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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 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 物理学会@九州工業大学 2 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 物理学会@九州工業大学 3 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 物理学会@九州工業大学 4 試験マスモジュール構成 ① 試験マスと衛星の非接触制御機構 • • • • • • 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） ② 打上時の鏡保護機構 • ローンチロック機構 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 5 5 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 ●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 物理学会@九州工業大学 6 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 物理学会@九州工業大学 7 静電センサー原理① 電流 テストマスと電極の距離xが変化 電極 C1 ++ ++ + + + x1 静電容量Cの変化 テストマス Q CV C 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 電流が発生 S x 8 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 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 9 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 d Ｖ 1 1 0S 2 2 U CV V 2 2 x U 1 0S 2 f V 2 x 2 x 発生する力は 電圧Vの２乗に比例する 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 10 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 物理学会@九州工業大学 11 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① ミキサーへ アクチュ エーター② 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 12 センサー＋アクチュエーターの回路 電極 センサー 100kHz 1 Za C a 0.1F j C a センサー 100kHz × アクチュエーター信号は GNDに落ちずに電極に 加わる アクチュ エーター 200Hz Z a 16Ω アクチュエーター 200Hz Z a 8000Ω 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 物理学会@九州工業大学 13 実験セットアップ 2段振り子 18ｃｍ 0.1mmタングステン eddy current ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞ 18ｃｍ 0.285mm釣り糸 極板 センサー回路 テストマス（絶縁） 半径r=5cm,幅d=6cm,1.25kg,アルミ 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 14 センサー効率測定方法 実際は 固定 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 固定 15 センサー効率測定方法 固定 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 16 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 物理学会@九州工業大学 17 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 物理学会@九州工業大学 18 静電センサー 感度 あと3桁改良する必要がある @0.1Hz 10 7 m Hz 要求値は 10 10 m 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 @0.1Hz Hz 19 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 2010/9/14 物理学会@九州工業大学 など検討中 20 まとめ 今後の予定 ●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） まとめ ●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 物理学会@九州工業大学 21