江门中微子中心探测器小模型中监测系统研究

论文摘要

江门中微子实验项目将是继大亚湾中微子实验后中国对中微子更进一步研究的大型实验。为了完成该项目,需要设计一个缩比小模型（位于北京高能物理研究所）来对江门中微子实验的核心部件“探测器”进行模拟。通过小模型的模拟,可以预测“探测器”的力学特性、温度特性,并且通过安装小模型监测系统,提前发现和排除监测系统中的问题和不足,为“探测器”监测系统的设计提供参考。为此,本文采用一种小模型监测系统的设计,以提高监测精度与稳定性。本文的主要工作包括:（1）针对小模型环境温度的测量问题,目前的研究主要包括辐射式、光纤光栅式、电阻式的测温方法,本文针对电阻式测温法在抑制零点偏置和长距离传输误差上的不足,采用了三阻式的自校正方法。三阻式自校正方法通过多路转换开关对2个标准电阻和1个PT100热敏电阻的快速切换,得到在存在零点偏置情况下输出电压与标准电阻、PT100电阻的关系,此时标准电阻、PT100电阻的零点偏置可视为相同,再由联立计算约去放大电路的零点偏置,得到PT100电阻值与输出电压间的关系。经过对比实验验证,证明了自校正算法的有效性。另外也讨论和验证光纤光栅温度传感器的可行性,与电阻式测温法共同构成了小模型温度监测模块。（2）针对小模型力学特性的测量问题,目前的研究主要关注在小模型支撑杆径向应变和球体形变上。支撑杆应变测量方法包括光纤式和振弦式等,形变测量方法包括分布式光纤测量和轮廓测量仪等。本文针对光纤式和振弦式在环境适应上的缺点以及偏载现象采用了应变片式的测量方法作为小模型支撑杆应力测量模块。该方法通过在304不锈钢支撑杆同截面对面对称贴两片KYOWA应变片平衡偏载,再经应力分析仪采集和数据处理测出支撑杆的应变,在-60120μξ范围内监测误差小于4μξ,满足了小模型实验的监测要求,并进一步的通过实验证明每杆贴4片应变片能将误差减小为1μξ之内。另外设计了由SDVG20微位移传感器和C8051F350微控制器组成的形变监测模块,经实验验证,该模块在±1mm的变形范围内,监测误差小于0.01mm,满足小模型实验要求。温度监测模块、应变监测模块和形变监测模块在北京高能物理研究所内搭建完成,对应的采集装置与PC计算机接口构成了小模型参数的监测系统,达到了温度误差≦0.2℃、应变误差≦4μξ、形变误差≦0.01mm的指标和预期目的,并通过软件系统完成了监测系统数据的收集、处理和显示。监测系统在小模型的吊装、灌注、载荷实验过程中运行稳定,状态良好,收集到的数据持续记录至数据库中,为小模型的安装运行稳定提供了数据支撑,为江门中心探测器的设计理论提供了实验验证。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 温度监测技术研究现状

1.2.2 应变监测技术研究现状

1.2.3 形变监测技术研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第二章小模型监测系统总体方案

2.1 引言

2.2 监测系统需求分析

2.2.1 温度监测指标

2.2.2 支撑杆应变监测指标

2.2.3 有机玻璃球和不锈钢网壳形变监测指标

2.3 模块方案选择

2.3.1 基本原则

2.3.2 纯水温度监测模块设计

2.3.3 支撑杆应变监测模块的设计

2.3.4 形变监测模块设计

2.4 总体结构设计

2.5 小结

第三章小模型温度监测模块设计

3.1 引言

3.2 PT100 温度监测模块

3.2.1 PT100 温度监测模块单元设计

3.2.2 温度监测网络电路

3.2.3 基于三电阻法的测温方案

3.2.4 测温信号的数据处理

3.2.5 测温算法

3.2.6 实验过程与数据分析

3.3 基于光纤光栅温度传感器的温度监测模块

3.3.1 设计原理

3.3.2 性能参数

3.3.3 实验过程和数据分析

3.4 小结

第四章小模型应变监测模块设计

4.1 引言

4.2 小模型支撑杆应变监测模块设计

4.2.1 支撑杆结构

4.2.2 小模型支撑杆应变监测模块参数计算

4.3 双应变片测试实验

4.3.1 实验方法

4.3.2 实验结果与数据分析

4.3.4 数据分析小结

4.4 四应变片实验

4.4.1 测量方法

4.4.2 灵敏度分析

4.4.3 最小二乘法误差分析

4.5 小结

第五章小模型形变监测模块设计

5.1 引言

5.2 小模型形变监测模块设计

5.2.1 形变信号采集电路设计

5.2.2 微位移传感器信号采集电路设计

5.2.3 A/D转换电路设计

5.3 实验测试

5.4 小结

第六章小模型监测系统的搭建

6.1 小模型监测系统的搭建

6.1.1 小模型网壳结构

6.1.2 传感器安装

6.1.3 机箱连接方式

6.2 小模型监测系统测试与运行

6.2.1 小模型监测系统的界面设计

6.2.2 数据收集

6.3 小结

总结与展望

工作总结

未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱诗恒

导师: 徐向民,杨雷

关键词: 中微子实验,温度,应变,微位移,监测

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华南理工大学

分类号: O572.321

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.004725

总页数: 72

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