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干渉計型重力波検出器の懸架装置の能動制御のための高感度加速度計の開発

東大天文，国立天文台 , 東大宇宙線研

荒瀬勇太，高橋竜太郎，我妻一博，福嶋美津広，山崎利孝，石崎秀晴，新井宏二，辰巳大輔，和泉究、藤本眞克

1. IntroductionMotivation

LCGTの低周波防振装置Seismic Attenuation Systemの性能を十分に引き出すためには、高感度加速度計によってその共振をつぶす事が必要LCGT建設予定地・神岡の地面振動に対して、現状の加速度計の感度では不十分

Goal感度目標

(神岡の地面振動レベル以上の感度 )10 m/ Hz @1Hz -9 折り畳み振り子を利用した共振周波数の低い振り子と

Michelson干渉計を用いた高感度の変位センサーを組み合わせたサーボ型加速度計の開発

Concept

( )

質点の振動 dX=H dX と地面振動 dX との差をセンサーで読み取る

この時、フィードバックシグナル V には

という地面振動の加速度に比例した信号が含まれている。ここで!はDCでのコイルアクチュエーター効率 [m/V]

pendulum seis seis

センサーで検出した信号をサーボフィルターに通し、アクチュエーターに返して質点を制御する。

共振周波数 foの低い振り子と、ノイズの小さい高感度な変位センサー Hを用いることで、より性能の高い加速度計を実現

2.サーボ型加速度計の原理

HH

dX

dX dXdx

dX

dx

A

pendulum Verr

Vfb

F

seis

seis

fb

1+GG1Vfb dX dX(2! f )= seis seis

ffo

22

"

3.折り畳み振り子

単振り子と倒立振り子を連結した力学モデルで表される [ 力学モデル ]

[ 製作 ]

水平方向の移動に対し、単振り子の復元力と倒立振り子にかかる重力による反バネ効果が打ち消し合い浅いポテンシャルを作り出すコンパクトなサイズでも低い共振周波数を実現

アルミニウムにより、モノリシックに製作振り子と試験質量部分との連結部分を 30#mまで細くすることで、連結点での摩擦を抑えた験質量に重りを載せ、共振周波数とQ値の調整を行った

設計通り共振周波数約600mHzを達成

xs

xm

L1

L2$2L3

Me1

e2M$1

f0Me1

Me1L1Me2=2! 1 g( )Me2L2

gL2

k

Proof massIP SP

4.Michelson干渉計を用いた変位センサー基線長6cmのMichelson 干渉計を使って、試験質量と、地面との相対変位を測定固定鏡とピエゾ付き鏡とを使って、干渉計をミッドフリンジにロックし、感度を測定した

ノイズレベル : 1.0×10 m/ Hz@1Hz目標感度に対して、十分低いノイズレベル

-11

5.地面振動測定

折り畳み振り子に取り付けられた鏡と固定鏡とで構成された干渉計により、地面振動を測定した

今後、神岡での地面振動測定を予定

東京・三鷹の地面振動を測定：1.0 × 10 m/ Hz@1Hz（他の実験とコンシステントな結果　　三鷹の地面振動レベルの感度をもつことを確認）

-7

6.加速度計 2台を用いた感度評価実験

Fout of loop [ 今後の実験計画 ]

同等の加速度計を２台製作１台の信号を使用し、加振台を制御するもう一方の加速度計から制御を絶対評価する

地面振動によって隠されている加速度計のノイズのフロアレベルを測定する

Proof massIP SP Proof massIP SP

7.SummaryLCGT計画に向けた高感度加速度計の開発を開始折り畳み振り子と、Michelson干渉計を用いた加速度計折り畳み振り子：コンパクトなサイズで低い共振周波数（600mHz）

東京・三鷹の地面振動測定に成功今後、２台の加速度計を製作し、感度評価実験を行う予定

Michelson 干渉計：高感度で、ノイズレベルの低い変位センサー