエンチ検出装置の開発が要望さ
れている。
【０００６】又、特に、酸化物超伝導体を使用した超伝
導線材を利用した装置に関しては、上述のトレーニング
効果の実施自身が非常に困難なものとなっている。その
為に、より敏感で誤検出の少ないクエンチ感受システム
が要望とされている。従って、本発明の目的は、上記従
来技術の問題点を解決し、クエンチ発生の初期の段階に
おいて、その微小な変化を感知することが出来ると共
に、系全体の変化を観察することが出来るクエンチ検出
装置及び検出方法を提供することである。
導線材を利用した装置に関しては、上述のトレーニング
効果の実施自身が非常に困難なものとなっている。その
為に、より敏感で誤検出の少ないクエンチ感受システム
が要望とされている。従って、本発明の目的は、上記従
来技術の問題点を解決し、クエンチ発生の初期の段階に
おいて、その微小な変化を感知することが出来ると共
に、系全体の変化を観察することが出来るクエンチ検出
装置及び検出方法を提供することである。
【０００７】
【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、超伝導物質によ
って形成されている超伝導線材を超伝導状態で使用する
際に発生する超伝導線材の異常（クエンチ）を検出する
装置において、超伝導線材と超伝導線材に巻き付いた光
ファイバーと、該光ファイバーに偏光光線を入射させる
光源と、上記光ファイバーからの偏光を検出する装置と
からなることを特徴とする超伝導体クエンチ検出装置、
及び超伝導体クエンチ検出方法である。
によって達成される。即ち、本発明は、超伝導物質によ
って形成されている超伝導線材を超伝導状態で使用する
際に発生する超伝導線材の異常（クエンチ）を検出する
装置において、超伝導線材と超伝導線材に巻き付いた光
ファイバーと、該光ファイバーに偏光光線を入射させる
光源と、上記光ファイバーからの偏光を検出する装置と
からなることを特徴とする超伝導体クエンチ検出装置、
及び超伝導体クエンチ検出方法である。
【０００８】
【作用】本発明においては、超伝導物質によって形成さ
れている超伝導線材を超伝導状態で使用する際に、上記
超伝導線材と超伝導線材に巻き付いた光ファイバーと、
光ファイバーに偏光光線を入射させる光源と、光ファイ
バーからの偏光及び偏光状態の光の位相を検出する検出
装置からなるクエンチ検出装置によって、クエンチ発生
の初期の段階において、その微小な変化を感知すること
が出来ると共に、系全体の変化を観察することが出来
る。
れている超伝導線材を超伝導状態で使用する際に、上記
超伝導線材と超伝導線材に巻き付いた光ファイバーと、
光ファイバーに偏光光線を入射させる光源と、光ファイ
バーからの偏光及び偏光状態の光の位相を検出する検出
装置からなるクエンチ検出装置によって、クエンチ発生
の初期の段階において、その微小な変化を感知すること
が出来ると共に、系全体の変化を観察することが出来
る。
【０００９】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。図１は本発明の実施例に関する要部概略図であ
る。図２は図１の一部分を斜方から眺めた図である。図
中、１６は超伝導線材で形成されたコイルであり、中心
部分１７に高磁場を発生せしめる様に設計されている。
この様な高磁場発生装置は一般的な装置であり、例え
ば、核融合装置、素粒子加速装置、加速装置を使用した
放射線医療器具、磁気共鳴検出装置等、広い応用分野を
持っている。
する。図１は本発明の実施例に関する要部概略図であ
る。図２は図１の一部分を斜方から眺めた図である。図
中、１６は超伝導線材で形成されたコイルであり、中心
部分１７に高磁場を発生せしめる様に設計されている。
この様な高磁場発生装置は一般的な装置であり、例え
ば、核融合装置、素粒子加速装置、加速装置を使用した
放射線医療器具、磁気共鳴検出装置等、広い応用分野を
持っている。
【００１０】本発明の装置では、符号１５に示す様に、
又、図２に示す様に、光ファイバーを上記の如き高磁場
発生装置に巻き付けてある。光ファイバーの片端１４は
光信号の入射部分であるが、偏光板１２を通してレーザ
ー光源１１と連結されている。又、他方の片端１８は光
信号の出力部分であるが、ビームスプリッター１１１を
通して２つの光束に分けられた後、各々が直行する偏光
板１１２、１２１を通して光強度検出器１１５、１２
４、１２０に連結している。本実施例においては、入射
部分から入射させられた偏光コヒーレント光が光ファイ
バーを伝って出力装置部分でどれほど偏光状態が傾く
か、又、偏光成分の位相がどれほど変化したかについて
検査している。
又、図２に示す様に、光ファイバーを上記の如き高磁場
発生装置に巻き付けてある。光ファイバーの片端１４は
光信号の入射部分であるが、偏光板１２を通してレーザ
ー光源１１と連結されている。又、他方の片端１８は光
信号の出力部分であるが、ビームスプリッター１１１を
通して２つの光束に分けられた後、各々が直行する偏光
板１１２、１２１を通して光強度検出器１１５、１２
４、１２０に連結している。本実施例においては、入射
部分から入射させられた偏光コヒーレント光が光ファイ
バーを伝って出力装置部分でどれほど偏光状態が傾く
か、又、偏光成分の位相がどれほど変化したかについて
検査している。
【００１１】次に本発明の原理を述べる。図３は本発明
の原理を述べる要部概略図であり、３１は光ファイバー
に相当する空間曲線である。ｒを曲線上のある点ｐを指
す位置ベクトルとし、これが実１次元パラメータｓで指
標づけされているとした時、古典幾何学によるフレネ＝
セレの基準直交基底（ｔ、ｎ、ｂ）は、 ｔ＝ｄｒ／ｄｓ、ｄｔ／ｄｓ＝ｋ ｎ ｄｎ／ｄｓ＝−ｋｔ＋ｇｂ、 ｄｂ／ｄｓ＝−ｇｎ、 式（１） で与えられることが知られている。ここで、ｔは接線ベ
クトル、ｎは法線ベクトル、ｂは双法線ベクトルと呼
び、又、ｋは曲率、ｇはトーションを指す。空間曲線は
古典幾何学の帰結から、曲率とトーションと始点とによ
って一意的に決定されることに注意する。
の原理を述べる要部概略図であり、３１は光ファイバー
に相当する空間曲線である。ｒを曲線上のある点ｐを指
す位置ベクトルとし、これが実１次元パラメータｓで指
標づけされているとした時、古典幾何学によるフレネ＝
セレの基準直交基底（ｔ、ｎ、ｂ）は、 ｔ＝ｄｒ／ｄｓ、ｄｔ／ｄｓ＝ｋ ｎ ｄｎ／ｄｓ＝−ｋｔ＋ｇｂ、 ｄｂ／ｄｓ＝−ｇｎ、 式（１） で与えられることが知られている。ここで、ｔは接線ベ
クトル、ｎは法線ベクトル、ｂは双法線ベクトルと呼
び、又、ｋは曲率、ｇはトーションを指す。空間曲線は
古典幾何学の帰結から、曲率とトーションと始点とによ
って一意的に決定されることに注意する。
【００１２】便宜上、本発明者らは、この基準直交基底
に沿った座標系（ｓ、ｘ、ｙ）を導入する。この様に与
えられた空間曲線上に光ファイバーが存在する時、その
中を透過する光線がどの様な影響を受けるかについて論
じたのがＲｏｓｓ(J.N.Ross、Optical and Quantum Elec
tronics Vol.16(1984)p.455-461)である。Ｒｏｓｓの考
えに従って議論を進めると、本発明者らが扱っているの
は単波長の光線なので、簡単の為に偏光した電波（Ｅ
ｘ、Ｅｙ）を （Ｅｘ、Ｅｙ）＝（Ａｘ、Ａｙ）ｅｘｐ（ｉ（ｗ・ｔ−ｐ・ｓ）） 式（２） とする。但し、ｉは虚数、ｗは周波数、ｔは時間、ｐは
ファイバーに沿った波数で、ｓとは共約量になってい
る。Ｒｏｓｓによると（Ａｘ、Ａｙ）は次の様な微分方
程式に従うことが知られている。
に沿った座標系（ｓ、ｘ、ｙ）を導入する。この様に与
えられた空間曲線上に光ファイバーが存在する時、その
中を透過する光線がどの様な影響を受けるかについて論
じたのがＲｏｓｓ(J.N.Ross、Optical and Quantum Elec
tronics Vol.16(1984)p.455-461)である。Ｒｏｓｓの考
えに従って議論を進めると、本発明者らが扱っているの
は単波長の光線なので、簡単の為に偏光した電波（Ｅ
ｘ、Ｅｙ）を （Ｅｘ、Ｅｙ）＝（Ａｘ、Ａｙ）ｅｘｐ（ｉ（ｗ・ｔ−ｐ・ｓ）） 式（２） とする。但し、ｉは虚数、ｗは周波数、ｔは時間、ｐは
ファイバーに沿った波数で、ｓとは共約量になってい
る。Ｒｏｓｓによると（Ａｘ、Ａｙ）は次の様な微分方
程式に従うことが知られている。
【００１３】 ここで、Ｂは複屈折による線形な遅延性を示す係数で Ｂ＝Ｃｋ2ａ2／２ 式（４） Ｃはファイバーの材料に依存する係数、ｋは曲率、ａは
ファイバーの軸回りの半径である。シリカファイバーの
場合、Ｃ＝７．７×１０7［ｄｅｇ・ｍ-1］となること
が知られている。
ファイバーの軸回りの半径である。シリカファイバーの
場合、Ｃ＝７．７×１０7［ｄｅｇ・ｍ-1］となること
が知られている。
【００１４】式（３）より、光ファイバーが３次元空間
内において適当に配置された場合、その幾何学的位置に
よってその偏光が変化することが理解される。ここで、
本発明者らは、原理の説明の為に単純化を行い、曲率ｋ
が非常に小さいと仮定してＢの効果を無視する。その
時、式（３）は の様に変化する。トーションｇはファイバー軸に沿った
座標ｓの関数である為に、ファイバーの片端ｓ＝ｓ０に
おいて偏光した光、例えば、（Ａｘ、０）を入射した場
合、ファイバーの別の片端、ｓ＝ｓ１においては、ファ
イバー中のトーションの分布に依存して変化する。
内において適当に配置された場合、その幾何学的位置に
よってその偏光が変化することが理解される。ここで、
本発明者らは、原理の説明の為に単純化を行い、曲率ｋ
が非常に小さいと仮定してＢの効果を無視する。その
時、式（３）は の様に変化する。トーションｇはファイバー軸に沿った
座標ｓの関数である為に、ファイバーの片端ｓ＝ｓ０に
おいて偏光した光、例えば、（Ａｘ、０）を入射した場
合、ファイバーの別の片端、ｓ＝ｓ１においては、ファ
イバー中のトーションの分布に依存して変化する。
【００１５】簡単の為にトーションの空間的変化が非常
に小さい場合（ｄｇ／ｄｓ〜０）を考えると、 Ａｘ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｃｏｓ（Ｇ（ｓ１）） Ａｙ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｓｉｎ（Ｇ（ｓ１）） 式（６） 但し となることが予想される。
に小さい場合（ｄｇ／ｄｓ〜０）を考えると、 Ａｘ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｃｏｓ（Ｇ（ｓ１）） Ａｙ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｓｉｎ（Ｇ（ｓ１）） 式（６） 但し となることが予想される。
【００１６】次に簡単の為に、トーションｇ（ｘ）が無
視出来る極限を考える。その時、式（３）は、 ｄＡｘ／ｄｓ＝ ｉＢ Ａｘ ｄＡｙ／ｄｓ＝−ｉＢ Ａｙ 式（８） の様に単純化することが出来る。初期状態としてファイ
バーの片端、ｓ＝ｓ０において（Ａｘ（ｓ０）、Ａｙ
（ｓ０））を入射する。この時、他方の片端ｓ＝ｓ１に
おいては、 Ａｘ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｅｘｐ（ｉＨ（ｓ１）） Ａｙ（ｓ１）＝Ａｙ（ｓ０）ｅｘｐ（ｉＨ（ｓ１）） 式（９） 但し、 となる。但し、Ｂが曲率ｋ（ｓ）を通して、ｓの関数で
あることに注意する。このことは、偏光状態の位相の変
化（直線偏光が楕円偏光或は円偏光等に変化）すること
を示している。
視出来る極限を考える。その時、式（３）は、 ｄＡｘ／ｄｓ＝ ｉＢ Ａｘ ｄＡｙ／ｄｓ＝−ｉＢ Ａｙ 式（８） の様に単純化することが出来る。初期状態としてファイ
バーの片端、ｓ＝ｓ０において（Ａｘ（ｓ０）、Ａｙ
（ｓ０））を入射する。この時、他方の片端ｓ＝ｓ１に
おいては、 Ａｘ（ｓ１）＝Ａｘ（ｓ０）ｅｘｐ（ｉＨ（ｓ１）） Ａｙ（ｓ１）＝Ａｙ（ｓ０）ｅｘｐ（ｉＨ（ｓ１）） 式（９） 但し、 となる。但し、Ｂが曲率ｋ（ｓ）を通して、ｓの関数で
あることに注意する。このことは、偏光状態の位相の変
化（直線偏光が楕円偏光或は円偏光等に変化）すること
を示している。
【００１７】この様に光の偏光状態を観察することによ
ってファイバーの中央部分の幾何学的変化を観察するこ
とが出来る。本発明者はこの自然現象を原理として本発
明を完成した。ここで注意を要するが、実際の系は上記
の様に理想化された状態では必ずしもない。例えば、本
発明者は、線形近似の範囲で複屈折を取り扱い、偏光の
位相の変化を見たが、実際の系では非線形成分を含んで
いる。その為に、上記の様な理想化した議論は不可能に
あることがある。
ってファイバーの中央部分の幾何学的変化を観察するこ
とが出来る。本発明者はこの自然現象を原理として本発
明を完成した。ここで注意を要するが、実際の系は上記
の様に理想化された状態では必ずしもない。例えば、本
発明者は、線形近似の範囲で複屈折を取り扱い、偏光の
位相の変化を見たが、実際の系では非線形成分を含んで
いる。その為に、上記の様な理想化した議論は不可能に
あることがある。
【００１８】しかしながら、本発明において、この様な
理想状態からのズレは後でみる様に本質的ではなく、従
って、上記の理想状態を含む「片端で偏光された光を入
射した際にファイバー全体の幾何学的及び物理的変化に
伴い、他方の片端の光の偏光の状態が変化を受ける」と
言う自然現象を利用したものが本発明の原理であること
に注意する。図１に沿って具体的に本発明のクエンチ検
出装置及び検出方法の実施例について説明する。１０が
本発明クエンチ検出装置である。１１はコヒーレントな
光を発する光源であり、本実施例ではＨｅ−Ｎｅレーザ
ーを使用している。１２は偏光板で、予め決定された偏
光状態にする様に挿入されている。１３は入射用のレン
ズで、光をファイバー（又はファイバー束、以下ファイ
バーと呼ぶ）に均一に入射する様に設計されている。
理想状態からのズレは後でみる様に本質的ではなく、従
って、上記の理想状態を含む「片端で偏光された光を入
射した際にファイバー全体の幾何学的及び物理的変化に
伴い、他方の片端の光の偏光の状態が変化を受ける」と
言う自然現象を利用したものが本発明の原理であること
に注意する。図１に沿って具体的に本発明のクエンチ検
出装置及び検出方法の実施例について説明する。１０が
本発明クエンチ検出装置である。１１はコヒーレントな
光を発する光源であり、本実施例ではＨｅ−Ｎｅレーザ
ーを使用している。１２は偏光板で、予め決定された偏
光状態にする様に挿入されている。１３は入射用のレン
ズで、光をファイバー（又はファイバー束、以下ファイ
バーと呼ぶ）に均一に入射する様に設計されている。
【００１９】光源１１で定状的に発せられた光線は偏光
板１２で偏光され、レンズ１３を経て、ファイバー１５
に入射する。入射した光線は高磁場発生装置に巻き付け
られたファイバー中を通過し（図２、１５）、ファイバ
ーの片端１８を経て対物レンズ１９を経て、ミラー１１
０を経た後にハーフミラー１１１に入射する。本実施例
で使用したハーフミラーは偏光の違いで反射率が変化し
ない様に、適当にその角度、屈折率、厚さ等が設計され
ている（但し、この様な設計をしなくとも以下で観測す
る偏光方向を最も多く反射或は透過させる様に偏光板１
２、１１２、１２１等を制御しておいてもよい。又、ハ
ーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッターを使用し
てもよい。）。この様にして、ハーフミラー１１１に入
射した光線は偏光状態の区別なく、丁度５０％ずつ光の
強度の割合で偏光板１１２、１２１にそれぞれ入射す
る。
板１２で偏光され、レンズ１３を経て、ファイバー１５
に入射する。入射した光線は高磁場発生装置に巻き付け
られたファイバー中を通過し（図２、１５）、ファイバ
ーの片端１８を経て対物レンズ１９を経て、ミラー１１
０を経た後にハーフミラー１１１に入射する。本実施例
で使用したハーフミラーは偏光の違いで反射率が変化し
ない様に、適当にその角度、屈折率、厚さ等が設計され
ている（但し、この様な設計をしなくとも以下で観測す
る偏光方向を最も多く反射或は透過させる様に偏光板１
２、１１２、１２１等を制御しておいてもよい。又、ハ
ーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッターを使用し
てもよい。）。この様にして、ハーフミラー１１１に入
射した光線は偏光状態の区別なく、丁度５０％ずつ光の
強度の割合で偏光板１１２、１２１にそれぞれ入射す
る。
【００２０】ここで、偏光板１１２と１２１は実効的に
直行した偏光状態を持つ様にその向きが決定されてい
る。偏光板１１２に入射した光線は偏光され、ハーフミ
ラー１１３によって２つの光線に分けられる。一方の光
線は光学系１１４を経て、光強度感受素子１１５に入射
する。つまり、偏光板１１２によって定められた偏光状
態の光の強度を計測するのである。同様にして、ハーフ
ミラー１１１を経た光線の他方は、偏光板１１２と直行
した偏光板１２１を経て、ハーフミラー１２２で再び光
線を分けられ、一方は光学系１２３を経て光強度感受素
子１２４に入射し、光強度感受素子１１５が計測する偏
光方向に垂直な方向の光強度を計測する。
直行した偏光状態を持つ様にその向きが決定されてい
る。偏光板１１２に入射した光線は偏光され、ハーフミ
ラー１１３によって２つの光線に分けられる。一方の光
線は光学系１１４を経て、光強度感受素子１１５に入射
する。つまり、偏光板１１２によって定められた偏光状
態の光の強度を計測するのである。同様にして、ハーフ
ミラー１１１を経た光線の他方は、偏光板１１２と直行
した偏光板１２１を経て、ハーフミラー１２２で再び光
線を分けられ、一方は光学系１２３を経て光強度感受素
子１２４に入射し、光強度感受素子１１５が計測する偏
光方向に垂直な方向の光強度を計測する。
【００２１】又、ハーフミラー１１３によって分離され
た光線は、光学系１１６を経て偏光を９０度回転させる
装置１１７、光学系１２７を経てミラー１１９によって
方向を変更した後に光強度感受素子の表面に入射する。
この時、偏光方向を変更させる装置として、本実施例で
は本発明の原理で述べた光ファイバーの空間曲線の分布
による方法を採用した。その為に、偏光方向変更装置１
１７として空間的位置が固定され、丁度変更方向が９０
度変更する様に設計された光ファイバー１１８を使用し
た（しかしながら、偏光方向変更装置として他の方法を
使用しても、かまわない。この選択は本発明を本質的に
変えない。）。
た光線は、光学系１１６を経て偏光を９０度回転させる
装置１１７、光学系１２７を経てミラー１１９によって
方向を変更した後に光強度感受素子の表面に入射する。
この時、偏光方向を変更させる装置として、本実施例で
は本発明の原理で述べた光ファイバーの空間曲線の分布
による方法を採用した。その為に、偏光方向変更装置１
１７として空間的位置が固定され、丁度変更方向が９０
度変更する様に設計された光ファイバー１１８を使用し
た（しかしながら、偏光方向変更装置として他の方法を
使用しても、かまわない。この選択は本発明を本質的に
変えない。）。
【００２２】又、ハーフミラー１２２を経た光線はミラ
ー１２５、１２６で方向を変更し、光学系１２８を経た
後に光強度感受素子１２０の表面に入射する。ミラー１
１９から光線甲と、ミラー１２５からの光線乙は角度を
もって入射してる為に光強度感受素子１２０の表面で干
渉縞を形成する。光線甲と光線乙との位相は式（９）及
び（１０）によって与えられる様に、高磁場発生装置１
６に巻き付いたファイバーの位置ズレ等によって変動す
る。
ー１２５、１２６で方向を変更し、光学系１２８を経た
後に光強度感受素子１２０の表面に入射する。ミラー１
１９から光線甲と、ミラー１２５からの光線乙は角度を
もって入射してる為に光強度感受素子１２０の表面で干
渉縞を形成する。光線甲と光線乙との位相は式（９）及
び（１０）によって与えられる様に、高磁場発生装置１
６に巻き付いたファイバーの位置ズレ等によって変動す
る。
【００２３】それらの位相の変動は、光強度感受素子１
２０の表面に形成された干渉縞の変動として表れる。本
実施例においては光感受素子が効率良くその変動を感知
する様に、初期状態に置いて、偏光板１２、１１２、１
２１の方向及びミラー１１９の方向等が適当に調節され
ている。この調節は、例えば、後で述べる本発明のクエ
ンチ検出装置の制御部１３２によって、装置の始動前の
初期化として自動的に行ってもよい。この様に、各光強
度感受素子１１５、１２２、１２０によって得られた電
気信号は、それぞれ信号処理装置１２９、１３０、１３
１に送られ、そこで信号処理される。信号処理は、得ら
れた各々の電気信号を時系列として時刻と共に配列して
行われる（図４（ａ））。
２０の表面に形成された干渉縞の変動として表れる。本
実施例においては光感受素子が効率良くその変動を感知
する様に、初期状態に置いて、偏光板１２、１１２、１
２１の方向及びミラー１１９の方向等が適当に調節され
ている。この調節は、例えば、後で述べる本発明のクエ
ンチ検出装置の制御部１３２によって、装置の始動前の
初期化として自動的に行ってもよい。この様に、各光強
度感受素子１１５、１２２、１２０によって得られた電
気信号は、それぞれ信号処理装置１２９、１３０、１３
１に送られ、そこで信号処理される。信号処理は、得ら
れた各々の電気信号を時系列として時刻と共に配列して
行われる（図４（ａ））。
【００２４】例えば、その時間方向による微分成分に着
目し、微分成分の絶対値がある閾値以上の場合、高磁場
発生装置に巻き付いたファイバーの位置のズレ又はその
他の異常が生じたものと判断する（図４（ｂ））。この
ことは上述した様に、高磁場発生装置のクエンチによる
異常と等価である為に、この信号処理によってクエンチ
の発生を感知することが出来る。この様にして、異常の
発生を各信号処理装置が感知した場合、本発明のクエン
チ検出装置の制御部１３２に異常の発生を知らせる様に
する。制御部１３２においては、以上で得られた異常信
号を統計処理し、誤検出ではないと判断した場合高磁場
発生装置の制御部に異常の発生を知らせる。
目し、微分成分の絶対値がある閾値以上の場合、高磁場
発生装置に巻き付いたファイバーの位置のズレ又はその
他の異常が生じたものと判断する（図４（ｂ））。この
ことは上述した様に、高磁場発生装置のクエンチによる
異常と等価である為に、この信号処理によってクエンチ
の発生を感知することが出来る。この様にして、異常の
発生を各信号処理装置が感知した場合、本発明のクエン
チ検出装置の制御部１３２に異常の発生を知らせる様に
する。制御部１３２においては、以上で得られた異常信
号を統計処理し、誤検出ではないと判断した場合高磁場
発生装置の制御部に異常の発生を知らせる。
【００２５】高磁場発生装置の制御部はクエンチ検出装
置の制御部１３２からの異常発生の信号に対して、例え
ば、高磁場発生装置内を流れる電流値を急速に減少させ
る様に電流値を制御する。このことによって、高磁場発
生装置内で起こった異常、即ちクエンチは初期の段階で
検出され、例えば、電流量を下げることで、ジュール熱
の発生を抑え、クエンチの系全体への爆発的拡散を防ぐ
ことが出来る。本実施例では超伝導線材を使用した高磁
場発生装置を挙げて本発明のクエンチ検出装置及び検出
方法について説明をした。しかしながら、本発明の本質
は超伝導線材のクエンチの発生を検出することであり、
このことはより一般の超伝導線材を利用した装置、例え
ば、大電力送電装置、大電力蓄積装置等に適用し得るこ
とは自明のことであり、容易に応用し得ることに注意す
る。
置の制御部１３２からの異常発生の信号に対して、例え
ば、高磁場発生装置内を流れる電流値を急速に減少させ
る様に電流値を制御する。このことによって、高磁場発
生装置内で起こった異常、即ちクエンチは初期の段階で
検出され、例えば、電流量を下げることで、ジュール熱
の発生を抑え、クエンチの系全体への爆発的拡散を防ぐ
ことが出来る。本実施例では超伝導線材を使用した高磁
場発生装置を挙げて本発明のクエンチ検出装置及び検出
方法について説明をした。しかしながら、本発明の本質
は超伝導線材のクエンチの発生を検出することであり、
このことはより一般の超伝導線材を利用した装置、例え
ば、大電力送電装置、大電力蓄積装置等に適用し得るこ
とは自明のことであり、容易に応用し得ることに注意す
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明によって、超伝導線材を利用した
装置において、クエンチの発生を発生の初期の段階で検
出し得る装置と方法を提供することが出来た。このこと
により、容易にクエンチの発生を認識することが出来、
それによりクエンチの系全体への拡散を防ぐことが可能
になった。
装置において、クエンチの発生を発生の初期の段階で検
出し得る装置と方法を提供することが出来た。このこと
により、容易にクエンチの発生を認識することが出来、
それによりクエンチの系全体への拡散を防ぐことが可能
になった。
【００２７】
【図１】本発明の実施例に関する要部概略図
【図２】本発明の実施例に関する要部概略図１の一部の
斜方からの図
斜方からの図
【図３】本発明の原理についての説明図
【図４】本発明の実施例において得られる電気信号につ
いての説明図
いての説明図
１０：本発明のクエンチ検出装置 １１：レーザー光源 １２、１１２、１２１：偏光板 １３、１９、１１４、１１６、１２７、１２８、１２
３：光学系 １４、１８は光ファイバーの端 １５、１１８：光ファイバー １６、１７：高磁場発生装置 １１１、１１３、１２２：ハーフミラー １２５、１２６、１１９：ミラー １１７：偏光変更装置 １１５、１２０、１２４は光強度感受装置 １２９、１３０、１３１：信号処理装置 １３２：クエンチ検出装置の制御部 １３３：高磁場発生装置、制御部 ３１：空間曲線
３：光学系 １４、１８は光ファイバーの端 １５、１１８：光ファイバー １６、１７：高磁場発生装置 １１１、１１３、１２２：ハーフミラー １２５、１２６、１１９：ミラー １１７：偏光変更装置 １１５、１２０、１２４は光強度感受装置 １２９、１３０、１３１：信号処理装置 １３２：クエンチ検出装置の制御部 １３３：高磁場発生装置、制御部 ３１：空間曲線
Claims (4)
- 【請求項１】 超伝導物質によって形成されている超伝
導線材を超伝導状態で使用する際に発生する超伝導線材
の異常（クエンチ）を検出する装置において、超伝導線
材と超伝導線材に巻き付いた光ファイバーと、該光ファ
イバーに偏光光線を入射させる光源と、上記光ファイバ
ーからの偏光を検出する装置とからなることを特徴とす
る超伝導体クエンチ検出装置。 - 【請求項２】 光ファイバーからの偏光を検出する装置
が、光ファイバーからの偏光の位相差を検出する装置で
ある請求項１に記載の超伝導体クエンチ検出装置。 - 【請求項３】 超伝導物質によって形成されている超伝
導線材を超伝導状態で使用する際に発生する超伝導線材
の異常（クエンチ）を検出する超伝導クエンチ検出方法
において、超伝導線材に巻き付いた光ファイバーに光源
から偏光光線を入射させ、該光ファイバーからの偏光を
検出し、光ファイバー中を透過した光の偏光状態の異常
を検出することを特徴とする超伝導体クエンチ検出方
法。 - 【請求項４】 光ファイバーからの偏光を検出する方法
が、光ファイバーからの偏光の位相差を検出する方法で
ある請求項３に記載の超伝導体クエンチ検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7135620A JPH08304271A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 超伝導体クエンチ検出装置及び検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7135620A JPH08304271A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 超伝導体クエンチ検出装置及び検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304271A true JPH08304271A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=15156071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7135620A Pending JPH08304271A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 超伝導体クエンチ検出装置及び検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08304271A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535667A (ja) * | 1999-01-29 | 2002-10-22 | ドイッチェ テレコム アーゲー | 距離の変化を検出するためのセンサおよび方法 |
| WO2012002016A1 (ja) | 2010-06-28 | 2012-01-05 | 株式会社フジクラ | 超電導線材の常電導転移の検出方法 |
| WO2013081123A1 (ja) | 2011-12-01 | 2013-06-06 | 株式会社フジクラ | 超電導線材の常電導転移の検出方法 |
| US9852831B2 (en) | 2013-11-15 | 2017-12-26 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet |
-
1995
- 1995-05-11 JP JP7135620A patent/JPH08304271A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535667A (ja) * | 1999-01-29 | 2002-10-22 | ドイッチェ テレコム アーゲー | 距離の変化を検出するためのセンサおよび方法 |
| WO2012002016A1 (ja) | 2010-06-28 | 2012-01-05 | 株式会社フジクラ | 超電導線材の常電導転移の検出方法 |
| CN102667456A (zh) * | 2010-06-28 | 2012-09-12 | 株式会社藤仓 | 超导线材的常导转变的检测方法 |
| JP5393888B2 (ja) * | 2010-06-28 | 2014-01-22 | 株式会社フジクラ | 超電導線材の常電導転移の検出方法 |
| US9488606B2 (en) | 2010-06-28 | 2016-11-08 | Fujikura Ltd. | Method for detecting non-superconducting transition of superconducting wire |
| WO2013081123A1 (ja) | 2011-12-01 | 2013-06-06 | 株式会社フジクラ | 超電導線材の常電導転移の検出方法 |
| US9852831B2 (en) | 2013-11-15 | 2017-12-26 | Hitachi, Ltd. | Superconducting magnet |
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