靜力水準系統(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域得到廣泛應用,尤其在精密工程測量如粒子加速器準直測量中應用最為普遍,國際上大部分粒子加速器實驗室的準直測量工作中均用到了靜力水準系統(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要元部件的沉降變化進行監(jiān)測是必要的。 論文首先結合目前粒子加速器準直的研究發(fā)展趨勢,對HLS系統(tǒng)在國內外粒子加速器準直工作中的應用進行了系統(tǒng)介紹,闡述了各大加速器實驗室在利用HLS進行準直測量時面臨的相關問題及挑戰(zhàn)。隨著加速器新理論和技術的發(fā)展,新一代光源加速器不斷出現(xiàn),工程對準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行了深入的理論分析；另一方面通過合理設計,建立多套實驗驗證系統(tǒng),對理論研究進行驗證,進而提出了剔除這一系列影響因素的方法。具體研究內容和成果主要如下： 1.溫度不均勻對HLS系統(tǒng)測量讀數(shù)的影響研究。靜力水準系統(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直測量中,固體潮的影響不可忽視。因此,首先需要對HLS數(shù)據(jù)進行預處理,對HLS數(shù)據(jù)進行溫度補償,再對數(shù)據(jù)進行調和分析,得到當?shù)氐某辈Ｐ鸵约皟A斜潮的準確影響,進而可以對HLS讀數(shù)中包含的傾斜固體潮部分進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)測洞體內搭建了一套HLS監(jiān)測系統(tǒng),更進一步驗證利用該套HLS系統(tǒng)進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雜靜力水準系統(tǒng)的精度理論與驗證研究,屬于首創(chuàng)。通過運用多學科的知識,綜合研究HLS系統(tǒng)的各個影響因素,可以更嚴格、更科學地反映HLS的真實測量精度。采用理論和實驗相結合的方法是本項目的特色,對靜力水準系統(tǒng)進行全面的理論研究和實驗驗證,為正在使用的和將要使用的靜力水準系統(tǒng)提供科學的評價標準。 本論文研究工作的完成,為已經建成以及即將開始建設的新一代粒子加速器中使用靜力水準系統(tǒng)獲得更高精度的測量數(shù)據(jù)奠定了基礎,具有重要意義。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：TL506
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
第一章 概述
    1.1 靜力水準系統(tǒng)測量原理及應用
        1.1.1 靜力水準系統(tǒng)測量原理
        1.1.2 靜力水準系統(tǒng)在國內外的應用
    1.2 課題的研究背景、內容和意義
    1.3 創(chuàng)新點
    1.4 本章小結
第二章 固體地球潮及海洋潮汐相關理論基礎
    2.1 固體地球潮的概念
    2.2 引潮位及其展開
    2.3 勒夫(LOVE)數(shù)和潮汐因子
    2.4 傾斜固體潮觀測
    2.5 海洋潮汐的概念及海潮負荷效應計算
        2.5.1 負荷勒夫數(shù)
        2.5.2 傾斜潮汐觀測的海潮負荷改正計算
        2.5.3 潮汐觀測殘差和剩余殘差
    2.6 大氣負荷對潮汐觀測的影響
    2.7 本章小結
第三章 溫度和壓力等因素對HLS測量精度的影響研究
    3.1 HLS的溫度補償研究
    3.2 液面壓力變化對HLS讀數(shù)的影響
    3.3 地面振動及重力異常對HLS讀數(shù)的影響
    3.4 本章小結
第四章 數(shù)據(jù)預處理及調和分析軟件
    4.1 數(shù)據(jù)預處理
        4.1.1 預處理方法簡介
        4.1.2 軟件Tsoft的輸入
        4.1.3 Tsoft軟件的輸出
        4.1.4 軟件基本操作說明
        4.1.5 Tsoft軟件修正器介紹
    4.2 數(shù)據(jù)的調和分析
        4.2.1 ETERNA34軟件
        4.2.2 Eterna34相關模塊介紹
    4.3 調和分析步驟以及各模塊使用方法、注意事項
    4.4 本章小結
第五章 潮汐現(xiàn)象在HLS監(jiān)測數(shù)據(jù)中的呈現(xiàn)及研究
    5.1 潮汐現(xiàn)象在HLS監(jiān)測數(shù)據(jù)中的呈現(xiàn)
        5.1.1 NSRL實驗室20m實驗平臺搭建
        5.1.2 潮汐現(xiàn)象的呈現(xiàn)及驗證
        5.1.3 本節(jié)小結
    5.2 涇縣地震臺HLS數(shù)據(jù)調和分析
        5.2.1 實驗平臺搭建
        5.2.2 南北向HLS監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理及調和分析
        5.2.3 東西向HLS監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理及調和分析
        5.2.4 HLS監(jiān)測數(shù)據(jù)傾斜固體潮改正
        5.2.5 本節(jié)小結
    5.3 HLS數(shù)據(jù)與涇縣地震臺DSQ水管傾斜儀數(shù)據(jù)比對分析研究
        5.3.1 涇縣DSQ水管傾斜儀數(shù)據(jù)分析
        5.3.2 兩套儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析
        5.3.3 本節(jié)小結
    5.4 基于CERN實驗室HLS數(shù)據(jù)的固體潮改正實驗研究
        5.4.1 TT1隧道內HLS系統(tǒng)實驗研究
        5.4.2 數(shù)據(jù)的獲得及數(shù)據(jù)分析
        5.4.3 本節(jié)小結
    5.5 基于SPRING-8實驗室HLS數(shù)據(jù)相關研究
        5.5.1 監(jiān)測平臺的搭建
        5.5.2 數(shù)據(jù)分析及結果
        5.5.3 本節(jié)小結
    5.6 本章小結
第六章 結論
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果

【參考文獻】

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本文編號：2838917