2010/9/14 @物理学会 九州工業大学 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

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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

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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。

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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

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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

5

試験マスモジュール構成

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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）

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●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

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静電センサー原理①

テストマス

電極

x1C1

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

x

SC

CVQ

+ +++ + + +

電流

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＋＋＋

＋　＋

－－－

－電流

＋＋＋

＋＋＋＋

－ －

－

電流

電流の差を取り出せる

静電センサー原理②

差動トランス

－

100kHzで変調

100kHz共振回路

100kHzで復調

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　　静電アクチュエーター原理

S Ｖ

d

202

2

1

2

1V

x

SCVU

220

2

1V

x

S

x

Uf

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

発生する力は電圧 V の２乗に比例する

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●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

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実験セットアップ

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

●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

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センサー＋アクチュエーターの回路

aa CjZ

1

センサー　100kHz

Ω16aZ

Ω8000aZ

FCa 1.0

アクチュエーター　200Hz

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

×

アクチュエーター200Hz

センサー100kHz

電極

アクチュエーター信号は GND に落ちずに電極に加わる

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実験セットアップ

テストマス（絶縁）

半径 r=5cm, 幅 d=6cm,1.25kg, アルミ

極板

2 段振り子

eddy current ﾀﾞﾝﾋﾟﾝｸﾞ

18 ｃｍ

18 ｃｍ

センサー回路

0.1mm タングステン

0.285mm 釣り糸

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センサー効率測定方法

実際は

固定 固定

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センサー効率測定方法

固定

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●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

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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

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静電センサー　感度

@0.1Hz

Hzm710

あと 3桁改良する必要がある

要求値は @0.1Hz

Hzm1010

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考察

●目標感度達成のために、 3 桁改善させる必要がある

●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

低ノイズのオペアンプの選定　　　など検討中

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まとめ

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

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）