Analysis and modeling of the effect of tides on the hydrostatic leveling system at CERN

International audienceTo meet alignment tolerances that are becoming tighter and tighter (¡10 mm for the Compact Linear Collider (CLIC) project), the surveyors in the Survey Section at European Organization for Nuclear Research (CERN) must master the tilt effects exerted on their hydrostatic levelling system (HLS) networks. These effects are many and have varied consequences, although the majority of them tilt the ground and also the water surface present inside HLS (HLS sensors in a homogeneous way. In order to model all inclinations together as a block, we have adjusted, at each time t, the line through the seven sensors in the Transfer Tunnel 1 (TT1) experiment. After removal of this signal, the residual amplitudes of the readings are less than the HLS alignment tolerances of the proposed CLIC main accelerator CLIC. In addition, the residual signals have lost their semidiurnal and diurnal periodic components, proving that any local effects in the TT1 facility cannot be detected with the accuracy of our systems. Further progress has to be made however, to master the effect of temperature on the HLS. The periods remaining in the residual HLS signal proves the presence of uncorrected thermal effects

Analyse et modélisation de l'effet des marées sur les réseaux de nivellement hydrostatiques du CERN

The surveyors of the Large Scale Metrology section of the European Organization for Nuclear Research (CERN) use hydrostatic levelling systems (HLS) to perform precise vertical alignment measurements. The HLS achieves micrometer accuracy, which allows it to be used for the fundamental physics experiments such as the Large Hadron Collider (LHC). An HLS measures the deformations that lead to the misalignment of any particle accelerator linked to the ground, but it also measures other phenomena with very particular characteristics. Among these measured phenomena Earth tides form the main part of the signal. Their effect on HLS measurements is periodic and produces a long baseline tilt that does not lead to a relative misalignment of the magnets that constitute the accelerator.The objectives of this doctoral research are to be able to predict the effects which do not disturb the relative alignment of a particle accelerator and to remove these signals from the HLS measurements. Indeed, the horizontal and vertical positioning tolerances to be respected in the realm of particle accelerators are becoming tighter and tighter. For example, the Compact Linear Collider (CLIC), currently the object of a feasibility study, requires a 3σ alignment accuracy of 10 μm in a sliding window of 200 m, in both the transverse and vertical directions. The HLS is a candidate for measuring the vertical alignment but the amplitude of the tidal effect is approximately +/-20 μm over200 m, making it necessary to take into account this long baseline phenomenon for the instrument to meet the CLIC requirements.This doctoral thesis is inspired by previous work on the long baseline tiltmeters and describes the effects measured by HLS in order to classify the measured phenomena according to whether they could produce a misalignment of a particle accelerator or not. Finally, the tools and models to predict those effects that are well understood are used to anticipate the different signals measured by HLS installed at CERN.Les géomètres de la section Survey de l’Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN) utilisent le nivellement hydrostatique HLS pour effectuer des alignements verticaux précis. Le HLS atteint des précisions micrométriques, ce qui lui permet d’être utilisé pour les expériences à but de physique fondamentale comme le Large Hadron Collider (LHC). HLS mesure certes des déformations qui ont pour conséquence de désaligner tout accélérateur de particules lié au sol, mais il mesure également d’autres phénomènes aux caractéristiques bien particulières. Parmi ces phénomènes mesurés, les marées terrestres représentent une part très largement majoritaire du signal. Leur effet sur les mesures HLS est périodique et engendre une inclinaison longue base qui n’aboutit pas au désalignement relatif des aimants constitutifs d’un accélérateur. Les objectifs de ce doctorat sont de pouvoir prédire les effets ne perturbant pas l’alignement relatif d’un accélérateur de particules et ainsi corriger les mesures HLS de ces signaux. En effet, les tolérances planimétrique et altimétrique à respecter dans le domaine des accélérateurs de particules sont de plus en plus serrées. Par exemple, le Compact Linear Collider (CLIC), aujourd’hui à l’étude de faisabilité, nécessite une précision d’alignement à 3σ de 10 μm dans une fenêtre glissante de 200 m selon les directions transversale et verticale. Le HLS est candidat pour assurer cet alignement vertical mais l’amplitude de marée est d’environ +/-20 μm à 200 m, rendant nécessaire la prise en compte de ce phénomène longue base pour que l’instrumentation réponde aux besoins du CLIC. Ce doctorat est inspiré des travaux déjà réalisés sur les inclinomètres longue base et décrit les effets mesurés par HLS afin de classer ces phénomènes selon qu’ils désalignent ou non un accélérateur de particules. Enfin, les outils et modèles pour prédire les effets maitrisables sont utilisés pour anticiper les différents signaux mesurés par les HLS installés au CERN

Analysis and filtering of the effect of tides on the hydrostatic levelling systems at CERN

Les géomètres de la section Survey de l’Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN) utilisent le nivellement hydrostatique HLS pour effectuer des alignements verticaux précis. Le HLS atteint des précisions micrométriques, ce qui lui permet d’être utilisé pour les expériences à but de physique fondamentale comme le Large Hadron Collider (LHC). HLS mesure certes des déformations qui ont pour conséquence de désaligner tout accélérateur de particules lié au sol, mais il mesure également d’autres phénomènes aux caractéristiques bien particulières. Parmi ces phénomènes mesurés, les marées terrestres représentent une part très largement majoritaire du signal. Leur effet sur les mesures HLS est périodique et engendre une inclinaison longue base qui n’aboutit pas au désalignement relatif des aimants constitutifs d’un accélérateur. Les objectifs de ce doctorat sont de pouvoir prédire les effets ne perturbant pas l’alignement relatif d’un accélérateur de particules et ainsi corriger les mesures HLS de ces signaux. En effet, les tolérances planimétrique et altimétrique à respecter dans le domaine des accélérateurs de particules sont de plus en plus serrées. Par exemple, le Compact Linear Collider (CLIC), aujourd’hui à l’étude de faisabilité, nécessite une précision d’alignement à 3σ de 10 μm dans une fenêtre glissante de 200 m selon les directions transversale et verticale. Le HLS est candidat pour assurer cet alignement vertical mais l’amplitude de marée est d’environ +/-20 μm à 200 m, rendant nécessaire la prise en compte de ce phénomène longue base pour que l’instrumentation réponde aux besoins du CLIC. Ce doctorat est inspiré des travaux déjà réalisés sur les inclinomètres longue base et décrit les effets mesurés par HLS afin de classer ces phénomènes selon qu’ils désalignent ou non un accélérateur de particules. Enfin, les outils et modèles pour prédire les effets maitrisables sont utilisés pour anticiper les différents signaux mesurés par les HLS installés au CERN.The surveyors of the Large Scale Metrology section of the European Organization for Nuclear Research (CERN) use hydrostatic levelling systems (HLS) to perform precise vertical alignment measurements. The HLS achieves micrometer accuracy, which allows it to be used for the fundamental physics experiments such as the Large Hadron Collider (LHC). An HLS measures the deformations that lead to the misalignment of any particle accelerator linked to the ground, but it also measures other phenomena with very particular characteristics. Among these measured phenomena Earth tides form the main part of the signal. Their effect on HLS measurements is periodic and produces a long baseline tilt that does not lead to a relative misalignment of the magnets that constitute the accelerator.The objectives of this doctoral research are to be able to predict the effects which do not disturb the relative alignment of a particle accelerator and to remove these signals from the HLS measurements. Indeed, the horizontal and vertical positioning tolerances to be respected in the realm of particle accelerators are becoming tighter and tighter. For example, the Compact Linear Collider (CLIC), currently the object of a feasibility study, requires a 3σ alignment accuracy of 10 μm in a sliding window of 200 m, in both the transverse and vertical directions. The HLS is a candidate for measuring the vertical alignment but the amplitude of the tidal effect is approximately +/-20 μm over200 m, making it necessary to take into account this long baseline phenomenon for the instrument to meet the CLIC requirements.This doctoral thesis is inspired by previous work on the long baseline tiltmeters and describes the effects measured by HLS in order to classify the measured phenomena according to whether they could produce a misalignment of a particle accelerator or not. Finally, the tools and models to predict those effects that are well understood are used to anticipate the different signals measured by HLS installed at CERN

Analysis and filtering of the effect of tides on the hydrostatic levelling systems at CERN

Les géomètres de la section Survey de l’Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN) utilisent le nivellement hydrostatique HLS pour effectuer des alignements verticaux précis. Le HLS atteint des précisions micrométriques, ce qui lui permet d’être utilisé pour les expériences à but de physique fondamentale comme le Large Hadron Collider (LHC). HLS mesure certes des déformations qui ont pour conséquence de désaligner tout accélérateur de particules lié au sol, mais il mesure également d’autres phénomènes aux caractéristiques bien particulières. Parmi ces phénomènes mesurés, les marées terrestres représentent une part très largement majoritaire du signal. Leur effet sur les mesures HLS est périodique et engendre une inclinaison longue base qui n’aboutit pas au désalignement relatif des aimants constitutifs d’un accélérateur. Les objectifs de ce doctorat sont de pouvoir prédire les effets ne perturbant pas l’alignement relatif d’un accélérateur de particules et ainsi corriger les mesures HLS de ces signaux. En effet, les tolérances planimétrique et altimétrique à respecter dans le domaine des accélérateurs de particules sont de plus en plus serrées. Par exemple, le Compact Linear Collider (CLIC), aujourd’hui à l’étude de faisabilité, nécessite une précision d’alignement à 3σ de 10 μm dans une fenêtre glissante de 200 m selon les directions transversale et verticale. Le HLS est candidat pour assurer cet alignement vertical mais l’amplitude de marée est d’environ +/-20 μm à 200 m, rendant nécessaire la prise en compte de ce phénomène longue base pour que l’instrumentation réponde aux besoins du CLIC. Ce doctorat est inspiré des travaux déjà réalisés sur les inclinomètres longue base et décrit les effets mesurés par HLS afin de classer ces phénomènes selon qu’ils désalignent ou non un accélérateur de particules. Enfin, les outils et modèles pour prédire les effets maitrisables sont utilisés pour anticiper les différents signaux mesurés par les HLS installés au CERN.The surveyors of the Large Scale Metrology section of the European Organization for Nuclear Research (CERN) use hydrostatic levelling systems (HLS) to perform precise vertical alignment measurements. The HLS achieves micrometer accuracy, which allows it to be used for the fundamental physics experiments such as the Large Hadron Collider (LHC). An HLS measures the deformations that lead to the misalignment of any particle accelerator linked to the ground, but it also measures other phenomena with very particular characteristics. Among these measured phenomena Earth tides form the main part of the signal. Their effect on HLS measurements is periodic and produces a long baseline tilt that does not lead to a relative misalignment of the magnets that constitute the accelerator.The objectives of this doctoral research are to be able to predict the effects which do not disturb the relative alignment of a particle accelerator and to remove these signals from the HLS measurements. Indeed, the horizontal and vertical positioning tolerances to be respected in the realm of particle accelerators are becoming tighter and tighter. For example, the Compact Linear Collider (CLIC), currently the object of a feasibility study, requires a 3σ alignment accuracy of 10 μm in a sliding window of 200 m, in both the transverse and vertical directions. The HLS is a candidate for measuring the vertical alignment but the amplitude of the tidal effect is approximately +/-20 μm over200 m, making it necessary to take into account this long baseline phenomenon for the instrument to meet the CLIC requirements.This doctoral thesis is inspired by previous work on the long baseline tiltmeters and describes the effects measured by HLS in order to classify the measured phenomena according to whether they could produce a misalignment of a particle accelerator or not. Finally, the tools and models to predict those effects that are well understood are used to anticipate the different signals measured by HLS installed at CERN

Analyse et modélisation de l'effet des marées sur les réseaux de nivellement hydrostatiques du CERN

Les géomètres de la section Survey de l Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN) utilisent le nivellement hydrostatique HLS pour effectuer des alignements verticaux précis. Le HLS atteint des précisions micrométriques, ce qui lui permet d être utilisé pour les expériences à but de physique fondamentale comme le Large Hadron Collider (LHC). HLS mesure certes des déformations qui ont pour conséquence de désaligner tout accélérateur de particules lié au sol, mais il mesure également d autres phénomènes aux caractéristiques bien particulières. Parmi ces phénomènes mesurés, les marées terrestres représentent une part très largement majoritaire du signal. Leur effet sur les mesures HLS est périodique et engendre une inclinaison longue base qui n aboutit pas au désalignement relatif des aimants constitutifs d un accélérateur. Les objectifs de ce doctorat sont de pouvoir prédire les effets ne perturbant pas l alignement relatif d un accélérateur de particules et ainsi corriger les mesures HLS de ces signaux. En effet, les tolérances planimétrique et altimétrique à respecter dans le domaine des accélérateurs de particules sont de plus en plus serrées. Par exemple, le Compact Linear Collider (CLIC), aujourd hui à l étude de faisabilité, nécessite une précision d alignement à 3 de 10 m dans une fenêtre glissante de 200 m selon les directions transversale et verticale. Le HLS est candidat pour assurer cet alignement vertical mais l amplitude de marée est d environ +/-20 m à 200 m, rendant nécessaire la prise en compte de ce phénomène longue base pour que l instrumentation réponde aux besoins du CLIC. Ce doctorat est inspiré des travaux déjà réalisés sur les inclinomètres longue base et décrit les effets mesurés par HLS afin de classer ces phénomènes selon qu ils désalignent ou non un accélérateur de particules. Enfin, les outils et modèles pour prédire les effets maitrisables sont utilisés pour anticiper les différents signaux mesurés par les HLS installés au CERN.The surveyors of the Large Scale Metrology section of the European Organization for Nuclear Research (CERN) use hydrostatic levelling systems (HLS) to perform precise vertical alignment measurements. The HLS achieves micrometer accuracy, which allows it to be used for the fundamental physics experiments such as the Large Hadron Collider (LHC). An HLS measures the deformations that lead to the misalignment of any particle accelerator linked to the ground, but it also measures other phenomena with very particular characteristics. Among these measured phenomena Earth tides form the main part of the signal. Their effect on HLS measurements is periodic and produces a long baseline tilt that does not lead to a relative misalignment of the magnets that constitute the accelerator.The objectives of this doctoral research are to be able to predict the effects which do not disturb the relative alignment of a particle accelerator and to remove these signals from the HLS measurements. Indeed, the horizontal and vertical positioning tolerances to be respected in the realm of particle accelerators are becoming tighter and tighter. For example, the Compact Linear Collider (CLIC), currently the object of a feasibility study, requires a 3 alignment accuracy of 10 m in a sliding window of 200 m, in both the transverse and vertical directions. The HLS is a candidate for measuring the vertical alignment but the amplitude of the tidal effect is approximately +/-20 m over200 m, making it necessary to take into account this long baseline phenomenon for the instrument to meet the CLIC requirements.This doctoral thesis is inspired by previous work on the long baseline tiltmeters and describes the effects measured by HLS in order to classify the measured phenomena according to whether they could produce a misalignment of a particle accelerator or not. Finally, the tools and models to predict those effects that are well understood are used to anticipate the different signals measured by HLS installed at CERN.STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF