粒子加速器中復(fù)雜靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的精度理論與驗(yàn)證研究.pdf

1、靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)(Hydrostatic leveling system，下面簡(jiǎn)稱HLS)根據(jù)相連的缽體中液體總是相同勢(shì)能的水平原理，測(cè)量和監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)高程變化量。HLS系統(tǒng)以很高的測(cè)量精度在精密工程測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在精密工程測(cè)量如粒子加速器準(zhǔn)直測(cè)量中應(yīng)用最為普遍，國(guó)際上大部分粒子加速器實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)直測(cè)量工作中均用到了靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)。粒子加速器在鉛垂方向的位移變化是影響加速器正常運(yùn)行的主要形變，因此利用HLS對(duì)粒子加速器中各重

2、要元部件的沉降變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)是必要的。
　　論文首先結(jié)合目前粒子加速器準(zhǔn)直的研究發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)HLS系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外粒子加速器準(zhǔn)直工作中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，闡述了各大加速器實(shí)驗(yàn)室在利用HLS進(jìn)行準(zhǔn)直測(cè)量時(shí)面臨的相關(guān)問(wèn)題及挑戰(zhàn)。隨著加速器新理論和技術(shù)的發(fā)展，新一代光源加速器不斷出現(xiàn)，工程對(duì)準(zhǔn)直精度的要求越來(lái)越高，因此僅僅單方面靠提高HLS傳感器本身精度是不足夠的。
　　論文一方面著重探討了影響HLS測(cè)量精度的因素，并對(duì)這些影響因素進(jìn)

3、行了深入的理論分析;另一方面通過(guò)合理設(shè)計(jì)，建立多套實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，對(duì)理論研究進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而提出了剔除這一系列影響因素的方法。具體研究?jī)?nèi)容和成果主要如下:
　　1.溫度不均勻?qū)LS系統(tǒng)測(cè)量讀數(shù)的影響研究。靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的工作媒介是液體，溫度不均勻變化必然引起液體密度的變化，也就使液體體積發(fā)生變化，必然影響系統(tǒng)的測(cè)量精度。通過(guò)理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了一套可靠的溫度修正方法。
　　2.闡述了缽體液面所受壓力不同對(duì)HLS系統(tǒng)讀數(shù)的影

4、響，并提出了消除該影響的措施。采用了密封傳感器缽體，將傳感器缽體之間用等壓氣管連接的方法來(lái)保證缽體內(nèi)液面所受壓強(qiáng)大小相等，減小HLS系統(tǒng)誤差來(lái)源。同時(shí)還簡(jiǎn)要闡述了地面振動(dòng)、重力異常對(duì)HLS讀數(shù)的影響。
　　3.深入研究了傾斜固體潮、海洋負(fù)荷潮對(duì)HLS讀數(shù)的影響。地球在引潮力作用下，固體地球會(huì)發(fā)生周期性的形變，傾斜固體潮周期性地在HLS讀數(shù)中呈現(xiàn)。在高精度大地測(cè)量尤其是高精度粒子加速器準(zhǔn)直測(cè)量中，固體潮的影響不可忽視。因此，首先需要

5、對(duì)HLS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)HLS數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，得到當(dāng)?shù)氐某辈Ｐ鸵约皟A斜潮的準(zhǔn)確影響，進(jìn)而可以對(duì)HLS讀數(shù)中包含的傾斜固體潮部分進(jìn)行潮汐改正以得到更高的監(jiān)測(cè)精度。
　　4.在合肥光源實(shí)驗(yàn)室搭建一套長(zhǎng)約20米的HLS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)主要驗(yàn)證了采用的HLS系統(tǒng)精度足夠分辨固體潮，并且該系統(tǒng)的讀數(shù)變化主要源于固體潮的影響。
　　5.在噪聲干擾很小的涇縣地震臺(tái)監(jiān)測(cè)洞體內(nèi)搭建了一套HLS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，更進(jìn)一步驗(yàn)證

6、利用該套HLS系統(tǒng)進(jìn)行固體潮修正的可靠性。
　　6.為了更廣泛地研究固體潮修正模型，完成了基于瑞士CERN和日本Spring-8加速器實(shí)驗(yàn)室的HLS數(shù)據(jù)的固體潮改正研究。
　　本論文首先提出了粒子加速器中復(fù)雜靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的精度理論與驗(yàn)證研究，屬于首創(chuàng)。通過(guò)運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)，綜合研究HLS系統(tǒng)的各個(gè)影響因素，可以更嚴(yán)格、更科學(xué)地反映HLS的真實(shí)測(cè)量精度。采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法是本項(xiàng)目的特色，對(duì)靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行全面的理論研究