DECIGO pathfinder のための 静電センサーの開発

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1 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

2 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

3 DECIGO pathfinder 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
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

4 静電容量センサーとアクチュエーター 試験マスモジュール ●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

5 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

6 原理 C1 C2 77kHz 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 センサー回路 － － ＋＋ ＋ ＋
　　　　　　　↓ テストマスの内部が静電誘導される ＋＋ － － ＋　＋ C1 C2 電場 センサー回路 テストマス ＋ － ミキサー RF LO IF

7 原理 x1→小 磁場が発生 C1→大 Q1→大 V x2→大 C2→小 Q2→小 電流 C1 電流 － －－ － ＋＋＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋
＋　＋ ＋＋＋ C2 － － － x2→大 － 電流 C2→小 Q2→小

8 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

9 原理検証実験 ① ② アクチュエーターで振り子を振る ・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
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 フォトセンサー 振り子 ・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

10 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] ~ L1=5mH L2=5mH C1=470pF
－Q ＋Q 予想電荷分布 ~ 予想効率 L1=5mH L2=5mH C1=470pF C2=180pF L1 L2 C1 C2 10V 77kHz C0=160nF (1mmのギャップ） 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]

11 結果 原理の実証 センサーの効率～30[V/m] 目標 感度

12 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

13 さらに感度を上げるために センサー効率を上げたい ノイズは~10-7[V/rHz]なので、これ以上下げるのは難しい ・距離 ・極板面積
　　・距離 　　・極板面積 　　・印加電圧 　　・信号の増幅 ちなみに LPFは300[V/m] 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

14 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
　・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

15 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