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第 十 四 章大 型 粒 子 加 速 器 的 精 密 工 程 测 量2007-5-9 1

14.1 离 子 加 速 器 的 概 述(1) 建 立 离 子 加 速 器 的 意 义科 学 研 究 不 断 向 宏 观 宇 宙 和 微 观 粒 子 研 究 领 域 延伸 。 由 于 这 些 科 学 研 究 以 及 工 业 、 国 防 的 现 代 化 需要 , 必 须 修 建 许 多 巨 型 的 科 学 实 验 工 程 和 复 杂 的 大 型特 种 工 程 。 高 能 物 理 和 粒 子 物 理 研 究 中 的 粒 子 加 速 器便 是 其 中 之 一 。 是 通 过 电 磁 铁 的 电 磁 场 实 现 粒 子 的 加速 以 提 高 粒 子 束 的 能 量 , 来 完 成 不 同 的 实 验 目 的 , 如研 究 更 微 小 粒 子 的 存 在 , 用 于 解 决 宇 宙 的 起 源 、 现 在和 将 来 等 重 大 科 学 问 题 。2007-5-9 2

14.1 离 子 加 速 器 的 概 述(2) 加 速 器 的 分 类• 加 速 器 的 功 能 上 可 分 为 :• 以 提 高 粒 子 能 量 为 目 的 的 高 能 粒 子 加 速 器• 作 为 超 强 光 源 的 同 步 辐 射 加 速 器• 研 究 重 粒 子 特 性 的 重 粒 子 加 速 器• 从 几 何 形 状 主 要 分 :• 为 直 线 加 速 器• 环 形 加 速 器2007-5-9 3

14.1 离 子 加 速 器 的 概 述(3)) 各 种 高 能 物 理 实 验 中 心• 在 欧 洲• 欧 洲 原 子 能 研 究 中 心 (CERN)( 欧 洲 离 子 物 理 实 验 室 )• 欧 洲 同 步 辐 射 研 究 机 构 (ESRF)• 德 国 加 速 器 研 究 中 心 (DESY)• 在 美 国• 斯 坦 福 加 速 器 中 心 (SLAC)• Fermi 国 家 加 速 器 实 验 室 (FNAL)• 日 本• 高 能 加 速 器 研 究 机 构 (KEK);• 中 国• 中 科 院 高 能 物 理 研 究 所2007-5-9 4

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14.1 离 子 加 速 器 的 概 述(4)) 几 个 缩 写 词 的 意 义• 环 形 正 负 电 子 对 撞 机 LEP(Large Electron PositronCollider,• 超 导 强 子 加 速 器 LHC(Large Hadron Collider)• 直 线 加 速 器 CLIC(Compact Linear Collider)• 环 形 质 子 加 速 器 PS(Proton Synchrotron)• 粒 子 储 备 环 ISR(Intersecting Storage Ring)• 超 质 子 加 速 器 SPS(Super Proton Synchrotron)2007-5-9 6

14.2 离 子 加 速 器 的 测 量 工 作(1) 工 作 特 点• 介 于 工 程 测 量 学 与 工 业 计 量 学 之 间• 微 型 大 地 测 量 血• 大 型 工 业 计 量 学2007-5-9 7

14.2 离 子 加 速 器 的 测 量 工 作(2) 测 量 工 作 内 容• 工 程 设 计 阶 段• 参 考 椭 球 体 的 设 计• 大 地 水 准 面 设 计 与 模 型 的 建 立 ( 大 地 水 准 面 模 型 和离 差 模 型 )• 工 作 水 准 面 的 测 量 与 模 型 的 建 立 ( 垂 线 偏 差 模 型 )• 仪 器 检 校 实 验 室 建 立• 工 程 施 工 阶 段• 建 立 地 面 测 量 控 制 网 ( 平 面 和 高 程 )• 建 立 地 面 与 隧 道 的 联 测 网• 建 立 地 下 测 量 控 制 网• 建 立 隧 道 变 形 监 测 控 制 网• 隧 道 掘 进 和 质 量 控 制 的 有 关 测 量 工 作2007-5-9 8

14.2 离 子 加 速 器 的 测 量 工 作(2) 测 量 工 作 内 容• 设 备 安 装 阶 段• 建 立 地 下 精 密 测 量 控 制 网 ( 平 面 和 高 程 )• 设 备 的 定 位 测 量 ( 平 面 位 置 、 高 程 位 置 和 横 向 倾 斜 状态 )• 设 备 的 预 组 装 测 量• 设 备 的 组 装 测 量• 设 备 服 役 阶 段• 加 速 器 的 状 态 的 检 查 测 量 ( 平 面 和 高 程 )• 隧 道 的 变 形 测 量• 其 它 日 常 的 测 量 工 作2007-5-9 9

14.2 工 程 设 计 阶 段 的 测 量 工 作(1) 计 算 基 准 的 确 定• 是 否 需 要 采 用 参 考 椭 球 体 作 为 计 算 基 准 ;• 如 果 需 要 应 该 怎 样 确 定 其 参 数 和 进 行 椭 球 体 的 定 位 。(2) 大 地 水 准 面 设 计 与 模 型 的 建 立• 精 确 地 知 道 大 地 水 准 面 与 参 考 椭 球 体 在 任 意 一 点 的 相对 位 置 ;• 精 确 确 定 垂 线 与 法 线 偏 差 的 分 布 。2007-5-9 10

14.2 工 程 设 计 阶 段 的 测 量 工 作(3) 测 量 仪 器 检 校 实 验 室 建 立室 内 检 校 场 和 室 外 检 校 场 , 它 的 功 能 主 要 有 三 个 方 面 :• 对 所 有 的 测 量 仪 器 进 行 精 度 、 稳 定 性 等 各 项 性 能 的 鉴定 , 评 估 仪 器 的 精 度 , 建 立 测 量 值 计 算 模 型 ;• 实 验 所 设 计 的 测 量 方 法 能 否 达 到 设 计 的 精 度 要 求 ;• 标 定 自 行 研 制 的 测 量 仪 器 。2007-5-9 11

14.3 工 程 施 工 阶 段 的 测 量 工 作• 两 个 目 的 :• 满 足 加 速 器 精 密 工 程 测 量 的 需 求 服 务• 能 为 加 速 器 有 关 的 基 础 设 施 的 土 木 工 程 服 务 。• 典 型 网 形因 钢 线 尺 测 距偏 距 测 量 的 尼 龙 线2007-5-9 12

14.3 工 程 施 工 阶 段 的 测 量 工 作(2) 地 面 与 隧 道 的 联 系 测 量• 连 接 点 位 于 井 筒 上 沿 , 井 上 、 井 下 可 以 通 视• 3 个 连 接 点 相 互 成 120 度 ;• 其 结 构 是 在 井 沿 上 固 定 一 个 带 有 圆 孔 的 金 属 板 , 圆 孔内 可 以 安 装 CERN 的 球 形 站 标 和 为 井 下 观 测 设 计 的 专 用站 标 和 反 射 镜 坐 标 传 递 精 度 为σ ≤ 2mmσ ≤1mmxyH2007-5-9 14

14.3 工 程 施 工 阶 段 的 测 量 工 作(3) 建 立 地 下 测 量 控 制 网导 线 是 唯 一 可 以 用 于 井 下 控 制 网 的 方 案 , 为 了 尽 可 能提 高 其 图 形 的 强 度 又 增 加 了 偏 距 多 余 观 测 值 , 形 成 了 所 谓的 复 杂 导 线 , 又 称 交 叉 偏 距 导 线 。• 陀 螺 经 纬 仪 定 向• 导 线 边 长 测 量 和 高 程 测 量• 导 线 偏 距 测 量陀 螺 导 线 边 、 因 钢 线 测 距尼 龙 准 直 线导 线 偏 距2007-5-9 15

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14.3 工 程 施 工 阶 段 的 测 量 工 作(4) 巷 道 日 常 测 量 工 作• 给 定 掘 进 方 向• 采 用 AGA140 全 站 经 纬 仪 联 测 激 光 指 向 仪• 巷 道 的 横 断 面 测 量• 摄 影 断 面 测 量• 激 光 断 面 扫 描 仪 FEN2000(5) 巷 道 变 形 测 量 工 作• 变 形 观 测 点 均 设 在 地 板 上 。 这 些 变 形 点 的 测 量 均 采 用水 准 测 量 对 其 相 对 的 垂 直 移 动 进 行 监 测• 结 果 表 明 有 三 个 不 稳 定 区 域 , 其 中 一 个 区 域 垂 直 变 形较 大 , 另 外 两 个 区 域 有 整 体 内 倾 的 移 动2007-5-9 17

14.4 设 备 安 装 阶 段 的 测 量 工 作(1) 设 备 定 位 测 量 控 制 网 的 建 立用 偏 距 测 量 代 替 传 统 的 角 度 测 量 , 即 测 量 一 个 点 与 其它 相 邻 点 连 线 的 垂 直 距 离 — 偏 距 , 而 不 测 量 导 线 的 转 角 ,以 提 高 导 线 的 结 构 强 度 达 到 高 精 度 的 要 求 。 因 此 , 导 线 的实 测 内 容 是 : 偏 距 测 量 、 距 离 测 量 和 高 差 测 量 。陀 螺 导 线 边 、 因 钢 线 测 距尼 龙 准 直 线导 线 偏 距2007-5-9 18

14.4 设 备 安 装 阶 段 的 测 量 工 作(2) 磁 铁 的 定 位 测 量• 根 据 原 控 制 点 和 四 极 磁 铁 测 量 标 志 的 标 定 数 据 在 底 板上 标 出 磁 铁 的 粗 定 位 位 置• 磁 铁 就 位 后 根 据 定 位 控 制 网 点 的 坐 标 和 测 量 标 志 点 的理 论 坐 标 计 算 标 定 数 据 , 利 用 前 后 定 位 网 点 对 磁 铁 进行 调 整 、 以 实 现 精 密 定 位 。• 距 离 的 监 视 采 用 自 动 铟 钢 线 尺• 倾 斜 监 视 采 用 电 子 测 斜 仪• 偏 距 监 视 采 用 自 动 偏 距 仪• 高 度 监 视 采 用 自 动 激 光 水 准 仪• 四 极 磁 铁 定 位 限 差 为 0.1 毫 米两 极 磁 铁 为 0.3 毫 米2007-5-9 19

14.4 设 备 安 装 阶 段 的 测 量 工 作(3) 磁 铁 位 置 的 回 归 分 析 与 再 调 整• 加 速 器 定 位 精 度 的 优 劣 表 现 在 两 个 方 面 :• 实 际 轨 道 与 理 论 轨 道 的 偏 差• 实 际 轨 道 自 身 的 圆 滑 程 度• 在 设 备 精 密 定 位 之 后 , 需 要 对 设 备 定 位 的 精 度 进 行 评定 , 并 对 粒 子 束 轨 道 的 圆 滑 程 度 进 行 优 化 , 然 后 对 某些 磁 铁 的 位 置 进 行 再 调 整 。 其 方 法 是 以 磁 铁 上 的 测 量标 志 点 为 导 线 点 重 新 进 行 交 叉 导 线 的 测 量2007-5-9 20

14.5 探 测 器 的 组 装 测 量2007-5-9 21

14.5 探 测 器 的 组 装 测 量(1) 微 型 大 地 测 量 (Micro Geodesy)采 用 激 光 跟 踪 仪 来 进 行 测 量 , 测 量 过 程 如 下 :• 在 设 备 组 装 现 场 建 立 直 角 坐 标 系 , 并 根 据 组 装 定 位 的 需 要选 择 基 线 点 的 位 置 建 立 基 线 网 , 作 为 工 作 点 的 可 靠 基 础 。采 用 精 密 边 角 网 对 基 线 网 进 行 施 测 。• 在 组 装 部 件 和 框 架 上 根 据 不 同 的 需 要 建 立 不 同 的 标 志 点 ,针 对 不 同 标 志 可 进 行 空 间 距 离 和 角 度 测 量 , 对 归 心 环 和 十字 线 结 构 形 式 的 点 可 进 行 多 方 向 交 会 测 量 , 对 无 法 设 立 标志 工 作 点 的 部 件 则 采 用 激 光 经 纬 仪 进 行 空 间 交 会 测 量 , 以确 定 组 装 部 件 的 位 置 , 然 后 有 关 定 位 参 数 对 部 件 进 行 精 确定 位 和 位 置 检 测 。2007-5-9 22

14.5 探 测 器 的 组 装 测 量(2) 近 景 摄 影 测 量近 景 摄 影 测 量 是 一 种 高 效 率 的 测 量 方 法 , 该 方 法 的 测 量精 度 可 以 达 到 0.3mm 到 0.5mm, 同 时 可 以 实 现 全 息 纪 录 。 其 摄影 测 量 的 作 业 过 程 如 下 :• 在 被 测 设 备 或 是 部 件 上 设 置 摄 影 测 量 标 志 , 标 志 有 两 种 :一 是 可 以 与 观 测 目 标 相 配 合 的 立 体 标 志 , 一 是 可 以 粘 贴的 平 面 标 志 。 平 面 标 志 也 分 为 两 种 : 一 种 是 带 有 编 码 图案 的 , 可 以 实 现 同 名 点 的 自 动 识 别 技 术 , 一 种 是 普 通 的只 带 有 对 称 图 案 。• 从 各 个 角 度 对 设 备 或 部 件 进 行 摄 影 ;• 计 算 机 数 据 处 理 , 求 得 个 点 的 空 间 坐 标 。2007-5-9 23

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14.6 测 量 实 验 室 介 绍中 心 测 量 实 验 室 的 主 要 用 途 有 四 个 方 面 :• 对 长 度 测 量 器 具 和 仪 器 进 行 高 精 度 的 标 定• 对 偏 距 测 量 仪 器 进 行 高 精 度 的 标 定• 对 摄 影 测 量 仪 器 和 方 法 进 行 鉴 定• 对 陀 螺 经 纬 仪 进 行 鉴 定实 验 室 在 50 年 测 量 工 作 中 不 断 探 索 , 研 制 成 功了 一 批 工 业 测 量 仪 器 , 为 世 界 精 密 工 业 测 量 的 发展 中 做 出 了 卓 越 的 贡 献 。2007-5-9 25

14.6 测 量 实 验 室 介 绍(1) 长 度 基 线2007-5-9 26

14.6 测 量 实 验 室 介 绍(2) 偏 距 检 定 装 置2007-5-9 27