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

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 －－ 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

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

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

① ② 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

~ ＋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]

感度センサーの効率～30[V/m] 原理の実証目標結果

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

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

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

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

DECIGO pathfinder のための静電センサーの開発