Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik SIPM Opamp / ADC Fragen


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von Johnny S. (sgt_johnny)


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Hallo

Ich vor eingigen Tagen meine ersten Versuche mit einer SIPM gemacht 
(sowas wie eine Avalanche Diode). Ich habe zwei Ausgangspulse vom 
Oszilloskop gespeichert und bei LT Spice importiert, die benutzen 
Signale in LT Spice entsprechen also den tatsächlichen Werten.

Das Eingangssignal (Farbe grün) ist sehr unförmig, desshalb möchte ich 
es auf eine "bekannte" Form umwandeln, damit es einfacher mit einem ADC 
zu messen ist. Sowei ist mir das gelungen mit der gezeigten Schaltung.. 
(Ausgangssignal in Rot). Natürlich würde nun nach dem roten Signal noch 
ein Gain-Opamp folgen der die Signale auf 0-2V für den Opamp umwandelt.


Nun habe ich noch einige Fragen..


1.) Wie kann ich das Signal "verlängern", also das dass rote Signal die 
SELBE Form behält, aber einfach langezogen ist? Mit verstellen der 
Widerstände/Kondensatore vor und nach U3 habe ich leider nichts 
brauchbares geschaftt..

2.)Wie wähle ich die OP Amps für die Wirklichkeit aus, ich habe zum 
testen in LT einfach irgendwelche gewählt. Wichtig ist sicherlich eine 
hohe slew rate und wenig noise. Noch etwas auf das man achten sollte? 
Leider gibt es x-viele Opamps welche sich nicht grossartig unterscheiden 
(auf den ersten Blick. Die Eingangspannung der SIPM ist aktuell sehr 
rauschend (Labornetzteil) und wird später wesentlich rauscharmer.

3.) Das gezeigte Signal ist leider nicht das schwächste. Ich gehe davon 
aus das dass schwächste Messbare Signal etwa 1/5 der höhe und 1/5 der 
Pulsdauer beträgt. Wie schnell muss hier der ADC mindestens sein?


Die Signale sind anbei im Zip, falls jemand probieren will.

Danke.

: Verschoben durch Moderator
von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Finde das unverständlich was du scheibst. Vielleicht willst du sowas wie 
ein Gaußfilter, was die Nuklearphysiker gerne verwenden.

OpAmps wählt man nach persönlichem Geschmack und Erfahrung sowie Bestand 
aus. Der wichtigste Parameter wird für dich GBW sein.

Was ist das genau für eine Quelle?

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Finde das unverständlich was du scheibst. Vielleicht willst du sowas wie
> ein Gaußfilter, was die Nuklearphysiker gerne verwenden.
>
> OpAmps wählt man nach persönlichem Geschmack und Erfahrung sowie Bestand
> aus. Der wichtigste Parameter wird für dich GBW sein.
>
> Was ist das genau für eine Quelle?


Ich möchte das rote Signal in seiner jetzigen Form verlängern, so dass 
es gleich aussieht, aber eine längere Zeitspanne belegt


Die Quelle ist eine SIPM, (Silicon Photomultiplier) trifft Licht auf 
diese Diode, fällt an ihr ein Strom ab welcher proportional zur 
Lichtstärke ist.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Das sieht eher nach Einzelphotonerkennung aus. Der Pulsform nach. Also 
sowas wie ne APD.

Den Puls so zu verlängern geht nicht analog. Jedenfalls nicht ohne 
komplexen Filter. Digital ist einfacher. Vielleicht als CCD. Und warum? 
Mangelnde Bandbreite des ADC oder wozu? Ist in der Pulsform überhaupt 
Information drin?

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Das sieht eher nach Einzelphotonerkennung aus. Der Pulsform nach. Also
> sowas wie ne APD.
>
> Den Puls so zu verlängern geht nicht analog. Jedenfalls nicht ohne
> komplexen Filter. Digital ist einfacher. Vielleicht als CCD. Und warum?
> Mangelnde Bandbreite des ADC oder wozu? Ist in der Pulsform überhaupt
> Information drin?

Nein es ist wie schon genannt eine SIPM. Sie wird auf dem "Langsamen" 
Ausgang betrieben

http://sensl.com/downloads/ds/DS-MicroCseries.pdf


Die Pulsform ist irrelevant, nur die Pulshöhe ist von wichtigkeit, da 
die Pulshöhe in Abhängigkeit zum physikalischen Eingangssignal ist 
(Licht). Ich wollte nur die Form korrigieren, damit der ADC einen 
Sinunsähnlichen Eingangspuls bekommt.


Der ADC ist noch nicht gewählt. Mein jetziger Puls ist jedoch etwa 10uS 
lang, wenn man nun einen 5tel davon nimmt gibt das 2uS Pulslänge 
(500kHz).
Nach meinem Kentnisstand sollte da mindestens ein 20MSPS ADC her, besser 
50 oder 100.

Das Auswerteelement ist ein STM32F7, mit 216Mhz.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Aha. Na dann nimm doch ein Sample&Hold. Der lädt sich auf die Spitze 
auf, der ADC sampelt gemütlich und dann machst du den RESET vom 
Sample&Hold. Fertig für den nächsten Puls.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ist auch in LTspice drin.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Aha. Na dann nimm doch ein Sample&Hold. Der lädt sich auf die Spitze
> auf, der ADC sampelt gemütlich und dann machst du den RESET vom
> Sample&Hold. Fertig für den nächsten Puls.

Weisst du woh ich so ein Beispiel finde?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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SampleAndHold.asc im Installationsordner Educational von LTspice.

von Gerd E. (robberknight)


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Johnny S. schrieb:
> 1.) Wie kann ich das Signal "verlängern", also das dass rote Signal die
> SELBE Form behält, aber einfach langezogen ist?

"einfach"...

Mit dem Timebase-Schalter von Deinem Oszi.

> Die Pulsform ist irrelevant, nur die Pulshöhe ist von wichtigkeit,

Das hört sich doch schon ganz anders an. Such mal nach Peak Detector.

Beitrag #5224150 wurde vom Autor gelöscht.
von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Hier die Lösung. Wenns dir gefällt, melde dich per PM für ne Spende per 
PayPal.
Die Bauelemente sind realistisch nachgebildet.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Hier die Lösung. Wenns dir gefällt, melde dich per PM für ne Spende per
> PayPal.
> Die Bauelemente sind realistisch nachgebildet.

Was für Bauteile sind A1 und A4? :)

von Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)


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Als Verstärker haben wir mit dem LT6268 die besten Ergebnisse erzielt. 
Die Kollegen verwenden ADCs in der Datenaufnahme mit >= 200 MHz.

Für die Grundlagen, les Dir mal die Skripte von H. Spieler durch, z.B.
www-physics.lbl.gov/~spieler/NSS_short-course/NSS02_Pulse_Processing.pdf

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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A1 ist ein Buffer mit Tristate-Ausgang. A4 im Prinzip ein 74HC74.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Der LTC6268 könnte gehen. Mußt halt schauen ob die 700ns Enable/Disable 
schnell genug sind. Es gibt ja auch noch andere. Am Ausgang brauchts 
eventuell noch einen R gegen Schwingneigung mit dem C. Wie groß C sein 
muß, sagt dir dein ADC.

Die Verzögerungsleitung kann was fertiges sein, oder ein Stück Koax, 
oder eine schnöde Kette von RC oder RLC Gliedern.

Die Eingangspolarität der Schaltung läßt sich natürlich auch umdrehen. 
Das Ganze ist so in 2h entstanden und der dritte Entwurf.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Hier die Lösung. Wenns dir gefällt, melde dich per PM für ne Spende per
> PayPal.
> Die Bauelemente sind realistisch nachgebildet.

Das Problem ist hier aber, das die Pulshöhe hier als absolute Spannung 
dargestellt wird. Das bedingt natürlich einen ADC mit einer hohen 
Bit-Rate

ein 8-bit Modell kann ja nur 265 verschiedene Werte anzeigen, was 
natürlich viel zu wenig ist.

Geht man davon aus ca. 4000 verschiedene Werte möglich sein müssen, 
braucht man minimum 12bit.

Sucht man nach schnellen ADC mit >=12bits wird es schnell extrem teuer.


Erhält der ADC jedoch eine Signalform (Sinus) statt eine Absolute 
Spannung, könnte ja trotz mangelnder ADC Auflösung die Exakte Signalhöhe 
berechnet werden, oder nicht?

Interessanterweise benutzen alle kommerziellen Produkte ein Analogsignal 
als ADC Eingang.

von Kerere (Gast)


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Hmm, irgendwie etwas seltsam was Du schreibst. Es wurde ja schon eine 
Top-Schaltung gepostet. Machst Du irgendwas anderes als alle anderen mit 
SiPMs? Die Hersteller haben doch eigentlich die ganzen notwendigen 
Schaltungen in diversen AppNotes beschrieben. Hast Du Dir die mal 
durchgeschaut und überlegt, ob Du wirklich eine Sonderlösung brauchst?
Und weißt Du vielleicht, wieso Dein Puls so lang ist? 10 us ist echt 
lang. Das sind keine einzelnen Pulse, oder?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich steig durch den Text von Johnny überhaupt nicht durch. Erst dachte 
ich, ich habe zu viel gesoffen oder hätte extreme Kopfschmerzen. Aber 
auch beim zweiten Durchlesen macht es keinerlei Sinn. Und ja, ich habe 
es sogar dann nochmal zum dritten Mal gelesen.

Weiß du überhaupt was du willst?
Der ADC hat doch nun fast beliebig lange Zeit zum Messen. Einzige 
Einschränkung ist, daß in dieser Zeit kein neuer Impuls reinkommen darf. 
Er würde schlicht unter den Tisch fallen. Was unter Umständen kein 
wesentliches Problem sein muß.
Über die Zeitverhältnisse und notwendige Bitauflösung hast du bisher 
nichts geschrieben.

Ich sachs mal so, wenn ein Kunde sich so verhält, wird es dann 
sukzessive recht teuer.

Versuchs nochmal andersherum zu erklären, was du wirklich willst. Jetzt 
trauer ich meinen unbezahlten 2h hinterher. *schnief

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Der ADC hat nur theoretisch beliebig lange Zeit, je länger er misst, 
desto mehr neu eintreffende Pulse werden "verschluckt" = nicht gemessen.

Bei einer sehr hohen Frequenz an Pulsen wird da ein grosser Teil 
verschluckt.

Was ich mit dem ADC meinte, wenn man 3000 unterschiedliche 
Spannungslevel messen möchte, reicht bei einem Sampling und Hold ein ADC 
mit 8bit NICHT aus, da 8-Bit nur 256 verschiedene Werte messen können. 
Bei 3000 Werten muss eine deutlich höhere Anzahl her, z.b. 4096 Werte.


Wenn man eine fixe Geometrie eines Pulses hat, ist es egal ob die ADC 
Messung 100% genau ist, denn man kann die Höhe des Signals berechnen...

Ich habe nicht gesagt das deine Schaltung schlecht ist, ich finde es nur 
interessant das kommerzielle Anwendungen nicht auf solch eine einfachere 
Schaltung zurückgreifen, sondern x opamps hintereinanderbauen um das 
Signal zu shapen.


Eine ähnliche Applikationslösung kann hier angeschaut werden (Seite 29)
http://experimentationlab.berkeley.edu/sites/default/files/images/DP5_User_Manual_A1.pdf

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Kennst Du eigentlich den genauen Moment, in dem der Signalpeak an Deiner 
Schaltung ankommt?

Wenn nein, wird es mit Sample&Hold schwer, dann solltest Du eher nach 
einem Peak Detector schauen.

von Michael B. (laberkopp)


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Johnny S. schrieb:
> Wie kann ich das Signal "verlängern", also das dass rote Signal die
> SELBE Form behält, aber einfach langezogen ist?

Johnny S. schrieb:
> Ich wollte nur die Form korrigieren, damit der ADC einen
> Sinunsähnlichen Eingangspuls bekommt.


?!? WTF, wovon redet der ?

Johnny S. schrieb:
> Erhält der ADC jedoch eine Signalform (Sinus) statt eine Absolute
> Spannung, könnte ja trotz mangelnder ADC Auflösung die Exakte Signalhöhe
> berechnet werden, oder nicht?

Sicher nicht.

In einem Impuls steckt eine Energie. Die kann man in einen Filter 
stecken, der die Kurvenform verändert, aber die Energie gleich lässt 
bzw. definiert abschwächt weil sein Wirkungsgrad ja nicht 100% beträgt. 
Dadurch kann man den Impuls verlängern, er wird damit aber auch flacher 
(was man wiederum verstärken kann). Die Ergebnis-Kurvenform wird aber 
KEIN Sinus sein, aber eine definierte Form,.

Deine grüne Kurve hatte eine schön definierte Form, aus der man auch 
dann den Peak zurückrechnen kann, wenn man nur 4 Samples der Kurve hat.

Neben dem Filter gibt es noch den Spitzenwert-Gleichrichter, der den 
Spitzenwert bestimmt und dann unabhängig von der Eingangskurvenform 
langsam abflauen lässt. Blöd wenn dann schon der zweite Impuls kommt. 
Die Spitzenwertgleichrichter haben mit der verlorenen Kurvenform auch 
das Problem, daß die Energie nicht mehr gleich ist. Meist will man aber 
die Energie des Originalimpulses wissen, weil die Kurve eh durch die 
Elektronik verschliffen wird. Auch dein grüner Impuls wird schon durch 
das Anschlusskabel mit Kapazität und Induktivität verschliffen sein, der 
Originalimpuls wird steiler und kürzer gewesen sein.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Meine "Lösung" hat mit deiner verlinkten AppNote nichts gemein. Ich kann 
leider auch bislang nicht erkennen, was du eigentlich messen willst. Bin 
aber auch Elektroniker und kein Physiker.
Was soll genau gemessen werden, wie genau? Pulsbreite, -form, 
Frequenz/Abstände, Relationen mehrerer Kanäle?

Ich kann mir auch nicht vorstellen, daß ein ADC in einem aktuellem 
Prozessor nur 8bit hat. Habe allerdings auch nicht das Datenblatt 
gelesen.

Wenn die Pulse schneller kommen, dann nimm halt einen schnelleren ADC. 
Die Pulse dürfen eben nicht in geringerem Abstand kommen als der ADC zur 
Wandlung brauch. Wenn wirklich jeder einzelne Puls zählt.

Wenn du wirklich aus den Pulsen sinusförmige Signale machst, sind die 
meisten Informationen im Signal futsch. Je nach Bandbreite des Sinus 
eben.

(Habe unbezahlt auch keine Lust die AppNote komplett durchzuarbeiten, um 
die Geheimnisse dieses Sensors selbst zu ergründen)

Das hier "Wenn man eine fixe Geometrie eines Pulses hat, ist es egal ob 
die ADC
Messung 100% genau ist, denn man kann die Höhe des Signals berechnen...
" ist für mich eine unbekannte Sprache. Kann ich keinen Sinn erkennen. 
Klingt irgendwie nach Ursache-Wirkung verwechseln.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Michael B. schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>> Erhält der ADC jedoch eine Signalform (Sinus) statt eine Absolute
>> Spannung, könnte ja trotz mangelnder ADC Auflösung die Exakte Signalhöhe
>> berechnet werden, oder nicht?
>
> Sicher nicht.

Sicher wohl. Die Sinuskurve hat eine definierte Form, es benötigt also 
nur die Anzahl gesampleter Werte sowie gewisse Werte um die Form zu 
errechnen.
Eine Sinuskurve kann man im schlimmsten Fall mit 4 Messpunkten 
errechnen.

Klar bedingt dies das dass Signal auch immer die selbe Form hat. Anbei 
eine Sinuskurve aus Ecxel. Man stelle sich vor die rote Linie ist der 
ADC, selbst wenn dieser in der Mitte "Max" anzeigt, ist das völlig egal, 
da man die Anzahl Samples und die Anstiegs/Abfallswerte kenn, somit kann 
der Sinus in Software errechnet werden.






Abdul K. schrieb:
> Wenn die Pulse schneller kommen, dann nimm halt einen schnelleren ADC.
> Die Pulse dürfen eben nicht in geringerem Abstand kommen als der ADC zur
> Wandlung brauch. Wenn wirklich jeder einzelne Puls zählt.

Wie bereits gesagt, benötigt deine Lösung eine hohe ADC Auflösung = 
Schneller ADC mit vielen Bits = teuer. Und natürlich muss der Prozessor 
die  Informationen auch noch verarbeiten können. Somit muss der 
Prozessor um einiges mehr Leistung haben. Bei einem 100MSPS ADC muss ja 
schon minimum ein 201MhZ Prozessor her.





> Wenn du wirklich aus den Pulsen sinusförmige Signale machst, sind die
> meisten Informationen im Signal futsch. Je nach Bandbreite des Sinus
> eben.
Wie bereits erwähnt ist weder die ursprüngliche Form noch dessen 
Spannung relevant. Die Pulshöhe des Eingangs muss auf eine Messbare 
Grösse umgewandelt werden, welche im VERHÄLTNISS zur Eingansspannung 
steht. Am Ende soll der ADC eine Pulshöhe messen können welche in einem 
x-beliebigen aber linearen Verhältnis zum Eingangssignal stehen. In 
meinem Beispiel ist die Pulshöhe irgendwo bei ~450mV was zu erst auf 
450mV invertiert wird.  und der Ausgangspuls der OPAMP Schaltung hat 
eine Pulshöhe ~ 750mV

Somit ist das Verhältniss Ausgang/Eingang = 1.66
Bei Eingang 700mV werden am Ausgang somit  1120mV gemessen.

Ob das Verhältnis nun 1.6, 0.1 oder 1000 ist, ist eigentlich Wurst. 
(abgesehen der Messgrössen der Bauteile)


Selbstverständlich muss die Auflösung minimum 4096 unterschiedliche 
Pulshöhen messen können.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Johnny S. schrieb:
> Sicher wohl. Die Sinuskurve hat eine definierte Form, es benötigt also
> nur die Anzahl gesampleter Werte sowie gewisse Werte um die Form zu
> errechnen.
> Eine Sinuskurve kann man im schlimmsten Fall mit 4 Messpunkten
> errechnen.

Natürlich kann man definierte Kurven aus 4 Sample-Punkten zurückrechnen, 
dazu muss sie aber kein Sinus sein:

Michael B. schrieb:
> Deine grüne Kurve hatte eine schön definierte Form, aus der man auch
> dann den Peak zurückrechnen kann, wenn man nur 4 Samples der Kurve hat.

Wenn du aber aus deiner Kurve immer einen Sinus machst, hat sie keinen 
Bezug mehr zur Energie (=Fläche unter der Kurve) des Urspungssignals, 
und daher kann man dann NICHT mehr ermitteln wie hoch das Originalsignal 
war.

von Sven B. (scummos)


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Johnny S. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Johnny S. schrieb:
>>> Erhält der ADC jedoch eine Signalform (Sinus) statt eine Absolute
>>> Spannung, könnte ja trotz mangelnder ADC Auflösung die Exakte Signalhöhe
>>> berechnet werden, oder nicht?
>>
>> Sicher nicht.
>
> Sicher wohl. Die Sinuskurve hat eine definierte Form, es benötigt also
> nur die Anzahl gesampleter Werte sowie gewisse Werte um die Form zu
> errechnen.
> Eine Sinuskurve kann man im schlimmsten Fall mit 4 Messpunkten
> errechnen.

Nein, so einfach ist das alles nicht. Das steht zwar so gerne im ersten 
Satz vom Theoriebuch, stimmt aber in der Praxis nicht. Erstens hast du 
durch die Spannungs-Quantisierung keine genauen Messwerte. Zweitens 
kannst du den Sinus nur bis auf Aliasing genau identifizieren, und 
selbst dann hast du noch so ein DFT-Bin-Aliasing drin, das unendlich 
viele Möglichkeiten selbst für ein bandegrenztes Signal ermöglicht.

Wenn es um die Amplitude geht, hilft dir das Nyquist-Zeug eh nichts.

Außerdem hat so ein SIPM-Signal nun wirklich sehr wenig mit einem Sinus 
zu tun ...


> Wie bereits gesagt, benötigt deine Lösung eine hohe ADC Auflösung =
> Schneller ADC mit vielen Bits = teuer. Und natürlich muss der Prozessor
> die  Informationen auch noch verarbeiten können. Somit muss der
> Prozessor um einiges mehr Leistung haben. Bei einem 100MSPS ADC muss ja
> schon minimum ein 201MhZ Prozessor her.

Das ist irgendwie alles ziemlich wirr, was du da sagst. Wenn deine 
Pulsbreite 10µ ist, bist du doch mit ein paar hunder kHz schon in dem 
Bereich, wo du das sinnvoll sampeln und interpolieren kannst. Sowas ist 
in jedem zehn-Euro-µC mit verbaut.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Wo soll denn der Sinus herkommen und hat der irgendeine Amplitude und 
Frequenz?

Für einen 100sample/sec ADC braucht man einen Prozessor, der die Daten 
genau so schnell abholen kann. Mehr nicht! In der Praxis wird er was 
berechnen müssen und da ist dann eher ein 1GHz Kerl notwendig. Wenn die 
Pulse große Abstände haben, kann er diese Zeitabstände natürlich auch 
zum Rechnen benutzen und entsprechend langsamer sein.

Es erschließt sich mir nicht, wieso ein Sinus rekonstruiert werden soll.

von Lurchi (Gast)


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Bei den SIPMs ist die Auflösung in der Amplitude ohnehin begrenzt. Auch 
die Signalquelle ist oft begrenzt in der Auflösung - 8 Bit sind da schon 
nicht so schlecht.

Mit einem 8 Bit ADC sollte man auskommen, und für die Pulsbreite reichen 
da auch ein paar MHz an Abtastrate. Die Größe des Pulses kann man über 
den größten Wert oder die Fläche erfassen - bei der Fläche gewinnt man 
durch die Nutzung von mehr Werten auch noch etwas an Auflösung.

Im Prinzip kann man durch ein passendes Tiefpass filter den Puls 
verlängern, verliert dabei aber einen Teil des Signals. Die Filter 
nennen sich Pulsformer.

Solange der ADC schnell genug ist, reicht eigentlich ein großer Tiefpass 
als anti-aliasing Filter.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Wo soll denn der Sinus herkommen und hat der irgendeine Amplitude und
> Frequenz?
>
Man benutzt Shaping um einen Sinus zu formen.




Michael B. schrieb:
> Wenn du aber aus deiner Kurve immer einen Sinus machst, hat sie keinen
> Bezug mehr zur Energie (=Fläche unter der Kurve) des Urspungssignals,
> und daher kann man dann NICHT mehr ermitteln wie hoch das Originalsignal
> war.

Solange der Sinus peak im Verhältnis zum Eingangssignal steht ist alles 
in Ordnung.


Sven B. schrieb:
> Das ist irgendwie alles ziemlich wirr, was du da sagst. Wenn deine
> Pulsbreite 10µ ist, bist du doch mit ein paar hunder kHz schon in dem
> Bereich, wo du das sinnvoll sampeln und interpolieren kannst. Sowas ist
> in jedem zehn-Euro-µC mit verbaut.

Bei 10u hat man mit einem 100kSPS genau 1 Sample!
Die Pulsbreite kann jedoch 5mal kleiner sein als 10u, somit 2us. Somit 
ist das Absolute Minimum 1MSPS was 2 Samples pro puls wären.

Also geht es wohl eher in die richtung 10MSPS!




Ich habe nun mal bei einer Firma angefragt was deren fertige Lösung zum 
Kauf kostet
https://www.fastcomtec.com/nc/products/preamps-hybrids-and-special-products/cr-200-shaping-amplifier/?sword_list%5B%5D=gaussian

"Typical applications"

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich kann dir leider nicht folgen. Schreib doch mal was zu deinem 
Hintergrund. So ein Sensor ist doch kein Hobbyprojekt.

Ich bin momentan leider immer noch der Meinung, daß du nicht weißt was 
du tust. Zumindest was die elektronische Eingangsstufe angeht. Die 
Denkweise von Physikern ist z.B. auch völlig anders als die eines 
Elektronikentwicklers.

Ich sehe in deinem Eingangspost nur Pulse, da ist kein Sinus.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ganz oben schrieb ich was von Gaussianfilter und es kam keine Reaktion 
drauf. Jetzt willst du plötzlich genau so ein Filter kaufen. Seltsam.

von Sven B. (scummos)


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Johnny S. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Das ist irgendwie alles ziemlich wirr, was du da sagst. Wenn deine
>> Pulsbreite 10µ ist, bist du doch mit ein paar hunder kHz schon in dem
>> Bereich, wo du das sinnvoll sampeln und interpolieren kannst. Sowas ist
>> in jedem zehn-Euro-µC mit verbaut.
>
> Bei 10u hat man mit einem 100kSPS genau 1 Sample!

Dann hast du eine andere Auffassung von "Pulsbreite" als ich ... das ist 
normalerweise entweder die 50% oder die 66%-Breite, meist sogar halb. 
Dann sind das eher so 8-10 Samples, was völlig ausreichend ist. Aber 
egal, ja.

> Also geht es wohl eher in die richtung 10MSPS!
Du musst den Puls nicht mega übersampeln wenn du die Form kennst. 3-4 
Samplepunkte auf dem Puls reichen völlig aus.

Insgesamt checke ich auch überhaupt nicht, was du machen willst. Erklär 
doch mal das Problem was du lösen willst, nicht nur deinen Ansatz.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
>So ein Sensor ist doch kein Hobbyprojekt.
>
> Ich bin momentan leider immer noch der Meinung, daß du nicht weißt was
> du tust. Zumindest was die elektronische Eingangsstufe angeht.

Doch ist es.



Sven B. schrieb:
> Insgesamt checke ich auch überhaupt nicht, was du machen willst. Erklär
> doch mal das Problem was du lösen willst, nicht nur deinen Ansatz.

Ich will die Pulshöhe messen. An dem Sensor ist ein Kristall angebracht, 
welcher bei eintreffen von Strahlung ein licht erzeugt. Dieses Licht 
trifft auf den SIPM Sensor. Dort gibt es bei eintreffen von Licht 
einfach erklärt einen Kurzschluss bzw. die Diode wird leitend. Somit 
fällt die Versorgugnspannung des Sensors um x ab.  Desto stärker die 
Strahlenenergie ist, desto mehr Licht wird produziert, und somit fällt 
die Spannung stärker ab. Misst man also diesen Spannungsabfall, weiss 
man wie stark die Strahlungsenergie ist. Somit kann identifiziert werden 
warum etwas strahlt.


Aktuell benutze ich eine Lösung welche eine normale PMT-Röhre benutzt. 
Leider braucht diese Hochspannungen (500-1500V) und hat eine Software 
welche an einem PC läuft um die Auswertungen zu machen. Der 
Spannungsabfall an der Hochspannungsversorgung ist auch viel höher 
(5-10V) als bei einer SIPM, somit ist der Puls automatisch länger da die 
"Aufladekurve" bedeutend länger ist.

Am Schluss kann man ein Diagramm erstellen wo alle gemessenen Pulshöhen 
mit ihrer Anzahl sichtbar sind.
Sieht dann so aus
http://skipper.physics.sunysb.edu/phy313/u_gamma_spectrum.jpg





Diese Lösung ist überhaupt nicht mobil, da man nicht so einfach eine 
HV-Versorgung und einen Laptop herumtragen will.

Ausserdem brauchen PMT Röhren relativ grosse Kristalle da die Baugrösse 
ein minimum hat. Grosse Kristalle sind sehr teuer (1$-50k$). Kristalle 
für SIPM's kriegt man neu für 100-500$


Die SIPM's sind relativ klein und benötigen nur ca.30V 
Versorgungspannung was man einfach aus einem 18650 Akku generieren kann.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Dann sollte mein Schaltungsvorschlag funktionieren. Bau es einfach auf.

Falls es doch zu Triggerproblemen kommen sollte, kannst du ja so ein 
Gaußfilter (selbstgebaut, sind nur ein paar Rs und Cs) vorsetzen. Das 
ändert im wesentlichen nur die Pulshöhe proportional.


Werde mal den LTC in die Sim setzen...

: Bearbeitet durch User
von Lurchi (Gast)


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Einige der ARM basieren µCs haben recht schnelle ADCs drin, bis über 5 
MHz Sampling rate. Das sollte ausreichen, um den Puls auch ohne Dehnung 
aufzunehmen. So super hohe Auflösung wird man nicht brauchen, weil die 
SIPMs in der Regel nicht so genau sind. Man sollte auch mit einem 8 Bit 
ADC auskommen - schließlich wird die Fläche des Pulses schon über eine 
recht große Zahl von Samples (z.B. 20) aufsummiert.

Wenn man Dehnen will gibt es den von Abdul schon oben erwähnten Gauß 
filter. Einen Plan dafür sollte man finden, so dass man den auch selber 
aufbauen kann und nicht als Modul kaufen muss.

Die Alternative ist halt ein schneller Peak-Detector, der analog den 
Maximalwert speichert so dann dann ein langsamer ADC den Wert auslesen 
kann. Der Vorschlag oben mit der S&H Stufe geht in die Richtung und eine 
richtig getriggerte S&H Stufe ist eine Möglichkeit für den Peak 
Detektor. Der Schaltungsteil ist aber nicht so ganz trivial, wenn es 
schnell sein soll - ggf. wäre da auch eine Pulsdehnung von Vorteil. Im 
Prinzip sollte das Rauschen beim Spitzenwert auch etwas höher sein als 
für die Fläche, d.h. die digitale Methode hat auch schon was für sich.

Dass die SiPMs von der empfindlichen Fläche kleiner sind ist eher als 
Nachteil zu sehen: man kann damit nur eher kleine Kristalle auswerten, 
und ein kleiner Kristall bedeutet weniger Zählrate. Auch mit einem eher 
kleinen Kristall ist man aber immer noch deutlich besser als etwa ein 
Geigerzähler.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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In diesem Dokument ist die Eingangsstufe beschrieben:
http://sensl.com/downloads/ds/UM-MicroC.pdf

Scheinbar sind die Pulse auch im Normalmode deutlich schneller.

Johnny, hast du alle 45 Dokumente des Herstellers durchgeackert? Ist 
Fig. 10 schon eingebaut?

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich habe den LTC nun in der Sim drin. Leider macht der einen kleinen 
Spannungssprung am Ausgang, wenn Shutdown aktiv wird. Da ist irgend ein 
Fehler, vielleicht in dem Simulationsmodell von LTC für diesen Chip. Muß 
ich noch untersuchen. Aber prinzipiell gehts.

Ich warte nun auf deine Antwort zur Pulsbreite des Sensors.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Das Simulationsmodell des LTC6268 hat definitiv ein Problem. Da fließen 
kurzzeitig 1,5mA am Ausgang, wenn Shutdown aktiv wird. Im DB steht 
dagegen 400nA maximal. Entweder das Modell ist falsch oder der OpAmp 
macht das auch in der Realität.
Der Strom hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung nicht ganz stimmt.


Anderer OpAmp oder Buffer irgendwer einen Vorschlag?

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Lurchi schrieb:
> Dass die SiPMs von der empfindlichen Fläche kleiner sind ist eher als
> Nachteil zu sehen: man kann damit nur eher kleine Kristalle auswerten,
> und ein kleiner Kristall bedeutet weniger Zählrate. Auch mit einem eher
> kleinen Kristall ist man aber immer noch deutlich besser als etwa ein
> Geigerzähler.

Die Referenz zum Geigerzähler ist nicht ganz passend, denn dieser KANN 
nur messen das Strahlung existiert, es ist nicht möglich damit 
herauszufinden was die Strahlung erzeugt. Zb. kannst du mit einem 
Geigerzähler ein Uranmineral nicht von einem Thoriummineral 
unterscheiden.

Ein Scintillation-Detektor (mit Kristall) kann das immer, unabhängig der 
Grösse des Kristalls

Mitlerweilen gibt es SIPM-Arrays welche die fläche einer PMT haben. 
Kosten leider nur für den Privatanwender >1000$ pro Array.

Die 2x2 Arrays (16mm2 Fläche) welche ich verwende sind für 200$ zu 
haben.







Abdul K. schrieb:
> In diesem Dokument ist die Eingangsstufe beschrieben:
> http://sensl.com/downloads/ds/UM-MicroC.pdf
>
> Scheinbar sind die Pulse auch im Normalmode deutlich schneller.

An meinem SIPM Board ist der FAST Out garnicht herausgeführt. Das die 
Pulse bei mir länger sind, hat damit zutun das im Datenblatt die 
Grafiken sich auf direktes Licht (als z.b. von einem LED Puls) beziehen. 
Da die Kristalle jeweils nachleuchten werden auch die Pulse länger...

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Johnny S. schrieb:
> Die Referenz zum Geigerzähler ist nicht ganz passend, denn dieser KANN
> nur messen das Strahlung existiert, es ist nicht möglich damit
> herauszufinden was die Strahlung erzeugt. Zb. kannst du mit einem
> Geigerzähler ein Uranmineral nicht von einem Thoriummineral
> unterscheiden.
>
> Ein Scintillation-Detektor (mit Kristall) kann das immer, unabhängig der
> Grösse des Kristalls
>

Und wie? Im Sensor selbst gibts nur die vielen APDs. Was macht der 
Kristall?


>
> Abdul K. schrieb:
>> Scheinbar sind die Pulse auch im Normalmode deutlich schneller.
>
> An meinem SIPM Board ist der FAST Out garnicht herausgeführt. Das die
> Pulse bei mir länger sind, hat damit zutun das im Datenblatt die
> Grafiken sich auf direktes Licht (als z.b. von einem LED Puls) beziehen.
> Da die Kristalle jeweils nachleuchten werden auch die Pulse länger...

Aha. Ja, das sind die Dinge die man so halt nicht wissen kann.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Und wie? Im Sensor selbst gibts nur die vielen APDs. Was macht der
> Kristall?

Der Kristall erzeugt das Licht was die ADP's messen.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich meinte die Mineralunterscheidung. Was ändert das spezifische Mineral 
am Signal?

von Lurchi (Gast)


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Der Kristall erzeugt einen Lichtpuls mit einer Lichtmenge in etwa 
proportional zur Energie der Strahlung. Der Lichtpuls hat auch da eine 
gewisse Länge, abhängig vom Material. Es sollten aber in der Regel 
weniger als 1 µs sein. Der Puls sieht ein wenig aus wie ein 
Einzelphotonen Puls, ist aber deutlich größer: der Puls dürfte so etwa 
ein 1 Photon für etwa 10-50 eV sein, und damit etwa in der Größenordnung 
1000-10000 Photonen. Die Pulse sollten praktisch nur in der Amplitude 
unterschiedlich sein, d.h. auch die kleinen Pulse sollten nicht kürzer 
sein.

Der Ausgangspuls ist auch schon abhängig von der Kapazität am Sensor - 
je nach Kapazität verlängert sich der Puls ggf. Jedenfalls ist das bei 
normalen Photodioden so - das APD array sollte aber ähnlich sein.

Auch ein Geiger-zählrohr kann man in der Regel im Proportionalbereich 
betreiben, d.h. mit etwas niedrigerer Spannung. Allerdings ist die 
Auflösung nicht so gut und die Zählrate deutlich niedriger als mit einem 
Szintilator. Die Pulse sind i.A. auch breiter, so dass man das Problem 
mit der Verlängerung eher nicht hat.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich kann es kaum glauben, aber LTC hat anscheinend keinen anderen OpAmp, 
der hier passen würde. Der müßte Shutdown, kleine Offsetspannung, 
schnell genug und keine Dioden zwischen IN+ und IN- haben.
Also habe ich dann das Modell des vorgeschlagenen OPA656 aus der AppNote 
des Sensorherstellers genommen und dazu einen 74HC4066 als Schalter.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Ich meinte die Mineralunterscheidung. Was ändert das spezifische Mineral
> am Signal?

ein Uranmineral enthält hautpsächlich zwei Uranisotope, diese haben eine 
definierte Energie, welche somit im Kristall eine definierte Menge Licht 
erzeugt. Bei Thorium ist es ein anderes Isotop, somit eine andere Menge 
Licht und aus dem Ergebnis können dann die Komponenten identifiziert 
werden.


Die Skala reicht zwischen 0 und 10'00keV Strahlungsenergie. Im 
Hobbybereich wird aber auf grund der nötigen Kristallgrösse alles über 
3000keV schwierig zu messen. Somit muss die "Hobbylösung" nur eine 
Auflösung >3000 unterstützen.


Man kann zb. auch die Legierung eines Metalls feststellen in dem man es 
mit Strahlen beschiesst und seine floureszenz mit einem Kristall misst. 
Somit kann z.b. ermittelt werden ob ein Goldbarren wirklich komplett 
Gold ist, und nicht im inneren mit Blei gefüllt ist.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Lurchi schrieb:
> Die Pulse sollten praktisch nur in der Amplitude
> unterschiedlich sein, d.h. auch die kleinen Pulse sollten nicht kürzer
> sein.


Die Pulse werden ja durch einen Spannungsabfall produziert, somit dauert 
es bei starken pulsen umsolänger die Ausgangsspannung wiederherzustelen.

Vergleichbar wie wenn du einen Kondensator lädst, und einmal nur kurz 
eine LED dran hängst, und ein anderes Mal einen Motor. Einmal wird das 
wiederaufladen länger dauern, da mehr entladen ist.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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OK, ich verstehe. Es entstehen also diskrete Pulshöhen. Wie groß können 
die spannungsmäßig maximal werden?

von Lurchi (Gast)


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Die Pulsform wird i.A. von Widerständen und Kapazitäten am Sensor 
bestimmt. Der abklingende Teil des Pulses entspricht also eher dem 
Exponentiellen Abklingen eines RC-Gliedes mit konstantem Widerstand.

Ein kleiner Puls mag etwas kürzer Aussehen, weil man eine feste Schwelle 
ansetzt. Für die Frage wann der nächste Puls kommen kann stimmte das 
auch.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Einfach mal länger samplen, dann können wir das austesten in der Sim...

von Sven B. (scummos)


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Johnny S. schrieb:
> Der
> Spannungsabfall an der Hochspannungsversorgung ist auch viel höher
> (5-10V) als bei einer SIPM, somit ist der Puls automatisch länger da die
> "Aufladekurve" bedeutend länger ist.
Das ist mir nicht klar. Ein guter Photomultiplier ist im Moment immer 
noch deutlich schneller als die erhältlichen SIPM. Wenn sich da was 
signifikant aufladen muss, dann übersättigst du deinen Photomultiplier; 
normalerweise wird die Energie des Ausgabepulses aus den (evtl. 
zusätzlich angebrachten) Kapazitäten an den einzelnen Dynoden gespeist. 
Wenn die sich durch das Signal merklich entladen, ist das Signal (bzw. 
die Verstärkungsspannung) zu groß. Wenn nicht, ist der Aufladevorgang 
egal.

Die SIPMs haben übrigens genau dasselbe Sättigungsproblem, weil sich die 
Sperrschichtkapazität der Dioden erst wieder aufladen muss.

> Ausserdem brauchen PMT Röhren relativ grosse Kristalle da die Baugrösse
> ein minimum hat. Grosse Kristalle sind sehr teuer (1$-50k$). Kristalle
> für SIPM's kriegt man neu für 100-500$
Auch das ist mir nicht klar. Die aktive Fläche eines SIPM ist viel 
kleiner als die eines PMT, was eigentlich fast nur ein Nachteil sein 
kann (wenn du die vom PMT kleiner haben willst, schraub einfach eine 
Blende davor). Du siehst auf dem PMT eh jedes Photon, auch wenn du nur 
an einer Stelle beleuchtest, du musst doch nicht die gesamte Fotoplatte 
beleuchten?

: Bearbeitet durch User
von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Hm, mal generell: Warum steigt der Wirkungsgrad bei größerer 
Detektorfläche? Bzw. wie groß in Fläche ist denn das auftreffende 
Teilchen? Da die Kapazität des Detektors proportional zur Fläche ist, 
müßte es doch ein Optimum für die Fläche geben. Wenn sie zu groß ist, 
sinkt ja die Pulshöhe am Ausgang wieder ab, da das Teilchen nur eine 
bestimmte Energie liefert.

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Sven B. schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>> Der
>> Spannungsabfall an der Hochspannungsversorgung ist auch viel höher
>> (5-10V) als bei einer SIPM, somit ist der Puls automatisch länger da die
>> "Aufladekurve" bedeutend länger ist.
> Das ist mir nicht klar. Ein guter Photomultiplier ist im Moment immer
> noch deutlich schneller als die erhältlichen SIPM. Wenn sich da was
> signifikant aufladen muss, dann übersättigst du deinen Photomultiplier;

Im moment des eintreffen von Licht leitet der PMT/SIPM nach GND, somit 
fliesst ein Strom, welcher wiederum als Spannungsabfall in der 
Versorgung sichtbar ist.




Lurchi schrieb:
> Ein kleiner Puls mag etwas kürzer Aussehen, weil man eine feste Schwelle
> ansetzt. Für die Frage wann der nächste Puls kommen kann stimmte das
> auch.


Etwas ist ein dehnbarer beriff. Anbei ein persistant wo man per zufall 
einen kleinen Puls sieht und halt die persistant der letzen Pulse. Es 
differiert schon ziemlich









Abdul K. schrieb:
> Hm, mal generell: Warum steigt der Wirkungsgrad bei größerer
> Detektorfläche? Bzw. wie groß in Fläche ist denn das auftreffende
> Teilchen? Da die Kapazität des Detektors proportional zur Fläche ist,
> müßte es doch ein Optimum für die Fläche geben. Wenn sie zu groß ist,
> sinkt ja die Pulshöhe am Ausgang wieder ab, da das Teilchen nur eine
> bestimmte Energie liefert.



Zum einten ist ja eine Strahlenquelle kein Laser der seine Energie auf 
einen Strahl abgiebt, sondern die Strahlung entweicht einfach irgendwo 
hin, ist der Detektor grösser ist die Chance das ein Strahl den Detektor 
trifft grösser. Ebenfalls benötigt man für höhere Energien einen dicken 
Kristall, dass die Strahlungsenergie überhaupt gestoppt wird. Ein dünner 
Kristall kann vielleicht bis 400keV funktionieren, aber starke Strahlen 
(zb. 1.3MeV) werden nicht gestoppt sondern durchdringen den Kristall 
einfach.

https://www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/efficiency_calculations_brochure_69670.pdf

seite 9, figure 9 zeigt an wieviel einer Energie bei einer gewählten 
Dicke absorbiert wird.



Rudimentär kann man das mit einer Gewehrkugel vergleichen. Desto stärker 
die Energie und Masse des Geschosses desto mehr Material wird 
durchdrungen.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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"Irgendwo hin"? Das heißt sie ist gerichtet, so wie man das von Licht 
kennt. Damit hat sie eine auftreffende bestimmte Größe. Wie muß man sich 
das vorstellen?

von Sven B. (scummos)


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Johnny S. schrieb:
>> Das ist mir nicht klar. Ein guter Photomultiplier ist im Moment immer
>> noch deutlich schneller als die erhältlichen SIPM. Wenn sich da was
>> signifikant aufladen muss, dann übersättigst du deinen Photomultiplier;
>
> Im moment des eintreffen von Licht leitet der PMT/SIPM nach GND, somit
> fliesst ein Strom, welcher wiederum als Spannungsabfall in der
> Versorgung sichtbar ist.

Sag mal, hast du den Rest meines Beitrags überhaupt gelesen? Das ist 
i.d.R. nicht der Fall, die Abgabe der Energie aus den Dynodenkapazitäten 
in den beobachteten Ausgangspuls passiert viel schneller als das 
Nachladen der Kapazitäten. Der Spannungsteiler, der die Dynoden mit 
Hochspannung versorgt, ist super hochohmig um den Ruhestrom im Rahmen zu 
halten. Statt dich dazu zu äußern erklärst du mir irgendeine 
Trivialität, nun schon zum zweiten Mal ...

> Zum einten ist ja eine Strahlenquelle kein Laser der seine Energie auf
> einen Strahl abgiebt, sondern die Strahlung entweicht einfach irgendwo
> hin, ist der Detektor grösser ist die Chance das ein Strahl den Detektor
> trifft grösser.

Dann benutz doch eine Sammellinse. Große Detektorflächen bauen für sowas 
ist der falsche Weg ... du bist doch im sichtbaren, da gibt es doch 
Optiken.

> Rudimentär kann man das mit einer Gewehrkugel vergleichen. Desto stärker
> die Energie und Masse des Geschosses desto mehr Material wird
> durchdrungen.

Das klingt zwar logisch, stimmt aber nicht. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Durchschlagskraft

Wenn du übrigens "Szintillator" sagst statt "Kristall" versteht man auch 
wovon du redest ... ein Stück Kupfer ist auch ein "Kristall".

Ich glaub ich bin raus, ich kann überhaupt nicht nachvollziehen wie und 
über was du nachdenkst ... viel Erfolg

: Bearbeitet durch User
von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> "Irgendwo hin"? Das heißt sie ist gerichtet, so wie man das von Licht
> kennt. Damit hat sie eine auftreffende bestimmte Größe. Wie muß man sich
> das vorstellen?

Damit war gemeint das ein Mineral kein Punktstrahler ist, sondern seine 
Strahlen rund um aussended.


Sagen wir du hast eine Strahlenquelle welche Punktförmig ist z.b. einen 
Streifen Americum, dann reicht ein relativ kleiner Kristall z.b. 
Durchmesser 10mm, Höhe 20mm. Ist die Quelle dann direkt unter dem 
Kristall gehen nahe zu 50% der Strahlen in den Kristall.

Wenn du aber ein Mineral hast, welches eine niedrige konzentration an 
Strahlenquellen hat, wird man mit einem kleinen Detektorkristall hald 
nur diese Strahlen einfangane welche den Detektor treffen, was mitunter 
sehr wenige sein können.

Es gibt viele Detektorgrössen, Formen und Materialien welche alle vor 
und nachteile haben...




Sven B. schrieb:
> Sag mal, hast du den Rest meines Beitrags überhaupt gelesen? Das ist
> i.d.R. nicht der Fall, die Abgabe der Energie aus den Dynodenkapazitäten
> in den beobachteten Ausgangspuls passiert viel schneller als das
> Nachladen der Kapazitäten. Der Spannungsteiler, der die Dynoden mit
> Hochspannung versorgt, ist super hochohmig um den Ruhestrom im Rahmen zu
> halten. Statt dich dazu zu äußern erklärst du mir irgendeine
> Trivialität, nun schon zum zweiten Mal ...

Wenn du meinst. Also mein Scintillation-Detektor hat einen BNC 
Anschluss, das Gehäuse ist Masse und der Stift die Versorgungspannung. 
Also können sich die Dynoden wohl nur nach Masse entladen. Irgendwo 
kommt der Spannungsabfall ja her.
Für die Auswertung ist es egal warum und wie das Signal entsteht....

> Dann benutz doch eine Sammellinse. Große Detektorflächen bauen für sowas
> ist der falsche Weg ... du bist doch im sichtbaren, da gibt es doch
> Optiken.

Es ging hier ums Prinzip. Geplant ist von mir ein eher kleiner Kristall 
von 16x30mm. Standart Kristalle sind oft 1.5 x. 1.5inch bis 3x3inch.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Na ok. Es soll mir erstmal als Erklärung so weit reichen. Danke dir!

Wie soll es mit der Schaltung weitergehen? Hast du bereits einen ersten 
linearen Verstärker am Sensor oder soll der direkt an die Schaltung ran?

von Lurchi (Gast)


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Der Szintillator ist ein diffuse Quelle. Ein Sammellinse kann man hier 
also nicht nutzen um die Detektorfläche zu vergrößern. Um das Licht 
halbwegs effektiv einzufangen muss ein gewisser Anteil der Oberfläche 
vom Detector abgedeckt werden. Der Rest der Oberfläche wird i.A. 
verspiegelt oder weiß gemacht, ähnlich einer Ulbricht-kugel, um 
möglichst viel vom Licht zu erfassen. Eine gewisse Größe ist schon ein 
echter Vorteil, hat aber auch ihren Preis.

Die in der Regel untersuchte Gammastrahlung gibt eine Absorption in 2 
Stufen: erst die Übertragung der Energie auf 1 oder 2 Elektronen und 
dann eine Spur des anfangs schnellen Elektrons. Die Spur des Elektron 
sollte fast immer im Kristall bleiben, um die volle Energy zu erfassen. 
Die Gammaquanten werden je nach Energy auch teilweise durch gehen, da 
ist die Reichweite oft recht groß und ein kleiner Szinillator gibt 
einfach weniger Zählrate.

Es geht hier nicht darum, die Pulse kurz zu bekommen, sondern eher darum 
den Puls ggf. noch ein wenig zu verlängern, damit die Auswertung 
einfacher wird. Zu sehr sollte man es allerdings auch nicht übertreiben, 
damit sich die Pulse nicht so oft überschneiden. Hier hängt es etwas 
davon ab, was man messen will. Mit so etwas die Pilzen dürfte man nur 
kaum über den Untergrund kommen, ggf. so in den Bereich 100 Pulse je 
Sekunde (je nachdem wo man nach unten abschneidet). Mit einem Uran / 
Thorium Mineral könnte die Strahlung aber schon 100 mal oder mehr höher 
liegen. Da wäre es dann ggf. schon gut wenn die Pulse nicht so viel 
länger werden.

Die kleinen Pulse sehen nicht deutlich kürzer aus als der große: etwa 
4-5 µs Länger bei 50% der Amplitude. Besser als der letzte Puls ist ggf. 
der eine kleinere ganz am rechten Rand geeignet. Viel mehr ist leider 
bei den kleinen Pulsen nicht zu erkennen.

Für eine Abtastung mit 5 MHz hätte man für den Hauptteil des Pulses 
immerhin schon 25 Samples. Das wäre eigentlich noch nicht so schlecht. 
Viel länger muss der Puls also nicht werden. Mit passender SW könnte es 
auch schon reichen. Einige der STM32F3xx haben auch 2 ADC mit je 5 MSPS 
die man auch interleaved nutzen kann. Viel mehr als 8 Bit Auflösung 
dürfte das Signal so oder so kaum hergeben.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Lurchi, das ist aber ein anderes Konzept als meine Schaltung. Solltest 
du dazu sagen.

von Sven B. (scummos)


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Lurchi schrieb:
> Der Szintillator ist ein diffuse Quelle. Ein Sammellinse kann man hier
> also nicht nutzen um die Detektorfläche zu vergrößern. Um das Licht
> halbwegs effektiv einzufangen muss ein gewisser Anteil der Oberfläche
> vom Detector abgedeckt werden.

Hä, warum sollte das so sein? Das ist nicht so. Es gibt ein gewisses 
Limit, wie klein du den Fokus bekommst, das ist richtig, aber natürlich 
kannst du Licht mit einer Linse sammeln. Eine Glühlampe ist auch völlig 
diffus, und wenn ich eine Lupe vor die Wand halte kriege ich trotzdem 
einen hellen Punkt auf der Wand (auf den mehr Licht trifft als auf die 
Umgebung, d.h. ich habe Licht gesammelt). Mit diffus hat das ohnehin 
wenig zu tun, es geht eher um die Ausdehnung der Quelle. Außer du hast 
wirklich eine kohärente Quelle, dann kann sie auch ausgedehnt sein und 
trotzdem ein Etendue nahe 0 haben.

: Bearbeitet durch User
von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Bist schon weiter gekommen?

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Abdul K. schrieb:
> Bist schon weiter gekommen?

In diesem Bereich noch nicht, jedoch habe ich ein ähnliches Projekt 
endeckt welches ganz ohne ADC auskommt. Es wird nur mit einem Komparator 
die Zeit über dem Schwellenwert gezählt.

Ich werde das nun auch probieren, um herauszufinden ob es sich für meine 
Zwecke eignet.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Wenn die Pulse immer die gleiche Form mit nur jeweils unterschiedlicher 
Pulshöhe haben, sollte das funktionieren.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Ein Zerfallspuls kann nicht zu einem Sinus umgestaltet werden. Wenn man 
einen Sinus will benoetigt man einen Dirac auf einen Resonator. Alles 
andere ergibt einen Sinus-Einschwingvorgang zusammen mit einem 
Resonator. Und ohne Resonator gibt es ganz sicher keinen Sinus, auch 
keine Sinus Halbwelle.

Ich wuerde den Puls einfach integrieren. Einen gesteuerten(gegateten) 
Integrator mit der steigenden Flanke triggern. Dh einen Boxcar.

von Dirk S. (fusebit)


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Abdul K. schrieb:
> Hier die Lösung.


Moin, ich wollte das real aufbauen um es für mein Gammaspektrometer zu 
verwenden. Allerdings habe ich ein Problem :-/

Wie baue ich den invertierenden Schmitt-Trigger mit differenziellen 
Eingängen aus der LTspice Bibliothek am besten real auf?
Als fertiges IC konnte ich es nicht finden.

Macht es Sinn es mit einem Komperator aufzubauen, so wie bei Wikipedia, 
siehe Anhang, plus Inverter.

Oder gibt es doch ein IC mit dieser Funktion? Ich stehe jedenfalls auf 
dem Schlauch...

: Bearbeitet durch User
von Dirk S. (fusebit)


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Die Frage hat sich weitgehend erledigt. Ich habe mich etwas genauer mit 
der Schaltung beschäftigt und die Verzögerungsleitung ist das 
eigentliche Problem.

Da ich keine 30m Koaxialkabel verwenden möchte, ist das wohl nicht so 
einfach zu lösen...

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Dann nimm halt eine LC-Verzögerungsleitung.

von Sven B. (scummos)


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Abdul K. schrieb:
> Dann nimm halt eine LC-Verzögerungsleitung.

Mit LC-Verzögerungsschaltungen kann man keine Pulse verzögern. Pulse 
sind breitbandig bis DC.

Entweder Koaxkabel oder Puls digitalisieren und digital verzögern sind 
die beiden Varianten die mir bekannt sind. Ich glaube nicht, dass es 
irgendwas anderes gibt was sinnvoll umsetzbar ist.

: Bearbeitet durch User

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