| Форум РадиоКот https://radiokot.ru/forum/ |
|
| Индикатор радиации на PIN-фотодиоде https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=3&t=105862 |
Страница 1 из 11 |
| Автор: | ArtDen [ Сб июл 12, 2014 20:50:33 ] |
| Заголовок сообщения: | Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Планирую поиграться с PIN-фотодиодами в качестве прямых датчиков радиации (без сцинтилляторов). Когда приедут микры, соберу вот такую схему: Вложение: Когда бета- или гамма-частица реагирует с фотодиодом, на выходе схемы возникает короткий всплеск, величина которого зависит от типа и энергии частицы. Схема частично перерисована с девайса с сайта http://www.opengeiger.de, за исключением того, что второй каскад усиления сделан прямым, а не инвертирующим + уменьшено количество конденсаторов в цепи обратной связи. Какие косяки могут быть с этой схемой? Что в ней надо подправить? PS: пока что буду смотреть результат на осциллографе, но в будущем планируется подцепить всё это к МК, чтобы регистрировать энергию частиц по величине всплеска и рисовать спектр энергии зарегистрированных частиц. |
|
| Автор: | crocodil [ Сб июл 12, 2014 23:06:22 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Самый первый и очевидный косяк - это большая суммарная емкость четырех параллельно подключенных BPW34, а, соответственно, и тупизна подобного детектора к малоэнергетическим частицам. Второй косяк - большое сопротивление в цепи обратной связи ОР1. Детектор не будет работать на больших уровнях. Третий косяк - большая термонестабильность схемы - при изменении температуры на 20 градусов от той, при которой она была настроена, она не будет работать. Четвертый косяк - общую среднюю точку для 2-ух ОУ можно было-бы сделать общей. Устал писать, пока хватит? |
|
| Автор: | ArtDen [ Вс июл 13, 2014 05:37:03 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
crocodil писал(а): Самый первый и очевидный косяк - это большая суммарная емкость четырех параллельно подключенных BPW34, а, соответственно, и тупизна подобного детектора к малоэнергетическим частицам. Второй косяк - большое сопротивление в цепи обратной связи ОР1. Детектор не будет работать на больших уровнях. Те ты заранее рассчитал отношение сигнал/шум и значения напряжений для разных частиц моей схемы, чтобы это утверждать? crocodil писал(а): Третий косяк - большая термонестабильность схемы - при изменении температуры на 20 градусов от той, при которой она была настроена, она не будет работать. Вот это не понял. Можно поподробнее? Какое изменение температуры должно быть и почему она перестанет работать? crocodil писал(а): Четвертый косяк - общую среднюю точку для 2-ух ОУ можно было-бы сделать общей. Не стоит. Посмотри, у них разные уровни напряжений. Сравни отношения R1/R2 и R4/R6.
Устал писать, пока хватит? |
|
| Автор: | bolek [ Вс июл 13, 2014 07:56:48 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
ArtDen писал(а): Планирую поиграться с PIN-фотодиодами в качестве прямых датчиков радиации А что будешь использовать в качестве источников беты и гаммы для проверки работы? В домашнем хозяйстве эти штуки как-то не прижились ... PS: пока что буду смотреть результат на осциллографе, но в будущем планируется подцепить всё это к МК, чтобы регистрировать энергию частиц по величине всплеска и рисовать спектр энергии зарегистрированных частиц. 
|
|
| Автор: | ArtDen [ Вс июл 13, 2014 08:10:45 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Радий буду использовать из СПД. А вообще для калибровки надо иметь набор с разными источниками. |
|
| Автор: | crocodil [ Вс июл 13, 2014 09:05:52 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
1. Слабый сигнал с одного фотодиода будет шунтироваться емкостью 3-х остальных. Надо делать сумматор для сигнала с каждого фотодиода. 2. Постоянная времени RС цепочки (R3 и емкости 4-х фотодиодов) определит невысокую и нестабильную максимальную частоту счета. 3. Фотодиод непосредственно соединен со входом ОУ. Обратный ток фотодиода имеет большую зависимость от температуры, напряжение на выходе первого ОУ (определяемое делителем напряжения из R3 и обратного тока фотодиодов) будет сильно зависить от температуры. См. Fig. 1 http://www.vishay.com/docs/81521/bpw34.pdf 4. Отличные уровни напряжения ничего не дадут в этой схеме, т.к. на выходе первого ОУ оно будет все-равно сильно плыть. |
|
| Автор: | ArtDen [ Вс июл 13, 2014 10:45:57 ] | ||
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде | ||
1. Я в курсе. Просто бОльшее количество диодом вставиться для того, чтобы можно было поймать большее количество частиц. 3. Это специально сделано, чтобы выход ОУ и резистор R3 создавали смещение на входе фотодиода равное примерно 3/4 напряжения питания. ЗЫ: Схему собрал! Точнее только первую половину  Экспериментирую с одним фотодиодом + выкинул C2. В общем, с выхода первого каскада частицы на осциллографе видны отлично. Отношение сигнал/шум на глаз - 20-30 раз. Сейчас допаяю детали второго каскада.Добавлено: Второй каскад собрал - работает. Попытался померить естественный фон одним фотодиодом. Итог - 1 частица за 5 минут. Теперь жду вторую частичку В общем, надо как минимум штук 20 таких диодов, чтобы за приемлемое время можно было фон померить Вот как каждая частица выглядит на экране осциллографа:
|
|||
| Автор: | Borodach [ Вс июл 13, 2014 11:48:29 ] | ||
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде | ||
А чем хуже вот эта схема?
|
|||
| Автор: | ArtDen [ Вс июл 13, 2014 12:12:57 ] | |||
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде | |||
Тем что как минимум 3 микросхемы нужно и куча деталей. У меня всего одна микра стоит. Добавлено: Переделал подключение PIN-фотодиода как в схеме от Borodach (+2 резистора + 2 кондёра). Работает также, хотя есть ощущение что уровень шумов стал больше (добавился тепловой шум ещё одного резистора). В связи с новым подключением выровнял напругу на "+"-входе первого каскада усиления. Добавлено: Добавил ещё 2 PIN-диода. Очень странно, но уровень пика от одной частицы не стал меньше, как я ожидал. Видимо при включении фотодиода со смещением суммарная ёмкость (которая сейчас у меня уже достигает 3*3 = ~9 пФ) влияет, но не линейно. Ещё оказалось, что схема не возбуждается даже если отсутствует конденсатор C2 при большом количестве фотодиодов. Добавлено: Вот как испытательный стенд выглядит сейчас: Всё это аккуратно заматывается изолентой (кроме фотодиодов) и оборачивается фольгой, которая подсоединяется к общему проводу. А вот это схема после доработок по замечаниям: Вложение: Видео как проходят эксперименты:
|
||||
| Автор: | ArtDen [ Пн июл 14, 2014 20:12:41 ] | ||
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде | ||
Продолжаю эксперименты. Схему простил, выбросив кучу деталей из второго каскада усилителя: Вложение: Кроме того, посмотрел как он "ловит" гамма- и бета- излучения. Оказалось, что различить типы частиц по импульсу от частицы практически нереально. Но зато, если регистрировать только гамма-излучение (заэкранировав источник от фотодиода свинцом), то отчётливо вырисовывается спектр энергий частиц по величине всплеска на экране осциллографа. Пока непонятно как подключить порядка 30 фотодиодов так, чтобы на выходе получить один общий сигнал, при этом не потеряв в отношении сигнал/шум. У меня есть подозрение, что это вообще невозможно. PS: как проходят опыты домашней гамма-спектроскопии:
|
|||
| Автор: | ArtDen [ Вт сен 09, 2014 15:50:15 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
В общем, подключил всё это дело к МК с АЦП и экраном 320х240 точек, чтобы построить спектр. Спектр строится. Но есть одно но. Чтобы построить нормальный спектр, нужно оставлять всё это дело на несколько часов. Если не ждать несколько часов, то спектр получается слишком "игольчатый". Поэтому возник вопрос. А есть ли алгоритмы, которые бы построили более-менее правдоподобный спектр по небольшому количеству данных чтобы не надо было ждать несколько часов? |
|
| Автор: | _AHTOXA_ [ Вт сен 09, 2014 19:28:53 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Может, просто сгладить? |
|
| Автор: | ArtDen [ Вт сен 09, 2014 19:33:11 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Не уверен, что обычное сглаживание будет хорошо работать. Думаю можно попробовать какой-нибудь алгоритм кластеризации. Хотя смутно представляю как тут его можно применить... |
|
| Автор: | _AHTOXA_ [ Вт сен 09, 2014 19:37:08 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Можешь показать картинки, которые получаются при долгом сборе данных и при коротком? |
|
| Автор: | ArtDen [ Вт сен 09, 2014 19:46:39 ] | |||
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде | |||
Вот результат сбора в течении нескольких минут: Чтобы получить вторую картинку, придётся подождать Поясню по картинке: по оси X идёт амплитуда, а по Y - количество импульсов, которые были зарегистрированы с этой амплитудой. Прошло 25 минут:
|
||||
| Автор: | _AHTOXA_ [ Вт сен 09, 2014 20:22:30 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Ага, теперь понятнее. Тут никакое сглаживание не поможет - в первом случае банально мало данных. Хотя, это смотря что надо получить в итоге. Если определить преобладающее значение, то и первой картинки хватит. Найти максимум, нарисовать в этом месте холмик:) Или построить "огибающие" этих двух гистограмм, по идее они будут в какой-то мере похожи. |
|
| Автор: | ArtDen [ Вт сен 09, 2014 20:28:23 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Тут максимум или огибающая не подходят. Сейчас объясню почему. Проблема в том два значения на графике (точнее на гистограмме) рядом равные 1 или одно равное 2 примерно равноценны. Но в случае с огибающей или максимумом будет выбрано значение 2, что не верно |
|
| Автор: | _AHTOXA_ [ Вт сен 09, 2014 20:30:21 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
А какой вообще нужен результат? |
|
| Автор: | ArtDen [ Вт сен 09, 2014 20:32:27 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Надо быстро найти несколько мест, в которых концентрируются энергии частиц и показать это красиво на гистограмме Ну и потом можно эти данные для чего-то использовать
|
|
| Автор: | _AHTOXA_ [ Вт сен 09, 2014 20:39:44 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Индикатор радиации на PIN-фотодиоде |
Тогда всё же сначала сгладить, потом найти локальные максимумы. |
|
| Страница 1 из 11 | Часовой пояс: UTC + 3 часа |
| Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |
|
