Mechanical design of a robot for high magnetic field mapping

In nuclear physics research centres, particle accelerators are becoming more and more powerful to investigate the matter structure. Recently, a new superconducting dipole has been designed at Paul Scherrer Institute (PSI); however, some tests must be performed before commissioning. In particular, a 3D map of the magnetic field distribution inside the magnet is required, to check the accordance with the theoretical model. The purpose of this thesis is the realization of an automatic system capable of mapping the region of interest with an error E in the magnetic field magnitude below 0.1% of the nominal maximum field (6T). The development started with the definition of prerequisites such as accuracy and sampling strategy, continued with the bench design and finished with theoretical and experimental assessments of the test bench. Measurement uncertainty has been evaluated in detail, it is related to sensors resolution and vibration due to external factors and selected motion law. As the design procedure has been conservative, the resulting E is below 0.01%. The value will be experimentally confirmed once completed the test bench construction.

Nei centri di ricerca di fisica nucleare, acceleratori di particelle sempre più grandi e potenti sono costruiti per studiare la struttura della materia. Un nuovo dipolo superconduttore è appena stato sviluppato al Paul Scherrer Institute (PSI); tuttavia, prima di installarlo, è necessario effettuare dei test che ne confermino la buona funzionalità. Tra le varie verifiche da effettuare, vi è la necessità di creare una mappa tridimensionale della distribuzione di campo magnetico generato, per confermare il modello teorico. Scopo di questa tesi è la realizzazione di un sistema automatizzato che realizzi una mappa della regione d'interesse, con un errore E nella valutazione dell'intensità del campo magnetico inferiore allo 0.1% del massimo campo nominale (6T). Il lavoro è iniziato con la definizione dei prerequisiti come accuratezza e strategia di campionamento, è continuato con il design del banco di prova e si è concluso con valutazioni sperimentali e teoriche sul banco di prova completo. Particolare attenzione è stata posta sull'incertezza di misura del campo, legata alla risoluzione dei sensori impiegati e all'influenza di vibrazioni ambientali e derivanti dalla scelta della legge di moto. Avendo seguito regole molto conservative durante il design, E risulta inferiore a 0.01%, valore che andrà confermato sperimentalmente una volta completata la costruzione del banco di prova.