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

1、靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)(Hydrostatic leveling system，下面簡稱HLS)根據(jù)相連的缽體中液體總是相同勢能的水平原理，測量和監(jiān)測觀測點之間的相對高程變化量。HLS系統(tǒng)以很高的測量精度在精密工程測量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在精密工程測量如粒子加速器準(zhǔn)直測量中應(yīng)用最為普遍，國際上大部分粒子加速器實驗室的準(zhǔn)直測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行的主要形變，因此利用HLS對粒子加速器中各重

2、要元部件的沉降變化進(jìn)行監(jiān)測是必要的。
　　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，對HLS系統(tǒng)在國內(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驗室在利用HLS進(jìn)行準(zhǔn)直測量時面臨的相關(guān)問題及挑戰(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)，工程對準(zhǔn)直精度的要求越來越高，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測量精度的因素，并對這些影響因素進(jìn)

3、行了深入的理論分析;另一方面通過合理設(shè)計，建立多套實驗驗證系統(tǒng)，對理論研究進(jìn)行驗證，進(jìn)而提出了剔除這一系列影響因素的方法。具體研究內(nèi)容和成果主要如下:
　　1.溫度不均勻?qū)LS系統(tǒng)測量讀數(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)的測量精度。通過理論研究和實驗驗證，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保證缽體內(nèi)液面所受壓強大小相等，減小HLS系統(tǒng)誤差來源。同時還簡要闡述了地面振動、重力異常對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HLS讀數(shù)的影響。地球在引潮力作用下，固體地球會發(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)。在高精度大地測量尤其是高精度粒子加速器準(zhǔn)直測量中，固體潮的影響不可忽視。因此，首先需要

5、對HLS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對HLS數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補償，再對數(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)測精度。
　　4.在合肥光源實驗室搭建一套長約20米的HLS實驗平臺。該平臺主要驗證了采用的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監(jiān)測洞體內(nèi)搭建了一套HLS監(jiān)測系統(tǒng)，更進(jìn)一步驗證

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加速器實驗室的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)的精度理論與驗證研究，屬于首創(chuàng)。通過運用多學(xué)科的知識，綜合研究HLS系統(tǒng)的各個影響因素，可以更嚴(yán)格、更科學(xué)地反映HLS的真實測量精度。采用理論和實驗相結(jié)合的方法是本項目的特色，對靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行全面的理論研究