Signal verarbeiten (Spannungsanstieg soll digitales an bewirken)

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Autor
Signal verarbeiten (Spannungsanstieg soll digitales an bewirken)

    







BID = 966964

psman

Gerade angekommen


Beiträge: 9
 

  


Hallo!

Zunächst vielen dank für eure Rückmeldungen. Ich muss leider immer zunächst nachlesen oder ausprobieren was ihr mir schreibt, bevor ich darauf antworten kann.

@Perl: Mit "guter Energieabhängigkeit" meinte ich, dass das Zählrohr zB auch bei vergleichsweise niederenergetischen Photonen funktionieren soll. Ich möchte das Ganze im Geiger-Müller-Plateau zwischen 400 und 600V betreiben. Sollte ich einmal in den Bereich von Proportionalzählrohren vordringen (würde mich freuen!), dann werde ich wohl um einen Analog-Digital-Wandler nicht herumkommen um die unterschiedlichen Impulshöhen erkennen zu können. In diesem fall hoffe ich dann auf weniger Impulse

@hajos118: Vielen Dank, dieser Link ist super! Im Prinzip stimmt damit auch meine Idee die Peaks zu bewerten (ab einer gewissen Schwellspannung um das Rauschen auszublenden und ab einer bestimmten Spannungssteigerung..) überein. Leider tue ich mir echt schwer diese Theorie in die Praxis umzusetzen

Im Anhang schicke ich euch mal mit, wie mein Stand der Dinge ist. Hochspannungen sind - wenn ich die Forenregeln richtig verstanden habe - nicht erwünscht. Deshalb habe ich die Hochspannungsversorgung weggelassen.
Über Anoden- und Kathodenwiderstände ist das Zählrohr angeschlossen. Laut Datenblatt sind die Impulse von der Anode abzugreifen, Nachteil: Der eigentliche Peak weist eine negative Spannung (in meinem Fall -360V) auf.
Diese Spannung kann ich verkleinern, indem ich den Puls von einem kleineren in Serie geschaltenen Widerstand abgreife. Damit verkleinert sich auch gleich das Überschwingen in den positiven Spannungsbereich nach jedem Peak.

Inzwischen habe ich auch versucht die Spannung des Signals über eine zum Abgreifwiderstand in Serie geschaltene Suppressordiode zu begrenzen und das Signal von dieser Diode abzugreifen - leider verbreitert dieser Aufbau die Peaks und von der erhofften "Rechtecksform" ist leider auch nichts zu sehen.

Dieses Signal wollte ich jedenfalls in einen Inverter schicken (Potential bliebe erhalten, Spannung würde umgekehrt) und den "Anstieg" jedes Messsignals am µC auslesen.
Und nun stehe ich da und komme mir ein bisschen dämlich vor - den Teil zwischen Signal abgreifen und Messungen auswerten hatte ich mir leichter vorgestellt

Aus diesem Grund bin ich für jeden Tipp dankbar!

Liebe Grüße,
Christoph



BID = 966977

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17434

 

  

Du hast da schon ein grundlegenden Denkfehler!
Die Röhre kannst du dir als einen Widerstand vorstellen. Ohne Strahlung ist der R der Röhre relativ hoch und es fließt im Kreis Kathode zur Anode nur ein geringer Strom. Das hat zur Folge das über dem Kathoden R und dem Anoden R eine geringe Spannung abfällt.
Wird nun das Rohr von außen durch die Strahlung aktiviert fließt ein höherer Strom durch den Kathoden R und ruft an diesem auch eine höheren Spannungsfall hervor. >>>>>>
Du wertest den Spannungsfall am Kathoden R aus und nicht den Einbruch der Kathoden Anodenspannung aus. Die Höhe der Spannung und die Form der Spannung ist damit nur vom Kathodenstrom abhängig!
Aus der Spannungshöhe und dem Verlauf des Kathodenstromes kannst du auf die einwirkende Strahlung rückschliesen. Modern wird das über Analog - Digitalwandler gemacht Denn Du erhältst erstens ein Abbild der Spannung als Digitalzahl Und über die Auswertung diese Digitalwerte kannst du die Höhe des Peaks und die Breite bestimmen. Siehe Resultierende Kurve! Bei einem reinem Auswerten wie viele Peaks du hast, ergibt sich nur der Wert der Auslösenden Impulse aber keine Aussage darüber wie energiereich die Sind! Siehe Becquerel und Sievert

_________________
Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 966982

psman

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Ich habe das Gefühl, dass du dich auch schon mal mit dem Problem beschäftigt hast
Die Vorstellung des Zählrohres als dosisleistungsabhängiger Widerstand hilft beim Verständnis der Schaltung!

Auf die Idee des Anodenabgriffs bin ich übrigens nicht selbst gekommen - das schlägt der Hersteller mit Hife eines Kondensators und eines Widerstandes vor. Aus diesem Grund hatte ich bislang gar keinen anderen Punkt probiert.

Ich habe mir aber nun den Signalverlauf am Kathodenwiderstand angeschaut und festgestellt, dass die Signale eine Amplitude von maximal 10 Volt haben. Teile ich also den Kathodenwiderstand in 2 gleich große Teile, dann hätte ich ein Signal mit maximal 5 Volt und könnte es wie von dir empfohlen auswerten. Auf diesem Weg würde ich mir wohl jede weitere elektronische Signalverarbeitung sparen, oder?

Wenn ich deine Beschreibung richtig verstehe, dann kann ich über die Anzahl der Maxima Rückschlüsse auf die Aktivität, über die Breite der Peaks (bzw. die Fläche darunter) auf die Energie der Strahlung rückschließen?
Dann müsste ich in Versuchen einen 3-dimensionalen Zusammenhang aus Counts, Fläche und Dosisleistung finden und im µC implementieren (Einen einfachenZusammenhang aus cps und Dosisleistung habe ich als Grundlage vom Hersteller)?

BID = 967011

der mit den kurzen Armen

Urgestein



Beiträge: 17434

Die Spannung über dem R muss sehr hochohmig gemessen werden. Ansonsten veränderst du den Arbeitspunkt der Röhre. Der Hinweis das Ding als veränderlichen R zu betrachten war nur zum Verständnis. Noch eher kannst du das als Röhrentriode auffassen. Das Gitter stellt die Gasfüllung dar. Dieses Füllgas wird durch Strahlung ionisiert und sorgt für ein Ansteigen des Kathodenstromes und des Anodenstromes.

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BID = 967015

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Leider zeigt der zweite Kanal (der beiden) keine ausreichende Verstärkung.
Hört sich alles nicht gut an.
Die GM-Röhre muß über sehr hohe Vorwiderstände betrieben werden, und ihre kapazitive Belastung muß gering bleiben, sonst ist sie bald hinüber.
Wenn du ein (Koax) Kabel dran machst, dann müssen die Strombegrenzungswiderstände an der Röhre sein, sonst ruiniert die im Kabel gespeicherte Energie über kurz oder lang die Röhre.
Außerdem muß die Hochspannungsversorgung zumindest so weit stabil sein, dass die Spannung auch bei Temperatur- und Batteriespannungsschwankungen im vorgesehen Rahmen bleibt. Hier lag lange Zeit eine Röhre herum, die regelrechte Löcher in der Metallisierung des Glasrohres hatte, weil die Schüler sie andauernd mit Überspannung malträtiert hatten.

Am besten kupferst du dir den Schaltplan der Eingangsstufe eines kommerziellen Zählers, z.B. von F&H ab. Wenn dein Impuls zu kurz ist, dann musst du ihn eben hardwaremäßig verlängern, bis der µC ihn gesehen hat,
RC-Filter am Zählrohr sind dafür nicht der geeignete Weg.
Es gibt zwar Schaltungen die Totzeit des Zählrohrs zu verringern, aber in diese Verlegenheit oder die von Falschmessungen durch überlappende Impulse wirst du ja kaum kommen.
Falls doch, solltest du dir schon einmal ein schattiges Plätzchen auf dem Friedhof suchen.


BID = 967057

psman

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo ihr beiden!

Eine hochomige Messung kann ich aber, wenn ich die Zusammenhänge langsam richtiger verstehe, mittels Zusatzwiderstand zwischen dem Punkt wo ich mein Signal bekomme und einem beliebigen µC bewerkstelligen, oder? Ziel muss es nur sein, dass der durch die Auswertung fließende Strom nicht den Gesamtwiderstand massiv verkleinert. Die messbare Spannung ändert sich dadurch nicht, nur der fließende Strom.

@perl: Ich stehe leider auf der Leitung woher dieses Zitat stammt?! Auch Strg+F hat mir diesbezüglich nicht weitergeholfen. Das Problem mit der Kapazität und den Widerständen direkt am Zählrohr habe ich schon mal auf opengeiger.de gelesen. Kann man eigentlich - abgesehen von den Angaben der Hersteller - feststellen wie groß die Widerstände wirklich sein müssen und ab welchen Zeitpunkt die Kabellänge kritisch wird? Bzw. kann man überhaupt zu große Widerstände verbauen?

@perl nochmal: Habe ich eigentlich in meinem gestrigen Post von 13:51 (letzter Absatz) die Zusammenhänge aus Signal und Auswertung richtig verstanden? Dann könnte ich als ersten weiteren Schritt einmal "einfach Peaks zählen" und so das Zählrohr für ein beliebiges Nuklid kalibrieren und testen. Über einen schnellen Analog-Digital-Wandler (da muss ich mal schauen, wie schnell leistbare Produkte so sind - die Auflösung müsste ja nicht sooo hoch sein) müsste ich dann auch noch auf unterschiedliche Photonen-Energien eingehen können.. (Wobei, ich dachte bislang, dass die lawinenartige Ionisierung im Zählrohr unabhängig von der Photonenenergie ist?)

BID = 967085

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
@perl: Ich stehe leider auf der Leitung woher dieses Zitat stammt?!
Stammt dort her:
Zitat :
https://forum.electronicwerkstatt.d......html

Ist irgend eine neue Macke im Firefox oder der Foren-SW, dass unterschiedliche Inhalte in der Zwischenablage sind, je nachdem, ob man angemeldet ist oder nicht.

Meine Kritik ist aber trotzdem wahr. Wenn du ein GM-Rohr im Plateau betreibst, misst du eine Ladungsträgerlawine, von i.W. gleicher Größe unabhängig davon, ob das Teilchen ein Edelgasatom ionisiert hat oder 30.000. Einen erheblichen Anteil an der Lawinenbildung hat die von der primären Lawine ausgelöste UV-Strahlung, die weitere Lawinen im Rohr startet.
Die Elektronen werden von dem positiven Draht abgesaugt, ionisieren dabei durch die hohe Feldstärke in der Nähe des Drahtes weitere Gasatome und schliesslich ist der positive Draht von einem Schlauch positiver Ionen umgeben. Dadurch sinkt die Feldstärke dort, und die Lawinenentladung dort kommt zum Erliegen. -Aber nur, wenn die Spannung dann niedrig genug ist, dass keine Glimmentladung folgt.-
Bei langen Rohren kann man das Anwachsen der Lawine sogar verfolgen, weil sie sich in Längsrichtung mit nur etwa 100ns/cm ausbreitet. Demgemäß dauert die Anstiegszeit bei einem 10cm langen Rohr etwa 1µs, wenn das ionisierende Ereignis am Ende stattfindet, und ist etwa doppelt so schnell, wenn das ionisierende Ereignis in der Mitte des Rohres passiert und sich von dort zwei Lawinen zu den Rohrenden hin ausbreiten.
Bei den üblichen GM-Röhren, die einen Gaszusatz (Halogen) zum Löschen der Entladung haben, kann das Ganze aber auch deutlich länger dauern.
Streng genommen muss man sogar zwischen dem Stromimpuls unterscheiden, der beim Einsammeln der Elektronen entsteht, und dem, der beim Einsammeln der positiven Ionen entsteht. Mit hoher Zeitauflösung ist daher die Impulsform durchaus nicht so einfach, sondern macht eher einen verrauschten Eindruck.

Jedenfalls führt die Vorstellung ein GM-Rohr sei ein veränderlicher Widerstand in die Irre, sondern bei jedem "Tick" wird da eine einigermaßen gleiche Ladung transportiert, die bei den üblichen Zählröhren in der Größenordnung von 1nC liegt. Wenn der Draht und die nächsten Bauteile eine Kapazität von vielleicht 10pF haben, resultiert daraus die Spannungsamplitude von ca. 100V. Selbst bei 1000 Impulsen/s beträgt der Strom durch die Röhre dann nur 1µA.
Vergleichsweise liegen die Impulse im Proportionalbereich bei allenfalls etwa 10..100mV.

Der NE555 (bipolare Version!) sollte sich z.B. zur Verlängerung der Impulse eignen und kann auch mit sehr kurzen negativ gehenden Impulsflanken getriggert werden. Ankopplung über 10pF in Reihe mit 10 kOhm sollte aureichen.

BID = 967185

psman

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo!

Ich bin begeistert von der Unterstützung und von den Erklärungen hier im Forum! Ich habe nun sämtliche Posts nochmal in Ruhe durchgelesen und festgestellt, dass ich teilweise Aussagen und deren Schreiber vermischt hatte - deshalb kam es zu dem Missverständnis mit der energieabhängigen Peakverbreiterung und der Notwendigkeit der Auswertung anhand einer Analog-Digital-Wandlung.

Die Berechnung der 100V-Spannungsamplitude aufgrund der Kabelkapazität ist mir nun klar. Kann ich davon ausgehen, dass bei einer Betriebsspannung von 500V und einem GM-Plateau von etwa 400-600V eine Amplitude von +-100V unproblematisch ist (weil ich im Plateau bleibe)? Oder sollte ich so wenig Spannungsschwankungen wie möglich erreichen?

Kann ich Weiters davon ausgehen, dass zu kleine Widerstände zur Zerstörung der Röhre, zu große Widerstände "nur" zur Verbreiterung der Peaks (weil zu wenig Strom fließt um das Zählrohr wieder auf die Betriebsspannung zu laden) führen können?

Wäre denn ein klassisches Geiger-Müller-Zählrohr auch im Proportionalbereich (um energieabhängige Informationen zu erhalten) betreibbar?

Und die wichtigste Frage: Gibt es all dieses Wissen vielleicht in Buch- oder Skriptform zum Nachlesen? Ich bin euch dankbar für eure Erklärungen, möchte euch aber nicht zu viel Arbeit mit all meinen Fragen machen!

Vielen Dank für eure Unterstützung!
Christoph

BID = 967207

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Wäre denn ein klassisches Geiger-Müller-Zählrohr auch im Proportionalbereich (um energieabhängige Informationen zu erhalten) betreibbar?
Kann man machen.

Aber zum Einen brauchst du da viel Verstärkung, und evtl. eine Peak-Detektor Schaltung, die vom µC nach der Messung zurückgesetzt wird, und zum Anderen muß der Hochspannungsgenerator wirklich gut stabilisiert sein, weil im Proportionalbereich die Lawinengröße exponentiell mit der Spannung steigt, während im Plateau ein Spannungsänderung von 100V die Zählrate kaum ändert.


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