Scionix Szintiilationsdetektor 51B51/2

Peter-1 · 26. Juni 2025, 10:54

TP1 sieht vernünftig aus, wenn auch bereits mit einem Strompuls von ~370µA etwas zu hoch. Die Polarität der TP2 und TP3 Punkte ist falsch, oder es stimmt Schaltbild nicht mit der Realität überein. Auch zweifle ich an den Werten.

ABel · 26. Juni 2025, 13:22

Hallo Peter,

für TP2 und TP3 hing der Tastkopf je an einem 4,7nF-Kondensator der mit einem der Beinchen des Interdynodenwiderstandes (330kOhm) zwischen Dynode 10 und HV-Zuleitung verbunden war. Die Masseklemme hing an der Ummantelung des BNC-Steckers für das Signal.

Diese Mehrfachbelichtung, rührt sie von der ,,Nachleuchten"-Funktion her? Regle ich die mit dem Drehknopf ,,Signal-Intensität"? Oder muss ich sie mit einer anderen Option abschalten?

Gruß Andreas

Peter-1 · 26. Juni 2025, 13:49

Andreas,
ich habe keine Kristallkugel. Aber es ist doch logisch dass wenn ein Spannungsimpuls an der Anode zu sehen ist auch ein kurzer Stromimpuls die Hochspannungsquelle belastet. Durch eine Last wird eine Spannung einbrechen, aber nie ansteigen. Daher stimmt was in der Schaltung oder Meßeinrichtung nicht. Mehr kann ich nicht schreiben.

ABel · 10. Juli 2025, 12:31

Hallo,

gestern Abend bin ich Mal wieder zum Messen mit dem Oszilloskop gekommen.

Leider hab ich es versäumt, für TP2 (HV) und TP3 (Dynode 10), die Amplitudenmessung von Min. auf Max. umzustellen. Zu TP1 bis TP3 siehe Schema in #63.

TP2 und TP3 zeigen parallel zu einem negativen Puls auf TP1, einen positiven Puls.

Bei einem Rlast von 6,6kOhm habe ich auf TP1 min. -45,4 V, für TP2 max. +4,2 V und für TP3 max. +4,6 V gemessen.

Für Rlast von 150kOhm habe ich auf TP1 min. -56,2 V, für TP2 max. +5,6 V und für TP3 max. +5,8 V gemessen.

Gruß Andreas

ABel · 10. Juli 2025, 12:53

Hallo,

außerdem habe ich den Spannungsabfall über Lastwiderstand zur Strommessung herangezogen.

Lastwiderstand max. Spannung max. Strom min. Signalampl.
6,6 kOhm 46 V 6970 uA - 45,4 V
20 kOhm 48 V 2400 uA - 51,4 V
150 kOhm 56 V 373 uA - 52,2 V

Es sollen aber nur max. 100 uA sein. Der Lastwiderstand muss also größer als 150 kOhm sein. Damit ist dann die min. Signalamplitude viel zu groß.

Wie bekomme ich die für den Eingang zum PMT-Adapter kleiner, ohne die Filtercharakteristig des PMT-Adapters zu verändern?

Einfach einen Widerstand dazwischen zu setzen verändert die Charakteristik. Hab ich schon erfolglos ausprobiert.

Gruß Andreas

Radioquant98 · 10. Juli 2025, 19:56

Nun was ich schon schrieb. Den PMT verstärken lassen - Impedanzwandler -Kabel - passive Impulsformung - Verstärker dahinter weglassen und wenn immer noch zu hoch Spannungsteiler ala Lautstärkeregler.

Übrigens die kleinen gleichgroßen Impulse fängst Du dir beim Meßaufbau ein, oder sind das Ergebnis schlechter Siebung der HV.

Viele Grüße Bernd

ABel · 11. Juli 2025, 09:05

Hallo Bernd,

als Maschinenbauer sind meine E-Technik-Kenntnisse lückenhaft.

Beim Impedanzwandler ist die erste Frage passiv oder aktiv mit einem OpAmp?

Beim googlen nach ,,Impedanzwandler" und ,,auslegen" bin ich nicht wirklich fündig geworden, schon garnicht für einen passiven Impedanzwandler.

Mir fehlen dazu aber auch Eckdaten. Um unter 100 uA zu kommen muss mein Lastwiderstand sicher größer als 150 kOhm sein. Mit meiner aufgenommenen Messreihe kann ich aber nicht per Dreisatz errechnen wie groß er sein muss. Eine LTspice-Simulation hilft mir da auch nicht weiter. Außerdem ist ja unklar wie weit die -52,2 V, die ich mit 150 kOhm Lastwiderstand gemessen habe, von der Maximalamplitude weg sind, die ich für ein anständig breites Histogramm brauche?!

Klar ist nur, dass ich für die Soundkarte / das Audio Interface eine Maximalamplitude von 1 V haben muss.

Unklar auch die Auslegung für die ,,passive Impulsformung". Aus dem Experimentieren mit LTspice vermute ich, dass eine Schaltung nach Theremino - ohne die beiden Transistoren und deren Beschaltung – dafür nicht ausreicht?! Aus meinen Experimenten mit der Linearität zwischen Input- und Output-Amplitude wäre ich geneigt den opengeiger-Adapter mit einer Verstärkung von 1 dafür zu verwenden. Nach LTspice-Simulation darf ich dann am Eingang eine Maximalamplitude von 5,6 V haben. Danach sollte der Impedanzwandler eine Übersetzung von ca. 10:1 haben.

Die kleinen Impulse bei TP2 und TP3 kommen ca. alle 10 us. Mit dem Messaufbau sollte ich sie nicht erzeugt haben (kalibrierter Original-Tektronix 10x Tastkopf, keine Erdschleife, da HV mit Akkus versorgt). Aus dem Umfeld könnten natürlich Störungen gekommen sein. Die HV wurde mit einem Hamamatsu C10940 Modul erzeugt, der Modul-Output wird z.Zt. nicht gesiebt (parallel zu den Akkus ist ein 4,7mF Elko eingebaut). Wie müsste ich sieben, um diese kleinen Impulse loszuwerden (wenn sie denn von dort kommen)?

Gruß Andreas

ABel · 17. Juli 2025, 08:22

Hallo,

nun hab ich mich mit meinem opengeiger PMT-Adapter-Nachbau beschäftigt.

Die beiden Trimmer R8 und R16 (Präzisionspotentiometer, 25 Gänge, 2 kOhm) sind auf Minimum eingestellt (Null war nicht möglich, es sind ca. 2 Ohm). Damit ergibt sich für beide Stufen eine Verstärkung von 1,002, also ungefähr 1.

Der Innenwiderstand des Adapters liegt bei knapp 3 MOhm (gemessen 2,974 MOhm).
Mit einem 1 kHz-Sinus am Eingang braucht es dort eine Amplitude von 3,065 V um am Ausgang 1 V zu erreichen. Mit den PmtPulses (50 Hz, -1 dB) aus der Theremino-Simulation braucht es dafür 3,576 V.

Als Lastwiderstand habe ich in meinen Divider nun 330 kOhm eingesetzt. Probe ist ein Uraninit-Steinchen in 10 cm Entfernung zum Detektor. Der ,,Energy trimmer" steht auf 3000. Nur der ,,Audio gain" wird verändert um das Histogramm in Position zu bringen.

Um den Input für den PMT-Adapter kleiner zu bekommen, habe ich nun doch Widerstände in die Signalleitung eingesetzt.

Bei einer HV von 650 V muss ich mit einem Leitungswiderstand von 6,2 MOhm einen ,,Audio gain" von 0,54, mit 10 MOhm von 0,83 wählen. Der Peak bei 1375 keV stammt nicht vom Bi214! Hier schiebt der Detektor alle Counts > 1400 keV zusammen. Diesen Effekt konnte ich mehrfach beobachten. Mit größer werdender HV wird dieser Peak größer und verschiebt sich im Histogramm weiter nach links. 650 V HV sind also schon zu viel für ein breites Histogramm.

Bei einer HV von 600 V muss ich mit einem Leitungswiderstand von 3,3 MOhm einen ,,Audio gain" von 0,64, mit 4,3 MOhm von 0,79 wählen.

Bei einer HV von 550 V muss ich mit einem Leitungswiderstand von 2 MOhm einen ,,Audio gain" von 0,89 wählen.

Bei einer HV von 500 V muss ich mit einem Leitungswiderstand von 1 MOhm einen ,,Audio gain" von 1,27, mit 2 MOhm von 1,90 wählen.

Vergleich der HV (Achtung die blaue Kurve war ausversehen mit Bins x10 statt x5 aufgenommen worden).

Ich nehme an, das Theremino MCA das digitalisierte Signal für ,,Audio gain" = 1 übernimmt, für > 1 verstärkt und für < 1 abschwächt. Leider streuen meine Messergebnisse zu stark, ich kann daraus keinen Pegel für den Adapter-Input und folglich auch keinen Pegel für den Divider-Output bestimmen.

Beim Messen mit dem 330kOhm Lastwiderstand kam raus, dass der noch immer zu klein ist.
Der Spannungsabfall am Lastwiderstand betrug
mit 500 V HV max. 36 V entsprechend 109 uA
mit 550 V HV max. 46,8 V entsprechend 142 uA
mit 600 V HV max. 50,6 V entsprechend 153 uA
mit 650 V HV max. 54,4 V entsprechend 165 uA

Gruß Andreas

ABel · 17. Juli 2025, 22:34

Hallo,

im Folgenden ein paar theoretische Überlegungen mit der Bitte um Einspruch, wenn ich falsch liege.

Theremino MCA will ein bestimmtes Spektrum von Pulsen haben, die es auswertet. Es gibt einen Puls mit einer max. Amplitude, die der max. Energie im Histogramm entspricht. Für Bins = x1, Audio gain = 1 und Energy trimmer = 3000 ist die max. Energie ca. 10500 keV (genau 10476,56 keV).

Unter der Überschrift ,,Theremino MCA - Umrechnung von Amplitude in Energie" (siehe: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,2806.msg36539.html) habe ich den Umrechnungsfaktor von Amplitude in Energie zu 10,5 keV/mV bestimmt. Die max. Energie entspricht damit einer Amplitude von ca. 1 V (genau 997 mV).

Wenn ich aber Amplituden von Pulsen messe und mir in einer bestimmten Zeit eine max. Amplitude ermittle, bin ich immer zufällig weit von der max. Amplitude von 1 V entfernt. Eine solche Messgröße hilft für Berechnungen und Auslegungen also nicht.

Annahme: Mit einem ,,Energy trimmer" von 3000 und einem ,,Audio gain" von 1 übernimmt MCA die digitalisierten Werte der Soundkarte / des Audio Interface. Mit einem ,,Audio gain" > 1 werden die Werte verstärkt, mit < 1 abgeschwächt.

Die Energie ist proportional zu ,,Audio gain" und umgekehrt proportional zu ,,Energy trimmer" und ,,Audio gain" x ,,Energy trimmer" = const..

Da ich nicht mit der max. Amplitude arbeiten kann, muss ich mir aus dem Histogramm einen gut erkennbaren Peak heraussuchen, z.B. von einem Uraninit-Steinchen den für Pb214 bei 351,9 keV. Die Amplitude für diese Energie hat 351,9 keV / (10,5 keV/mV) = 33,514 mV (für ,,Audio gain" =1 und ,,Energy trimmer" = 3000).

Wenn ich bei einer HV von 600 V ein ,,Audio gain" von 0,64 habe, dann hat die Amplitude am Eingang der Soundkarte / des Audio Interface 33,514 mV / 0,64 = 52,366 mV.

Ich kann mit diesen Werten auch umgekehrt ausrechnen, wo das so aufgenommene Histogramm endet: Die Digitalisierung schneidet Amplituden über 1 V ab, mit ,,Audio gain" = 0,64 ist für MCA bei 640 mV Schluss, was einer Energie von 640 mV x 10,5 keV/mV = 6720 keV entspricht.

Mein opengeiger PMT-Adapter-Nachbau mit einer Verstärkung von 1 braucht am Eingang eine Amplitude, die um das 3,576-fache größer ist, also 187,26 mV bzw. max. 2,288 V.

Für obige Messung hatte ich einen Widerstand von 3,3 MOhm in meine Signalleitung eingesetzt, der PMT-Adapter hat einen Innenwiderstand von fast 3 MOhm. Damit ergibt sich am Divider-Ausgang eine Amplitude von ( 6,3 / 3,0 ) * 187,26 mV = 393 mV.

Für die - mit diesem Aufbau maximal auswertbare – Amplitude ergeben sich am Divider-Ausgang dann 4,80 V.

Gruß Andreas

Radioquant98 · 19. Juli 2025, 10:14

Hallo Andreas,

ich bin nun soweit, meine Meßmimik so einzustellen, daß das für die Soundkarte paßt.
Deine Ausführungen kommen dafür gerade zu recht.

Aber Du sprichst von Amplituden und schmeißt dabei Ueff und Uss durcheinander. Da nun die Spannungsangaben nich näher bezeichnet sind kann man nur vermuten........

Ich denke, wir einigen uns, da es um Impulse und nicht um Sinus geht auf die Angabe von Uss. Dann mußt Du aber auch die max Eingangsspannung in Uss angeben, die dann etwa 2,8Vss beträgt.

Viele Grüße
Bernd

ABel · 19. Juli 2025, 11:06

Hallo Bernd,

wenn es um Sinus geht verwende ich meist Ueff, zur Berechnung einer Verstärkung kürzt sich die Wurzel aus 2 ja raus.

Bei Pulsen geht es immer um Amplituden-Spitzenwerte (mein Softwarescope nennt sie Upp statt Uss).

Ich weiß nicht, ob es bei allen Soundkarten so ist, aber mein Audio Interface (steinberg UR22C) hat einen Poti für den Input-Gain. Üblicherweise kalibriere ich den mit einem 1kHz-Sinus (wav-Datei, Sample 192kHz, 32-Bit). Mit einem Multimeter habe ich gemessen, dass ich mit einem Pegel von 44 ein Ueff von 692 mV am Output habe. Dann verbinde ich mit einem Patch-Kabel Interface Output mit -Input und stelle meinen Poti so ein, dass mein Softwarescope ein Ueff von ca. 692 mV zeigt (der Wert läuft etwas hin und her, es geht so auf +/-2 mV genau). Ich kann nun aber auch den Input-Gain anders einstellen, z.B. auf 346 mV, dann zeigt mir mein Scope Spitzenwerte bis 2 V an (allerdings als 1 V), ohne das die Digitalisierung die Spitzen abschneidet.

Ich kann die ,,Eingangslautstärke" aber auch im Windows-Treiber verstellen. Mit einem Wert 50 von 100 schneidet nun aber die Digitalisierung einen Puls von mehr als 1 V Spitzenwert bei 1 V ab und zeigt mir im Scope die 1V-Schnittkante bei 500 mV an.

Gruß Andreas

Radioquant98 · 19. Juli 2025, 12:33

Hallo Andreas,

wenn Du die max Uss am Eingang der Soundkarte herausgefunden hast, dann belasse diese Einstellungen so - nicht mehr verändern.

Nun mußt Du also die Anpassung PMT an Soundkarte mit einer externen Schaltung vornehmen.
Wobei Du den PMT verstärken läßt und zu hohe Amplituden mit der ext. Schaltung verringerst. Verringer kann man einfach passive - ist die beste Variante.

Muß verstärkt werden, egal ob Transistor oder OPV legt man deren Arbeitspunkt nicht wie bei Sinus in die Mitte der Aussteurung, sondern nahe den max oberen oder unteren Arbeitspunkt. (abhängig ob pos oder neg Impulse) somit kannst Du den ganzen Austeuerbereich nutzen.

Zum Beispiel: positiver Impuls von max 4Vss
Aussteuerbereich von 0,5V= bis 4,5V= bei UB 5V= also 4V Dynamik
und nicht nur die 2,5V= bis 4,5V= also 2V Dynamik
Der Verstärker mit dem Arbeitspunkt hat den Nachteil nur halber Dynamik , aber den Vorteil gleicher Dynamik ins Negative. Dadurch kannst Du pos als auch neg Impulse verarbeiten.

Also den PMT auf max Verstärkung, die Soundkarte auf max unverzerrte Eingangsspannung einstellen und alle anderen Einstellungen mit der Anpssungselektronik vornehmen.

Was auch noch wissenswert wäre, welche die kürzeste verarbeitbare Impulslänge ist.

Viele Grüße
Bernd

ABel · 19. Juli 2025, 13:31

Hallo Bernd,

hier ein paar screenshots von meinem Vorgehen und dem Unterschied ob ich mit dem Poti oder mit dem Pegel im Treiber nach unten gehe. Für die -6dB-Kalibrierung weiß ich, das der Interface-Output mit einem Pegel von 64 bei Ueff 1,334 V liegt

Gruß Andreas

ABel · 19. Juli 2025, 13:54

Hallo Bernd,

Zitat von: Radioquant98 am 19. Juli 2025, 12:33wenn Du die max Uss am Eingang der Soundkarte herausgefunden hast, dann belasse diese Einstellungen so - nicht mehr verändern.

ich verwende mein Audio-Interface auch noch für andere Aufgaben (Messmikrofon und RoomEqWizzard). Drum ist es für mich wichtig die Gain-Einstellung immer wieder Mal reproduzieren zu können.

Zitat von: Radioquant98 am 19. Juli 2025, 12:33Nun mußt Du also die Anpassung PMT an Soundkarte mit einer externen Schaltung vornehmen.
Wobei Du den PMT verstärken läßt und zu hohe Amplituden mit der ext. Schaltung verringerst. Verringer kann man einfach passive - ist die beste Variante.

Mit meinem BICRON-Detektor haben beide PMT-Adapter (Theremino und opengeiger) sofort zusammengearbeitet, drum wusste ich beim Scionix nicht, wie ich vorgehen muss.

Zitat von: Radioquant98 am 19. Juli 2025, 12:33Muß verstärkt werden, egal ob Transistor oder OPV legt man deren Arbeitspunkt nicht wie bei Sinus in die Mitte der Aussteurung, sondern nahe den max oberen oder unteren Arbeitspunkt. (abhängig ob pos oder neg Impulse) somit kannst Du den ganzen Austeuerbereich nutzen.

In den Theremino Adapter hatte ich keinen Poti eingebaut, der nach opengeiger hat einen mit dem ich den virtuellen GND einstellen kann. Nachteil beim Theremino: er wird nach oben hin sehr nichtlinear. Einschränkung bei opengeiger: Die Rail-to-Rail-Charakteristik der OpAmps. Dazu gibt es an anderer Stelle im Forum Beiträge von mir.

Gruß Andreas

ABel · 19. Juli 2025, 19:57

Hallo,

inzwischen habe ich als Lastwiderstand für das Signal 1 MOhm in den Divider eingebaut. Ob ich damit nun endlich unter die geforderten 100 uA an der Anode komme, muss ich erst noch messtechnisch ermitteln.

Auch mit 1 MOhm Lastwiderstand bekomme ich mit 650 V HV einen Einbruch der Counts über 1400 keV. Für ein vernünftiges Histogramm muss ich mit der HV also runter. Das Datenblatt des PMT-Herstellers nennt als typische HV 850V?!

Anliegend eine Tabelle meiner Messreihe. Für die 4 Messungen mit 550V lässt sich eine lineare Abhängigkeit von ,,Audio gain" und Signalleitungswiderstand ermitteln:
Audio gain = ( Rsignal + 1,73 MOhm ) / 9,07 MOhm
Interessant wäre, ob sich die Parameter erklären lassen?! Leider ließ sich keine Abhängigkeit zur Hochspannung ermitteln.

Gruß Andreas