| 研究課題/領域番号 |
18K03670
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
宮川 治 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (90532680)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 重力波天文学 / 重力波検出実験 / 干渉計 / 微小計測 / リアルタイム制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は高解像度の制御信号をKAGRAの主鏡に適用することで、信号分解能の制限からくる検出器の安定性の問題を解決し、重力波を長期間にわたり取りこぼしなく安定に検出することを目指す。重力波天文学時代の多数の重力波検出に耐え得る検出器を作り上げることを最終的な目標とする。
具体的には、実際のKAGRAの主鏡のアクチュエーター部分に信号を送るデジタルアナログコンバーターを、現在の16ビットのものから新たな20ビットのものに置き換えることで、制御信号の分解能の向上をし、重力波検出機としての感度と安定性を向上することを考えている。
2018年度中は、まずは高解像度デジタルアナログコンバーターの選定と入手に費やした。選択したモデルはGeneral Standard社の20ビットデジタルアナログコンバーターで、現在KAGRAで使われている16ビットモデルを新たに再基本から再設計したものになる。16ビットモデルを簡易的に拡張した18ビットモデルも存在しているが、出力信号の正負の反転時で信号が飛ぶなど、不安定が確認されたために、線型性、信号の滑らかさという意味で、より素直な拡張モデルの20ビット版のものを使うことにした。このモデルを一枚入手したが、実際のデジタルアナログコンバーターとして動作させるためには64KHzおよび1PPSの同期のためのクロック信号を入力する必要がある。そのための外部からのクロック信号を、リモートで切り替えて入力できる様な回路の設計、製作した。これはKAGRA本体でもそのままリモートで制御してクロック信号の切り替えができる様な、互換性の高い回路としたため、性能評価後そのままKAGRAに導入できるようになっている。出来上がった回路の動作確認まで行い、今後実際の出力信号の測定を行なっていく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2018年度は、将来の重力波天文学時代のKAGRAの性能を満たすはずの20ビットタイプのデジタルアナログコンバーターを入手できたこと、また、入手したデジタルアナログコンバーターの動作仕様を満たすような基本回路の設計、および製作まですすんだため、ほぼ計画した通りの進捗状況となっている。回路設計時においては、クロック信号の入力切替においてこれまで使ってきた16ビットシステムの基本回路も含めて、表にはあらわには出てこないが、入力信号が途絶える様なある状況下で、故障を引き起こす様な潜在的な問題が発見され、新回路の設計時にはその改良も含むなど想定していない進展もあった。そのため、本研究を進める過程でKAGRA本体でも同様の修正をした方がいいことも示された。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は実際に入手したデジタルアナログコンバーターと、設計制作した回路を使い、まずは20ビットデジタルアナログコンバーターが現在のKAGRAの制御システムと同等のシステムの上できちんと動くかどうかの確認をする。リアルタイム制御コードの改変、防振形の制御モデルの改変が必要となる。正しい動作が確認された上で、デジタルアナログコンバーター自身のの性能を評価する。具体的には8チャンネルの各チャンネルの出力信号のノイズの測定、線型性の測定、信号間のカップリングの測定などである。
測定された性能が、KAGRAの感度をどれくらい制限するのかを、定量的に評価し、現在の16ビットとの分解能の性能比較をする。その後、KAGRAの性能要求を満たすかどうか確認し、実際のKAGRA本体のメインテストマスの防振装置のアクチュエーターの一つに、本装置を導入するこをと考えている。
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