GeigerLog & RadPro an FNIRSI GC-01

[ullix]

Kannst Du die original-Firmware wieder installieren und vergleichen, wie es dort aussieht?

Leider Nein. Da bei den GC-01 nichts von Firmware Sicherung stand, wohl aber bei einem Bosean, habe ich geschlossen, dass dies bei GC-01 nicht geht, und es gar nicht erst probiert. Un' nu iss zu spät :-(

Das Experiment ist aber leicht zu machen, insbesondere in der Version, die ich gleich beschreiben werde, so dass ich auf FNIRSI GC-01 Besitzer hoffe, die das nachmachen können.

Die Steuerkurve - linear! - ist so einfach, dass man sie leicht in firmware einbauen könnte. In GeigerLog allemal, aber das würde leider eine ständige Kabelverbindung erfordern.

[ullix]

Nach meiner Überlegung müsste man einen Simulator für einen großen CPM Bereich recht einfach bauen können, siehe Vorüberlegungen in: https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php?msg=29835

Man ersetzt die Röhre durch Widerstände von 1000 ... 10 MOhm; eine Strahlenquelle ist nicht erforderlich, und auch gar nicht gewünscht. Bei dem GC-01 gibt es eine kleine Hürde, weil die Röhre eingelötet ist. Da aber die Background Strahlung gering ist, und kaum Auswirkungen auf die Belastung des HV Generators hat, lass ich sie eingebaut. Nur, ich hab sie mit einem schwarzen Schlauch abgedeckt, da die Röhre sehr lichtempfindlich ist.

Die Messung der HV wurde mit einem Standard DVM (10M Impedance) durchgeführt, wobei ein 1G Widerstand in Serie mit dem DVM an der HV liegt. Die Belastungs-Widerstände werden von Anode zu Kathode angeschlossen.

Das linke Bild zeigt das Ergebnis mit dem Inset der RadPro HV Parameter. Der minimal mögliche Widerstand war 20M (bei HV=146V); bei 10M kollabierte der HV Generator. Der horizontale grüne Balken markiert die minimale Spannung 360V, bis zu der die Tube betrieben werden kann.

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Das rechte Bild zeigt die Umrechnung von Ohm in CPM unter Verwendung der in der oben zitierten Replik #34 genannten Parameter. Hier ergibt sich für die Minimalspannung 360V ziemlich genau dieselbe Limitierung auf CPM=8000 wie in dem vorigen "richtigen" Experiment. Ich schließe draus, dass meine Parameter eine recht brauchbare Schätzung sind.

Somit ist auf Basis dieser Parameter eine einfache Steuerung realisierbar. In GeigerLog sowieso - nur müsste dann der Counter per Kabel mit GeigerLog verbunden sein - aber auch in der Firmware sollte das gut möglich sein.

Man kann also mit nur 4 Messungen mit Widerständen 1000M, 500M, 200M, 100M verwenden kann bereits die gesamte Charakteristik des HV-Generators beschreiben. Sollte man einen fünften benötigen, bitte unter "Hurra!"-Rufen hier posten ;-).

[ullix]

Ein wenig klarer wird die HV ja schon, aber Fragen bleiben.

Zur Simulation von hohen CPM habe ich direkt zwischen Anode und Kathode Widerstände von 100 ... 1000 MOhm und offen (=unendlich) angeschlossen. Die Tube habe ich verdunkelt wg deren Lichtempfindlichkeit. Dann habe ich die jeweils aktuelle Anoden-Spannung gemessen und die Pseudo-CPM berechnet wie im letzten Post.

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Nehmen wir die obersten 4 Einträge in der Legende. Alle 4 mit Freq=5000Hz und zunehmendem Duty Cycle von 24.25% ... 35%. Mit zunehmendem DC steigt die Spannung. Das scheint plausibel, denn der HV-Generator braucht Energie, und die mittlere Stromzufuhr, und somit Energie, steigt mit dem DC.

Alle Kurven verlaufen parallel. Aus den Kurven kann ich den Innenwiderstand berechnen, der bei den ersten 4 bei ziemlich genau 23 MOhm liegt. Über alle Messungen hinweg variiert der Innenwiderstand von 20 ... 26 MOhm. Ein hoher Wert also, aber durchaus ähnlich zu anderen Systemen im Counter Umfeld.

Die weiteren Kurven zeigen interessante jedoch unverständliche Ergebnisse der Frequenz (F) Variation. Die mittlere Strommenge ist bei festem Duty Cycle (DC) doch dieselbe, egal ob ich sie mit 1000 oder 10000Hz liefere? Der GC-01 scheint anderer Meinung zu sein, immerhin unterscheiden sich die HV bis zum Faktor 2! Kann jemand erklären, was da passiert?

Mit verschiedenen DC und F Kombinationen kann ich dieselben Spannungen erreichen, siehe #1 und #5 in der Legende. Keine der Kombinationen scheint aber "besser" zu sein, also niedrigeren Innenwiderstand zu liefern.

Und da alles linear und parallel ist gilt für jede Einstellung: pro CPM=10000 gibt es 50V Spannungsabfall. Für eine M4011 / J321 scheint mir ein guter Kompromiss #3 (5000Hz/31%) zu sein, welcher für eine Spannung von 470 runter bis 380V sorgt.

Derartige Spannungs-Vervielfacher Schaltungen sind üppig verbreitet. Doch technisch-wissenschaftliche Veröffentlichungen habe ich keine gefunden; alles im wesentlichen Wikipedia. Es muss doch Studien/Modelle geben, die Einfluss von F und DC beschreiben? Spielt die Schärfe der Flanke nicht auch eine Rolle, da die Induktionsspannung proportional zu dI/dt ist?

[Elektroniknerd]

"Der Chinese" hat geliefert. Aufgeschraubt und nachgemessen: die Original-Firmware macht 65kHz bei 50% Tastverhältnis, damit kommen hier ca. 490V Versorgung (Leerlauf/Nullrate) raus (gemessen mit 500MOhm Vor- und 10MOhm Messwiderstand).

Der Innenwiderstand, mit zusätzlicher 47MOhm Belastung (=>420V=>9µA) gemessen, sind ungefähr 8MOhm. Da bin ich aber noch skeptisch, ob das alles so richtig war, das muss ich noch mal prüfen.

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Die Kondensatoren in der HV-Erzeugung haben 10nF. (Ich habe mal C28 ausgelötet, die Schaltung ist ohne ihn definitiv besser...)

C32 hat 220pF. (... der ist nicht so wirklich zwingend nötig, allerdings ist der kein Murks, ohne kann man aber etwas besser messen (Oszilloskop), was das Zählrohr so macht.)

Demnächst kommen die Teile zumindest temporär wieder rein, denn das sieht ja erst mal so aus, als ob man eine Softwareeinstellung hin bekommt, die einen leidlich vernünftigen Betrieb des Zählrohrs zulässt, ohne das man löten muss.


Wenn das klar/fertig ist, dann wird meine Kiste natürlich umgebaut.

[ullix]

In RadPro ist die höchste einstellbare Frequenz 40kHz. Damit, bei 50% Duty Cycle, erreiche ich eine Spannung von 288V. Bei 20kHz sind es 426V; bei 10kHz sind es 511V.

Ergibt dieses unterschiedliche Verhalten einen Sinn?

[DL3HRT]

Es ergibt einen Sinn, wenn bei hoher Frequenz die Einschaltdauer zu kurz wird. Dann baut sich beim Abschalten an der Induktivität nicht genug Spannung auf.

[Elektroniknerd]

Nope, das passt alles nicht zusammen. Kann aber auch daran liegen, dass ich diese Sperrwandler nicht wirklich "kann". Ich hoffe mal, das wird in der nächsten Zeit langsam besser 

Nachtrag: Unerwartete Erkenntnis: Mein Zählrohr schien zunächst mal nicht lichtempfindlich. Aber wenn es Zählimpulse gibt, dann verursacht UV-Licht
relativ viele "Doppelpulse", also einen weiteren Impuls unmittelbar nach der Totzeit. (Das löschen funktioniert dann also nicht richtig)

[ullix]

@Elektroniknerd wie hast Du die Pulse als Doppelpulse identifiziert? Per Oszi?

[Elektroniknerd]

Siehe Bild. Prüfstrahler ist sind ein paar thorierte WIG-Elektroden (ca. 300CPM), da sieht man selten mal einen zweiten Puls in den 0,5ms auf der Bildbreite, das dichte Feld direkt nach dem "Normalpuls" hat sich mit UV-Beleuchtung aber schon in ein paar 10 Sekunden angesammelt. Das können auch gerne mal Drei- oder Vierfachpulse sein.
Ohne UV-Beleuchtung ist das dort unauffällig, dann braucht es länger und die Pulse sind zufällig (=auf Dauer halbwegs gleichmäßig) verteilt.


[Edit] Mist: ich bekomme den FNIRSI nicht umprogrammiert, der wird am USB nicht erkannt. So komplett gar nicht. Was erstaunlich ist, denn eigentlich müsste der 1,5kOhm (R24) Widerstand schon reichen, damit das Ding als angeschlossen erkannt wird (schlimmstenfalls mit Fehlermeldung "das Gerät lässt sich nicht auflisten/initialisieren). Und der Widerstand ist korrekt mit der USB-Buchse verbunden. Seltsam.

[ullix]

@Elektroniknerd interessante Ergebnisse, und neu für mich! In der Tat könnten es Löschprobleme sein. Die SBM20 - sie lebe hoch!

Ist es wirklich UV (welche Wellenlänge?) das notwendig ist? Ich bekomme z.B. die stärksten Effekte mit einem Laser 405nm - definitiv noch nicht UV und da Laser auch keine Ausweitungs ins UV.

Vielleicht helfen Dir meine FNIRSI GC-01 Erfahrungen:
https://github.com/Gissio/radpro/discussions/50#discussioncomment-8961493

[ullix]

Ein paar Schritte zur HV Messung per STM32- ADCs.

Mein neues DMM (OW18E, +/- 0.1%) kann Bluetooth, und nachdem ich einen Treiber programmiert habe, kann GeigerLog nun auch dieses Voltmeter loggen.

Und eine Bluepill (hat nichts mit Bluetooth zu tun) habe ich mir gekauft (https://www.amazon.de/dp/B07Y83Q2HP). Dies ist ein STM32 Development Board mit dem µChip, dessen Clone im GC-01 steckt. Der kauf war nicht ohne Probleme: meine erste Lieferung von AZDelivery stellte sich als Fake heraus. Dies war nun bereits das zweite (!) mal, dass AZD mir einen Fake-Chip geschickt hat! Erst der namenlose China-Shop lieferte Qualität!

Damit war schnell ein Programm erstellt, welches die ADCs ausliest, und per Serielle Schnittstelle ebenfalls an GeigerLog liefert. GL kann nun beides loggen.

Mein Test-Setup war eine 9V Batterie mit Spannungsteiler, including Poti, für Spannungen zwischen 0 und 2.7V. Daraus ergab sich dies:

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Ambient ist Skala in Volt. Grün ist das DMM, Schwarz ein STM32-ADC. Hilfreich auch der Scatterplot:

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Da gibt es eigentlich nichts zu beklagen. Der STM32-ADC liegt zwar 5% zu tief, doch ist das nicht nur bedeutungslos, sondern auch korrigierbar. Die Impedance der ADCs scheint auch höher zu sein als die vermeintlichen 50kOhm laut Datenblatt, aber das muss ich noch genauer anschauen.

[ullix]

Nun die HV Messung; mit merkwürdigem Ergebnis.

Setup: HV über 2GOhm verbunden mit Voltmeter Eingang. Angenommen das Voltmeter hat 10M Impedance, dann würde man an einem Eingang mit 3.3Vmax (wie am µChip) noch eine HV von 660V messen können.

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Das Bild zeigt 3 Phasen: Phase A: nur das DMM angeschlossen, Phase C: nur der STM32-ADC angeschlossen, Phase B: beide gleichzeitig.

In A misst das DMM 2.384V. In C misst der ADC 2.071V. Das ist aber nur 15% weniger, d.h. über den Daumen kann ich beide Geräte mit 10M Impedance annehmen.

Schliesse ich beide gleichzeitig an, wie in Phase B, sollte die Spannung dadurch auf etwa die Hälfte einbrechen. Tatsächlich aber zeigt das DMM nur ca. 1% weniger an, während das ADC zu Schwingungen kommt, mit letztlich undefinierbarer Spannung.

Was passiert hier?

Abgesehen davon: der STM32-ADC kann sehr wohl für HV Messungen verwendet werden, was ja eine gute Nachricht ist, und hat eine Impedance in der Nähe von 10M!

[DG0MG]

der STM32-ADC kann sehr wohl für HV Messungen verwendet werden, was ja eine gute Nachricht ist,

Gegen welche Spannungsreferenz misst der ADC eigentlich? Ist da etwas eingebaut oder gegen die Betriebsspannung?

[Elektroniknerd]

Der Messbereich vom ADC geht immer bis zu dessen Referenzspannung, wenn das 3,3V sind, dann ist das die Betriebsspannung.

Der Eingang vom ADC ist ein Kondensator, um damit die HV messen zu können muss ein Widerstand gegen Masse da sein, anders als beim Multimeter gibt es da keinen sinnvollen "eingebauten" Widerstand gegen Masse, den man benutzen könnte.
Außerdem erzeugt der Eingang beim Abtasten etwas Ladung, wenn man da zu hochohmig rein geht, dann gibt das Messfehler.
Die genannten 50kOhm sind also nicht die Eingangsimpedanz, sondern die empfohlene Quellimpedanz. Müssen wir uns nicht dran halten, da wir weder schnell noch genau noch mehrere Eingänge messen wollen.

Wie die Zackenkurve zustande kommt kann ich aber auch nicht erklären. Generell würde ich mal vermuten, dass da mit Widerständen über ein paar 100kOhm zunehmend Unsinn raus kommt. (... und mal das Scope dranhalten...)

[ullix]

Gegen welche Spannungsreferenz misst der ADC eigentlich?

Also das Datenblatt sagt die interne Referenz sei 1.20V:

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Danach wäre nicht 3.3V sondern 3.0V das Maximum? Wäre aber auch ok.

Der Eingang vom ADC ist ein Kondensator, um damit die HV messen zu können muss ein Widerstand gegen Masse da sein,

Was bedeutet das? Muss ich vom ADC Eingang nach Masse z.B. 10M legen? Aber merkwürdige Sachen passieren ja genau dann, wenn ich das DMM parallel lege, was ja etwa 10M hat.