Instrumentation capteur au CERN

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1 Journée d échange CERN - EDF DTG Instrumentation capteur au CERN Hélène MAINAUD DURAND CERN, le 4 décembre 2014

2 Introduction Dans les années 90, développement de capteurs de mesure en continu: - pour l ESRF et le CERN (LEP): HLS - pour le CLIC: WPS Nouvelles perspectives: résolution sub-micrométrique mesures en continu dans des environnements hostiles (radiations, champs magnétiques) Générant de nouvelles méthodes, nouvelles applications, nouveaux développements.

3 Introduction Instrumentation capteur au CERN Sommaire Les systèmes d alignement (capteurs, performances, applications, valeur ajoutée du CERN) Hydrostatic Levelling System (HLS) Wire Positioning System (WPS) Autres capteurs (RasNik, RasDif, BCAM) D autres développements en cours

4 Système HLS Introduction Basé sur le principe des vases communicants Référence d alignement = surface d eau Fluide = eau déminéralisée + biocide Mesure 1D Différents types de réseaux hydrauliques reliant les pots Différentes technologies de mesures

5 Système HLS Technologie capacitive Caractéristiques: Résolution: 0.2 µm Course: 5 mm (10 mm) Répétabilité: ± 1 µm Signal de sortie: 0 10 V Référence absolue: ± 50 µm Temps de chauffe: 48 h Electronique intégrée ou déportée jusqu à 30 m.

6 Système HLS Valeur ajoutée du CERN Tests/validation des capteurs Amélioration de la détermination de la référence absolue Simplification des tests in situ Développement de systèmes de qualification des capteurs à distance

7 Système HLS Monitoring de structures Alignement vertical de composants Applications Monitoring des bedplates d ATLAS

8 Système HLS Applications Monitoring des bedplates d ATLAS

9 Système HLS Applications Monitoring des bedplates d ATLAS

10 Système HLS Applications Monitoring des bedplates d ATLAS

11 USA US Système HLS Applications Monitoring des bedplates d ATLAS C M A BED

12 Système HLS Applications Monitoring des bedplates d ATLAS

13 Système WPS Introduction Fil tendu = référence d alignement Mesure 2D Mise en tension par un système de couteau permettant une tension stable dans le temps Différentes technologies: capacitive ou optique : cwps et owps.

14 Système WPS cwps Caractéristiques: Résolution: 0.1 µm Course: 10 x 10 mm Répétabilité: < ± 1 µm Signal de sortie: 0 10 V Erreur de linéarité: ± 4 µm Référence absolue: ± 50 µm Electronique déportée jusqu à 30 m. Fil: carbon peek (flèche 19.1 mm sur 100 m, pour 15 kg)

15 Système WPS Valeur ajoutée du CERN Tests/validation des capteurs Diminution du bruit de mesures lié à la configuration des câbles Nouvel interface capteur pour un meilleur repositionnement et une meilleure interchangeabilité Amélioration des bancs de linéarité, développement d un banc de calibration absolue Maîtrise de la température pour réaliser des mesures au micron.

16 Système WPS owps Caractéristiques: Résolution: 0.1 µm Course: 10 x 10 mm Répétabilité: 1 µm Interchangeabilité ~ 8 µm Fil: vectran (liquid crystal polymer): flèche 11.4 mm sur 100 m, pour 15 kg)

17 Système WPS Applications Triplet low beta Monitoring 2D pendant travaux Alignement relatif Alignement absolu

18 Système WPS Applications Triplet low beta

19 Système WPS Applications Triplet low beta

20 Système WPS Applications Triplet low beta

21 Autres capteurs RasNik/RasDif RasNik = Red Alignment System from NIKHEF Ses composants: Un masque codé illuminé par des LEDs infrarouge à travers un diffuseur Une lentille Une caméra CCD RasDif Même concept avec 2 différences: Laser à la place de LEDs Plaque de diffraction à la place d une lentille RasNik GapMon system

22 Autres capteurs BCAM BCAM = Boston CCD Angle Monitor La BCAM analyse la position relative du centre d un spot lumineux projeté sur la CCD Résolution : 5 µrad (distance BCAM-source entre 1 et 20 m) Le système est composé de: CCD (TCP255P) 10 µm pixels, 336x243 pixels 1 lentille (dia 6 mm, ouverture 2 mm, field of view 40 mrad x 30 mrad) Diodes laser

23 D autres développements en cours Mesures de déformation & désalignement Two Beam Test Modules

24 Résumé Différents capteurs 1D ou 2D: HLS, WPS permettant des mesures relatives et absolues, grâce à des développements spécifiques réalisés par le CERN D autres capteurs permettant des mesures en continu, en relatif uniquement (RasNik, RasDif), ou moins précis (BCAM) R&D pour les prochaines années au CERN, axée sur des capteurs résistants aux radiations: - Développement d un HLS-Lines (interférométrie) - Développement d un inclinomètre (exactitude & précision qqs µrad) - Développement d un WPS low cost

25 D autres développements en cours Mesures de déformation & désalignement Exactitude 3D à mieux que 10 µm Amélioration de la synchronisation et de la fréquence d acquisition de la CCD pour faire un suivi dynamique d objets oscillants