DECIGO pathfinderの 試験マスモジュール制御実験

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1 DECIGO pathfinderの 試験マスモジュール制御実験
江尻悠美子 鈴木理恵子，権藤理奈，川村静児，阿久津智忠,鳥居泰男 上田暁俊，田中伸幸,大渕喜之，岡田則夫，新谷昌人，安東正樹 佐藤修一，菅本晶夫

2 目次 ●概要 ●試験マス1自由度制御実験の位置づけ ●静電センサー・アクチュエーターの原理 ●実験セットアップ ●結果 ●今後の予定・まとめ
2010/9/14

3 概要 ●目的 今まで別々に動作確認をしてきた静電センサー・静電アクチュエーターを同時に動作できることを確認し、試験マスを非接触制御することである。 ●今回はBBMに改良を加え、1自由度制御実験のセットアップでの ・静電センサーの効率の測定 ・静電センサーのノイズレベルの測定 を行った。 2010/9/14

4 DECIGO pathfinder 試験マスモジュール 安定化レーザー光源 干渉計モジュール 2010/9/14

5 試験マスモジュール構成 試験マスと衛星の非接触制御機構 打上時の鏡保護機構 静電容量型センサー 静電容量型アクチュエーター 試験マス
レーザーセンサー (地球重力場観測用) UV-LED（試験マスの放電機構） クランプリリース機構（軌道上精密位置決め） 打上時の鏡保護機構 ローンチロック機構 5 2010/9/14

6 試験マス制御実験の流れ ●静電センサー、静電アクチュエーターを 個別に制作・動作確認（実験要素） 済
　個別に制作・動作確認（実験要素）　済 ●センサー・アクチュエーターを同時に動作させる（BBM使用） ●制御実験（1自由度、4自由度、BBM使用） ●自由落下制御実験（BBM使用） 2010/9/14

7 目次 ●概要 ●試験マス1自由度制御実験の位置づけ ●静電センサー・アクチュエーターの原理 ●実験セットアップ ●結果 ●今後の予定・まとめ
2010/9/14

8 静電センサー原理① テストマスと電極の距離xが変化 静電容量Cの変化 電流が発生 電流 電極 x1 C1 + + + + + + +
2010/9/14

9 静電センサー原理② 100kHz 共振回路 電流 100kHzで復調 100kHzで変調 差動トランス 電流 電流の差を取り出せる
－ － － － 100kHzで変調 ＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋　＋ ＋＋＋ － － － 差動トランス － 電流 電流の差を取り出せる 2010/9/14

10 静電アクチュエーター原理 S Ｖ d 静電アクチュエーターの基本構造は 平行平板コンデンサー。 平行平板電極に電圧Vをかけたときに
　　静電アクチュエーター原理 静電アクチュエーターの基本構造は 平行平板コンデンサー。 平行平板電極に電圧Vをかけたときに 発生する静電力Fは、極板間距離をd、 極板面積をS、誘電率をεとすると S Ｖ d 発生する力は 電圧Vの２乗に比例する 2010/9/14

11 目次 ●概要 ●試験マス1自由度制御実験の位置づけ ●静電センサー・アクチュエーターの原理 ●実験セットアップ ●結果 ●今後の予定・まとめ
2010/9/14

12 実験セットアップ ●静電アクチュエーターをセンサー回路につなげるためのコンデンサーを配置 ●ガードリング（GND)を設置 テストマス
アクチュエーター② アクチュエーター① ミキサーへ 2010/9/14

13 センサー＋アクチュエーターの回路 センサー 100kHz × アクチュエーター 200Hz
電極 センサー　100kHz アクチュエーター　200Hz アクチュエーター信号はGNDに落ちずに電極に加わる 変調周波数をずらすことで、同じ回路・電極を使用してセンシングとアクチュエートが同時にできる 2010/9/14

14 実験セットアップ 0.285mm釣り糸 極板 テストマス（絶縁） 半径r=5cm,幅d=6cm,1.25kg,アルミ 2段振り子
eddy current ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞ 18ｃｍ センサー回路 0.1mmタングステン 0.285mm釣り糸 2010/9/14

15 センサー効率測定方法 実際は 固定 固定 2010/9/14

16 センサー効率測定方法 固定 2010/9/14

17 目次 ●概要 ●試験マス1自由度制御実験の位置づけ ●静電センサー・アクチュエーターの原理 ●実験セットアップ ●結果 ●今後の予定・まとめ
2010/9/14

18 センサー効率 効率は32[V/m] センサー単体での効率とアクチュエーターをつなげた効率は同じになった
2010/9/14

19 静電センサー　感度 あと3桁改良する必要がある @0.1Hz 要求値は @0.1Hz 2010/9/14

20 考察 ●静電センサーに静電アクチュエーターをつなげ、問題なくセンサーを動作させることができた
●静電センサー単体のセンサー効率と、本実験セットアップでのセンサー効率は変わらなかった ●制御に用いるレンジは1mmなので、このセットアップで制御は可能 ●目標感度達成のために、3桁改善させる必要がある 低ノイズのオペアンプの選定　　　など検討中 2010/9/14

21 まとめ 今後の予定 まとめ ●アクチュエーター効率を測る ●1自由度制御 ●4自由度制御（＋レーザーセンサー）
●アクチュエーターをつなげてセンサーを動作させることができた ●センサーは、さらなる感度改善の必要がある ●今後は制御をかける予定 2010/9/14

22 ガードリング BBM極板にはGNDに相当するところ がないため、極板を右図のように制作 BBMの金コーティングの電極を
センサートランスへ 印加電圧 ガードリング ES/EA用電極 印加電極 BBM極板にはGNDに相当するところ がないため、極板を右図のように制作 BBMの金コーティングの電極を 基板に取り付ける方式にした 2010/9/14

23 静電アクチュエーター原理 アクチュエーターでは200Hz,0.5Vの変調を用いている
●Vin=0のときは、全極板に均等な力を発生させ、両側から引っ張っている ●Vinの値に応じて各極板の力に強弱をつけ、アクチュエートする Vin x 極板１ 極板２ 極板３ 極板４ Vin F DSP 信号Vinに対して上記の式のような 信号を返しアクチュエートする

24 予想効率 38.5[V/m] 本実験での各パラメータ ●電極面積 A=18×62m㎡ ●印加電極面積 Ain=18×40m㎡
●ガードリング面積　 Agrd= 4898m㎡ ●ギャップ 　　　　 x0=3mm ●印加電圧周波数 f0 =100kHz ●印加電圧　　　　　　　　 Vin=10V ●復調電圧 VLO= 0.75V F ●コイルのインダクタンス　　 L=3mH ●共振回路Q値 　 Q=0.6 インピーダンス 電流の差 38.5[V/m] 静電センサー効率 トランスの結合定数をk=1とおいて計算 2010/9/14