Das Openmess-Projekt

[Peter-1]

Ein Anfang ist gemacht, aber es fehlen noch viele Messungen. Das Wetter 
Da gerne die Stuttgarter Königstrasse als Referenz herangezogen wird, die Frage, wie stark streuen die Werte? Die Sondenwerte sind auf die Stunde genau abzurufen.
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[opengeiger.de]

Da gerne die Stuttgarter Königstrasse als Referenz herangezogen wird, die Frage, wie stark streuen die Werte?

Von der LUBW gibt es diese amtlichen Werte, die entlang der Königstraße mit Handmessungen gemacht wurden:
Messpunkte vom Rotebühlplatz bis Hauptbahnhof in (Werte in uSv/h)
0.25
0.2
0.22
0.24
0.21
0.24
0.34
0.21
0.23
0.21
0.22
0.21
0.24
0.21
0.19
0.17
0.2
0.27
0.21
0.23
Mittelwert
0.23
Höchster Wert Koordinaten (WGS84)
0.34 N48° 46.613' E9° 10.617'

Darüber hinaus hat das LUBW den Granitbelag mit einer NBR Sonde aus einem Messfahrzeug heraus vermessen. Diese Daten wurden nicht veröffentlicht. Allerdings habe ich einen Ausschnitt davon bei einem LUBW Vortrag bekommen:
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Wenn ich es richtig verstanden habe sind die darin gezeigten Messwerte das was der Granit zum natürlichen Backgroud (ca. 0.1uSv/h) zusätzlich beiträgt. Man sieht darin, dass der Belag nicht ganz homogen ist.

Ich selbst habe den Belag mit einer selbstgebauten Szintillations-Sonde im Rahmen des "Königstrassen-Achters" vermessen (da ist auch der Schlossgarten für den Background mit dabei). Das sah so aus:
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Ich habe dabei nicht ganz so viel Inhomogenität bzw. Streuung gesehen wie das LUBW.

Dennoch gilt meine Empfehlung: Man sollte die Dosisleistung während des Messwegs akkumulieren, während man zweimal hin und wieder zurückläuft. Eine Strecke in gemütlichem Schritt dauert 1/4h, so dass man zweimal hin und wieder zurück sehr gut auf 1 Stunde Messzeit ausrichten kann. Dann kann man den akkumulierten Dosiswert einfach durch 1h teilen und bekommt so einen schönen Dosisleistungsmittelwert in uSv/h .

[opengeiger.de]

Für den einen oder anderen mag es ja interessant sein, die OM01-Sonde, wenn er gerade nicht damit unterwegs ist, einfach in den Garten oder auf den Balkon zu stellen und sie währenddessen als stationäre Überwachungs-Sonde einzusetzen.

Wir hatten ja schon diskutiert, dass es zweckmäßig ist, die kleine Theremino Zählrohrtreiber-Platine direkt am Zählrohr zu befestigen, damit die Anoden- und Kathodenzuleitung nicht verlängert werden muss und unötig Ladung speichert. Diese Platine sollte man daher zusammen mit dem unteren Teil des Zählrohrs wetterfest einpacken, so dass keine Feuchte eindringt und Kriechströme erzeutgt. Die Zähl- und Auswerteelektronik mit dem Arduino will man aber vielleicht doch im Haus unterbringen und hat daher das Problem, dass man die 5V Versorgungspannung zur Theremino-Platine übertragen muss und die Zählimpulse zurück ins Haus senden muss. Die Frage war dann, kann die kleine Theremino Platine das denn?

Nun ist es ja so, dass der von Theremino verwendete IC 40106 kein echter Leitungstreiber ist, so dass man die Leitung am Ende nicht einfach mit dem Wellenwiderstand terminieren kann und so die Impulse formgetreu übertragen bekommt. Die Frage ist aber, wenn man nun ganz einfach ein verdrilltes Kabel anklemmt, wie sehen dann die Zählimpulse, die am Interrupteingang des Arduino ankommen aus? Geht das noch? Ich habe es einfach mal getestet, sonst glaubt es ja keiner  .

Ich habe einfach 10m Fernmeldekabel des Typs YSTY 2x2x0.6 genommen, das 2 verdrillte Adernpaare hat, mit Schutzschirm drumrum und wasserdichtem Mantel (siehe Datenblatt). Ich habe dann dieses Kabel auf der einen Seite an die Theremino-Platine angeschlossen und auf der anderen Seite auf GND und den Interrupt-Eingang des Arduino gelegt. Dann habe ich mir das Signal mit dem Oszilloskop am Arduino Interrupteingang angeschaut.

Was man sieht ist ein Rechteckimpuls, der RC-Tiefpass gefiltert ist und gerade noch so knapp die 5V erreicht. Aber der Arduino zählt noch ganz tapfer diese Zählimpulse. Also geht im Prinzip. Aber ehrlich gesagt, schön find ich's nicht. Man hätt es natürlich auch ausrechnen oder simulieren können. Man kann die am Ende quasi offene Leitung nämlich als reine RC-Leiung betrachten. Der Wellenwiderstand bei solchen Fernmeldeleitungen beträgt grob 100Ohm und der Kapazitätsbelag beträgt laut Datenblatt 52pF/m und der ohmsche Widerstandsbelag beträgt 0.13Ohm/m. Damit kann man es ausrechnen. Ich würde bei dieser Leitungslänge aber eher einen RS485 Leitungstreiber verwenden, den man auch mit 100ohm auf der Arduino-Seite terminieren kann. Dann sieht der Impuls praktisch so aus wie ohne Leitung und hat steile Flanken. Aber vielleicht bin ich damit auch nur "berufsgeschädigt". Aber es kann ja jeder so machen, wie er lustig ist. Allerdings kann man sagen, dass 1.5m-Leitung zwischen Zählrohr mit Handstück und einer Box mit dem Arduino gar kein Problem darstellt. Man sollte dennoch vielleicht ein geschirmtes Kabel nehmen, damit  der Arduino nicht noch zusätzlich die Anrufe auf dem Händy zählt, sondern nur "die vernünftige Strahlung"
     

[DG0MG]

Versuchs doch mal so, wie schon in der weiter vorn bemühten Schaltung der Automess-Gamma-Sonde 6150AD-15: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php?msg=2861.

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Einen Basiswiderstand würd ich aber schon verwenden.

[opengeiger.de]

Versuchs doch mal so, wie schon in der weiter vorn bemühten Schaltung der Automess-Gamma-Sonde 6150AD-15: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php?msg=2861.

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Einen Basiswiderstand würd ich aber schon verwenden.

Hmmm, Das ist doch ne bipolare Push-Pull Stufe zwischen 5V und 0V und einem "50ohm" am Ausgang. Wenn ich die am anderen Leitungsende auch mit 50Ohm terminiere, so wie sich das bei Berücksichtigung der Leitungstheorie gehört, dann bekomm ich doch nur 2.5V am Interrupt-Eingang? Ich müsste auch ein 50ohm Koaxkabel nehmen, dass das zu 50ohm passt. Da der Wellenwiderstand einer verdrillten Leitung aber eher 100ohm ist, müsste der Ausgangswiderstand doch eher 100ohm sein, oder nicht?

Mein Vorschlag wäre eher ein RS485 Tranceiver IC wie zum Beispiel der ADM485. Damit profiert man zusätzlich noch von der differentiellen Übertragung. Die BfS Sonde nutzt für die Datenübertragung übrigens auch ein RS485 Kabel-Interface!

[Peter-1]

laut gedacht 
Ihr müßt ja riesige Weideflächen um die Häuser haben, dass ihr 100 Meter und mehr überbrücken wollt. 

[Peter-1]

Trotz einer Autopanne habe ich mich nicht von weiteren Meßfahrten abbringen lassen. Auch ein Leihauto fährt mich zu den Stellen.
Nun sind es 10 Sondenstandpunkte geworden und jeweils mit 2 oder mehr Meßwerten je 10 Min. Darau dann eine Regressionsrechnung und trotz der geringen Unterschiede in der DL bin ich erst mal zufrieden.
Anbei einige Eindrücke der Sondenumgebung und der Vergleich der beiden Sonden.
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Peter

[Peter-1]

Eine Frage zu den Messungen / Vergleichen mit den ODL Sonden.
Wie weit darf man extrapolieren um noch halbwegs vertrauenswerte Ergebnisse zu haben?
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Peter

[opengeiger.de]

@Peter-1 : Das ist ne sehr schlaue Frage!

Aber ich denke, das könnte man mit einer Monte Carlo Simulation beantworten. Dazu folgendes Gedanken-Experiment: Nehmen wir mal an, Du kannst den Zusammenhang zwischen Zählrate und ODL für Dein spezielles Zählrohr mit Z = a*ODL + b annehmen, ohne dass Du Dein spezielles a und b kennst (Du weist nur dass der Hersteller für den Typ Zählrohr a0 und b0 angibt). Nun warst Du an N Orten mit dem Ort i und i=1...N und hast Zi gemessen. Wäre das ohne Fehler möglich, dann hattest Du nun N Wertepaare (ODLi, Zi) und kannst nun in eine Regressionsrechnung gehen und daraus ar und br ausrechnen, was a und b entsprechen müsste, wenn Du keinen Messfehler hättest. Das ar und das br ist aber leider nur eine Schätzung für Dein gesuchtes a und b. Da ar und br  nur eine Schätzung aus N Orten ist, kann die Extrapolation deutlich daneben liegen.

Nun kannst Du aber in einer Simulation das was Du bisher mit viel Zeit, Mühe und Sondensuche für N Orte in Realität gemacht hast, nun einfach auf dem Rechner M mal wiederholen. Dazu nimmst Du nun an, dass sich das wahre Zi = a*ODLi+b mit dem Messfehler um den Mittelwert Zi streut. Das heisst Du rechnest Zufallswerte mit einer gewissen Fehlerstreuung sigma(Zi) auf Zi bei jeder Wiederholung Deiner Simulation j (j=1...M) neu drauf. Damit kannst Du nun M mal eine Regressionsrechnung machen und bekommst so die Fehlerfortpflanzung von sigma(Zi) nach sigma(ar) und sigma(br). Damit streut jetzt Deine Regressionsgerade in Steigung und Offset. Nun gehst Du mit Deiner ODL auf die Du extrapolieren willst in die Gleichung von (ar+/-sigma(ar))*ODLe + br+/-sigma(br) und bekommst so die Streuung für das Ergebnis Deiner extrapolierten Zählrate nämlich Ze+sigma(Ze). Das beschreibt Dir nun wie unsicher Deine Zählrate und die daraus berechnete ODL in etwa sein wird, wenn Du bei ungefähr ODLe messen willst und Dich dabei auf deine bisherige, unsichere Kalibration aus N Orten verlässt.

Was Du für diese Simulation als sigma(Zi) annehmen kannst, ist die Streuung Deiner bisherigen Einzelwerte um Deine bisherige Regressionsgerade aus dem ersten realen Experiment, denn a und b kennst Du ja nicht, das heisst Du musst sigma(Zi) aus sigma(Zi-ar*ODLi+br) abschätzen.

Alles paletti? 
Wenn nicht kannst Du mir ja mal Deine Wertepaare (Zi, ODLi) für die bisherigen Orte schicken, vielleicht finde ich die Zeit, das für Deinen Fall mal durchzusimulieren. 

[NoLi]

Eine Frage zu den Messungen / Vergleichen mit den ODL Sonden.
Wie weit darf man extrapolieren um noch halbwegs vertrauenswerte Ergebnisse zu haben?
Peter

Ich denke, solange, wie das Zählrohr nicht in merkliche Totzeiten gerät.
Kann man sonst aber nur im Vergleich mit einem Stück Pechblende o.ä. überprüfen...   Oder nach Absprache mit dem BfS in Freiburg auf dem Schauinsland.

https://www.bfs.de/DE/bfs/wir/standorte/schauinsland/schauinsland_node.html

https://www.chilli-freiburg.de/stadtgeplauder/gesundheit/forschung/detektive-des-unsichtbaren-wie-eine-messstelle-auf-dem-schauinsland-kernwaffentests-nachweist/

Norbert

[Peter-1]

Hallo Norbert,

ich habe die Sonde bis auf > 5000 CPM getrieben und sehe in einer 10s Aufeichnung nur sehr wenige Stellen mit ~ 1ms Abstand. D.h. für mich, dass noch Luft nach oben ist. Somit kann ich wohl bis 1 µSv/h einer Messung mit entsprechenden Toleranzen vertrauen.
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Zu Schauinsland stehe ich auf dem Schlauch. 
Peter

[DL8BCN]

Das sieht absolut professionell aus!
Klasse  

[opengeiger.de]

Nun kommt doch wieder etwas Bewegung ins Projekt dank Peters Engagement. Peter war ganz schön auf Achse mit seiner Vacutec 70031A Sonde und hat mittlerweile an 22 Sonden gemessen und damit einen Bereich von 0.08 bis 0.151uSv/h an ODL abgedeckt. Die Frage ist nun, wieviel hilft das denn, wenn man z.B. nun an einer Stelle, wo kein amtlicher Wert vorhanden ist, eine ODL von etwa 1uSv/h genau messen will? Mit wieviel Messunsicherheit muss man nach so viel mühsamem Kalibrieraufwand rechnen? Wie schon gesagt, diese Frage kann man simulationstechnisch angehen und das hab ich nun mal gemacht, weil mich das natürlich auch interessiert. Und wenn man so ein Simulationsprogrämmchen für Peters Daten einmal hat, kann man das später auch mit anderen Daten füttern. 

Was man an Peters Mess-Daten deutlich sehen kann, ist, dass die um die Regressionsgerade schon deutlich streuuen. Diese Streuung kann man extrahieren und wenn man die hat, kann man eben Zufallsdaten mit der selben Streuung erzeugen und Peters Regressionsrechnung 100 mal mit diesen Zufallsdaten wiederholen, und beobachten, wie sich die Messunsicherheit durch die Regressionsrechnung fortpflanzt und dafür sorgt, dass die Regressionsparameter a und b bei der Rechnung Z = a*ODL+b  ebenfalls streuen. Dann  kann man bestimmen, wie stark die ODL bei etwa 1uSv/h dadurch streut. Genau das hab ich nun gemacht. Für Peters Messdaten wirft nun mein Prögrämmchen folgende Grafik raus:

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Links unten sieht man Peters ODLs auf der Regressionsgeraden in schwarz, in rot die Regressionsgerade und rechts oben die erwartete Streuung der Zählrate bei 1uSv/h ODL. Zoomt man nun in den Bereich von Peters Messpunke, sieht man besser, was sich da tut:

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Die farbigen Linien sind nun die 100 Regressionsgeraden, die sich ergeben, wenn man Peters Zählraten jedesmal durch den Wert auf Peters Regressionsgerade plus einer zufälligen Streuung ersetzt, wobei diese Streuung genauso groß ist, wie die von Peters tatsächlichen Zählraten. Man sieht also wie nun die Regressionsgerade jedesmal ein klein wenig anders rauskommt, und oben bei 1uSv/h jedesmal zu einem anderen ODL-Wert führt. Das ist nun die Fehlerfortpflanzung durch die Regressiosrechnung.

Dann wirft das Progrämmchen die folgende Zeile raus:
ODLe: 1.00, mean(ODLre): 1.00, std(ODLre) 0.04

Das bedeutet nun, die ODL für die wir diese Rechnung gemacht haben, ist 1uSv/h, der Mittelwert der ODL Streuung kommt auch tatsächlich bei 1uSv/h raus (das Verfahren ist also im statistischen Sinne ,,erwartungstreu") und die Streuung der ODL, wenn man die Zählraten wieder in ODLs umrechnet, beträgt 40nSv/h. Das Ergebnis ist also, Peter kann nun mit seiner Kalibrierung (die Regressionsparameter a=855cpm/(uSv/h) und b=48.5cpm) eine unbekante ODL bei etwa 1uSv/h auf +/-40nSv/h (1-sigma) genau messen. Das ist schon kein so schlechtes Ergebnis und dafür würde ich nun sagen, hat sich die Mühe doch gelohnt.

Jetzt muss man aber zu dem Fehlermodell noch was sagen. Ich nehme hier eine relative Streuung der Zählraten nach einer Gauss'schen Normalverteilung an, weil ich denke, dass der absolute Fehler in der Zählrate um so größer wird, je größer die Zählrate ist. Sicher bin ich mir da noch nicht ganz. Aber ich habs auch mit einer absoluten Streuung probiert, wo jede Zählrate gleich viel streut. Da kommt für Peters Daten das gleiche raus, das liegt aber vermutlich daran, dass Peters Messungen nie große Zählraten ergeben haben. Aber wenn jemand mal seine Sonde bei 0.9uSv/h kalibrieren kann (zum Beispiel auf der Testfäche in Reust) dann ist da die Situation natürlich anders. Und es ist ja auch so, das der Fehler bei den meisten Geräten als relativer Fehler angegeben wird. Von daher denke ich, deckt dieses Fehlermodell einen breiteren Bereich an ODLs für die Referenzpunkte ab.

So, nun können andere Freunde von 70031A Sonden natürlich auch ihre Werte eingeben und mal schauen, was rauskommt. Dazu muss man die Regressionsparameter a und b  ändern, für ODLi die amtlichen ODLs der Referenzpunkte eingeben, für ODLr1 die ODL-Werte, welche sich mit Hilfe von a und b aus den tatsächlichen Zählraten ergeben, die Anzahl an Simulationen, die man machen möchte, hier nSim=100 und die Ziel ODL für die man die Unsicherheit berechnen will, hier ODLe = 1. Das ganze läuft auf der Opensource Software Octave (gibt's für MS und Linux) und unter der Bezahl-Software Matlab . Viel Spaß damit!

Im Anhang das Progrämmchen (Skript).

[NoLi]

...
Zu Schauinsland stehe ich auf dem Schlauch. 
Peter

Vergleich deiner Sonde mit dem Sondenmessfeld des BfS nach Absprache mit dem BfS Freiburg.

Norbert
 

[Peter-1]

Danke alles klar.
Noch eine Frage an die Fachleute. Mit welchen Toleranzen muß man bei den kalibrierten ODL-Sonden rechnen? Hier kommt ja ganz sicher auch eine Bandbreite zusammen.

Peter