DECIGO pathfinderのための静電センサーの開発

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
干渉計モジュール
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
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
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
77kHz
原理
－－
－－
~
V
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
センサー回路
－
＋
~
RF
IF
V
テストマス
ミキサー
LO
原理
Q  CV
x1→小
C1→大
Q1→大
磁場が発生
電流
C 
－
－－－
＋＋＋＋
＋＋＋
V
C1
＋＋
＋＋＋
C2
－－－
x2→大
C2→小
Q2→小
－
電流
S
x
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
V
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
原理検証実験
V2
①
アクチュエーターで
振り子を振る
②
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
フォトセンサー
振り子
・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
~
予想効率
＋Q
－Q
＋Q
－Q
－Q
＋Q
－Q
＋Q
予想電荷分布
L1
~
V
C1
10V
77kHz
L2
C2
L1=5mH
L2=5mH
C0=160nF
(1mmのギャップ）
C1=470pF
C2=180pF
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]
結果
原理の実証
センサーの効率～30[V/m]
感度
8
m

 Hz 
10
m

 Hz 
~ 5  10
目標
~ 10
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
さらに感度を上げるために
8
5  10
10
 10
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）
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
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
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
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
エンジニアリングモデルへ
・極板面積
フィードバッグ
・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）
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

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