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DECIGO pathfinder のための 静電センサーの開発

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DECIGO pathfinder のための 静電センサーの開発. お茶大、国立天文台 A 、東大地震研 B 、京大理 C 、法政大工 D 江尻悠美子,大渕喜之 A ,岡田則夫 A ,鳥居泰男 A ,若林野花,鈴木理恵子,上田暁俊 A ,川村静児 A ,新谷昌人 B ,安東正樹 C ,佐藤修一 D ,菅本晶夫. 目次. ● 静電センサーの位置づけ ● 静電センサーの仕様 ● 原理検証実験 ● 今後の予定 ● まとめ. DECIGO pathfinder. 安定化レーザー光源. 試験マスモジュール ・静電センサー ・アクチュエーター ・ローンチロック

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Presentation Transcript
decigo pathfinder

DECIGO pathfinderのための静電センサーの開発

お茶大、国立天文台A、東大地震研B、京大理C、法政大工D

江尻悠美子,大渕喜之A,岡田則夫A,鳥居泰男A,若林野花,鈴木理恵子,上田暁俊A,川村静児A,新谷昌人B,安東正樹C,佐藤修一D,菅本晶夫

slide2
目次

●静電センサーの位置づけ

●静電センサーの仕様

●原理検証実験

●今後の予定

●まとめ

decigo pathfinder3
DECIGO pathfinder

安定化レーザー光源

試験マスモジュール

・静電センサー

・アクチュエーター

・ローンチロック

・レーザーセンサー

干渉計モジュール

slide4
静電容量センサーとアクチュエーター

●テストマス非接触支持のためのテストマス変位センサーとアクチュエーター

●静電容量型

●センサーとアクチュエーターは極板を共用

電極

印加電極

試験マスモジュール

slide5
開発項目

●原理検証(動作確認、効率測定)

●感度改善

●BBMを用いた各パラメーターの最適化

●制御実験

slide6

77kHz

- -

C1

印加電圧により電場の発生

テストマスの内部が静電誘導される

+ +

- -

++

++

- -

+ +

電場

C2

- -

IF

RF

テストマス

ミキサー

LO

原理

センサー回路

slide7
原理

x1→小

磁場が発生

C1→大

電流

Q1→大

--

C1

++++

+++

V

+ +

+++

C2

x2→大

電流

C2→小

Q2→小

slide8
原理検証実験

目的

●センサーが変位を測定できるか確認

●センサー効率の測定

セットアップ

●1自由度で回路制作

●二段振り子を使用

電極の1つを印加電圧に

1つをセンサー回路につなぐ

その他はアクチュエーターとして利用

センサー回路へ

電極

slide9

フォトセンサー

振り子

原理検証実験

アクチュエーターで振り子を振る

上図のような電圧(AC、150v、 200Hz )の

パルス波を交互にかけマスを振る

・振り子の伝達関数を測定

 →きちんと変位を測れているかをみる

・反射型フォトセンサーを使って同様に伝達関数を測定

 →センサー効率を求める

slide10

~

+Q

-Q

-Q

+Q

+Q

-Q

L1

L2

-Q

+Q

予想電荷分布

C1

C2

10V

77kHz

L1=5mH

L2=5mH

C1=470pF

C2=180pF

C0=160nF

(1mmのギャップ)

予想効率

これらのパラメーターを使って、センサー効率を計算すると

~72[V/m]

slide11

感度

センサーの効率~30[V/m]

原理の実証

目標

結果
slide12
考察

●このセットアップで変位は測定できる

●センサー効率は予想の半分以下

考えられる原因

・テストマス内部の電荷配置

・トランスの相互誘導の結合定数

・ミキサー効率

簡単のために1とおいた

slide13

ちなみに

LPFは300[V/m]

センサー効率を上げたい

  ・距離

  ・極板面積

  ・印加電圧

  ・信号の増幅

さらに感度を上げるために

ノイズは~10-7[V/rHz]なので、これ以上下げるのは難しい

(ミキサー自体のノイズが~5×10-8あるため)

  ミキサーの改善が必要

・~100kHz帯域で入力dBmの大きいミキサーを探す

・作る

現在、ミキサーのRF入力の制限が1dBmなので、ミキサー前で信号を増幅できない

slide14
今後

●目標感度の達成

●各パラメーターの最適化(BBMの極板を使用)

 ・印加電圧

 ・極板面積

 ・極板‐テストマス間距離

●静電アクチュエーターと併せて制御実験

  (大気中、2自由度、BBMを使用)

エンジニアリングモデルへフィードバッグ

slide15
まとめ

●静電センサーの原理は実証できた

●目標感度に達するために、センサー効率を上げる必要がある

●今後はBBMを用いたパラメーターの最適化と、制御実験を行う予定である