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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Fragen zu ADCs / mehrere ADCs versetzt sampeln lassen.


Autor: Gustl B. (-gb-)
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Hallo,
ich will vielleicht etwas ausprobieren wo ich ein Signal sehr schnell 
abtasten muss. Das Signal selber ist ein kurzer Spannungsimpuls von ca. 
20ns Länge.

1. Frage:
So ein ADC von der Stange den man kaufen kann hat ja intern eine 
Sample/Hold Stufe drinnen. Ich stelle mir das so vor, dass der Eingang 
nicht die ganze Zeit offen ist, sondern nur manchmal und im Rest der 
Zeit die Spannung vom internen Samplekondensator in den Wert umgewandelt 
wird. Sprich der ADC hat Totzeit. Wo findet man in den Datenblättern wie 
groß diese Totzeit ist?

2. Frage:
Ich will das Maximum von dem kurzen Spannungsimpuls erfassen. Wenn das 
während der Totzeit auftritt, dann erhalte ich kein Sample mit dem 
maximalen Spannungswert. Wenn das Maximum aber auftritt, während der 
Eingang vom ADC offen ist, hat der zugrhörige Samplewert dann sicher 
dieses Maximum als Wert?

3. Frage:
Wenn die Totzeit kleiner ist als die Hälfte der Zeit, reicht es dann 
zwei ADCs um 180° verschoben abtasten zu lassen? Weil dann wäre zu jeder 
Zeit einer der Eingangen offen und wenn Frage 2 zuträfe, würde dann also 
mindestens einer der ADCs das Maximum erfassen.

4. Frage:
Ist das unabhängig von der Samplerate?
Beispiel:
Der Spannungsimpuls ist weiterhin 20 ns lang.
Jetzt sampeln zwei ADCs mit je 1 MSample/s um 180° versetzt. Dabei hat 
jeder ADC eine Totzeit die kleiner ist als die Hälfte der Zeit.
Dann hätte ja auch in dem Fall mindestens einer der ADCs den Eingang 
offen wenn der Impuls auftritt und würde mir das Maximum vom Impuls 
liefern.

Edit:
5. Frage:
Wenn ich zwei ADCs um 180° verschoben betreiben möchte und beide ADCs 
einen LVDS Clock Eingang haben, kann ich dann einfach an einem der ADCs 
die beiden LVDS Leitungen vertauscht anschließen um die 
phasenverschobene Clock zu erzeugen?

Edit:
Kann das sein, dass das Track and Hold Schaltungen sind die also nicht 
das Maximum festhalten sondern mit der Eingangsspannung mitwackeln? Dann 
müsste ich doch schnell abtasten ... schade eigentlich.

Vielen Dank!

Es geht darum zu entscheiden, ob ich sehr schnell abtasten muss um das 
Maximum zu erfassen oder ob mir eine vergleichsweise niedrige Samplerate 
genügt. Da diese Impulse schnell hintereinander auftreten können, geht 
leider keine allzu niedrige Samplerate weil man dann nichtmehr 
unterscheiden könnte, ob es ein oder mehrere Impulse waren.

: Bearbeitet durch User
Autor: Peter S. (Gast)
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Wenn ein ADC es nicht schafft den Puls zuverlässig zu sampeln, muss das 
eine externe Schaltung leisten ("Peak Detection Circuit"). Zwei ADCs 
versetzt sampeln lassen kommt mir etwas seltsam vor.

Bedenke bitte auch, dass ein S&H-Kondensator auch eine gewisse Zeit 
braucht bis er geladen ist. Dass der zu messende Spannungspuls lange und 
niederimpedant genug am ADC anliegt, kann auch eine externe Schaltung 
nötig machen.

Details sind den jeweiligen ADC-Datenblättern zu entnehmen ;)

Autor: Tom (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> ich will vielleicht etwas ausprobieren wo ich ein Signal sehr schnell
> abtasten muss. Das Signal selber ist ein kurzer Spannungsimpuls von ca.
> 20ns Länge.
Wie häufig kommt der Impuls?
Wenn der z.B. nur alle Sekunden kommt, dann reicht auch ein entsprechend 
langsamer ADC.


> 5. Frage:
> Wenn ich zwei ADCs um 180° verschoben betreiben möchte und beide ADCs
> einen LVDS Clock Eingang haben, kann ich dann einfach an einem der ADCs
> die beiden LVDS Leitungen vertauscht anschließen um die
> phasenverschobene Clock zu erzeugen?
Sollte gehen. Machen die Kollegen hier auch:
https://spdevices.com/documents/white-papers/61-di...

Allerdings sollte der Clock dann auch ein 50:50 Verhältnis haben. Sonst 
wird bei schnellen Signalen aus dem Zeitfehler ein Amplitudenfehler.

Autor: Base64 U. (6964fcd710b8d77)
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Willst du noch einmal erklären was das Ziel ist?
Bei Frage zwei hast du eine andeutung drinnen, aber so ganz ist es mir 
nicht klar. Schnell ein Signal sampeln oder präzise den maximalwert 
messen oder was anderes?

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Gustl B. schrieb:

> So ein ADC von der Stange den man kaufen kann hat ja intern eine
> Sample/Hold Stufe drinnen.

Nein. Es gibt zig verschiedene ADC-Konzepte. Und etliche davon haben 
keine Sample&Hold-Stufe. Insbesondere die für schnelle Sampleraten eher 
nicht.

> Wo findet man in den Datenblättern wie groß diese Totzeit ist?

Gegenfrage: hast du überhaupt schon mal ein grundlegendes Whitepaper zu 
schnellen (> 100MS/s) ADC gelesen? Warum nicht?

> Ich will das Maximum von dem kurzen Spannungsimpuls erfassen. Wenn das
> während der Totzeit auftritt, dann erhalte ich kein Sample mit dem
> maximalen Spannungswert.

Deswegen macht man das normalerweise auch nicht so, daß man "schnell" 
sampled und dann das Sample mit dem Maximum heraussucht, sondern 
verwendet einen analogen Spitzenwertdetektor. Kommt natürlich auf die 
konkrete Meßaufgabe an, was am besten paßt.

Autor: Guido B. (guido-b)
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Gustl B. schrieb:
> Hallo,
> ich will vielleicht etwas ausprobieren wo ich ein Signal sehr schnell
> abtasten muss. Das Signal selber ist ein kurzer Spannungsimpuls von ca.
> 20ns Länge.
>
> 1. Frage:
> So ein ADC von der Stange den man kaufen kann hat ja intern eine
> Sample/Hold Stufe drinnen. Ich stelle mir das so vor, dass der Eingang
> nicht die ganze Zeit offen ist, sondern nur manchmal und im Rest der
> Zeit die Spannung vom internen Samplekondensator in den Wert umgewandelt
> wird. Sprich der ADC hat Totzeit. Wo findet man in den Datenblättern wie
> groß diese Totzeit ist?
>

Das ist die Wandlungszeit, steht im Datenblatt.

> 2. Frage:
> Ich will das Maximum von dem kurzen Spannungsimpuls erfassen. Wenn das
> während der Totzeit auftritt, dann erhalte ich kein Sample mit dem
> maximalen Spannungswert. Wenn das Maximum aber auftritt, während der
> Eingang vom ADC offen ist, hat der zugrhörige Samplewert dann sicher
> dieses Maximum als Wert?
>

Nein, s.u..

> 3. Frage:
> Wenn die Totzeit kleiner ist als die Hälfte der Zeit, reicht es dann
> zwei ADCs um 180° verschoben abtasten zu lassen? Weil dann wäre zu jeder
> Zeit einer der Eingangen offen und wenn Frage 2 zuträfe, würde dann also
> mindestens einer der ADCs das Maximum erfassen.
>

Im Prinzip schon ...

> 4. Frage:
> Ist das unabhängig von der Samplerate?
> Beispiel:
> Der Spannungsimpuls ist weiterhin 20 ns lang.
> Jetzt sampeln zwei ADCs mit je 1 MSample/s um 180° versetzt. Dabei hat
> jeder ADC eine Totzeit die kleiner ist als die Hälfte der Zeit.
> Dann hätte ja auch in dem Fall mindestens einer der ADCs den Eingang
> offen wenn der Impuls auftritt und würde mir das Maximum vom Impuls
> liefern.
>

Nein, 1 MSample/s bedeutet eine Wandlungszeit von 1 µs, der Peak wird
durch Mittelung weggebügelt.


> Edit:
> 5. Frage:
> Wenn ich zwei ADCs um 180° verschoben betreiben möchte und beide ADCs
> einen LVDS Clock Eingang haben, kann ich dann einfach an einem der ADCs
> die beiden LVDS Leitungen vertauscht anschließen um die
> phasenverschobene Clock zu erzeugen?
>
> Edit:
> Kann das sein, dass das Track and Hold Schaltungen sind die also nicht
> das Maximum festhalten sondern mit der Eingangsspannung mitwackeln? Dann
> müsste ich doch schnell abtasten ... schade eigentlich.

Ja genau, du suchst Peak&Hold, damit wird aber die Dauer des Peaks
nicht erfasst.

>
> Vielen Dank!
>
> Es geht darum zu entscheiden, ob ich sehr schnell abtasten muss um das
> Maximum zu erfassen oder ob mir eine vergleichsweise niedrige Samplerate
> genügt. Da diese Impulse schnell hintereinander auftreten können, geht
> leider keine allzu niedrige Samplerate weil man dann nichtmehr
> unterscheiden könnte, ob es ein oder mehrere Impulse waren.

Nun entscheide, erinnere dich an Shannon!

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Tom schrieb:
> Wie häufig kommt der Impuls?
> Wenn der z.B. nur alle Sekunden kommt, dann reicht auch ein entsprechend
> langsamer ADC.

Leider nein. Der Impuls kann quasi sofort nach dem vorherigen kommen. 
Die können sich tatsächlich auch überlagern. Mir reicht es aber wenn ich 
zwei unterscheiden kann die so 50 ns auseinander liegen.

Tom schrieb:
> Sollte gehen. Machen die Kollegen hier auch:
> 
https://spdevices.com/documents/white-papers/61-di...
>
> Allerdings sollte der Clock dann auch ein 50:50 Verhältnis haben. Sonst
> wird bei schnellen Signalen aus dem Zeitfehler ein Amplitudenfehler.

Klar und danke für den Link!

Base64 U. schrieb:
> Schnell ein Signal sampeln oder präzise den maximalwert
> messen oder was anderes?

Schnell präzise den Maximalwert erfassen^^. Das sind viele kurze Impulse 
die schnell hintereinander kommen können und deren Amplitude benötige 
ich genau.

Peter S. schrieb:
> Details sind den jeweiligen ADC-Datenblättern zu entnehmen ;)

Leider nein. Da finde ich zwar ein Aperture Delay, aber nicht wie lange 
der Eingang tatsächlich offen ist.

Peter S. schrieb:
> Wenn ein ADC es nicht schafft den Puls zuverlässig zu sampeln, muss das
> eine externe Schaltung leisten ("Peak Detection Circuit").

Ja, dachte ich mir auch, aber Peak Detect Schaltungen sind zu langsam. 
Die halten schön die Spitzenspannung, aber dann muss ich ja noch 
irgendwie wissen wann ich die wieder zurücksetze. Wobei ... vielleicht 
kann ich auch zwei solche Peak Detect Schaltungen verwenden die ich 
beiden versetzt zurücksetze, so dass immer eine den Maximalwert erfasst. 
Das wäre cool ...

Guido B. schrieb:
> Das ist die Wandlungszeit, steht im Datenblatt.

Sicher? Bei manchen ADCs steht das da tatsächlich, aber bei schnelleren 
habe ich die nicht finden können. Beispiel 
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta... 
und 
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta... 
.

Guido B. schrieb:
> Ja genau, du suchst Peak&Hold, damit wird aber die Dauer des Peaks
> nicht erfasst.

Du hast Recht. Gut, die Dauer vom Peak ist mir egal solange ich das 
Maximum bekomme und schnell genug bin zwei kurz aufeinander folgende 
Peaks zu unterscheiden.

Also vermutlich brauche ich zwei Peak Detect Schaltungen die verschoben 
resettet werden. Z. B. mit 20 ns Periodendauer, 12 ns mit offenem 
Eingang und dann in den 8 weiteren ns muss ich die Spannung einmal 
abtasten und zurücksetzen. Dann überlappen sich die Erfassungen minimal 
und ich bekomme sicher das Maximum. Nur wird es sportlich sowas zu 
bauen. Vielleicht ist es da einfacher schnell abzutasten. Dann bekomme 
ich bei 250 MSamples/s und einem 20 ns Impuls 4 Samples. Das ist 
natürlich nicht viel und ich kann nicht davon ausgahen, dass eines der 
Samples das Maximum enthält. Da kann ich dann noch digital die 
Samplerate virtuell erhöhen und das dann tiefpassfiltern. Hm ...

Im 2024a von Welec sind 4 ADCs die verschoben abtasten. Da werden diese 
hier verwendet https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1121.pdf 
Quelle http://www.vabolis.lt/2009/03/26/skaitmeninis-oscilografas/
Vielleicht sollte ich mir das Oszi kaufen und damit anfangen ... 8 Bits 
sind halt etwas wenig.

: Bearbeitet durch User
Autor: foobar (Gast)
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* Normalerweise befindet sich vorm ADC ein an die Samplerate angepasster 
Anti-Alias-Filter. Signale, die kürzer als die doppelte Samplezeit sind, 
erreichen den ADC nicht.

* Mit zwei ADCs 180° phasenverschoben abtasten, ergibt einfach nur die 
doppelte Abtastrate. Wird gerne in DSOs eingesetzt. Kann man beliebig 
skalieren.

* Wenn es dir nur um den Peak eines oder einer Folge von kurzen Impulsen 
geht, bau dir einen passenden analogen Peak-Detektor - rücksetzen kannst 
du ihn notfalls händisch nach dem Samplen. Die Samplerate spielt dann 
keine Rolle mehr. Willst du keinen einzigen Peak verpassen, könntest 
du notfalls zwei Peak-Detektoren einsetzten und die abwechselnd samplen.

* Nen Peak-Detektor für einzelne Pulse >50MHz mag nicht trivial sein, 
aber deutlich einfacher als nen x00MHz ADC mit entsprechender 
Datenverarbeitung.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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foobar schrieb:
> * Normalerweise befindet sich vorm ADC ein an die Samplerate angepasster
> Anti-Alias-Filter. Signale, die kürzer als die doppelte Samplezeit sind,
> erreichen den ADC nicht.

Ja, stimmt, aber da geht es um die Bestimmung von Frequenzen. Die sind 
mir hier aber egal, es geht um die Amplitude.
Wenn ich also z. B. einen ADC verwende mit 100 MSamples/s dann ist ein 
Sample 10 ns breit. Aber wenn ich den Eingang auf 50 MHz 
bandbreitenbegrenze, dann ist die Spannung am Eingang innerhalb der 10 
ns natürlich nicht konstant. Und das ist hier das Problem.

foobar schrieb:
> * Wenn es dir nur um den Peak eines oder einer Folge von kurzen Impulsen
> geht, bau dir einen passenden analogen Peak-Detektor - rücksetzen kannst
> du ihn notfalls händisch nach dem Samplen. Die Samplerate spielt dann
> keine Rolle mehr. Willst du keinen einzigen Peak verpassen, könntest
> du notfalls zwei Peak-Detektoren einsetzten und die abwechselnd samplen.

Doch, die Samplerate spielt weiterhin eine Rolle, wenn man viele kurze 
Impulse in kurzer Zeit hat und diese unterscheiden können will. Wenn 
innerhalb von 50 ns zwei Impulse mit 20 ns Breite auftreten, dann 
brauche ich mehrere Abtastwerte. Und zwar brauche ich auch mindestens 
einen Abtastwert von zwischen den Impulsen, da reicht es nicht 
dazwischen einen Abtastwert mit geringerem Wert zu haben weil das könnte 
ja ein weiterer kleinerer Impuls gewesen sein.
Ja, zwei die abwechselnd sampeln würde gehen, aber auch dass muss 
schnell gehen. Also so im 10 ns/Sample Bereich.

foobar schrieb:
> * Nen Peak-Detektor für einzelne Pulse >50MHz mag nicht trivial sein,
> aber deutlich einfacher als nen x00MHz ADC mit entsprechender
> Datenverarbeitung.

Das weiß ich eben nicht. Einen ADC an einen FPGA anschließen ist jetzt 
nicht sooo kompliziert und im FPGA kann man doch recht frei mit den 
Daten weitermachen.

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Ja, stimmt, aber da geht es um die Bestimmung von Frequenzen.

na ja, es geht eigentlich um die korrekte Rekonstruktion von 
abgetasteten Signalen. Spätestens wenn du solche Ideen hast:

Gustl B. schrieb:
> Da kann ich dann noch digital die
> Samplerate virtuell erhöhen und das dann tiefpassfiltern.

ist das für dich relevant.

Gustl B. schrieb:
> Leider nein. Da finde ich zwar ein Aperture Delay, aber nicht wie lange
> der Eingang tatsächlich offen ist.

Nur zur Begriffsklärung: der Sample&Hold oder Track&Hold liefert dir 
nicht den Mittelwert (oder den Maximalwert) während der Track-Phase. 
Sondern er liefert dir den Momentanwert am Ende der Trackphase. Was 
während der (möglicherweise langen) Track-Phase vorher am Eingang anlag, 
ist vergessen.

Die Aperture uncertainty (oder aperture jitter) gibt dir an, wie genau 
der Abtastzeitpunkt festgelegt ist. Das wäre die relevante Größe, wie 
genau du das Maximum "treffen" kannst. Wenn der aperture jitter z.B. 
30ps beträgt, bekommst du irgendeinen Momentanwert aus diesem 30ps 
Fenster. Beim Einsatz vieler paralleler ADCs mit zeitversetzter 
Ansteuerung durchs FPGA wird schnell der jitter eines "normalen" 
FPGA-Ausgangs größer als der aperture jitter eines schnellen ADCs.

Gustl B. schrieb:
> Vielleicht ist es da einfacher schnell abzutasten. Dann bekomme
> ich bei 250 MSamples/s und einem 20 ns Impuls 4 Samples. Das ist
> natürlich nicht viel und ich kann nicht davon ausgahen, dass eines der
> Samples das Maximum enthält. Da kann ich dann noch digital die
> Samplerate virtuell erhöhen und das dann tiefpassfiltern.

Ich glaube, hier hast du einen Denkfehler. Mit dieser Abtastung kannst 
du Signale korrekt rekonstruieren, die das Abtasttheorem nicht 
verletzten. Den Maximalwert eines Pulses, der deutlich höhere 
Signalanteile enthält als 125MHz, kannst du damit nicht korrekt 
rekonstruieren.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Achim S. schrieb:
> Ich glaube, hier hast du einen Denkfehler. Mit dieser Abtastung kannst
> du Signale korrekt rekonstruieren, die das Abtasttheorem nicht
> verletzten. Den Maximalwert eines Pulses, der deutlich höhere
> Signalanteile enthält als 125MHz, kannst du damit nicht korrekt
> rekonstruieren.

Was bedeutet denn "Signale korrekt rekonstruieren"? Mir genügt nicht nur 
deren Frequenz sondern auch die Amplitude.

Wenn ich also einen 20 ns Peak mit 250 MSample/s abtaste bekomme ich 5 
Samples von diesem Peak. Ich kann aber doch nicht davon ausgehen, dass 
eines der Samples genau das Spannungsmaximum erfasst hat.

Autor: georg (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Ich kann aber doch nicht davon ausgehen, dass
> eines der Samples genau das Spannungsmaximum erfasst hat.

Bis jetzt weiss ja niemand, wie genau deine Pulse aussehen - sicher wäre 
es nur, wenn der Spitzenwert länger anliegt als die Erfassungszeit. Das 
kann man natürlich mit Brute Force lösen, dann machst du halt 2500 
Samples/s. Etwas einfacher ist ein Spitzenwertgleichrichter, ev. mit 
Löschen des Spitzenwerts nach der Erfassung.

Frag CERN, die können das.

Georg

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Was bedeutet denn "Signale korrekt rekonstruieren"?

die tatsächliche Form des zeitkontinuierlichen Signalverlaufs aus den 
Abtastpunkten bestimmen.

Gustl B. schrieb:
> Ich kann aber doch nicht davon ausgehen, dass
> eines der Samples genau das Spannungsmaximum erfasst hat.

Nein, kannst du natürlich nicht. Und ebensowenig kannst du dir das 
Maximum im Nachhinein "errechnen", wenn du nicht alle relevanten 
Frequenzanteile ohne Verletzung des Abtassttheorems erfasst hast. Was in 
Anbetracht des Spektrums deiner Pulse wohl eher Abtastraten im 
GS/s-Bereich nötig machen würde.

Von daher ist der alternative Ansatz mit interleaved betriebenen 
Peak-Detektoren schon überlegenswert.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Gustl B. schrieb:
> Wenn ich also einen 20 ns Peak mit 250 MSample/s abtaste bekomme ich 5
> Samples von diesem Peak. Ich kann aber doch nicht davon ausgehen, dass
> eines der Samples genau das Spannungsmaximum erfasst hat.

Nein, aber man kann aus den 5 Samples das Spannungsmaximum berechnen. 
Und wenn dein Peak das Abtasttheorem nicht verletzt hat, dann wird das 
sogar stimmen.
Und wenn du ueber die Form deines Peaks eh' schon Bescheid weisst und es 
dir hauptsaechlich auf das Maximum ankommt (nochmal: Was natuerlich 
nicht genau durch eines der Samples getroffen werden muss) kann das 
Wissen ueber die Form des Peaks sicher gut verwendet werden.

Gruss
WK

Autor: foobar (Gast)
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Ich warte ja noch auf den Hinweis, dass er mindestens 16-bit Auflösung 
braucht ;-)

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Auch wenn ich sehr schnell abtaste komme ich nur näherungsweise an den 
Spitzenwert.

Die Impulse sind eben Spannungsspitzen, nicht sonderlich flach oben.

Wie bestimmt man eigentlich die Frequenzanteile von einem Impuls? Nur 
die Länge von dem Gesamtimpuls ist das sicher nicht. Der Unterschied 
Rechteck Impuls zu Sägezahn zu Sinushalbwelle ist schon groß. Die 
Maximale Steigung ist auch nicht alleine ausschlaggebend, denn die 
Sinushalbwelle hat eine größere Steigung als der Sägezahn.

Wenn ich nur die Impulslänge nehme, also 20 ns, das sind 50 MHz als 
Frequenz. Wenn ich da hart abschneide, dann genügt es, wenn ich mit 100 
MSample/s abtaste, ich bekomme also zwei Samplepunkte von dem Impuls der 
dann wegen dem Tiefpassfilter ein Sinusaussehen hat. Aber diese beiden 
Samplewerte haben dann trotz Sinus nicht die maximale Amplitude erfasst. 
Wäre das Signal periodisch könnte ich dessen Frequenz rekonstruieren, 
aber bei einem einmaligen Impuls kann ich doch nicht die genaue 
Impulshöhe ausrechnen?!

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Auch wenn ich sehr schnell abtaste komme ich nur näherungsweise an den
> Spitzenwert.

richtig

Gustl B. schrieb:
> Die Impulse sind eben Spannungsspitzen, nicht sonderlich flach oben.

und das genau ist entscheidend für deine Anforderungen.

Gustl B. schrieb:
> Wie bestimmt man eigentlich die Frequenzanteile von einem Impuls?

Lass dir von einem schnellen Oszi das Frequenzspektrum des Pulses 
berechnen. Oder schick probehalber den Puls über einen "Tiefpass" von 
ein paar Hundert MHz und schau, ab welcher Grenzfrequenz er nennenswert 
an der Spitze abgeflacht wird.

Dergute W. schrieb:
> Und wenn du ueber die Form deines Peaks eh' schon Bescheid weisst und es
> dir hauptsaechlich auf das Maximum ankommt

Ist das der Fall? Sehen alle Pulse immer gleich aus (bis auf einen 
Faktor für die unterschiedlichen Höhen)? Dann wird es vielleicht 
einfacher, mit der Pulsfläche zu arbeiten (und von der auf die Höhe 
zurückzurechnen). Oder die Pulsform an die 5 vorhandenen Abtastpunkte 
"anzufitten" um auf die Höhe zu kommen. Wobei überlappende Pulse dir 
dann das Leben wieder schwermachen.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Gustl B. schrieb:
> Wie bestimmt man eigentlich die Frequenzanteile von einem Impuls?

Hmm. Ja, aeh - schon mal vom Herrn Fourier gehoert?
Und schon mal ein Integral in der Hand gehabt :-)?

So wie ich dich kenne, willst du doch wieder nur olle Gaussimpulse 
ausmessen.
So ein Gaussimpuls kann doch durch 3 verschiedene Groessen definiert 
werden - mehr braucht doch nicht oder?
1.) Zeitpunkt seines Maximums
2.) Breite (an irgendwie spezifizierten Stellen gemessen)
3.) Hoehe (also das Maximum selbst)

Also hast du 3 Unbekannte. Bau' dir ein Gleichungssystem draus. Dann 
schnapp dir halt 3 Samples aus deinem ADC, setz' die in dein 
Gleichungssystem ein und rechne dir die Hoehe aus.

Mit mehr als 3 Samples kriegst du ein ueberbestimmtes Gleichungssystem, 
damit wirste dir sicherlich irgendwelche Extragimmicks, wie 
Rauschleistung etc. auch noch bestimmen koennen.

Gruss
WK

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Dergute W. schrieb:
> Nein, aber man kann aus den 5 Samples das Spannungsmaximum berechnen.

Ok, das hatte ich vermutet. Ich hätte testweise die Samplerate virtuell 
erhöht und das tiefpass gefiltert im FPGA und aus diesem Samplestrom 
dann das größte Sample genommen.

foobar schrieb:
> Ich warte ja noch auf den Hinweis, dass er mindestens 16-bit Auflösung
> braucht ;-)

Ne, hier nicht. Vermutlich würden 6 Bits genügen. Ich werde trotzdem 
einen ADC mit etwas mehr Bits verwenden.

Brauche ich überhaupt das Spannungsmaximum - worum geht es?
Es geht um Radioaktivitätsmessung. Da fallen aus dem Detektor eben diese 
sehr kurzen Impulse raus. Die füttert man traditionell einem Pulse 
shaping Amplifier und da kommen dann lange (mehrere us) gaußförmige 
Impulse raus. Deren Amplitude bestimmt man und baut das 
Zerfallsspektrum.
Das habe ich schon gemacht (ebenfalls mit FPGA und ADC und funktioniert 
fein).
Aber:
Es gibt da interessante Dinge die man noch messen wollen würde, z. B. 
wenn bei einem Zerfall eine sehr kurzlebige Tochter entsteht die dann 
sofort wieder zerfällt. Das geht mit der traditionellen Messmethode 
nicht, weil der Pulse shaping Amplifier zu langsam ist, der würde beide 
schnell aufeinanderfolgenden Zerfälle einfach zu einem gaußförmigen 
Impuls zusammenshapen. Wir haben bisher einen Komparator der zwei 
schnell aufeinanderfolgende Impulse anhand der schnellen kurzen Signale 
erkennt und so können wir solche Zerfälle dann wergwerfen weil im 
Nachhinein trennen geht nicht mehr.
Tja und jetzt überlege ich eben ob das machbar ist gleich diese 
schnellen Signale aus dem Detektor zu verwenden. Für diese Messung mit 
den schnell aufeinanderfolgenden Impulsen ist das wichtig, aber wenn ich 
das baue, dann auch für andere Messarten. Da sind die Impulse dann 
deutlich länger aber auch immer die Amplitude wichtig.
Die Amplitude ist proportional zur Zerfallsenergie. Das bedeutet aber 
auch, dass mir die echte Amplitude egal sein kann. Wenn ich den Impuls 
Tiefpass filtere und davon die Amplitude bestimme, dann ist diese ja 
weiterhin proportional zur Zerfallsenergie. Nur darf der Impuls durch 
das Filter nicht in die Länge gezogen werden, also zwei schnell 
aufeinanderfolgende Impulse durfen sich auch nach dem Filter nicht 
überlagern und müssen unterscheidbar bleiben.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Dergute W. schrieb:
> Hmm. Ja, aeh - schon mal vom Herrn Fourier gehoert?
> Und schon mal ein Integral in der Hand gehabt :-)?

Schon mehrere. Aber ja, hast Recht. Müsste mal einen Impuls einfangen 
und festhalten.

> So wie ich dich kenne, willst du doch wieder nur olle Gaussimpulse
> ausmessen.

Man kennst du mich gut. Ne, dieses Mal nicht. Die Impulse sehen anders 
aus.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Gustl B. schrieb:
> Ne, dieses Mal nicht. Die Impulse sehen anders
> aus.

Ja, das ist doch voellig wurscht wie deine Impulse jetzt grad' aussehen, 
ob das Gauss, Sinus, Dreieck oder sonstwas ist. Sowie du irgendwie 
weisst, wie deren qualitativer Verlauf ist, kannst du doch analog zu dem 
Beispiel von mir mit dem Gaussimpuls die Parameter, die den Impuls 
defineren, festlegen und danach Gleichungssysteme loesen.
Klar, das wird nicht mehr im Kopf zu rechnen sein.

Und fuer die Unterscheidung, ob da evtl. noch ein 2. Impuls 
reingeschneit ist, gibts natuerlich Grenzen, die natuerlich mit der 
Abtastung zusammenhaengen. Aber da kannst du die Samples z.B. durch ein 
"Matched-Filter" durchlassen, das sollte dir dann fuer jeden einzelnen 
Impuls ein lokales Maximum erzeugen. Das du dann natuerlich nicht mehr 
erkenenn kannst, wenn da nur 1..2 Sample Zeitdifferenz zwischen den 
Impulsen war. Aber sonst wahrscheinlich schon...

Gruss
WK

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Ne, leider nicht. Das sind dann einfach zu wenig Abtastwerte um 
tatsächlich genau zu wissen wie lang und hoch der Impuls war und wo die 
Mitte lag.
Ich habe da aber auch selber fast keine Ahnung, daher frage ich ja.

Ich muss das auch nicht bauen, ich habe einen komplett anderen Beruf, 
aber solche Messungen wären eben interessant, das macht noch fast 
Niemand für Radioaktivität.

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Schwere Geburt...
Also nochmal: Wie sehen deine heute interessanten Impulse qualitativ 
aus? Wenn die aus irgendeinem Detektor fallen, dann wird dem doch da 
irgendein gut erforschter Mechanismus zu Grunde liegen und es wird doch 
eine Funktion zumindest fuer die idealisierte Impulsform aus diesem 
Detektor geben - sind das irgendwelche fallenden e-Funktionen, exp(-x²), 
sin(x)/x, cos²(x), etc. so irgendwas sind doch die ueblichen 
Verdaechtigen, oder?

Gustl B. schrieb:
> Das sind dann einfach zu wenig Abtastwerte um
> tatsächlich genau zu wissen wie lang und hoch der Impuls war und wo die
> Mitte lag.

Ja, das kann sein. Wenn das sicher so ist, dann musst du halt schneller 
samplen. Ob jetzt mit einem schnelleren ADC oder mehreren sequentiell 
arbeitenden ADCs ist wurscht. Aber wenn nicht, dann nicht.

Gruss
WK

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Ja also messen kann ich das gerade nicht weil der Detektor eine Probe 
misst.

Also wenn ich was baue, dann will ich das universell verwenden können. 
Der Detektor mit den schnellen Impulsen ist ein Photomultiplier. Der 
sieht Lichtblitze (Beta Zerfälle) in einem Szintillator.
Der andere Detektor der für Gamma Zerfälle verwendet wird ist ein 
Germanium Kristall. Da sind die Impulse deutlich länger, gehen am Anfang 
steil nach oben und fallen dann exponentiell ab.

Generell wenn ich die Höhe messen will, dann muss ich ja irgendwo die 
Nullinie einstellen oder eine Schwelle ab der ein Impuls als Impuls 
gesehen wird. Wäre es sinnvoll das AC zu koppeln?

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Dann kannste ja bei deinem Germaniumdetektor so eine Impulsform 
annehmen:

y(x)=A*exp(-B*(x+C))+D

Damit hast du 4 Unbekannte: A,B,C und D. Dich interessiert 
wahrscheinlich die "Nulllinie", also D.
Wahrscheinlich auch die Amplitude, also A
Vielleicht auch der genaue Zeitpunkt zwischen 2 Samplezeitpunkten, wo 
der Impuls genau losging - das waere dann C.
Ob dich die Abfallgeschwindigkeit B interessiert oder ob die gar eine 
detektorabhaengige Konstante ist - keine Ahnung.

Also brauchst du 4 Samples zu 4 unterschiedlichen Zeitpunkten. 
Sinnvollerweise als erstes Sample das hoechste und dann halt die 3 
drauffolgenden oder ggf. auch mit Pausen, jenachdem wie hurtig du 
abtastest bzw. wie langsam der Impuls abklingt.
Ist halt ein nichtlineares Gleichungssystem. Wird mit'nem FPGA oder 
einem AVR wahrscheinlich nicht so ohne weiteres loesbar sein, aber mit 
irgendwas wo MATLAB oder Octave drauf laeuft wohl schon.

Gustl B. schrieb:
> Generell wenn ich die Höhe messen will, dann muss ich ja irgendwo die
> Nullinie einstellen oder eine Schwelle ab der ein Impuls als Impuls
> gesehen wird. Wäre es sinnvoll das AC zu koppeln?

Wenn nicht so viel los ist, d.h. aus dem Detektor nicht pausenlos 
Impulse kommen, wuerd' ich halt gucken, welche Samplewerte ziemlich oft 
erscheinen. Da in der Gegend wird dann wohl die Nulllinie sein. Oder 
eben wie oben der Parameter "D".

Eine AC-Kopplung ist dann nix anderes wie ein Hochpass - denn kannst du 
evtl. auf der Datenseite auch wieder rausrechnen. Ich wuesst' jetzt ad 
hoc nicht, was dir sowas bringen sollte.


Gruss
WK

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Dergute W. schrieb:
> Also brauchst du 4 Samples zu 4 unterschiedlichen Zeitpunkten.
> Sinnvollerweise als erstes Sample das hoechste [...]

Ja, wenn ich dieses Sample einfach so bekommen würde wäre ich schon 
glücklich. Darum geht es hier doch die ganze Zeit?!

Nun, AC koppeln, damit niederfrequentes Rauschen nicht stört. So Zeug 
wie 50 oder 100 Hz vom Netzteil. Manche Impulse sind dann etwas nach 
oben, manche etwas nach unten verschoben. Eine feste Nullinie bei einem 
festen ADC Wert ist dann doof.

So, ich habe mal etwas mit Python gespielt.

1. Ich habe mir einen Impuls erzeugt. Hier der Einfachheit halber einen 
Gauß.
2. Diesen habe ich mit wenigen Punkten abgetastet.
3. Dann habe ich die Samplerate virtuell um den Faktor 10 erhöht.
4. Das habe ich dann Tiefpass gefiltert.

Das Ganze zu sehen in einem Bildchen 1x.png, das ist ein Durchlauf.

Das habe ich dann 10 mal hintereinander durchlaufen lassen, wobei ich 
den den Start ab dem gesampelt wurde immer etwas verschoben habe, damit 
immer an anderen Punkten abgetastet wird. Die Abtastrate bieb dabei 
natürlich unverändert.
Das ist in dem Bildchen 10x.png zu sehen.

Schön ist, dass das Ergebnis, also das Tiefpass gefilterte Signal wieder 
fast eine konstante Amplitude hat obwohl dazwischen die Samples diese 
nicht haben.

In Zahlen:
Bei den 10 Durchläufen waren das
623, 790, 761, 791, 625, 761, 761, 761, 625, 761
jeweils die Werte des höchsten Sampels. Das ist ein Unterschied von 168.

Das hier
301, 301, 295, 301, 301, 301, 295, 301, 301, 298
sind die Werte des höchsten Sampels nach dem Tiefpass, der Unterschied 
ist 6.

Ich bin mit dem Ansatz jetzt doch recht zufrieden ...

Autor: Dergute W. (derguteweka)
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Moin,

Gustl B. schrieb:
> Ja, wenn ich dieses Sample einfach so bekommen würde wäre ich schon
> glücklich. Darum geht es hier doch die ganze Zeit?!

Naja, du wolltest am Anfang irgendwelche wilden Annahmen und 
Schaltungstechniken hier abgesegnet haben, um damit dann genauer die 
Hoehe von Impulsen bestimmen zu koennen.

Und ich glaub', dass man da auch mit diversen Signalverarbeitungsfaxen 
aus den Samples schon einiges an Info ziehen kann, ohne die Samplerate 
auf schwindlige Hoehen zu treiben. Insbesondere, wenn man eben schon 
weiss, was man da messen will. Das Abtasttheorem gilt ja fuer Signale, 
ueber die man vorher nix weiss. Ausser der Bandbreite. Aber wenn die 
generelle Impulsform bekannt ist, kommt das der Messung sicher zu gute.

Gustl B. schrieb:
> Schön ist, dass das Ergebnis, also das Tiefpass gefilterte Signal wieder
> fast eine konstante Amplitude hat obwohl dazwischen die Samples diese
> nicht haben.

So sollt' es auch sein. Rechentechnisch guenstiger sind natuerlich 
Zweierpotenzen beim Upsamplen. Und natuerlich kann man das dann wieder 
prima im FPGA machen...

Gruss
WK

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Dergute W. schrieb:
> Naja, du wolltest am Anfang irgendwelche wilden Annahmen und
> Schaltungstechniken hier abgesegnet haben, um damit dann genauer die
> Hoehe von Impulsen bestimmen zu koennen.

Ja, das stimmt. Das wäre die Alternative zum schnellen Abtasten.

Dergute W. schrieb:
> Und ich glaub', dass man da auch mit diversen Signalverarbeitungsfaxen
> aus den Samples schon einiges an Info ziehen kann, ohne die Samplerate
> auf schwindlige Hoehen zu treiben.

Ja, für mich als Laie ist das aber schon etwas schwierig, aber ich lerne 
auch gerne.

Dergute W. schrieb:
> Aber wenn die
> generelle Impulsform bekannt ist, kommt das der Messung sicher zu gute.

Die werde ich mal messen.

Dergute W. schrieb:
> So sollt' es auch sein. Rechentechnisch guenstiger sind natuerlich
> Zweierpotenzen beim Upsamplen. Und natuerlich kann man das dann wieder
> prima im FPGA machen...

Klar, das war jetzt Python, da war mir das egal. Einen FIR Filter habe 
ich auch schon geschrieben, aber die Datenrate wird jetzt doch höher. 
Vorallem die virtuelle Abtastrate wird ziemlich hoch sein, da muss ich 
den Filter irgendwie geschickt bauen. Ich habe dann je weniger wie einen 
Takt je Sample Zeit im FPGA, das wird also was mit Pipeline. Am Ende 
gehen mir dann die Multiplizierer aus ...

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Wenn ich mit 250 MHz abtaste, mit dem Faktor 8 upsample, dann habe ich 
eine virtuelle Samplerate von 2 Ghz. Wenn ich ebenfalls mit 250 MHz im 
FPGA rechne (schafft das ein Artix7?) und das FPGA 240 Multiplizierer 
hat, dann darf das FIR Filter nurnoch 30 Werte haben. Weil 8*30=240.

Wenn ich das damit im Python durchrechne, lande ich so bei ca. 6 Bits 
die ich für die Höhe verwenden kann.

Autor: Tobias N. (technick2)
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Peter S. schrieb:
> Wenn ein ADC es nicht schafft den Puls zuverlässig zu sampeln, muss das
> eine externe Schaltung leisten ("Peak Detection Circuit"). Zwei ADCs
> versetzt sampeln lassen kommt mir etwas seltsam vor.

Das funktioniert, wenn die S&H-Schaltung entsprechend dimensioniert 
wird. Ds hat mir gerade die vergangene Woche unser 
Chef-Signalverarbeiter demonstriert. Die haben am Institut eine 
Schaltung mit 16 schnellen ADC entwickelt, wo vorne ein super schneller 
Analog-MUx sitzt. Allerdings muss da viel kalibiert werden.

Und es geht auch nicht beliebig schnell, weil die ADCs eine Bandgrenze 
haben, über die man nicht hinweg kommt.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Von Keysight gibt es bei Youtube eine Reihe an Videos, das Erste ist das 
hier:
Youtube-Video "What is an Oscilloscope - Front End Design Talk (part 1)"
In Part 5 Youtube-Video "Acquisition Boards and ADCs - Oscilloscope Front End Design (part 5)" wird dann über 
ADCs geredet und die verwenden sehr viele interleaved sampelnde ADCs.

Autor: ppuls (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> lso wenn ich was baue, dann will ich das universell verwenden können.
> Der Detektor mit den schnellen Impulsen ist ein Photomultiplier. Der
> sieht Lichtblitze (Beta Zerfälle) in einem Szintillator.

Bist Du sicher, dass Du die von Dir gesuchte Information ueberhaupt in 
diesem Signal (Amplitude, Dauer) finden kannst. Meines Wissens nach 
werden Photomultiplier in solchen Systemen selten wirklich linear 
betrieben. Ist es nicht so, dass die Verstärkung (also, die 
Hochspannung) so gewählt wird, dass Die Dunkelzählrate gerade eben 
niedrig genug liegt, aber möglichst selbst der "kleinste Zerfall" zu 
einem Impuls vom Multiplier führt.

Wie viele Elektronen nun aber innerhalb des Photomultipliers tatsächlich 
entstehen, hat nur wenig mit der "eintreffenden" Energie zu tun, sondern 
ist vielmehr ein statistischer Effekt, und entscheidend ist eher: liegt 
der Impuls ober- oder unterhalb einer Schwellwertgrenze - also: wird er 
als Impuls gezählt oder nicht.

Um hier einen linearen Zusammenhang Strahlungsenergie/Impulshöhe oder 
ähnlich herstellen zu können, müsste vermutlich die Detektorspannung 
soweit verringert werden, dass er sich nicht mehr wirklich als 
Szintillator-Detektor eignet. Das ist zumindest meine Vermutung, aber 
vielleicht nutzt du ja ein ganz spezielles Detektorsystem, eine 
hochmoderne Filmbeschichtung zur Konversion der Strahlungsenergie in 
Photonen/Elektronen, ... vielleicht magst Du da mal mehr zu sagen?

Viele Grüße

Autor: Peter D. (peda)
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Gustl B. schrieb:
> Der Detektor mit den schnellen Impulsen ist ein Photomultiplier.

Ein SEV macht aus einem Teilchen eine bestimmte Anzahl, d.h. die Höhe 
des Pulses ist konstant. Daher nimmt man einen schnellen Komparator mit 
einem DAC zur Einstellung der Schaltschwelle und einen Zähler. Ein 
schneller ADC ist daher nicht notwendig.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Ja tolle Wurst, ich will hier aber nicht nur unterscheiden zwischen kein 
Impuls oder Impuls und diese dann zählen, sondern ich will Impulse durch 
ihre Höhe unterscheiden und daraus dann ein Spektrum bauen.
Mit der derzeit verwendeten Technik klappt das auch prima die ist nur zu 
langsam um sehr schnell aufeinanderfolgende Impulse unterscheiden zu 
können.

Also der Zerfall findet in der Probe statt. Da ist ein Scintillatorgel 
mit drinnen. Je nach Zerfallsenergie ist der Lichtblitz dann 
unterschiedlich hell.

Autor: Peter D. (peda)
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Dann kauf ein fertiges DSO mit mindestens 1GSample und lies es per 
Ethernet aus.
Selbstbau ist in jedem Fall noch teurer, sowas steckt man nicht einfach 
mal eben auf einem Breadboard zusammen.

Autor: Achim S. (Gast)
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Peter D. schrieb:
> Dann kauf ein fertiges DSO mit mindestens 1GSample und lies es per
> Ethernet aus.
> Selbstbau ist in jedem Fall noch teurer, sowas steckt man nicht einfach
> mal eben auf einem Breadboard zusammen.

Selbstbau ist mit Sicherheit aufwändig und nichttrivial. Das schnelle 
DSO wäre eine gute Lösung, wenn die Pulse ganz vereinzelt kämen (mit 
großen Abständen zwischen den Pulsen). Aber die meisten DSOs werden 
nicht alle Pulse messen/übertragen können, wenn diese in kurzen (und 
zufälligen) Zeitabständen kommen.

Gustl B. schrieb:
> So, ich habe mal etwas mit Python gespielt.
>
> 1. Ich habe mir einen Impuls erzeugt. Hier der Einfachheit halber einen
> Gauß.
> 2. Diesen habe ich mit wenigen Punkten abgetastet.
> 3. Dann habe ich die Samplerate virtuell um den Faktor 10 erhöht.
> 4. Das habe ich dann Tiefpass gefiltert.
>
.....
>
> Ich bin mit dem Ansatz jetzt doch recht zufrieden ...

Bist du sicher, dass du mit der ganzen Rechnerrei mehr gemacht hast, als 
die Fläche deines Gaußpulses zu bestimmen? Lass dein Pythonskript 
nochmal laufen und gib einfach die Summe der 4-5 Abtastwerte raus, die 
auf dem Puls liegen. Ist die Konstanz dieser Summe (d.h. der Pulsfläche) 
schlechter, als die Konstanz deiner upgesampelten und 
tiefpassgefilterten Auswertung?

Und als Gegentest: wie wird dein Ergebnis, wenn die Höhe des Gaußpulses 
gleichbleibt, aber seine Breite sich erhöht? Bekommst du mit deiner 
Auswertung immer noch die selben Werte (entsprechend der konstanten 
Pulshöhe) oder steigt dein Ergebnis an?

Gustl B. schrieb:
> Dergute W. schrieb:
>> Aber wenn die
>> generelle Impulsform bekannt ist, kommt das der Messung sicher zu gute.
>
> Die werde ich mal messen.

Ja, das ist notwendig, wenn du aus wenigen Abtastwerten eine Information 
herauszaubern willst, die nicht unmittelbar darin enthalten ist. Damit 
kommt dann auch gleichzeitig die Antwort auf meine frühere Frage:

Achim S. schrieb:
> Sehen alle Pulse immer gleich aus (bis auf einen
> Faktor für die unterschiedlichen Höhen)? Dann wird es vielleicht
> einfacher, mit der Pulsfläche zu arbeiten (und von der auf die Höhe
> zurückzurechnen). Oder die Pulsform an die 5 vorhandenen Abtastpunkte
> "anzufitten" um auf die Höhe zu kommen.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Oh man, was soll da ein DSO bringen? Ein DSO hat Totzeit, viel Totzeit. 
Ausserdem ist mir kein DSO bekannt, bei dem ich über Ethernet alle 
Abtastwerte über die gesamte Zeit bekomme. Das läuft immer nur so:
Trigger -> Auslesen -> warten -> Trigger -> ... Und dann sind da noch 
keine exakten Zeitstempel dabei.

Achim S. schrieb:
> Bist du sicher, dass du mit der ganzen Rechnerrei mehr gemacht hast, als
> die Fläche deines Gaußpulses zu bestimmen?

Ja, denn die Fläche wäre ein gleitender Mittelwert, also ein Rechteck 
als Fensterfunktion, ich habe aber eine Hamming verwendet. Aber du hast 
Recht, es ist eine gewichtete Summe der einzelnen Sampels. Verwende ich 
für den FIR Filter aber ein Rechteck statt dem Hamming, wird das 
Ergebnis schlechter.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Ja, denn die Fläche wäre ein gleitender Mittelwert, also ein Rechteck
> als Fensterfunktion, ich habe aber eine Hamming verwendet.

Ging das auch schon aus deiner bisherigen Beschreibung hervor oder ist 
das nun eine neue Info? Ich habe deine Beschreibung der Auswertung 
bewertet. Wenn die tatsächliche Auswertung von deiner Beschreibung 
abweicht, führt das natürlich zu Fehlinterpretationen.

Du hast mit dem Pythonskript gezeigt, dass deine Auswertung für einen 
konstanten Gaußpuls konstante Ergebnisse liefert. Du variierst bisher 
nur die Lage der Abtastzeitpunkte.

Wenn der Puls nicht konstant ist (also neben der Höhe auch ein anderer 
Parameter der Pulsform variiert), dann ist noch offen, ob deine 
Auswertung dir wirklich die Puhlhöhe liefert oder eine andere 
Information zum Puls (z.B. die Fläche oder irgendeinen Mix aus Höhe und 
Fläche). Und es ist ebenso offen, ob es sich mit einem variierenden 
Gaußpuls genau so verhält wie mit der tatsächlichen Pulsform deines 
Detektors.

Wenn der Puls nicht weiter variiert (also die Pulsform - bis auf den 
Höhenfaktor - konstant bleibt, dann dürfte die einfachste und recht 
genaue Auswertemöglichkeit sein, den upgesampelten Puls mit der 
bekannten Pulsform zu korrelieren. Voraussetzung dafür ist aber, dass 
die Pulsform bekannt und konstant ist.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Achim S. schrieb:
> Ging das auch schon aus deiner bisherigen Beschreibung hervor oder ist
> das nun eine neue Info? Ich habe deine Beschreibung der Auswertung
> bewertet. Wenn die tatsächliche Auswertung von deiner Beschreibung
> abweicht, führt das natürlich zu Fehlinterpretationen.

Äh ähm ... bisher habe ich überhaupt noch keine Auswertung weil ich 
diese Messmethode noch nicht betreibe. In diesem Thread prüfe ich nur ob 
etwas machbar ist und spiele etwas mit Python rum.

Deine Frage war ob ich etwas anderes als nur die Summe aller Sampel 
bekomme mit meiner Spielerei. Das habe ich noch nicht direkt untersucht, 
kann aber schon aussschließen, dass es die Summe ist, da es kein 
gleitender Mittelwert als Filter ist. Es ist eine gewichtete Summe mit 
der Hamming Fensterfunktion.
Ob andere Parameter vom Ausgangssignal eine Rolle spielen habe ich noch 
nicht überprüft.

Achim S. schrieb:
> Wenn der Puls nicht konstant ist (also neben der Höhe auch ein anderer
> Parameter der Pulsform variiert), dann ist noch offen, ob deine
> Auswertung dir wirklich die Puhlhöhe liefert oder eine andere
> Information zum Puls (z.B. die Fläche oder irgendeinen Mix aus Höhe und
> Fläche). Und es ist ebenso offen, ob es sich mit einem variierenden
> Gaußpuls genau so verhält wie mit der tatsächlichen Pulsform deines
> Detektors.

Richtig. Aber ganz konstant wird der eben auch nie sein, das ist ein 
analoges Signal.

Achim S. schrieb:
> Wenn der Puls nicht weiter variiert (also die Pulsform - bis auf den
> Höhenfaktor - konstant bleibt, dann dürfte die einfachste und recht
> genaue Auswertemöglichkeit sein, den upgesampelten Puls mit der
> bekannten Pulsform zu korrelieren. Voraussetzung dafür ist aber, dass
> die Pulsform bekannt und konstant ist.

Wie korreliert man sowas? Also was muss man dazu machen? Abweichungen zu 
einem Normimpuls berechnen?

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Äh ähm ... bisher habe ich überhaupt noch keine Auswertung weil ich
> diese Messmethode noch nicht betreibe. In diesem Thread prüfe ich nur ob
> etwas machbar ist und spiele etwas mit Python rum.

Ja, klar. Genau über diese Probeauswertung in Python reden wir doch 
bisher.

Gustl B. schrieb:
> Wie korreliert man sowas?

- du hältst eine "Referenzkurve" im BRAM vor, die der Kurvenform deines 
Detektors entspricht.
- du berechnest für alle Samples der Referenzkurve das Produkt aus 
Referenzsample und Messsample und addierst die Multiplikationsergebnisse 
auf
- mit jedem neuen (upgesampleten) Messsample wiederholst du die 
Rechnung.

Der Rechenaufwand ist ziemlich ähnlich zur Anwendung deines 
(Hamming)Fensters - dort berechnest du ebenfalls für jedes Sample eine 
Multiplikation, nur führst du dort die Addition über Produkte nicht 
durch.

Die Korrelation liefert dir, "wie sehr sich Messkurve und Referenzkurve 
ähneln". Solange nur Rauschen kommt ähnelt sich nichts und das Ergebnis 
bleibt bei Null. Wenn ein Puls gemessen wird, ist die "Ähnlichkeit" mit 
der Referenzkurve hoch und du bekommst einen Ausschlag im 
Korrelationsergebnis. Die Höhe des Ausschlags gibt dir die Höhe des 
Pulses.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Klingt logisch, also ist die Impulsform quasi meine neue 
Fensterfunktion. Und die Summe der einzelnen Produkte gibt dann an wie 
gut die Übereinstimmung ist. Die Impulshöhe bekomme ich nicht, ich 
bekomme einen maximalen Wert aber ist das wirklich dann das Maximum des 
aktuellen Impulses?

Und macht man das jetzt mir den wenigen Samples? Also ich taste jetzt 
einen Impuls ab, treffe den mit z. B. 5 Samples, lege diese 5 
Samplewerte in den BRAM und korreliere damit. Ich finde das ist ziemlich 
sinnlos, weil diese 5 Werte irgendwo im Impuls liegen und wenn der 
nächste Impuls abgetastet wird, dann liegen dessen Abtastwerte doch an 
anderen Stellen vom Impuls?

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Die Impulshöhe bekomme ich nicht, ich
> bekomme einen maximalen Wert aber ist das wirklich dann das Maximum des
> aktuellen Impulses?

Wenn du die Referenzkurve entsprechend "normierst" ist es direkt die 
Pulshöhe. (Stell dir einfach vor, du würdest vor der Korrelation alle 
Messsamples mit 2 multiplizieren - dann wird auch das 
Korrelationsmaximum um den Faktor 2 größer).

Gustl B. schrieb:
> Ich finde das ist ziemlich
> sinnlos, weil diese 5 Werte irgendwo im Impuls liegen und wenn der
> nächste Impuls abgetastet wird, dann liegen dessen Abtastwerte doch an
> anderen Stellen vom Impuls?

Deswegen schrieb ich ja

Achim S. schrieb:
> den upgesampelten Puls mit der
> bekannten Pulsform zu korrelieren.

Die Sampledichte auf der Referenzkurve sollte so dicht sein, dass die 
Kurvenform gut beschrieben wird. (Und damit auch die Sampledichte auf 
der upgesampleten Messkurve.)

Ich bin kein Python-Kenner, aber ich denke, dass du mit numpy.correlate 
das Ganze vorab ausprobieren kannst.

Autor: ppuls (Gast)
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Peter D. schrieb:
> Gustl B. schrieb:
>> Der Detektor mit den schnellen Impulsen ist ein Photomultiplier.
>
> Ein SEV macht aus einem Teilchen eine bestimmte Anzahl, d.h. die Höhe
> des Pulses ist konstant. Daher nimmt man einen schnellen Komparator mit
> einem DAC zur Einstellung der Schaltschwelle und einen Zähler. Ein
> schneller ADC ist daher nicht notwendig.

Vielen Dank, Peter D. - das ist exakt was ich meinte! So funktioniert es 
auch in bisher all den Instrumenten, die ich kenne und verwende(t habe. 
Mit der kleinen Korrektur, das ich sagen wuerde: Die Hoehe des Pulses 
ist nicht konstant, sondern variiert ueber worst-case eine 
Groessenordnung oder mehr. Diese Variation laesst aber nicht wirklich 
Rueckschluesse auf die Energie/Geschwindigkeit/Masse... eintreffender 
Teilchen (Ionen, Photonen, Elektronen, ...) zu. Sie ist vielmehr 
abhaengig von chemischen (Szintill.-Gel) und physikalischen 
(Einstrahlort, -Winkel, Beschleunigung,...) Vorgaengen vor dem 
Detektor, und "statistischen/zufaelligen" Faktoren im Detektor (wie 
viele Elektronen werden je "Stufe"/Distanz erzeugt, je mehr desto 
nichtlinearer...).

Gustl B. schrieb:
> Ja tolle Wurst, ich will hier aber nicht nur unterscheiden zwischen kein
> Impuls oder Impuls und diese dann zählen, sondern ich will Impulse durch
> ihre Höhe unterscheiden und daraus dann ein Spektrum bauen.
> Mit der derzeit verwendeten Technik klappt das auch prima die ist nur zu
> langsam um sehr schnell aufeinanderfolgende Impulse unterscheiden zu
> können.

Sicher, dass es fuer die Signale vom SEM funktioniert, und nicht nur 
fuer den y-Detektor. Und falls ja, sicher, dass hier die Information 
eines einzelnen 10-20ns SEM Impuls verwertet wird, und nicht die 
Tatsache, dass diese "aufeinandergestapelt" auftreten, so dass letztlich 
eine Art analoges Zaehlen (Flaeche des ueberlagerten Pulses auswerten 
anhand Wisssen ueber die "mittlere" Flaeche eines einzelnen) 
stattfindet?

Gustl B. schrieb:
> Je nach Zerfallsenergie ist der Lichtblitz dann
> unterschiedlich hell.

Das deutet doch, salopp gesagt, bereits auf einen 
"Mehr-Photonen"-Prozess hin (mehr = heller).

Vielleicht kannst Du mal etwas genauer erlaeutern, wie es hier 
angestellt wird, einen SEM so empfindlich zu betreiben, dass einzelne 
Events detektiert, aber nicht nur gezaehlt, sondern auch quantitativ 
ausgewertet werden koennen - bevor hier lange Diskussionen um 16-bit 
1GS/s ADCs ausufern, und man die Information so ueberhaupt nicht finden 
haette koennen.

Ich will nicht sagen, dass das nicht gehen kann - mir ist nur bisher 
keine Technik bekannt, wie man SEMs zugleich empfindlich und linear im 
Antwortverhalten einsetzt. Lass mich gerne eines besseren belehren!

Viele Gruesse

Autor: Gustl B. (-gb-)
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ppuls schrieb:
> Sicher, dass es fuer die Signale vom SEM funktioniert, und nicht nur
> fuer den y-Detektor. Und falls ja, sicher, dass hier die Information
> eines einzelnen 10-20ns SEM Impuls verwertet wird, und nicht die
> Tatsache, dass diese "aufeinandergestapelt" auftreten, so dass letztlich
> eine Art analoges Zaehlen (Flaeche des ueberlagerten Pulses auswerten
> anhand Wisssen ueber die "mittlere" Flaeche eines einzelnen)
> stattfindet?

Nein, bin ich nicht. Ich kenne mich mit dem Photomultiplier nicht aus. 
Dahinter hängt ein Pulse shaping Amplifier und dann ein ADC. Der ADC 
misst die Höhe der Impulse aus dem shaping Amplifier. Daraus wird dann 
das Spektrum gebaut.

ppuls schrieb:
> Das deutet doch, salopp gesagt, bereits auf einen
> "Mehr-Photonen"-Prozess hin (mehr = heller).

Ähm ... ja? Also das war mein bisheriges Verständnis, dass bei einem 
Zerfall Teilchen durch den Scintillator fliegen und dort ihre Energie 
abgeben. Dabei entsteht dann Licht. Und bisher ist mein Wissen, dass je 
mehr Energie da deponiert wird im Scintillator, desto heller.

ppuls schrieb:
> bevor hier lange Diskussionen um 16-bit
> 1GS/s ADCs ausufern

Nein? Hatte ich doch schon oben geschrieben. Mir reichen deutlich 
weniger Bits.

Generell werde ich diese Idee aber nicht weiter verfolgen. Am Ende 
brauche ich entweder eine hohe Samplerate oder viele Multiplizierer, ich 
glaube für ein Projekt rein aus Interesse ist der Kosten/Nutzen zu 
gering.

Autor: ppuls (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Generell werde ich diese Idee aber nicht weiter verfolgen. Am Ende
> brauche ich entweder eine hohe Samplerate oder viele Multiplizierer, ich
> glaube für ein Projekt rein aus Interesse ist der Kosten/Nutzen zu
> gering.

Ich glaube, Du brauchst das nicht gleich aufgeben. Im Gegenteil, Du 
kannst es Dir einfacher machen. Deine Beschreibung des Schemas "Detektor 
 Pulse Shaper  ADC" passt dazu, wie bereits meine Vorstellung des 
Signals und der Signalverarbeitung war.

Ich glaube (aber kann das, da ich dein analytisches Problem nicht 
voellig durchdrungen hab, sowie die konkret zugrunde liegenden 
physikochemischen Vorgaenge, und welche Informationen enthalten sind, 
nicht kenne, natuerlich nicht mit Sicherheit sagen), du benoetigst keine 
so hohe Zeitaufloesung um das laestige Artefakt deiner off-the-shelf 
Loesung bei zu wenig separierten/ueberlappenden Zerfallsprozessen zu 
eliminieren.

Ob Du das Signal perfekt rekonstruierst, und kein bisschen verfaelscht, 
oder ob Du es etwas "in die Laenge ziehst" und den Peak dabei abflachst, 
aendert nichts daran, dass die Flaeche unter dem Peak (aus potentiell 
mehreren, vielleicht sogar hunderten Photonen-Ereignissen) immer noch 
der gleichen Einstrahlungs"energie" entspricht. Wenn Du Deine 
Auswertesoftware entsprechend auslegst, kannst Du dann auch teilweise 
oder nahezu vollstaendig ueberlappende Pulse nachtraeglich dekonvulieren 
(das geht insbeondere dann, wenn Du eine bestimmte Impulsform 
"erzwingst").

Dass deine Impulse momentan 10 ns, 20 ns, oder was auch immer fuer eine 
Dauer aufweisen, liegt (aller Wahrscheinlichkeit nach) sowieso 
groesstenteils an der Auslegung dieser Detektoreinheit. Der Avalanche 
Effekt im SEM duerfte deutlich kuerzer sein, aber am Ende des Detektors 
wird, z.B. durch ein ein RC-Glied, eben eine bestimmte Zeitkonstante 
eingefuehrt (mit der die weiteren Stufen, wie der Puls-Shaper) gut 
arbeiten kann. Irgendwie fliessen die Ladungstraeger vom SEM ab, und 
dieser Strom wird in eine Spannung gewandelt, die du dann mit 
enstprechender Zeitkonstante misst (und moeglicherweise gleich weiter 
beeinflusst, wenn Du beim Messen nicht aufpasst).

Mein erster Versuch waere, irgendwo so im Bereich 20-100ns 
Zeitaufluesung (je nachdem, wie der Ueberlapp getrennter Ereignisse 
aussieht) mit vielleicht 8-bit zu samplen, und dann eine Art 
Peak-Identifier/Integrator zu implementieren - vielleicht mit FPGA/uC, 
um so nur die Nutzdaten wirklich weitergeben zu muessen. 50 MHz 8-bit 
Datenkontinuierlich sind ja ansonsten schon nicht ganz trivial.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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ppuls schrieb:
> Ob Du das Signal perfekt rekonstruierst, und kein bisschen verfaelscht,
> oder ob Du es etwas "in die Laenge ziehst" und den Peak dabei abflachst,
> aendert nichts daran, dass die Flaeche unter dem Peak (aus potentiell
> mehreren, vielleicht sogar hunderten Photonen-Ereignissen) immer noch
> der gleichen Einstrahlungs"energie" entspricht. Wenn Du Deine
> Auswertesoftware entsprechend auslegst, kannst Du dann auch teilweise
> oder nahezu vollstaendig ueberlappende Pulse nachtraeglich dekonvulieren
> (das geht insbeondere dann, wenn Du eine bestimmte Impulsform
> "erzwingst").

Das verstehe ich nicht so ganz. Also ja, ich kann mir vorstellen, dass 
es möglich ist zwei überlappende Impulse zu trennen, aber ich weiß nicht 
wie ich das mit der Geschwindigkeit im FPGA machen kann. Ich könnte eine 
Pulsform korrelieren, aber was liefert das? Das liefert zwei 
Maximalwerte die aber auch wieder jeweils Information aus beiden 
Impulsen beinhalten. Ich muss die aber sauber trennen können.
Und auch wenn ich das plattwalze und in die länge ziehe, dann liegen die 
beiden Maxima in diesem Plattgewalzten trotzdem sehr nahe zusammen und 
müsen durch eine hohe Abtastrate unterscheidbar gemacht werden.

ppuls schrieb:
> Dass deine Impulse momentan 10 ns, 20 ns, oder was auch immer fuer eine
> Dauer aufweisen, liegt (aller Wahrscheinlichkeit nach) sowieso
> groesstenteils an der Auslegung dieser Detektoreinheit. Der Avalanche
> Effekt im SEM duerfte deutlich kuerzer sein, aber am Ende des Detektors
> wird, z.B. durch ein ein RC-Glied, eben eine bestimmte Zeitkonstante
> eingefuehrt (mit der die weiteren Stufen, wie der Puls-Shaper) gut
> arbeiten kann. Irgendwie fliessen die Ladungstraeger vom SEM ab, und
> dieser Strom wird in eine Spannung gewandelt, die du dann mit
> enstprechender Zeitkonstante misst (und moeglicherweise gleich weiter
> beeinflusst, wenn Du beim Messen nicht aufpasst).

Gut möglich, aber eine Längere Zeit wäre halt auch schlechter weil dann 
mehr Impulse überlappen würden.

ppuls schrieb:
> Mein erster Versuch waere, irgendwo so im Bereich 20-100ns
> Zeitaufluesung (je nachdem, wie der Ueberlapp getrennter Ereignisse
> aussieht) mit vielleicht 8-bit zu samplen, und dann eine Art
> Peak-Identifier/Integrator zu implementieren - vielleicht mit FPGA/uC,
> um so nur die Nutzdaten wirklich weitergeben zu muessen. 50 MHz 8-bit
> Datenkontinuierlich sind ja ansonsten schon nicht ganz trivial.

Nun, dann hätte ich von jedem Impuls genau einen Abtastwert. Und der ist 
kein Mittelwert vom Impuls, sondern ein Momentanwert von einem 
beliebigen Zeitpunkt.
Und wenn ich jetzt da Samplewerte bekommen, z. B.:
200, 50, 300
Dann könnte es sein, dass das zwei Impulse sind die etwas überlappen, 
aber es könnten sogar drei Impulse sein, also ein etwas niedriger in der 
Mitte. Ja, stimmt, das kann bei jeder Samplerate auftreten weil Impulse 
beliebig nahe zusammen liegen können. Aber eine etwas höhere Samplerate 
brauche ich glaube ich trotzdem.

Wenn ich das upsample und Tiefpass filtere, dann bekomme ich eine Folge 
an neuen Samples, die jeweils eine gewichtete Summe von mehreren 
Ausgangssampeln sind. Das Maximum der neuen Samplefolge die dann also 
die größte gewichtete Summe der Ausgangssampels. Und das ist quasi eine 
Fläche unter dem Impuls.
Jetzt kostet die Rechnerei mit einer Fensterfunktion natürlich viele 
Multiplizierer. Aber ich kann ja auch einfach einen gleitenden 
Mittelwert verwenden. Und das Signal sogar mehrmals hintereinander durch 
einen gleitenden Mittelwert schicken. Das kostet keine Multiplizierer, 
ist auch ein LP Filter und raus kommt weiterhin eine Sampelfolge die 
eine deutlich höhere virtuelle Samplerate besitzt. Wenn ich das im 
Python teste funktioniert das sogar ganz ordentlich im Vergleich zum 
echten FIR Filter.

: Bearbeitet durch User
Autor: ppuls (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Nun, dann hätte ich von jedem Impuls genau einen Abtastwert.

Zugegeben, bei diesem Vorschlag hatte ich bereits impliziert, dass Du 
einen 20ns Impuls bereits auf, sagen wir, 100 oder 200ns "verlaengerst". 
Aber klar, ob und wie viel Spielraum du hast, haengt davon ab, wie 
haeufig so ein Ueberlapp verglichen mit einem diskreten Signal 
auftaucht, ob du zwingend jeden einzelnen aufloesen koennen musst oder 
ob auch das idenfizieren und "Auslassen" anstelle von falsch 
interpretieren bereits eine Verbesserung darstellt, ...

Was das dekonvolieren mittels uC/FPGA angeht, ich haette vermutet, dass 
es dafuer bereits Beispielcode gibt, aber hab es ehrlich gesagt nicht 
ueberprueft. Ich dachte an ein solches Vorgehen: 
https://d2mvzyuse3lwjc.cloudfront.net/images/WikiW...

Wichtig waere wahrscheinlich, zuerst zu klaeren, wer hier ueberhaupt 
richtig liegt in Sachen Linearitaet/Nichtlinearitaet deines SEM Signals, 
eher Du oder ich Peter und ich. Vielleicht schaust Du mal, was genau Du 
fuer einen Detektor hast (so viele Typen und Hersteller gibt es gar 
nicht), und checkst dann deren Datenblaetter und Application Notes. Das 
Material was Du beispielweise auf den Websiten von ETP 
(https://www.etp-ms.com/faqs/literature) und Hamamatsu findest, ist 
recht einfach verstaendlich und duerfte auch weitestgehend auf die 
meisten anderen am Markt verfuegbaren SEMs und Photomultiplier 
zutreffen. Ausnahmen und Spezialanfertigungen gibt es natuerlich immer 
(besondere Filme, besonders niedriges Dunkelrauschen und damit linearer 
auch bei hoeheren Verstaerkungen, besonders kurze Channels, ...).

Autor: Achim S. (Gast)
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ppuls schrieb:
> Wichtig waere wahrscheinlich, zuerst zu klaeren, wer hier ueberhaupt
> richtig liegt in Sachen Linearitaet/Nichtlinearitaet deines SEM Signals,
> eher Du oder ich Peter und ich.

Vielleicht hilft dabei auch folgender Link, insebesondere Kapitel 6:

http://www2.pv.infn.it/~debari/doc/Flyckt_Marmonier.pdf

Deine Bedenken bezüglich störender Effekte bei der Pulshöhenauswertung 
sind durchaus alle berechtigt. Allerdings werden 
Szintillatoren/Multiplier trozalledem für die Energiebestimmung 
ionisierender Strahlung eingesetzt. Die Parameter (Betrieb des 
Multipliers, Arbeitsweise des nachgeschalteten Verstärkers) werden je 
nach Anwendung unterschiedlich sein. Die hier beschriebenen 20ns passen 
wohl tatsächlich eher für einen Photon-Counting Betrieb als für eine 
Pulshöhenanalyse.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Seite 234 zeigt es doch. Hier wird nicht in einem Bereich gezählt, 
sondern tatsächlich die Höhe betrachtet.

Ja Pulse fitten wie in dem Bildchen ginge auch, aber bei vielen Impulsen 
in Echtzeit? Ich weiß nicht wie ich das machen sollte.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Seite 234 zeigt es doch. Hier wird nicht in einem Bereich gezählt,
> sondern tatsächlich die Höhe betrachtet.

Ja. Aber ggf. mit anderen Betriebsparametern, als du es anwendest.

So wird hier z.B. ein Ladungsverstärker verwendet, der die Ladung über 
die gesamte Pulslänge aufintegriert (dadurch wird die Pulshöhe 
proportional zur Energie). Ich bin nicht sicher, ob dein Verstärker mit 
20ns am Ausgang das ebenfalls tut. Auch der Betrieb des Multipliers 
selbst hängt von der gewünschten Auswertung ab. Beim single photon 
counting treibt man die letzten Dynoden of ein wenig in Sättigung, damit 
man halbwegs gleichhohe Pulse bekommt (unabhängig davon, wie gut der 
Verstärkungsmechanismus bei der ersten Dynode geklappt hat). Für eine 
lineare Anwendung mit vielen Photonen pro Puls muss man das natürlich 
vermeiden.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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So, ein paar kleine Videos:

1. Youtube-Video "Kurze negative Impulse"
Zu sehen sind diese kurzen negativen Impulse. Die Amplitude ist eher 
hoch (maximal 10V). Am Ende des Impuls sieht man auch irgendeine Art 
"Klingeln".

2. Youtube-Video "Lange flache Impulse bei 100 mV/Div"
Bei der Einstellung 100 mV/Div kann man am Oszi auch lange flache 
Impulse sehen. Die sind deutlich flacher wie die kurzen Impulse. Und: 
Sie sind nicht immer da, also nicht jeder kurze Impuls hat so einen 
langen zur Folge.

3. Youtube-Video "Kurze negative und lange flache positive Impule"
Die langen flachen Impulse treten nur auf, wenn am Oszi weniger als 500 
mV/Div eingestellt ist. Ich vermute also das het etwas damit zu tun.

Generell kann man erkennen:
Die kurzen Impulse haben unterschiedliche Form, sind ziemlich kurz und 
besitzen unterschiedliche Amplitude.

Autor: Achim S. (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> 1. Youtube-Video "Kurze negative Impulse"
> Zu sehen sind diese kurzen negativen Impulse. Die Amplitude ist eher
> hoch (maximal 10V). Am Ende des Impuls sieht man auch irgendeine Art
> "Klingeln".

Nimm das doch mal mit langer Persistence am Oszi auf (so dass man viele 
Einzelpulse überlagert sieht). Wenn du eine Quelle mit diskreten 
Energien besitzt sollten nur bestimmte Pulsbereiche auftreten - 
andernfalls steckt die Info zur Energie nicht in der Pulshöhe.

Gustl B. schrieb:
> 2. Youtube-Video "Lange flache Impulse bei 100 mV/Div"
> Bei der Einstellung 100 mV/Div kann man am Oszi auch lange flache
> Impulse sehen. Die sind deutlich flacher wie die kurzen Impulse. Und:
> Sie sind nicht immer da, also nicht jeder kurze Impuls hat so einen
> langen zur Folge.

Hm - ich könnte mir auch vorstellen, dass das ein Messartefakt ist (weil 
du in der 100mV-Einstellung mit dem kurzen 10V Puls einen Verstärker 
sättigst und der sich erst langsam erholen muss.

Gustl B. schrieb:
> 3. Youtube-Video "Kurze negative und lange flache positive Impule"
> Die langen flachen Impulse treten nur auf, wenn am Oszi weniger als 500
> mV/Div eingestellt ist. Ich vermute also das het etwas damit zu tun.

spricht auch dafür, dass es etwas mit einer Sättigung im Signalpfad des 
Oszis zu tun hat.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Achim S. schrieb:
> Nimm das doch mal mit langer Persistence am Oszi auf (so dass man viele
> Einzelpulse überlagert sieht). Wenn du eine Quelle mit diskreten
> Energien besitzt sollten nur bestimmte Pulsbereiche auftreten -
> andernfalls steckt die Info zur Energie nicht in der Pulshöhe.

Habe ich versucht, aber die Persistenzanzeige ist grauenvoll am 
DSOX2000. Wenn man ein sich dauern wiederholendes Signal anguckt, wie 
einen Sinus, ist es toll, aber wenn das nur selten auftritt ist es mies. 
Dann bekommt man nur eine Farbe, also eine Helligkeitsstufe für alles 
und das wird nach kurzer Zeit Matsch.

Hier ein Video (nicht von mir): Youtube-Video "Keysight 1000 X-Series Oscilloscope Bode Plots"
Der schaltet da zu der Zeit auf unendliche Persistenz und es wird ein 
Matsch. Ist leider wirklich sehr schlecht.

Nun, das ist kein Gamma mit scharfen Linien. Das sind Zerfälle in einem 
Scintillator. Da sind die Zerfälle an beliebigen Stellen in der Probe 
und somit unterschiedlich hell je nachdem wo das zerfällt aus Sicht des 
Detektors (also mal weiter weg vom Detektor, dann ist davor noch 
Scintillator, mal am Rand, dann leuchtet es aus einem anderen Winkel, 
... die Probenkammer ist schon reflektierend ausgekleidet). Im 
Gesamtspektrum sind das dann keine scharfen Peaks sondern eher Bereiche 
die irgendwo ein Maximum haben, das ist ziemlich ungenau, reicht aber 
aus. Es kommen also so ziemlich alle Impulshöhen vor, nur manche etwas 
häufiger.
Daher wäre ja die oben beschriebene Methode ganz nett weil man dann 
Zerfälle nicht nur durch deren Höhe, sondern auch durch das zeitliche 
Auftreten filtern könnte.

Achim S. schrieb:
> Hm - ich könnte mir auch vorstellen, dass das ein Messartefakt ist (weil
> du in der 100mV-Einstellung mit dem kurzen 10V Puls einen Verstärker
> sättigst und der sich erst langsam erholen muss.

Das kann natürlich sein, weil es in anderen Oszieinstellungen nicht 
auftritt. Hatte mich nur gewundert.

: Bearbeitet durch User
Autor: Peter D. (peda)
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ppuls schrieb:
> Die Hoehe des Pulses
> ist nicht konstant, sondern variiert ueber worst-case eine
> Groessenordnung oder mehr.

Wir sweepen dazu die Komparatorschwelle.
Bei hoher Schwelle kommen kein Counts durch. Mit absinkeder Schwelle 
gibt es einen Anstieg der Countrate und dann ein Plateau mit fast 
konstanten Counts. Der Arbeitspunkt wird dann in die Mitte des Plateaus 
gesetzt.
Sollte es mehrere diskrete Pulsamplituden geben, würde man auch mehrere 
Plateaus sehen können.
Findet man ein 2. Plateau mit exakt doppelter Countrate, dann sind das 
Reflexionen, d.h. jeder Puls wird doppelt gezählt. Daher erlaubt unser 
Komparator noch eine Totzeit einzustellen, um Reflexionen zu 
unterdrücken. Ein SEV ist ja quasi eine Stromquelle, d.h. er ist 
fehlangepaßt an das Koaxkabel.

Autor: ppuls (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Vielleicht hilft dabei auch folgender Link, insebesondere Kapitel 6:
>
> http://www2.pv.infn.it/~debari/doc/Flyckt_Marmonier.pdf

Tatsaechlich wird hier auf die "energy resolution" als eine Art der 
Anwendung der Multiplier eingegangen, also mehr als das blosse Zaehlen! 
Aber im gleichen Atemzug werden ja auch die Bedenken, die ich bereits 
aufgezaehlt hatte, plus sogar noch eine ganze handvoll weitere Faktoren, 
die die Energieaufloesung (negativ) beeinflussen koennen, erwaehnt.

Achim S. schrieb:
> Ja. Aber ggf. mit anderen Betriebsparametern, als du es anwendest.
>
> So wird hier z.B. ein Ladungsverstärker verwendet, der die Ladung über
> die gesamte Pulslänge aufintegriert (dadurch wird die Pulshöhe
> proportional zur Energie). Ich bin nicht sicher, ob dein Verstärker mit
> 20ns am Ausgang das ebenfalls tut.

Der Betriebsmodus ist wohl wirklich entscheidend. Fuer die 20ns 
Ausgangssignal klingt mir das, wie auch Achim S. schrieb, stark nach 
einem aufs Zaehlen ausgelegtes System. Dem TO zu urteilen wird aber ja 
"von Haus aus" bereits eine Art von energiedispersive Auswertung 
vorgenommen, vielleicht geht das also trotzdem (etwa, weil die 
interessierenden Energieverteilungen so viel weiter verteilt sind, als 
durch die ungewollte Verbreiterung an Aufloesung verloren geht).

Gustl B. schrieb:
> 1. Youtube-Video "Kurze negative Impulse"
> Zu sehen sind diese kurzen negativen Impulse. Die Amplitude ist eher
> hoch (maximal 10V). Am Ende des Impuls sieht man auch irgendeine Art
> "Klingeln".

Exakt so sieht beispielsweise auch die "Variationsbreite" der 
Ausgangsimpulse von SEMs in Massenspektrometern aus, wenn Ionen exakt 
gleicher Masse und mit sehr schmaler Energieverteilung (da ansonsten der 
Massenfilter nicht arbeiten koennte) auf den Detektor treffen. Man 
sollte also eigentlich exakt gleiche hohe Impulse erwarten, die 
Variation kommt allein aus der mehr oder weniger zufaelligen 
Gesamtverstaerkung eines SEMs, der "in Saettigung" betrieben wird.

Da das Signal eines ideal linear betriebener Detektors (so es denn sowas 
gibt) mit einer breiten Verteilung von einkommenden 
Einstrahlungsenergien aber vermutlich genauso aussehen wuerde, laesst 
sich das ohne den umgekehrten Test kaum auseinanderhalten. Dazu braeucht 
es dann etwas wie:

> Wenn du eine Quelle mit diskreten
>> Energien besitzt

Das hier hingegen klingt ja nicht besonders vielversprechend:
Gustl B. schrieb:
> Nun, das ist kein Gamma mit scharfen Linien. Das sind Zerfälle in einem
> Scintillator. Da sind die Zerfälle an beliebigen Stellen in der Probe
> und somit unterschiedlich hell je nachdem wo das zerfällt aus Sicht des
> Detektors (also mal weiter weg vom Detektor, dann ist davor noch
> Scintillator, mal am Rand, dann leuchtet es aus einem anderen Winkel

Wir haben also verschmierte Energieniveaus, die weiter verwaschen 
aufgrund des experimentellen Aufbaus, und nun soll das detektiert werden 
mit Detektoren, die fuer schwache Signale einen bekanntermassen schmalen 
(bis nicht vorhandenen) linearen Bereich aufweisen, und das ganze soll 
dann als Spektrum ausgewertet werden.

Peter D. schrieb:
> Wir sweepen dazu die Komparatorschwelle.

Diese Vorgehensweise nutzen wir auch (im Counting-Betrieb). Sweeping der 
Komparatorschwelle bei fester HV Spannung sollte dieses Verhalten 
zeigen. Umgekehrt Komparatorschwelle festhalten, und HV Spannung sweepen 
-> gleiches Verhalten. Iterativ beides ins Plateau bringen und der fuers 
Counting "ideale" Betriebsbereich ist gefunden.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Krass hier gibt es tatsächlich Experten, und das meine ich total ernst. 
Danke für Eure Zeit!

Wie schon geschrieben habe ich davon selber kaum Ahnung, das ist ja auch 
nicht mein Labor und ich habe einen anderen Beruf als mein Vater. Aber 
bisher funktioniert alles wie es soll und in den Vergleichtests 
(Ringversuch der PTB liegt das Labor immer ziemlich gut). Also so irre 
falsch kann das nicht sein.

Aber ich wäre ja für ein Experiment auch bereit alles über Bord zu 
werfen und das komplett anders zu messen. Gibt es da bessere Methoden? 
Ich könnte mir großflächige schnelle CCDs vorstellen auf die man die 
Probe legt und die dann einen Helligkeitswert direkt ausgeben oder auch 
wieder einen Strom der proportional zur Zerfallsenergie ist.

Dann arbeite ich an der uni an einem Projekt wo signale aus einem PSD 
(Position Sensitive Device) gemessen werden. Das ist eine große 
Photodiode die in verschiedene Raumrichtungen angeschlossen ist und man 
so richtungsabhängig den Strom messen kann. Diese Diode liegt unter 
einer Probe im Rasterelektronenmikroskop. Der Elektronenstrahl schießt 
also durch die Probe, wird mehr oder weniger abgelenkt und diese 
Ablenkung kann mit dem PSD gemessen werden.
Mir wäre die Position ja egal, aber das wäre ein Bauteil das empfindlich 
für Licht ist. Eigentlich brauche ich doch nur soetwas in möglichst 
empfindlich.

Autor: Peter D. (peda)
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Wir haben auch Detektoren, wo die Teilchen auf einen Leuchtschirm 
treffen und dann wird der Analogwert der Lichtintensität gemessen, aber 
natürlich nicht mit 20ns Auflösung, sondern erheblich langsamer. Der 
Leuchtschirm integriert quasi die Counts auf.
Man hat dann nicht nur die Intensität, sondern auch noch eine 
Ortsauflösung (x,y), nennt sich dann 3D-Detektor.

Autor: ppuls (Gast)
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Gustl B. schrieb:
> Ich könnte mir großflächige schnelle CCDs vorstellen
> [...]
>Dann arbeite ich an der uni an einem Projekt wo signale aus einem PSD
>(Position Sensitive Device) gemessen werden.

Ich glaube, wir sind an einem Punkt angelangt, wo man ohne konkrete 
Zahlen und die Applikation nicht mehr herumkommt ;) Da, wo PSDs 
eingesetzt werden, werden keine Photomultiplier mehr benoetigt - 
zwischen den "Lichtintensitaeten" / Photonenausbeuten liegen 
Groessenordnungen (der Photomultiplier/SEM gibt Dir im besten Fall ein 
auswertbares Signal fuer ein einzelnes Photon / unbeschleunigtes 
Teilchen, Verstaerkungsfaktor mindestens 10^6 oder deutlich mehr).

In der Art eines CCD Chips gibt es die natuerlich auch, Beispiel MCP 
(multi channel plate detecor) mit wieder anderen Vor- und Nachteilen. 
Oder iCCDs, die du wahrscheinlich wegen der hohen Dunkelrate kuehlen 
willst...

Mein Gefuehl ist, um dein jetziges System zu verbessern brauchst Du eine 
sehr spezifische Loesung, die ohne Kenntnis aller Details kaum zu finden 
sein wird, und sich wahrscheinlich auch nicht allein in einem 
Forumsfaden entwickelt.

Vielleicht startest Du doch mal in Richtung Herstellerseite (man wundert 
sich, was alte Techniker dort haeufig bereit sind preiszugeben, wenn sie 
mal mit jemandem sprechen, der ernsthaft interessiert ist am Prinzip 
hinter den Instrumenten) und versuchst genauer herauszufinden, was denn 
bisher genau analysiert wurde, und inwiefern und warum diese Auswertung 
des Signals aufschlussreich ist, und ob und was du da ueberhaupt 
verbessern musst/kannst.

Autor: Gustl B. (-gb-)
Datum:
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ppuls schrieb:
> Da, wo PSDs
> eingesetzt werden, werden keine Photomultiplier mehr benoetigt

Das ist mir klar. Ich will auch keinen PSD verwenden weil ich keine 
Ortsauflösung benötige. Ich muss die Helligkeit möglichst gut auflösen 
können und eine hohe zeitliche Auflösung wäre gut.

ppuls schrieb:
> (der Photomultiplier/SEM gibt Dir im besten Fall ein
> auswertbares Signal fuer ein einzelnes Photon / unbeschleunigtes
> Teilchen, Verstaerkungsfaktor mindestens 10^6 oder deutlich mehr)

Das brauche ich nicht, weil aus dem Szintillator ja viele Photonen 
rauskommen.

ppuls schrieb:
> Mein Gefuehl ist, um dein jetziges System zu verbessern brauchst Du eine
> sehr spezifische Loesung, die ohne Kenntnis aller Details kaum zu finden
> sein wird, und sich wahrscheinlich auch nicht allein in einem
> Forumsfaden entwickelt.

Ja, gut möglich. Vielleicht sollte ich einfach mal eine Photodiode 
kaufen und testen.

Peter D. schrieb:
> Der
> Leuchtschirm integriert quasi die Counts auf.

Das macht hier der Szintillator. Es fliegt ein energiereiches Teilchen 
rein und das hinterlässt dann eine Leuchtspur. Dieses Licht muss dann 
auch noch durch etwas Szintillator hindurch zum Detektor und wird 
irgendwie auf dem Weg gestreut (der Flüssigszintillator ist einigermaßen 
trüb).

So, also:
Wenn da was nicht linear ist, dann ist das einigermaßen egal. Denn:
- Der Szintillator ist nicht linear (Helligkeit zur Energie)
- Die Abgabe der Energie des Teilchens ist nicht gleichmäßig über den 
zurückgelegten Weg, am Ende wenn es schon langsamer ist gibt es deutlich 
mehr Energie ab und verursacht ein helleres Leuchten.
- Die Geometrie ist nicht super toll, das ist eine kleine Küvette aus 
Quarzglas, ähnlich wie diese hier, nur flacher. 
https://www.picclickimg.com/d/w1600/pict/192607826...
Darin sind Probe und Flüssigszintillator als Gemisch. Ja und irgendwo 
darin blitzt es dann. Eine der flachen Seiten liegt auf dem Detektor. 
Der Lichtblitz ist also mal näher und mal weiter weg und in 
unterschiedlichen Winkeln zu sehen.

Und der Detektor ist wohl auch nicht linear, also der Stromimpuls zur 
Helligkeit.

Aber das ist sogar ziemlich egal. Es gibt nur sehr wenige 
unterschiedliche Zerfälle in der Probe die sehr unterschiedlich hell 
sind und sich klar unterscheiden lassen. Nur sehr wenige lassen sich 
nicht unterscheiden, aber da wird derzeit ein Komparator verwendet der 
diese Impulse (das sind die Fälle bei denen zwei schnell nacheinander 
auftreten) durch ein gesetztes Bit in einen anderen Bereich des 
Spektrums verschiebt.
Tja aber da hat man dann eben nur die Information, dass es ein 
doppelzerfall war und hat die Energieinformation von der Summe beider 
Zerfälle. Da wäre es schöner beide Zerfälle einzeln erfassen zu können. 
Aber wie ich hier gelernt habe ist das wohl eher schwer.

Edit:
Und noch ein Spektrum im Anhang. Man kann gut erkennen wie breit die 
Bereiche sind, aber das ist für diese Messungen schon OK.

: Bearbeitet durch User
Autor: Tim (Gast)
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Peter D. schrieb:
> Wir sweepen dazu die Komparatorschwelle.
Das kann man machen, wenn man hohe Zählraten hat.
Gustl hat noch nix zu seiner Strahlenintensität gesagt.

Auch kommerziell werden PMTs für die Gammaspektroskopie eingesetzt:
https://www.gbs-elektronik.de/de/nuklearmesstechni...

Gustl B. schrieb:
> es möglich ist zwei überlappende Impulse zu trennen, aber ich weiß nicht
> wie ich das mit der Geschwindigkeit im FPGA machen kann.
Dafür kann man einen Cusp-Filter verwenden, wie es die Jungs hier 
gemacht haben:
http://www.ijsrp.org/research-paper-0915/ijsrp-p4517.pdf

Der kommt auch mit Pile-Up zurecht.

Autor: Tim (Gast)
Datum:

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Gustl B. schrieb:
> Und noch ein Spektrum im Anhang. Man kann gut erkennen wie breit die
> Bereiche sind, aber das ist für diese Messungen schon OK.
Mit welcher Quelle hast Du Deinen Szintillator bestrahlt?

Autor: Gustl B. (-gb-)
Datum:

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Tim schrieb:
> Das kann man machen, wenn man hohe Zählraten hat.
> Gustl hat noch nix zu seiner Strahlenintensität gesagt.

Niedrig. Derzeit so 10 Impulse/s. Aber das ist eher viel. Hier werden 
Proben gemessen die in dem zu untersuchenden Energiebereich teilweise 
deutlich unter 1 Zerfall/s haben. Daher ist hier auch eine Burg aus 
Bleiziegeln um die Detektoren. Noch besser wären einige Meter Erde gegen 
die Höhenstrahlung.

Tim schrieb:
> Auch kommerziell werden PMTs für die Gammaspektroskopie eingesetzt:
> https://www.gbs-elektronik.de/de/nuklearmesstechni...

Der tastet mit 10 MSample/s und 14 Bits ab. Ja, vielleicht sollten wir 
einfach sowas kaufen. Aber das hilft eben nicht bei schnell 
aufeinanderfolgenden Impulsen.

Tim schrieb:
> Dafür kann man einen Cusp-Filter verwenden, wie es die Jungs hier
> gemacht haben:
> http://www.ijsrp.org/research-paper-0915/ijsrp-p4517.pdf
>
> Der kommt auch mit Pile-Up zurecht.

Interessant, Danke!

Tim schrieb:
> Mit welcher Quelle hast Du Deinen Szintillator bestrahlt?

Die Probe die gerade drinnen war ... keine Ahnung was das ist.
Aber das sind Zerfälle aus der U-238 Reihe.
Rechts der breite Peak bei Kanal 314 ist Po-214
Links daneben liegen zwei nahe zusammen, einer bei ca. Kanal 213, das 
ist Po-218, links direkt daneben ca. bei Kanal 190 ist Rn-222 und ganz 
links bei Kanal 150 liegt Ra-226.

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