Forum: Projekte & Code Alpha-Spektrometer für Soundkarte/Mikrophoneingang (DIY Particle Detector)


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Oliver K. (ozel-)


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Hallo,

günstig zu bauende Halbleiterdetektoren zum Messen von Radioaktivität 
sind hier ja immer mal wieder diskutiert worden.
Hier findet ihr mein Projekt, wo es insbesondere darum geht das 
Ausgangssignal kompatibel mit Standard Audio/Mikrophoneingängen (16bit, 
48 kHz) zu halten. Das ganze funktioniert gut genug um damit ohne teures 
Oszilloskop oder Vakuumpumpe charakteristische Alpha-Energiespektren 
aufzunehmen (siehe Bild).

Kurzes Einführungsvideo zum Projekt, die Tage vom CERN gepostet:
https://twitter.com/CERN/status/1260600298206302210

Hardware & Software auf Github: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector
Wer mag, kann sich die Teile und das Board einfacher über Kitspace 
besorgen:
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/.

Die Physik hinter diesen PIN Dioden in Bezug auf ionisierende Strahlung 
ist generell ja nicht besonders dokumentiert.
In einem paper habe ich deswegen mehrere PIN Dioden verglichen (ja, auch 
die beliebte BPW34) und beschreibe welche Teilchen man warum eigentlich 
messen kann (eher keine Gammastrahlung ;-):
https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm

Grüsse aus Genf,
Oliver (ein alter Fan dieses Forums...)

:
von Sven B. (scummos)


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Cool! Immer eindrucksvoll, wenn solche Effekte mit so einfachen Mitteln 
nachgewiesen werden :)

: Bearbeitet durch User
von Oliver K. (ozel-)


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Anbei noch ein Bild zum Messaufbau vom Spektrum oben (die Sensordiode 
ist auf der Unterseite der Platine).
Die Dose muss natürlich geschlossen werden und komplett Lichtdicht sein 
(zur Not nochmal extra abdecken). Sonst misst die BPX61 photodiode nur 
das, wofür was sie eigentlich gemacht wurde... Alternativ kann man ein 
Stück dünnste Mylar Folie aus einem alten Folienkondensator auf den Rand 
des TO-Gehäuses drauf kleben, dann kann man durch ein Loch im 
Detektorgehäuse hindurch messen. Komplett ohne Faradayischen Metallkäfig 
läuft die Schaltung nicht und schnappt nur alles mögliche an EMI auf.

Die Form der Platine ist so gewählt, dass sie bei Bedarf genau in ein 
Aluminium-Druckguss Gehäuse passt: 
https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552
Das verhindert Mikrophonieffekte, die stören können und bei den weichen 
und verformbaren Zinndosen durch leichte Vibrationen oder blosse 
Berührung der Box schnell vorkomen.

Viel mehr Details und Bilder finden sich wie gesagt auf der Github 
Seite:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector

Die Projektdoku ist leider nur komplett in Englisch, aber ich beantworte 
hier gerne Fragen in meiner Muttersprache. :-)

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Ein Projekt in der Richtung steht eigentlich schon länger auf meiner 
Wunschliste :)

Beim (schnellen) Durchlesen der Beschreibung sind mir im Wesentlichen 
drei Fragen aufgekommen:
1. Alphastrahlung wird doch schon durch Papier geblockt. Also muss die 
Probe mit in das Metallgehäuse gelegt werden? (Also reinpassen?)
2. An die leistungsfähigere Hardware für das dort erwähnte iPadPix gibt 
kein drannkommen, oder?
3. Wie wäre es statt einer Soundkarte einen ARM oder AVR zu verwenden? 
Dann sollten die Signale nicht von den Einstellungen der Soundkarte 
abhängen.

von Hp M. (nachtmix)


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Oliver K. schrieb:
> In einem paper habe ich deswegen mehrere PIN Dioden verglichen (ja, auch
> die beliebte BPW34)

Warum nimmst du nicht einfach eine billige Webcam mit USB-Anschluss und 
entfernst den ganzen optischen Kram einschliesslich des Glasfensters?
Dann können die alphas direkt in die Photodioden einschlagen, und du 
erfährst sogar, wo es "geblitzt" hat.

von Oliver K. (ozel-)


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Malte _. schrieb:
> 1. Alphastrahlung wird doch schon durch Papier geblockt. Also muss die
> Probe mit in das Metallgehäuse gelegt werden? (Also reinpassen?)

Genau, deswegen muss man immer möglichst nah an die Probe ran und das 
Deckglas der Diode natürlich rausbrechen! Was bei der BPX61 mit 3 bis 4 
beherzten Seitenschneider Attacken auf den Rand des TO-Gehäuses aber 
wirklich sehr gut geht. Auf der Github Seite sieht man das auf einer 
Nahaufnahme im Readme, ausserdem in dem Video vom Tweet. Ich habe noch 
ein Bild dazu angehängt.
Man kann die Diode bei Bedarf mit einer dünnen, quasi Licht dichten, 
Folie wieder abdecken. Siehe vorheriger Beitrag.


> 2. An die leistungsfähigere Hardware für das dort erwähnte iPadPix gibt
> kein drannkommen, oder?

Doch, kann man kaufen, z.B. als Minipix bei www.advacam.com. Kostet halt 
eine Größenordnung mehr. Für Alpha-Spektrometrie sind aber 
nicht-segmentierte Halbleitersensoren tatsächlich besser. Ansonsten sind 
die Pixel-Detektoren (nicht zu verwechseln mit CMOS imaging Sensoren) 
generell vielseiter, das stimmt.

> 3. Wie wäre es statt einer Soundkarte einen ARM oder AVR zu verwenden?
> Dann sollten die Signale nicht von den Einstellungen der Soundkarte
> abhängen.

Klar ginge das. 16-bit Auflösung sind hilfreich und nicht ganz so leicht 
zu erreichen aber höhere Sampelraten von üblichen ADCs/uCs wären auch 
attraktiv. Die Pulse sind mit der Schaltung auf 1-2 ms absichtlich sehr 
breit angelegt, damit sie mit 48 kHz Audiosamplerate (zur Not am 
smartphone headset Anschluss) ordentlich erfasst werden. Es geht hier 
wie gesagt um's kostensparen und darum, dass es möglichst einfach zu 
bauen ist für Elektronikanfänger. 16-18 jährige Schüler bauen das unter 
anderem (und ihre Physiklehrer ;).

von Oliver K. (ozel-)


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Hp M. schrieb:
> Warum nimmst du nicht einfach eine billige Webcam mit USB-Anschluss und
> entfernst den ganzen optischen Kram einschliesslich des Glasfensters?
> Dann können die alphas direkt in die Photodioden einschlagen, und du
> erfährst sogar, wo es "geblitzt" hat.

Daraus kann man kein Energiespektrum ableiten. Diese Pixel sind entweder 
an oder aus. Ist nicht besser als ein Geigerzähler (und hat viel weniger 
empfindliches Volumen im Vergleich).
Ausserdem sind die Pixelstrukturen von CMOS/CCD imagern nicht dick 
genug. In der Regel maximal 10 Mikrometer, weil das reicht um sichtbares 
Licht komplett zu absorbieren. Alphateilchen mit um die 8 MeV Energie 
(das Maximum wird von den natürlich vorkommenden Polonium Isotopen 
erreicht) kommen in Silizium aber bis zu 50 Mikrometer weit. D.h. der 
Großteil der Energie wird in einem Teil des Webcam Chips absorbiert der 
garnicht misst.

Die BPX 61 dagegen erreicht mit dem 9 Volt Block als Vorspannung eine 
'empfindliche Dicke' (Stichwort Raumladungszone, engl. depletion 
region/depth) von gut 50 Mikrometern, passt also genau. Kann man sich im 
genannten paper, Abbildung 3b genauer anschauen:
https://www.mdpi.com/sensors/sensors-19-04264/article_deploy/html/images/sensors-19-04264-g003.png

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Ich hab mir das Paper mal durchgelesen, ist schon witzig was man mit 
doch recht einfachen Mitteln erreicht.
Da es den TLE2072 nicht bei Reichelt gibt, einen passenden Ersatztyp hat 
hier niemand auf die Schnelle parat, oder?

von Oliver K. (ozel-)


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Hast Du die Teilelisten auf kitspace gesehen?
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/

Bestellnummern für 4 Lieferanten, inkl. Mouser.

Zur Not geht auch der TL072, rauscht halt deutlich mehr.
Je mehr geändert wird, desto weniger passt natürlich die 
Energie-Kallibration.
Dazu stehen ja im paper einige Hinweise. Im Prinzip reichen 2 
Referenzpunkte,
wenn der ADC linear genug ist:
Am unteren Ende geht immer die Beta/Elektronen Flanke bei 0.5 MeV. Dazu 
noch eine möglichst hochenergetische Alphalinie, z.B. einer der beiden 
Polonium peaks wie im Uranstein-Spektrum ganz rechts.

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Okay, danke fürs Anlegen der Liste :)
Ich hatte sie gefunden, wollte aber nicht 18-25Euro internationale 
Versandkosten bezahlen + eventuelle Arbeit mit dem Zoll. Bei RS ist der 
angegebene TLE2072ACP nicht mehr als DIP verfügbar, nur noch der 
TLE2072CP und da auch nur für Firmenkunden.
Ich habe jetzt bei hood.de einen TLE2072CP recht günstig bekommen, bei 
Ebay gibts die für etwas höhere Preise. Mal schauen wann ich das alles 
Umsetze, ich habe es da nicht eilig ;)

von Oliver K. (ozel-)


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Malte _. schrieb:
> Bei RS ist der angegebene TLE2072ACP nicht mehr als DIP verfügbar, nur
> noch der TLE2072CP und da auch nur für Firmenkunden.

Danke für den Hinweis, werde versuchen bei RS eine Alternative zu 
finden.
Ist Mouser von den vieren nicht generell am besten geeignet für 
Privatpersonen in DE?

Ob *ACP oder *CP sollte egal sein, ich habe immer nur den billigeren 
rausgesucht. Kann mich auch nicht an signifikante performance 
Unterschiede erinnern in der Schaltung.

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Oliver K. schrieb:
> Danke für den Hinweis, werde versuchen bei RS eine Alternative zu
> finden.
> Ist Mouser von den vieren nicht generell am besten geeignet für
> Privatpersonen in DE?
Gute Frage, ich habe noch bei keinen der vier bestellt. Bei Mouser sehe 
ich als günstigste Versandoption 20€ und wenn man nicht gerade dank 
Corona im Homeoffice das Paket annehmen kann, nochmal von mir 2x20km 
fahrt um bei der nächsten Pick-Up Möglichkeit von Fedex/TNT das Paket 
abzuholen.

Das einzige andere schwieriger zu beschaffene Bauteil sehe ich noch in 
dem 40MOhm Widerstand. Den kann man bei RS aber immerhin als 
Privatperson kaufen. Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an 
der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang 
benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.

von Hp M. (nachtmix)


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Malte _. schrieb:
> Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an
> der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Imho nicht.
Du solltest aber anschliessend die Lötstellen gründlich von 
Flußmittelresten säubern und evtl. auch wasserabstossend lackieren, denn 
bei so hohen Widerstandswerten könnten schon geringfügige 
Verschmutzungen zu erhöhtem Rauschen führen.

von Oliver K. (ozel-)


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Malte _. schrieb:
> Das einzige andere schwieriger zu beschaffene Bauteil sehe ich noch in
> dem 40MOhm Widerstand. Den kann man bei RS aber immerhin als
> Privatperson kaufen. Spricht irgendwas dagegen, wenn ich die Platine an
> der Stelle auf 4x 10MOhm 0805 in Reihe ändere?

Puh... zur Not geht auch ein 39 Mega Ohm Widerstand, die gibt es 
vermutlich häufiger (oder gar 43 bzw. 47 MOhm). Mehrere anreihen würde 
ich nicht machen, könnte aber gehen wann man es gewissenhaft macht wie 
schon bemerkt wurde.
Ansonsten eher noch ein senkrechter, bedrahteter Widerstand als 4xSMD an 
der Stelle im PCB.

Ich hoffe die Frage bedeutet nicht, dass Du die Schaltung fliegend und 
ohne die zugehörige Platine aufbauen willst.
Bei der Elektron-Detektor Version geht es noch gut auf einer 
Lochrasterkarte, wenn man die Teile der ersten Stufe sehr nahe 
zusammenlötet. Beim Alphaspektrometer macht man sich damit keine Freude, 
vor allem wenn man noch nicht genau weiss nach welchen Signalen man 
eigentlich ausschauhalten muss (kommt ja auch auf die Aktivität vom 
Objekt an).
Steckbrett/Breadboard kann man bei ladungsempfindlichen Verstärkern 
übrigens leider komplett vergessen...

> Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang
> benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.

Der passive Filter am Ausgang macht nochmal eine Art kombiniertes pulse 
shaping und Impedanzanpassung für Arme, siehe Hinweise direkt im 
Schlatplan: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf

Die kleinsten Pulse von Alphateilchen sind ca. -8 mV groß an 1 MOhm 
Eingangsimpedanz (das ist die Beta/Alpha Flanke), deswegen sollte es 
schon ein Mikrofoneingang sein (oder ein Oszi, hilfreich zum testen). 
Low-cost USB Soundkarten wie die von mir verwendete mit CM108 Chip sind 
da eher wenig spezifiziert. Auf Github ist ein Absatz dazu und ein Link 
zum Datenblatt. Soweit ich gesehen habe entsprechen die CM108-basierten 
Soundkarten ziemlich genau dem Referenzschaltplan im Datenblatt.

Wenn man am dokumentierten Alphaspekrometer-Setup etwas bei der 
Verstärkung, Ausgangsimpedanz oder Eingangsimpedanz ändert passt wie 
gesagt die Alpha-Energiekallibrierung nicht mehr. Das ist aber nicht so 
schlimm, erstmal ist wichtig das überhaupt Pulse rauskommen. Auch der 9 
Volt Block als Versorgung ist dafür elementar. Labornetzteile rippeln 
viel zu viel und tragen EMI rein.

Deswegen nochmal der Hinweis: Die Schlatung sieht verblüffend einfach 
aus, wird aber aus diversen Gründen nicht das tun was sie soll wenn man 
sie zu stark abändert (das gilt besonders für die erste OpAmp Stufe aber 
auch ein paar andere Details). Wenn erstmal Signalpulse rauskommen, 
kriegt man ein viel besseres Gefühl was man alles abändern kann. Die 
praktischen Grenzen merkt man dann schon ziemlich schnell. ;-)

: Bearbeitet durch User
von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Vielen Dank nochmal für die ausführlichen Erklärungen.
Keine Sorge, seitdem die Platinenherstellung kleiner Platinen auch in 
Kleinstmengen günstig geworden ist, Designe ich die selbst lieber am PC 
statt Lochraster zu verwenden. Und da ich mich inzwischen gut genug 
kenne, weiß ich dass mir Wissen im Analogdesign fehlt 
(Beitrag "Spannungsregelung stabilisieren, wo am besten ansetzen?"). Daher frage ich lieber 
vorher statt hinterher mit einer nicht funktionierenden Schaltung da zu 
stehen. Ich hoffe ich beschäftige dich dadurch nicht zu viel und helfe 
im besten Fall auch anderen bei einem Nachbau.
Ist die Impedanz des BNC Steckers relevant? Einen Cinch Anschluss fände 
ich für die Soundkarte praktischer :)

von Oliver K. (ozel-)


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Guter Punkt, dass sollte ich demnächst mal noch besser dokumentieren.
Ab dem Ausgang ist es eher unkritisch, BNC Buchsen finde ich passen ganz 
gut zu den Zinnkästchen von der Montage her (Stanzeisen sind dazu extrem 
praktisch um die Löcher schnell & einfach zu machen). Es geht auch 
direkt eine 3.5mm Klinken-Buchse oder natürlich Chinch.
Das Kabel sollte nur nicht zu lange und geschirmt sein, was auf die 
meisten billigen Audio-Kabel mit Klinke/Chinch ja eher nicht zutrifft.

Ich nehme immer ein fertig konfektioniertes 2 Meter RG-174/U Koaxkabel 
mit BNC Steckern, schneide das in der Mitte durch und löte 
Klinkenstecker dran.
RG-174/U ist schön dünn und passt gut durch die Steckerhülse bei den 
Steckern von REAN, z.B. der 
http://www.rean-connectors.com/en/products/35-mm-plugs/nys231bg
Die haben leider nur bis 3-polig/Stereo im Programm (das ist übrigens 
wichtig bei den billigen CM108 USB Soundkarten, Mono-Stecker würden die 
Mikro-Vorspannung kurzschliessen mit dem Signal - das könnte stören, 
hab's nicht ausprobiert!).
Für headset-socket 4-pin 3.5mm Klinke habe ich noch keinen wirklich 
überzeugenden Stecker gefunden. Die sind alle etwas arg fummelig zum 
anlöten. Geht aber prinzipell auch mit dünnem Koaxkabel.

Hintergrundinfos zu den CM108 USB Soundkarten: 
https://dalmura.com.au/static/Soundcard%20mods.pdf
Die dort beschriebenen Modifikationen habe ich absichtlich nicht 
gemacht/vorausgesetzt - ist eher nix für meine Zielgruppe ;-). Dem Text 
zufolge liegt die unmodifizierte Eingangsimpedanz bei ca. 210k, das 
deckt sich ca. mit meinen Vergleichsmessungen direkt am Oszi per BNC/BNC 
Kabel und Standard-Eingangsimpedanz von 1 Megaohm (siehe screenshots im 
Github readme, im unteren Teil).

von Hp M. (nachtmix)


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Oliver K. schrieb:
> Die Form der Platine ist so gewählt, dass sie bei Bedarf genau in ein
> Aluminium-Druckguss Gehäuse passt:
> https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552
> Das verhindert Mikrophonieffekte, die stören können und bei den weichen
> und verformbaren Zinndosen durch leichte Vibrationen oder blosse
> Berührung der Box schnell vorkomen.

Vorsicht vor der Verwendung von keramischen Klasse-2 Kondensatoren im 
Signalweg!
Die Dinger sind für ihre Mikrofonie berüchtigt, und auch die Umkehrung, 
nämlich die Schallabgabe, kann man gelegentlich hören.
https://product.tdk.com/en/contact/faq/31_singing_capacitors_piezoelectric_effect.pdf
Insbesondere bei den verwendeten SMD-Typen wäre ich skeptisch, denn die 
sind ja mechanisch besonders fest mit der Platine, die als Membran 
wirkt, gekoppelt.

Neuerdings soll es allerdings Typen geben, denen man die schlechten 
Eigenschaften, wie Mikrofonie, hoher Temperaturkoeffizient, hoher 
Spannungskoeffizient, hoher tanδ weitgehend ausgetrieben hat. Ich habe 
solche jedoch noch nicht in der Hand gehabt.

von Oszi50 (Gast)


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Die Werbung machts!

Beitrag "[S] Gamma-Detector mit Normalspannung"


So ein Aufbau gibt es hier im Forum immer mal wieder. Dann verschwindet 
er in der Versenkung.

Steht aber CERN drauf, flippen alle gleich aus und sehen es als 
Innovation.

von Martin (Gast)


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Oszi50 schrieb:

> Die Werbung machts!

Ganz bestimmt nicht. Die Professionalität und das Gesamtkonzept 
inklusive Auswertung machen es.

Du kannst dich also wieder hinlegen. Und in Zukunft belästige mich nicht 
mit den Bastellösungen aus den Tiefen der Mülltonne des µCNets.

von Daniel B. (dbuergin)


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Martin schrieb:
> Ganz bestimmt nicht. Die Professionalität und das Gesamtkonzept
> inklusive Auswertung machen es.
>
> Du kannst dich also wieder hinlegen. Und in Zukunft belästige mich nicht
> mit den Bastellösungen aus den Tiefen der Mülltonne des µCNets.

Meine Worte...
Und grosses Lob an den TO, cooles Projekt, sauber dokumentiert, etwas 
für den Winter :-)

von TR.0LL (Gast)


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> 9 V battery. NIMH-type accumulators with a nominal value of 9.6 V work best 
(mains-connected power supplies would introduce too much noise, always use 
batteries)

Würde es auch gehen, wenn man ein Schaltnetzteil nimmt mit 12V und einen 
LM317, der die Spannung auf die 9.6V verringert?

von Oliver K. (ozel-)


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Oszi50 schrieb:
> Beitrag "[S] Gamma-Detector mit Normalspannung"
>
> So ein Aufbau gibt es hier im Forum immer mal wieder. Dann verschwindet
> er in der Versenkung.

Also Gamma-Detector würde ich die Dioden auf Grund ihrer dünnen 
sensitiven Schicht eher nicht bezeichnen. Im Projekt hier geht es 
vorranging um Alpha-Spektrometrie. Das ist mit PIN dioden schon länger 
prinzipiell bekannt (70/80ziger Jahre...) allerdings eher nicht mit so 
wenig Aufwand und ohne extra Vakuum.

Um solche und weitere Details ging es mir auch hauptsächlich im 
zugehörigen paper https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm. Dort 
habe ich soweit auffindbar u.a. viele Referenzen zusammengetragen - was 
ich bei anderen Projekten teilweise vemisst habe.

von Oliver K. (ozel-)


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Hp M. schrieb:
> Vorsicht vor der Verwendung von keramischen Klasse-2 Kondensatoren im
> Signalweg!
> Die Dinger sind für ihre Mikrofonie berüchtigt, und auch die Umkehrung,
> nämlich die Schallabgabe, kann man gelegentlich hören.
> 
https://product.tdk.com/en/contact/faq/31_singing_capacitors_piezoelectric_effect.pdf
> Insbesondere bei den verwendeten SMD-Typen wäre ich skeptisch, denn die
> sind ja mechanisch besonders fest mit der Platine, die als Membran
> wirkt, gekoppelt.

Jain, der Piezoeffekt von Keramik-Kondensatoren ist sicher auch ein 
Problem. Mein Eindruck ist eher, dass vibrationsbedingte 
Verformungen/Bewegungen der dünnen Zinnbox-Wände direkt mit der 
Diodenfläche kapazitiv kopplen, also kleine Ladungspulse induzieren. Man 
kann die übrigens gut vom eigentlich Ionisationsstrom der Teilchen 
anhand der Pulsform unterscheiden. Trotzdem kann es stören bei der 
Messung. Mikrophonie-Effekte habe ich bei dickwandigen 
Alu-Druckgussgehäusen bisher nicht beobachtet, obwohl auch dort etwas 
Körperschall bis zu den Kondensatoren durchkommen könnte. SMD 0805 
Kondensatoren benutze ich in der Schaltung nur manchmal, wenn die 
bedrahteten 2.5 mm Bauteile (siehe BOM) gerade aus sind. Bisher keinen 
Unterschied bemerkt.

TR.0LL schrieb:
> Würde es auch gehen, wenn man ein Schaltnetzteil nimmt mit 12V und einen
> LM317, der die Spannung auf die 9.6V verringert?

Ein Linearregler ist schon mal super, trotzdem sollte man sich mit 
leitungsgebundener EMV und dem Sieben von Spannungen auskennen. Wie 
gesagt, lieber erstmal sich selbst einen Gefallen tun und mit der 
Batterie die Signalpulse suchen und später experiementieren...
Die exakte Spannung spielt keine Rolle, je mehr desto besser (bis zum 
Breakdown jenseits von 60 V). Um die 9-10 V an der Kathode reichen schon 
aus den Energiebereich von natürlicherweise vorkommenden Alphateilchen 
zu erfassen, siehe paper. Die Vorspannung an der Diode definiert die 
Dicke der sensitiven Schicht.
Zur Versorgung mit Netzteil sind andere Verstärkerschaltungen teilweise 
besser geignet: Kapazitives ankopplen der Kathode an den OpAmp per 
Kondensator erlaubt einen separaten Vorspannungsweg, braucht dann aber 
insgesammt mehr Bauteile und eine symmetrische Versorgungsspannung der 
OpAmps. Deswegen haben ich mich lieber am grundlegenden Aufbau der 
ressourcensparenden PocketGeiger/OpenGeiger Schaltung orientiert.

: Bearbeitet durch User
von Henrik V. (henrik_v)


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Oliver, in Deinem Paper ist ja die Sperrschichtdicke über Sperrspannung 
so schön dargestellt. Da ja so gut wie kein Strom benötigt wird, bieten 
sich ein paar 9V oder  die kleineren aber teureren 12V Batterien an, um 
diese zu erhöhen. In Deinem Layout müsste man dann die GND-Plane zu den 
Dioden durchtrennen  und ggf noch ein paar nF spendieren. Würde das Sinn 
machen?
Aufwand gegen doppelte Schichtdicke ...
Die Osram Spec der  BPW34F sagt Us max ~30V ... k=2?? :>

Sehr schönes Projekt. Danke für Deine Arbeit.

Gruß Henrik

Beitrag #6289065 wurde vom Autor gelöscht.
von Oliver K. (ozel-)


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Henrik V. schrieb:
> Oliver, in Deinem Paper ist ja die Sperrschichtdicke über Sperrspannung
> so schön dargestellt. Da ja so gut wie kein Strom benötigt wird, bieten
> sich ein paar 9V oder  die kleineren aber teureren 12V Batterien an, um
> diese zu erhöhen. In Deinem Layout müsste man dann die GND-Plane zu den
> Dioden durchtrennen  und ggf noch ein paar nF spendieren. Würde das Sinn
> machen?

Die ground plane könnte man auch komplett weglassen unter den Diode. Ich 
bin mir garnicht mehr so sicher wie sinnvoll die dort überhaupt ist.
Durchtrennen auf der fertigen Platine hört sich arg mühsam an, dafür das 
man auch einfach kathodenseitig die Spannung erhöhen kann. Dazu muss man 
dann nur kapazitiv gekoppelt an den OpAmp gehen.
Ich hatte beim Layouten tatsächlich drangedacht, dass man das Kupfer 
zwischen C1 und R3 per cutter trennen könnte und durch einen, sagen wir 
mal 100 nF, Koppelkondensator ersetzt. Die Footprints von C1 und C2 
könnte man dann zum Sieben einer separaten Vorspannung zweckentfremden.
Der feedback C (ehemals C1+C2) müsste dann Huckepack als SMD auf R3 
drauf. Dann müsste man aber auch beide Eingänge noch mit dem selben 
Arbeitspunkt unterhalb OP Betriebsspannungen versorgen - wenn man eine 
symmetrische Versorgung partout vermeiden will. Wobei man es dann auch 
gleich komplett neu auf Lochraster auflöten kann, so dicht wie 
möglich...
Auf dem board habe ich das selbst noch nicht ausprobiert.

> Aufwand gegen doppelte Schichtdicke ...

Gute Frage, 100 Mikrometer wird man kaum erreichen. Eine Frage ist auch 
auch wie sehr die Abschätzung des Dotierungsprofiles per C-V Messung 
überhaupt der physikalischen Realität im chip entspricht - gerade bei 
den hohen Werten.
Ich habe den Abschnitt dazu jetzt in's Github Wiki verschoben:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Diode-Characterisation

Wenn man wirklich sicher gehen will, wie genau hohe Spannungen die 
Schichtdicke beeinflussen, sollte man lieber eine Quelle verwenden.
Z.B. Röntgenstrahlung draufhalten und Schritt für Schritt die 
Vorspannung erhöhen. Sobald die Zählrate in die Sättigung geht, weiss 
man, dass die maximale sensitive Schicht erreicht ist.

In Alpha-Spektren würde man zu wenig sensitives Volumen recht schnell 
als abgeschnittene Peaks im Energie-Histogramm sehen. Bei den Dioden 
gibt es prozessbedingt generell starke Streuungen im Dotierungsprofil, 
zur Not nimmt man halt eine andere.
Mit vermutlich praktisch erreichbaren 80 Mikrometer Schichtdicke würde 
man vor allem ein paar mehr Betas/Elektronen fangen, u.a. auch mehr von 
streuenden Gammaphotonen - aber nicht sehr viel mehr.

> Die Osram Spec der  BPW34F sagt Us max ~30V ... k=2?? :>

Ja, ich frage mich auch aus welcher Zeit der Wert ist. Das Vishay 
Datenblatt gibt 60 V an. Realistisch scheint der breakdown zwischen 100 
und 200 V zu liegen. Im Anhang eine I-V Kurve von mir.
Im Wiki Artikel ist ein interessantes paper von 2008 verlinkt, da lag 
der maximal Wert wohl ähnlich (mit einer Osram Diode, meine ist von 
Vishay).
Vishay und Osram verwenden verschiedene packages bei der BPW34 Serie, 
der Wirebond sitzt auch woanders auf dem Chip. Der Silizum chip scheint 
aber entweder der gleiche oder zumindest sehr ähnlich zu sein, wie auch 
der in der BPX61 (die gibt's wohl nur von Osram).
Falls jemand mehr zu den Fertigungsprozessen der beiden Hersteller weiß, 
würde mich das sehr interessieren.

> Sehr schönes Projekt. Danke für Deine Arbeit.
Danke, freut mich!
Viel Spaß beim Nachbau :-)

: Bearbeitet durch User
von Henrik V. (henrik_v)


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C-Kopplung ist nicht nötig, die Schaltung könnte so bleiben wie sie ist, 
ich meinte einfach eine Spannungsquelle zwischen GND und Anode(n) der 
Diode(n).
Da (im Dunkeln) ja nur der Darkcurrent mit <15nA anfallen sollte, darf 
dann die Spannungsquelle auch etwas teurer sein... hat ja quasi nur 
Selbstentladung.

von Oliver K. (ozel-)


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Henrik V. schrieb:
> C-Kopplung ist nicht nötig, die Schaltung könnte so bleiben wie sie ist,
> ich meinte einfach eine Spannungsquelle zwischen GND und Anode(n) der
> Diode(n).

Das geht natürlich auch. Ich war nur nicht sicher ob Du dafür das Layout 
oder eine fertige Platine abändern möchtest.

Ein deutlich höhere Vorspannung als ca. 10 V ist in meinen Augen v.a. 
dann sinnvoll, wenn man die Anzahl der BPW34 Dioden vervielfachen möchte 
- also auch nicht für die Alpha-Spektrometer Variante (unterschiedliche 
Luftwege zu mehreren Dioden würde das Alpha-Spektrum verzerren, ohne 
Vakuum).
Mehr Vorspannung erhöht nicht nur die Dicke sondern verringert 
entsprechend die Kapazität der Raumladungszone, was sich positiv auf das 
Signal/Rausch-Verhältnis des Verstärkers auswirkt.

: Bearbeitet durch User
von Ludwig K. (hellas)


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Liegt das Durchdringungsvermögen von Alphateilchen bei bei einer 
Beschleunigspannung von 8MeV tatsächlich bei ca. 10 Mikrometern?
Das hatte ich schon gar nicht mehr auf dem Schirm. Interessant, wenn man 
das im Vergleich zur Betastrahlung betrachtet, die bei gleicher 
Beschleunigungsspannung ein Durchdringungsvermögen im Wasser von 3-4 cm 
aufweist. Aber wenn man sich die Größenverhältnisse von Helium und einem 
Elekron vor Augen führt, ist das natürlich logisch.

Super Projekt!
Gefällt mir sehr gut und es juckt mir in den Fingern, das echt mal 
nachzubauen.

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von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Oliver K. schrieb:
>> Die 0,05µF + 10k im Schaltplan werden für jeden Soundkarteneingang
>> benötigt? Line-In ist da ja vermutlich unterschiedlich zu einem Mic-In.
>
> Der passive Filter am Ausgang macht nochmal eine Art kombiniertes pulse
> shaping und Impedanzanpassung für Arme, siehe Hinweise direkt im
> Schlatplan:
> 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf

Okay, ich habe nochmal den Hinweis gelesen - demnach sind 0,05µF + 10k 
einfach Varianten für R9 und C10 bei Smartphones?

von Oliver K. (ozel-)


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Ludwig K. schrieb:
> Liegt das Durchdringungsvermögen von Alphateilchen bei bei einer
> Beschleunigspannung von 8MeV tatsächlich bei ca. 10 Mikrometern?

Schon etwas mehr, um die 50 Mikrometer in Metallen.
Aus den NIST Datenbanken kann man sich das schnell ableiten: 
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ASTAR.html
"Projected Range" auswählen, das bezeichnet Durchdringungsvermögen 
entlang der Einstrahlrichtung.
Die Zahlenwerte sind dichtebereinigt (da stehen Physiker drauf...), d.h. 
wenn man Silizium ausgewählt hat muss man den projected range noch durch 
2.33 teilen um die Tiefe in Zentimeter zu bekommen. Die verwendeten 
Materialparamter sind auch verlinkt.

Kompliziertere Alpha-Spektren mit mehreren Energien simuliert man am 
besten mit dem konstenlosen AASI programm und Vergleicht die Ergebnisse 
mit der Messung. Meine Methode aus dem paper habe ich im Wiki etwas 
ausgeführt:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Energy-Spectra
So kann man trotz teilweiser Absorption der Alphateilchen in der 
Umgebungsluft (und je nach Objekt leider auch etwas interner Absorption) 
die Spektren gut interpretieren.

> Super Projekt!
> Gefällt mir sehr gut und es juckt mir in den Fingern, das echt mal
> nachzubauen.

Danke! Bitte machen und berichten.

Malte _. schrieb:
> 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/blob/master/hardware/V1.2/documentation/DIY%20particle%20detector%20schematic%20v1-2.pdf
>
> Okay, ich habe nochmal den Hinweis gelesen - demnach sind 0,05µF + 10k
> einfach Varianten für R9 und C10 bei Smartphones?

Genau, das Bild von der "Line-in Adapter" Steckerbelegung ist nur zur 
generellen Orientierung gedacht (ist auch nicht von mir). Hoffe das ist 
einigermaßen klar. Bei mir haben 100 nF als C10 immer gut funktioniert, 
50 nF habe ich nicht probiert.
Im Wiki habe ich die Verkabelung mittlerweile etwas genauer 
dokumentiert:
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Cables

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von Jonas B. (jibi)


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Moin,

ich will die Tage bei Mouser und Boards bestellen.
Soweit ich das sehe, sind die PCB der zwei Varianten ja gleich nur 
unterschiedlich bestückt.

Variante A kostet bei Mouser 17,47€
Variante B kostet bei Mouser 25,47€
Ein Board kostet 5,12€
Versand zu euch 1,55€ bzw 2,7€ oder wahlweise als Päkchen 4,5€


Macht also für Variante A:  (wenn Maxibrief nötig)   30,41€
                            (wenn Großbrief reicht)  29,26€

         Variante B:        (wenn Maxibrief nötig)   38,41€
                            (wenn Großbrief reicht)  37,26€

Sehe gerade es gibt eine Backorder in Variante B, denn gibt es erst 
wieder am 11/08/2020:
https://www.mouser.de/ProductDetail/80-C320C474M5U

Ich nehm Variante A, so betrifft mich das erstmal nicht. Wenn jemand 
Variante B mag, kann er gerne eine Alternative angeben, Differenzpreis 
zum Bauteil wird natürlich verrechnet.

Wer Interesse hat einfach melden und oder fragen. Dachte spätestens am 
Freitag oder wenn sich 2 Leute gemeldet haben zu bestellen.

mfg Jonas

: Bearbeitet durch User
von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Ich selbst habe mir bei AISLER ein 3er Satz Platinen bestellt (heute 
versendet). Eine davon würde ich für 5,5€ abgeben (Abholung auf halben 
Weg zwischen Gütersloh und Bielefeld), oder falls sich da niemand findet 
für 3,5 zusätzlich verschicken (Einwurfeinschreiben).

von Oliver K. (ozel-)


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Jonas B. schrieb:
> Soweit ich das sehe, sind die PCB der zwei Varianten ja gleich nur
> unterschiedlich bestückt.
Genau!

> Variante A kostet bei Mouser 17,47€
> Variante B kostet bei Mouser 25,47€
Der Vollständigkeit halber:
Variante A = heisst electron-detector auf den Projektseiten (4x BPW34[F] 
Dioden)
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/electron-detector/

Variante B = heisst alpha-spectrometer auf den Projektseiten (1x BPX61 
Diode)
https://kitspace.org/boards/github.com/ozel/diy_particle_detector/alpha-spectrometer/

A ist empfindlicher (4 mal mehr Sensorvolumen) und zickt weniger rum was 
Mikrophonieffekte in weichen Zinn-Kecksdosen betrifft (weil geringerer 
Verstärkungsfaktor).
B kann dafür neben Beta-Strahlung (und ein Hauch von Gamma) auch 
Energiespektren von Alpha-Teilchen messen.
Mit ein bisschen Lötübung ist ein Umbau (A<=>B) möglich.

> Sehe gerade es gibt eine Backorder in Variante B, denn gibt es erst
> wieder am 11/08/2020:
> https://www.mouser.de/ProductDetail/80-C320C474M5U
Bedrahtete Bauteile scheinen ja langsam wirklich auszusterben bei den 
grossen Lieferanten. Alternativ passt ein 0805 SMD Kondensator auch 
super auf den footprint.

Ein Tipp noch zur PCB Dicke. Wenn eines der empfohlenen Alu-Druckguss 
Gehäuse (z.B. verlinkt unten) zum Einsatz kommen soll (u.U. sinnvoll bei 
Variante B, weil viel weniger anfällig für Mikrophonieffekt), sind 
dünnere PCBs als 1.6 mm etwas vorteilhafter (also 1 oder 0.8 mm). Sonst 
kann es je nach Dicke des 9 Volt Blocks etwas arg eng werden... 
Elektrisch/SNR-mässig habe ich bei unterschiedlichen PCB dicken bisher 
keinen Unterschied gesehen.
https://de.farnell.com/multicomp/g102mf/druckguss-geh-use-90x36x30mm/dp/1902552

@Jonas & Malte:
Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und 
Platinen-Bestellung geholfen?
Ich kenne den Betreiber, der das komplett ehrenamtlich macht. Manchmal 
finden sich Elektronikanfänger nicht zurecht auf der Seite, deswegen 
würde mich Feedback zu Kitspace von erfahrenen Bastlern sehr 
interessieren.

Gerade die Bauteile via Mouser oder PCB Bestellung bei Aisler sollte 
recht reibungslos laufen. Es gibt übrigens keine versteckten Mehrkosten, 
Kitspace ist im Moment eine reine Bestellhilfe - man braucht immer noch 
sein eigenes Konto bei den Distributoren/Herstellern. Es kopiert 
lediglich die Bauteile BOMs und die PCB Layoutfiles in die Warenkörbe 
der unterstützen Lieferanten.
Kitspace selbst wird auch auf Github entwickelt. Jeder ist willkommen 
dort seine eigenen git Projekte per pull-request einzutragen (das geht 
mittlerweile alles direkt auf der Github website von Kitspace, man muss 
kein git Profi mehr sein für sowas...)
https://github.com/kitspace/kitspace
So sieht's dann aus, wenn man sein eigenes Projekt dort in die 
boards.txt einträgt:
https://github.com/kitspace/kitspace/commit/9274ce1f5a0ef86c9f906ac93aab112d5ac079f2

von Jonas B. (jibi)


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Hallo Malte,

danke für das Angebot, werd ich eventuell noch drauf zurückkommen. Wie 
dick sind die PCBs und welche Revision hast du?

Hallo Oliver,

danke sehr für deine umfangreiche Erläuterung. Welche Variante wäre 
besser um Sekundärelektronenstrahlung in einem FEM/REM zu 
quantifizieren?

Oliver K. schrieb:
> Ein Tipp noch zur PCB Dicke. Wenn eines der empfohlenen Alu-Druckguss
> Gehäuse (z.B. verlinkt unten) zum Einsatz kommen soll (u.U. sinnvoll bei
> Variante B, weil viel weniger anfällig für Mikrophonieffekt), sind
> dünnere PCBs als 1.6 mm etwas vorteilhafter (also 1 oder 0.8 mm). Sonst
> kann es je nach Dicke des 9 Volt Blocks etwas arg eng werden...
> Elektrisch/SNR-mässig habe ich bei unterschiedlichen PCB dicken bisher
> keinen Unterschied gesehen.

Wegen dem Gehäuse, ich hab vor damit ein PMT zu ersetzen - ein 
Hochspannungsakteur weniger. Allerdings in UHV. Werde wohl aus 
Rohrmaterial was drehen und das dann unter Vakuum mit Spezialharz 
ausgießen. So zumindest der Plan.

Oliver K. schrieb:
> @Jonas & Malte:
> Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und
> Platinen-Bestellung geholfen?

Ich muss zugeben, ich hab ein paar Augenblicke gebraucht bis ich 
verstanden habe, das da alle Infos inkl. Link zu verschiedenen Anbietern 
/ Herstellern aufgeführt sind. Ich würde das einfach untereinander 
anordnen und ein Warenkorb Symbol + Hersteller Name statt die Hersteller 
Icons.

Ansonsten sind der Service und die Infos gut, wenn auch sehr 
unübersichtlich (gerade nochmal geschaut).
Allerdings finde ich bei Aisler die PCB-Dicke nicht?!

Danke euch für die viele Mühe und schönen Abend!

vg Jonas

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Jonas B. schrieb:
> Hallo Malte,
>
> danke für das Angebot, werd ich eventuell noch drauf zurückkommen. Wie
> dick sind die PCBs und welche Revision hast du?
Ich hatte auf der Kitspace Seite für den electron-detector einfach auf 
Aisler geklickt, in der Bestellung steht
"Playground/Electron Detector 0705583 Gerber" aber die Platine müsste ja 
für beide Detektorvarianten bestückbar sein. Die Platinen die ich dort 
früher mal bestellt hatte, sahen nach der "übliche" Dicke um die 1,5mm 
aus.


> @Jonas & Malte:
> Haben euch die Kitspace Seiten bei der Teilesuche und
> Platinen-Bestellung geholfen?

Die Kitspace Seite ist schon praktisch, um einen schnellen Überblick zu 
bekommen und abzuschätzen wie teuer der Spaß wird.
Das dort angegebene Plugin für zwei der vier Shops hatte ich installiert 
- funktioniert aber nicht bei RS (kann aber auch an NoScript liegen). Am 
Ende habe ich die Bauteile des Alpha- und Elektronendetektors 
zusammenaddiert (in der Liste der min Wert), herausgesucht welche 
Bauteile ich schon vorrätig hab und mir bei Reichelt passende 
Äquivalente gesucht. Meist bestelle ich dann von den Teilen etwas auf 
Reserve.
10       0,05   KERKO 10P              10pF Vielschicht min 5
2               C3Z5U 470NA50          470nF min 1
10       0,06   KERKO 3,3N             3.3nF min 1
10       0,07   KERKO 6,8N             6.8nF min 1
1        9,50   BPX 61                 Fotodiode
5        0,55   BPW 34                 Fotodiode min 4

10       0,049  METALL 15,0K           min 2
1        3,59   RND 455-00366          Gehäuse aluminium
1        6,95   RND 455-00380          Gehäuse aluminium
2        1,20   KIPP 1A11              Ein/Ausschalter

Vorhanden    47µF min 2
Vorhanden    100nF min 9
Vorhanden       0,049  METALL 4,70K min 3
Vorhanden       0,11   K-O SFCN1005T52       10M min 1
Vorhanden       0,049  METALL 1,00M min 1
Vorhanden       0,049  METALL 1,00K min 1
Vorhanden       0,049  METALL 100K min 1
Vorhanden       0,049  METALL 10,0K min 3
Vorhanden       0,049  METALL 2,2K min 2
Vorhanden       0,19   CBGP WS                Cinch Buchse


Später hab ich dann gesehen, dass develectro.com wohl 1:1 das Farnell 
Angebot für Privatkunden hat. Dort werde ich mir irgendwann den 
fehlenden 40MOhm Widerstand, einen zweiten Operationsverstärker (oder 
ersten - der Hood Händler liefert wegen Krankheit nicht) und noch ein 
paar andere Spezialbauteile bestellen.

von Oliver K. (ozel-)


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Jonas B. schrieb:
> Welche Variante wäre
> besser um Sekundärelektronenstrahlung in einem FEM/REM zu
> quantifizieren?

Generell mehr Dioden würde ich vermuten, der Silizm chip ist in beiden 
(BPW34/BPX61) praktisch gleich. Aber wie hoch ist denn die Energie 
dieser Sekundärelektronen, kommen die wirklich an 33 keV ran?

> Wegen dem Gehäuse, ich hab vor damit ein PMT zu ersetzen - ein
> Hochspannungsakteur weniger. Allerdings in UHV. Werde wohl aus
> Rohrmaterial was drehen und das dann unter Vakuum mit Spezialharz
> ausgießen. So zumindest der Plan.

Jetzt komm' ich nicht ganz mit, willst du Szintillation's Photonen oder 
ionisierende Strahlung direkt messen? PMTs ersetzt man eigentlich lieber 
mit SiPMs (viele Mikrodioden auf einem Chip), die sind auch nicht mehr 
sehr teuer.

> Allerdings finde ich bei Aisler die PCB-Dicke nicht?!

Kann sein, dass die nur in 1.6 mm fertigen, da bin ich gerade nicht ganz 
sicher. Ist aber auch wie gesagt nur relevant, wenn es eines der engen 
Alu-Druckgussgehäuse sein soll.

Malte _. schrieb:
> aber die Platine müsste ja für beide Detektorvarianten bestückbar sein.

Es gibt nur ein KiCad Platinendesign für beide Varianten auf Github und 
das ist 1:1 mit zwei verschiedenen BOMs auf Kitspace verlinkt, wie 
Aisler das intern handhabt weiss ich leider nicht.

> bei Reichelt passende Äquivalente gesucht

Super! Wenn die passen, würde ich die Teilelisten dann gerne in's Wiki 
aufnehmen.

Danke euch beiden für das Feedback zu Kitspace, werde es weitergeben.

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Ich bin endlich dazu gekommen, den Beta Detektor aufzubauen. Nachdem 
sich der Verkäufer TLE2072 erst wegen Krankheit nicht liefern konnte, 
kam dann später die traurige Nachricht "Verkäufer verstorben". Also 
früher als geplant bei develektro.com bestellt. Die Preise sind bei 
Einzelteilen recht hoch, aber die Lieferung aus England kam in einer 
Rekordzeit von 28Std.

Beim Aufbauen ist mir aufgefallen: Wird R3 mit THT bestückt, passt die 
Platine nicht mehr in das vorgeschlagene Alu-Druckguss Gehäuse, weil 
dieser dann den Boden berührt.

Oliver K. schrieb:
> Das Kabel sollte nur nicht zu lange und geschirmt sein, was auf die
> meisten billigen Audio-Kabel mit Klinke/Chinch ja eher nicht zutrifft.

Das habe ich leider erst nach der Reichelt Bestellung gelesen, mein gut 
1m langes Kabel mit Aluminiumfolie umwickelt scheint nicht auszureichen. 
Außerdem muss ich mal schauen wie ich der USB Soundkarte zuverlässig den 
"Auto Gain" deaktiviere, sonst regelt der ständig nach. Jedenfalls kann 
ich ersteinmal nicht sagen, ob es sich tatsächlich um Messungen handelt, 
oder nur um Rauschen. Getrocknete Bananen hatte ich jetzt leider nicht 
da, dafür eine Paranuss, deren Kalium Anteil scheint sogar noch höher zu 
sein. Ansonsten vermute ich, wäre die ein besserer Testkandidat für den 
Alphadetektor.

Im Anhang befindet sich noch eine CNC Bohrvorlage (Freecad 0.18 + 
manuell in der exportierten Datei die Feedrate angepasst) für die drei 
Schrauben der Platine. Die von Hand im exakt richtigen Abstand zu bohren 
klappt meiner persönlichen Erfahrung nach sonst überwiegend nicht. Die 
dritte Platine von AISLER ist übrigens inzwischen weiterverkauft.

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Mit einem Oszi sieht das doch recht gut so aus, wie in dem Beispielplot 
:)
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector#detector-signals-of-radioactivity-on-an-oscilloscope
Mit den Triggereinstellungen hatte ich ca 7 Treffer in 10min.

von Malte _. (malte) Benutzerseite


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Also mit der dazugehörigen Webseite und einer USB Soundkarte 
funktioniert es jetzt auch - es war schlicht weg der 9V Block Akku leer 
(einfach zu alt). Allerdings zählt die Webseite jedes Ereignis doppelt, 
teilweise dreifach. Ansonsten bin ich mit der Paranuss wieder bei 10 
Events in 10min.

von Gerald K. (geku)


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Ich habe zwei Fragen zur Realisierung:
1.) Wie empfindlich ist der offene Sensor gegenüber Umwelteimflüsse wie 
Luftsauerstoff, Luftfeuchte, Staub und mechanische Berührung durch die 
Probe

2.) Ist die Strahlungsenerie nicht von der Entfernung der Probe von der 
Sperrschicht abhängig? Die Alphateilchen verlieren doch mit zunehmender 
Luftstrecke durch Streuung Energie.  Wie gut klappt dann die 
Kalibrierung?

von Oliver K. (ozel-)


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Malte _. schrieb:
> Ich bin endlich dazu gekommen, den Beta Detektor aufzubauen.
Hallo Malte. Freut mich sehr, deine Bilder zu sehen!
Habe mir erlaubt ein Foto für die Wiki gallery hochzuladen, hoffe das 
ist OK.
Das Gehäuse ist eine gute Wahl von der Größe her. Gerade auch für die 
Alpha-Spektrometer Variante, weil kleinere Objekte noch direkt 
reinpassen.

> Beim Aufbauen ist mir aufgefallen: Wird R3 mit THT bestückt, passt die
> Platine nicht mehr in das vorgeschlagene Alu-Druckguss Gehäuse, weil
> dieser dann den Boden berührt.
Naja, wenn man den Widerstand etwas schräg zur Seite flach biegt sieht's 
zwar nicht perfekt aus aber geht schon. Kriegen Schüler auch hin... ;)


> Getrocknete Bananen hatte ich jetzt leider nicht
> da, dafür eine Paranuss, deren Kalium Anteil scheint sogar noch höher zu
> sein. Ansonsten vermute ich, wäre die ein besserer Testkandidat für den
> Alphadetektor.
Natürliches Kalium ist kein Alphastrahler aber wegen K-40 eine tolle 
Quelle energiereicher Elektronen/Beta minus Zerfälle, Gamma und sogar 
Antimaterie (Positronen/Beta plus Zerfälle - nicht viele aber immerhin).
Ich empfehle immer KCl Salz aus dem Supermarkt, wenn man kein Uranglas 
in Oma's Vitrine findet (eigentlich unwahrscheinlich...)
Habe Fotos von zwei KCl Speisesalz-Varianten angehängt. Das von A.Vogel 
ist 100% KCl, sollte man im Reformhaus/Ökoladen finden können. Das blaue 
Benesalt hat nur 66%, ist aber trotzdem noch sehr gut messbar. Ich hatte 
es vor einiger Zeit im ReWe oder Hit gekauft. Zur Not gibt's KCl auch 
'in vergoldet' in der Apotheke ;-). Kalium-basierte Düngemittel sind 
ebenfalls messbar.

> Die von Hand im exakt richtigen Abstand zu bohren
> klappt meiner persönlichen Erfahrung nach sonst überwiegend nicht.
Ich benutze meistens nur ein Loch. Alle drei sind für eine 
Spezialanwendung gedacht die noch von mir dokumentiert wird. :-)

> Die dritte Platine von AISLER ist übrigens inzwischen weiterverkauft.
Toll, ich bin gespannt auf weitere Foto posts!

> Allerdings zählt die Webseite jedes Ereignis doppelt,
> teilweise dreifach.
Das könnte auch an der Triggerschwelle liegen, die ist einstellbar - 
zugegebenermaßen nicht mit dem besten user interface. Ansonsten ist die 
SmartGeiger App von FT lab witzigerweise kompatibel und soweit 
ausreichend für den Beta Detektor falls Du's per Handy/Tablet einfach 
als counter benutzen möchtest.
Wenn dir meine Python Skripte nicht so liegen, schau dir mal das 
Processing.org Software-Oszilloskop an, ist auch im Readme kurz 
beschrieben. Zur Software fehlt definitiv noch ne ausführliche Wiki 
Seite...

> Mit einem Oszi sieht das doch recht gut so aus, wie in dem Beispielplot
> :)
Jepp, einwandfreie Signale!

> Mit den Triggereinstellungen hatte ich ca 7 Treffer in 10min.
0.7 CPM ist schon recht nahe am Hintergrund (Radon & Höhenstrahlung). 
Wieviel misst du denn ohne die Nuss?
Im Kapitel 3.3 habe ich etwas zu K-40 geschrieben:
https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm
1 Gramm KCl hat eine Aktivität von 16.25 Becquerel. Eine ganze Banane 
hat nur ein paar Hundert Milligramm Kalium und eine Paranuss vermutlich 
noch weniger, d.h. es ist eher schwierig das zu messen ohne 
groß-volumigen Detektor.
In einer Umgebung mit 'üblicher' Hintergrund-Radioaktivität von ca. 0,1 
Mikrosievert pro Stunde sieht eine Diode im Schnitt ca. 0.06 CPM 
(siehe Artikel). Das hängt aber schon vom Ort ab, wenn du z.B. im 
Schwarzwald oder Erzgebirge lebst kann es ein gutes Stück höher sein 
(v.a. wenn man im Keller misst - Radon sammelt sich da).
Reines KCl Salz ist wie gesagt ein guter Referenz- und Prüfstrahler weil 
man vom Gewicht direkt die Aktivität ableiten kann. Eine Beschreibung 
von geeigneten Testobjekten muss ich demnächst auch in's Wiki aufnehmen.

von Oliver K. (ozel-)


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Gerald K. schrieb:
> Ich habe zwei Fragen zur Realisierung:
> 1.) Wie empfindlich ist der offene Sensor gegenüber Umwelteimflüsse wie
> Luftsauerstoff, Luftfeuchte, Staub und mechanische Berührung durch die
> Probe

Gute Frage, du meinst vermutlich die Alpha-Spektrometer Variante mit 
BPX-61 Diode. Mechanisch schützt das umlaufende T0-Gehäuse den Silizium 
chip recht gut, auch nachdem das Glas herausgebrochen wurde: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Diodes.
Die meisten Testobjekte sind ja nicht unbedingt sehr Spitz. An Steine 
und ähnliches gehe ich jedenfalls direkt drauf. Durch das rausbrechen 
der Schutzfensters geht natürlich Schutzatmosphäre verloren, die da 
vermutlich drunter ist. Bisher funktionieren meine ältesten Detektoren 
nach gut einem Jahr noch ziemlich gut. Also ich glaube ich versteh nicht 
ganz worauf deine Frage abzielt - willst Du ein Produkt daraus machen? 
:-)
Generell kann man offene Halbleiterdetektoren für viel Geld kaufen, da 
ist dann die Oberfläche speziell behandelt: 
https://www.mirion.com/products/passivated-implanted-planar-silicon-pips-detectors
Denkst Du es könnte sich eine relevante Oxid-Schicht auf dem Silizium 
bilden die Schritt für Schritt messbar mehr Energie absorbiert?
Würde mich interessieren, wenn jemand dazu mehr weiß.

> 2.) Ist die Strahlungsenerie nicht von der Entfernung der Probe von der
> Sperrschicht abhängig? Die Alphateilchen verlieren doch mit zunehmender
> Luftstrecke durch Streuung Energie.
Genau das passiert auch. Die Teilchen verlieren in Abhängigkeit der 
Luftdichte, Weglänge und Oberflächen/Materialbeschaffenheit der Quelle 
selbst schon Energie bevor sie auf die Diode treffen.
> Wie gut klappt dann die Kalibrierung?
Zur Kalibrierung habe ich einen bekannten Referenzstrahler zusammen mit 
einem freien Programm namens AASI benutzt. Damit kann man die Quelle, 
den Detektor und alles relevante dazwischen modellieren kann. Details in 
Kapitel 3.1: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4264/htm
Wo man das Programm bekommt und wie man vorgeht, habe ich im Wiki etwas 
ausgeführt: 
https://github.com/ozel/DIY_particle_detector/wiki/Energy-Spectra
Zerstörungsfreie Alpha-Spektrometrie ist tatsächlich Gegenstand der 
Forschung was Interpretation von Messdaten unter Umgebungsluft betrifft. 
Gerade beim mobilen Einsatz im Feld (Tschernobyl/Fukushima) oder bei 
unbekannten bzw. stark bröseligen Objekten wollen auch die Profis nur 
ungern ihre Vakuumkammern im Labor kontaminieren.

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