ungelöst Gammaspektrometrie mit Soundkarte

[beldowsk]

Hallo,

als Rentner habe ich begonnen mich mit Geigerzählern und Szintillationsspektroskopie zu beschäftigen. Ich habe mir einen gebrauchten Szintillationsdetektor gekauft und zu dessen Beschaltung, Hochspannungsversorgung und Signalaufbereitung selbst zum Lötkolben gegriffen. Angelehnt habe ich mich dabei an die Gammaspektrometrie-Projekte von theremino (siehe: Gammaspektrometrie | theremino). Den dortigen PMT-Adapter habe ich allerdings in Hochspannungs- und Signalteil zerlegt und auf zwei getrennten Platinen aufgebaut. Digitalisiert wird das was rauskommt von einer externen USB-Soundkarte (steinberg UR22C, 32-Bit, 192000Hz), ausgewertet von der freien Software Theremino MCA (siehe: Radioaktivität | theremino).

Um nun meine Messaufbau zu optimieren und besser zu verstehen habe ich mir das Ganze auch in LTspice nachgebaut.

Aus einer Signal-Aufzeichnung mit Audacity habe ich mir einen Impuls isoliert (Audacity_Impuls_32PCM.wav). Damit will ich nun eine Simulation aufbauen, deren Output dem aufgezeichneten Impuls (V(n011)) möglichst nahekommt.
Anbei erste Ergebnisse. Die Struktur des Output-Signals (V(output)) sieht mir schon ziemlich gut aus.

Für kürzere Input-Signale wird der Abstand der Maxima von V(output) zu V(n011) kleiner (allerding nicht Null) aber auch die Amplitude des Outputs immer kleiner.

Daher die Frage: Wo sollte ich in meiner Simulation etwas ändern?

Der Input-Impuls wird von V1 erzeugt. Den Minus-Pol von V1 habe ich an die Dynode9 angeschlossen, weil mir nix besseres eingefallen ist. Gibt es dazu andere Ideen?

Der C1 vor dem Output soll die Gleichspannung entfernen. Welche Kapazität sollte C1 haben um das Verhalten einer Soundkarte zu simulieren? Oder muss ich hier mehr machen?

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

anbei Mal eine Simulation, in der der Minus-Pol von V1 auf GND geht. Die Form des Output-Impulses passt für mich nicht gut zur Vorlage V(n012).

Oder liegt das an meiner Soundkarten Simulation mit C1 und 4kOhm Innenwiderstand?

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

nun will ich doch noch Mal versuchen ein bisschen Hilfestellung für LTspice zu bekommen.

Die Szintillationssonde ist vorhanden. Die Beschaltung des Photomultiplier (PMT) hab ich – nach Vorlagen – selbst zusammengelötet. Auch der PMT-Adapter ist – nach Vorlagen - selbst zusammengelötet. Das Signal „Audacity_Impuls_32PCM.wav“ ist am Ausgang des PMT-Adapters mit der Soundkarte aufgenommen.

Der Impuls eines Ereignisses im PMT sollte so zwischen 5 und 10 μsec lang sein und einen Spitzenwert so zwischen 5 und 20 V haben. Beschaltung und PMT-Adapter sollen den Impuls so Verlängern, das er mit einer Soundkarte mit einer sinnvollen Auflösung digitalisiert werden kann.

Auch wenn ich mit LTspice den PMT-Impuls nur als Sägezahn nachbilden kann, so erscheint mir der Vergleich zwischen Simulationsergebnis und realem Soundkartensignal doch recht unbefriedigend. Wenn ich die Zeit zwischen Impulsstart und Amplitudenmaximum annähre ist die Amplitude viel zu klein, wenn ich die Amplitudenhöhe annähre wird die Zeit viel zu groß.

Ich vermute daher einen Fehler in meiner LTspice-Simulation.

Im Schaltplan selbst (PMT-Beschaltung und PMT-Adapter) sollte alles richtig sein?! Ich vermute den Fehler entweder bei der Einleitung des Impulses (V1), oder bei der Nachbildung der Soundkarte, die ja auf jeden Fall einen Gleichspannungsanteil im realen Output-Signal nicht sieht.

Oder muss ich bei „Edit Simulation Cmd“ ganz andere Einstellungen wählen?

Gruß Andreas

 

[spicer]

Hmm, ich verstehe nur Bahnhof. Ist zu komplex für mich

Im Schaltplan selbst (PMT-Beschaltung und PMT-Adapter) sollte alles richtig sein?!

Welcher Schaltplan meinst Du? Poste den bitte auch gleich zum Beitrag.

 

[beldowsk]

Hallo,

anbei meine Hardware. Hinten steht der Detektor auf dem - im Beutel - ein Thorium-Glühstrumpf liegt. Die Beschaltung (siehe Detektorbeschaltung.jpg im ersten Beitrag) befindet sich im unteren Teil des Detektors. Die beiden BNC-Buchsen dienen der Hochspannungsversorgung (links, 600V) und dem Signal-Output (nach vorne). Im Alugehäuse sitzt die Hochspannungserzeugung und der PMT-Adapter (siehe PMT_Adapter_Schaltplan.pdf im ersten Beitrag), auf getrennten Platinen, gegeneinander geschirmt und mit separaten Stromversorgungen. Die BNC-Buchsen für den PMT-Adapter sind gegen das Gehäuse isoliert.

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

anbei ein Auszug aus obiger Simulation.

Mit einem unsymmetrischen Dreickimpuls, einem Widerstand und einem Kondensator (Impulserzeugung_1_Schaltung.jpg) läßt sich ein realistisch aussehender Impuls erzeugen (Impulserzeugung_1_Signal.jpg zeitlich gestreckt Impulserzeugung_2_Signal.jpg). V(Output) läßt sich über ,,Export data as text" in eine Datei schreiben. In dieser Datei muss dann die erste Zeile gelöscht werden (mit dem Editor); dann läßt sich das Output-Signal in die nächstes Simulation als V1 einlesen.

Allerdings erscheint mir das Signal V(Input) in dieser zweiten Simulation doch recht fragwürdig?! Woran liegt das? Ist an meiner Schaltung etwas falsch oder unzulässig?

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

müsste nach dieser Umstruckturierung nicht das selbe herauskommen? Tut es aber leider nicht.

Gruß Andreas

 

[spicer]

Tut mir echt leid, dass sich der Problematik niemand annimmt.
Für mich ist das zu hoch und kann deswegen nicht helfen
Scheinbar ist es auch für die Anderen zu hoch ...

 

[beldowsk]

Hallo,

hier Mal ein direkter Vergleich von Input und Output des PMT-Adapters.

Ersichtlich, dass die Soundkarte mit 192000Hz Auflösung für das Inputsignal nicht reicht.

Im 2ten Oszillatorbild hatte ich den Output der PMT-Beschaltung vom Input des PMT-Adapters getrennt. Da sehe ich keinen großen Unterschied. Wenn ich aber in meiner „BICRON_und_PMT_Adapter_Teil_02_Schaltung“ R8, R9, C9 und C10 rauslösche, dann sieht V(input) doch recht anders aus?! Es sieht dann aus wie das Signal meines Beitrages vom Samstag (17.2.).

Gruß Andreas