Theremino-Geiger-Adapter GA500

[DG0MG]

Die "Theremino"-Hardware für Gammaspektrometrie ist vielleicht bekannt, etwas weniger verbreitet scheint mir deren "Geigeradapter GA500" zu sein. Eine kleine SMD-bestückte Platine, die die Hochspannung für ein Zählrohr 300/400/500V bereitstellt und das Signal vom Zählrohr liefert. Dabei kann das Zählrohr mit der Kathode an Masse angeschlossen werden. Die Stromaufnahme ist mit nur einigen 10 µA äußerst gering. Das Modul ist also für eigene Experimente mit Controllern optimal geeeignet.

Die fertig bestückten Platinen kann man zum erträglichen Preis von 15,90 18,80 EUR bei ebay erwerben. Für den Preis bekommt man es kaum selbstgebaut, wenn man nicht einen sehr gut bestückten Vorrat an speiziellen SMD-Bauteilen (Hochvolt-C, Z-Dioden) besitzt. Der ebay-Händler "maxtheremino" ist auf der Thereminoseite ausdrücklich als autorisiert erwähnt, da bekommen also die Richtigen das Geld und nicht irgendwelche Trittbrettfahrer. Die einseitige SMD-Platine hat die Abmaße von 36 x 26 mm.

• https://www.ebay.de/itm/124238503097
• https://www.ebay.de/itm/125930386178
• https://www.ebay.de/itm/126190204576

Die Dokumentation gibts auf der Theremino-Seite:

• https://www.theremino.com/de/technical/schematics (runterscrollen bis "geigeradapter")

Die mögliche Betriebsspannung beträgt 3-5 Volt. Beim Betrieb mit einer Li-Ion-Zelle (4 Volt) und Messung mit dem Multimeter (10 MOhm Last) über dem Ladekondensator C2 bricht die Spannung auf 324 Volt ein. Das ist nicht schlecht, andere Schaltungen liefern dabei keine 250 V mehr.

Die Pulse des ZR kommen als positive Impulse heraus.

[DG0MG]

Die Platine passt diagonal in quadratisches 23,5 x 1,5 mm-Plastik-Strangprofil (Meterstücken aus dem Baumarkt). In dieses passt auch ein SBM-19 oder ein SI-22G gut hinein:

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

[DG0MG]

Das Platinchen liefert positive Impulse. Manchmal braucht man aber negative (also Ruhepegel=High und fallende Impulse auf der Signalleitung). Die einfachste Lösung dafür ist, noch einen npn-Transistor nachzuschalten. Als dessen Basiswiderstand dient gleich der eh auf der Platine vorhandene Widerstand R10 (33k). Emitter kommt nach GND und schon hat man einen Open-Collector-Ausgang für die Impulse.

Ich habs etwas anders (komplizierter) gemacht: Einen der vier parallelgeschalteten Inverter herausgetrennt und in die Impulskette geschalten, so dass die Ticks jetzt zweimal negiert werden und High-Pegel am Ausgang herrscht. Dazu muss der SMD-IC ausgelötet und darunter ein Leiterzug (an Pin 11) sowie ein weiterer (an Pin 10) durchtrennt werden. R10 fällt weg. Pin 11 und 12 werden mit einem Lötzinnklecks verbunden und das neue Ausgangssignal kommt aus Pin 10.

[Na-22]

...
Manchmal braucht man aber negative (also Ruhepegel=High und fallende Impulse auf der Signalleitung)
...

Das ist doch nicht etwa eine Adaption für den 6150AD? 

[Henri]

Ich habe noch ein altes Philips ZP1301 Hochdosiszählrohr gefunden und hatte die Idee, das mal mit einem GA500 zu vergesellschaften. Philips hat ganz gute Datenblätter für dieses Zählrohr, unter anderem auch eine Kurve des Zählrohrstroms in Abhängigkeit von der Zählrate.

Dieses winzige Zählröhrchen macht nur 34 cps pro mGy/h, das heißt bei normalem Hintergrund kommt ca. alle 3 Minuten mal ein Impuls. Auf der anderen Seite kann es bis 2 Gy/h betrieben werden, was dann einer Zählrate von über 70.000 cps entspricht. Wegen der Totzeitverluste sollte man allerdings deutlich darunterbleiben. Wertet man jedoch statt der Einzelimpulse den Zählrohrstrom aus, kann man es auch bis 5 Gy/h oder darüber noch verwenden.

Nun aber zum Geiger Adapter: dieser liefert leider nur 20 µA Strom bei 500V (30 µA bei 400V). Dieser Zählrohrstrom fließt beim ZP1301 jedoch laut Datenblatt schon bei ca. 400 cps, wenn man den minimal vorgeschriebenen Anodenwiderstand von 2,2 MOhm verwendet. Erhöht man diesen, steigt die Totzeit (13 µs bei 2,2 MOhm) und das Plateau verkleinert sich - suboptimal, weil beim ZP1301 das Plateau erst bei 500V beginnt (ohne größere "Umbaumaßnahmen" ist das die höchste Spannung, die der GA500 ausgeben kann). 400 cps entspricht aber nur ca. 12 mGy/h und bleibt somit weit unter den Möglichkeiten des Zählrohrs zurück.

Dies ist jedoch nicht bei allen Zählrohren so. Beim ZP1201 bleibt der Zählrohrstrom selbst bei vollständiger Sättigung unter den 20 µA. Bei vielen liegt er allerdings darüber. Es lohnt sich also, ins Datenblatt zu schauen. Leider gibt es zu den meisten Zählrohrtypen hierzu keine Angaben.

Außerdem haben die Ausgangs-Impulse des GA500 eine Länge von 100-200µs. Das heißt, dass hierdurch die maximalen Zählraten ebenfalls auf vielleicht 5000 cps begrenzt sind, wobei sich dann schon deutliche Verluste an Zählimpulsen bemerkbar machen dürften.

Für die Praxis heißt das: dieses Modul ist für niedrige Impulsraten sehr gut verwendbar, kommt aber bei höheren Impulsraten bereits sehr früh an seine Grenzen. Wenn durch Zusammenbruch der Hochspannung die Einsetzspannung unterschritten wird (diese definiert Philips als die Spannung, bei der die Zählrohrimpulse eine Amplitiude von 1 V erreichen) oder durch die lange Dauer der ausgegebenen Impulse nicht jeder Zählrohrimpuls einen Impuls am Ausgang generiert, kann es zu erheblichen Abweichungen bei den Messwerten kommen.

Viele Grüße!

Henri 

[Lordcyber]

Hallo,
ich hab mir eben die Erlaubniss geholt den nachzubauen.
Natürlich gegen eine Spende.
Leider ist der Klinke Stecker für meine Zwecke ungeeignet.
Auch sollte das Projekt Logo mit drauf.

Ich werde aber auf die Platine einen PCF8583 mit drauf bauen.
Das ich die im prinzip den MCU schlafen lassen kann und der alle Paar Minuten aufwacht und die Daten abfrägt.

Leider hänge ich noch an den Bauteilen von LCSC da nicht alle dort vorhanden sind.

Ware da Interesse dran?

Gruß
Mike

www.hsn-ttn.de

[Henri]

Hallo Mike,

also wenn ich recht verstehe, baust Du einen Geigerzähler aus HV und Prozessor, bei dem lediglich die Peripherie noch ergänzt werden muss?

Vom Prinzip her klingt das spannend, aber das hängt von der Anzahl der nach draußen geführten Pins ab. Ich benutze den GA500 gern zusammen mit einem Arduino Pro Mini, da die ungefähr die gleiche Größe haben und nebeneinander auf die Rückseite eines LCD geklebt werden können. Da ist dann gleich auch die Spannungsaufbereitung etc. mit drauf, und oft reicht die Pin-Anzahl am Ende doch nur mit Ach und Krach. So was nachzubauen ist natürlich aufwändig. Ich würde dem den Vorzug geben gegenüber einer Variante mit weniger Pins, weil man dann bei Umbauten oder Erweiterungen viel flexibler ist.

Viele Grüße!

Henri

[Lordcyber]

Hallo Mike,

also wenn ich recht verstehe, baust Du einen Geigerzähler aus HV und Prozessor, bei dem lediglich die Peripherie noch ergänzt werden muss?

Vom Prinzip her klingt das spannend, aber das hängt von der Anzahl der nach draußen geführten Pins ab. Ich benutze den GA500 gern zusammen mit einem Arduino Pro Mini, da die ungefähr die gleiche Größe haben und nebeneinander auf die Rückseite eines LCD geklebt werden können. Da ist dann gleich auch die Spannungsaufbereitung etc. mit drauf, und oft reicht die Pin-Anzahl am Ende doch nur mit Ach und Krach. So was nachzubauen ist natürlich aufwendig. Ich würde dem den Vorzug geben gegenüber einer Variante mit weniger Pins, weil man dann bei Umbauten oder Erweiterungen viel flexibler ist.

Viele Grüße!

Henri

Nein anders rum.
Ich habe ein eigenes Controller Board an dem die Peripherie die ich immer brauche schon drauf ist inklusive Pullups, Pulldown, Kondensatoren, Laderegler usw. Alle Freien Pins sind an Stiftleisten.

Auf diesem hab ich 2 I2C mit Abgeschaltetem Strom und einen mit Dauerstrom.

Es geht mir darum das der Geiger eigenständig zählt.

Also der Geigerteil autark arbeitet und der MCU nur alle Paar Minuten aufwacht, die Daten abruft und versendet.
Da dies ja per Batteriebetrieb laufen soll ist der Verbrauch Essentiell.

Ein PCF8583 ist sparsamer als den MCU zählen zu lassen.

Außerdem kann ich so den Geiger auch an anderen Controller betreiben. Ich brauch nur I2C.
Also das Theremino nur mit PCF8583 und Stiften anstatt Klinke.

Leider hab ich das Problem das ich die rs1kl  Diode bei LCSC nicht zum bestücken bekomme. Da such ich gerade eine Alternative.

[Xodor]

Hat mal jemand den tatsächlichen Stromverbrauch von dem Board gemessen?
Ich komme auf 2,367 mA (rechnerisch über 1k Widerstand) im unbelasteten Zustand (ohne ein angeschlossenes Zählrohr).

[DG0MG]

Bei welcher Betriebsspannung? 5V?

Dann musst Du aber nach dem 1k noch einen Pufferelko einbauen, auf der Platine sind ja kaum Stützkondensatoren für die kurzen Stromimpulse. Die 1k stellen ja dann quasi den Innerwiderstand der Spannungsquelle dar, das ist viel zu viel.

Ich messe im Leerlauf zwischen 10 und 20µA aus einem 18650-LiIon-Akku (~4 Volt). Wenn ich die Zählrohranschlüsse mit den Fingern überbrücke, steigt der Strom auf 7,5 mA.
Dabei aber 100µF Puffer an die Platine, weil auch der Innenwiderstand des DMM im µA-Messbereich schon zu hoch ist.

[Xodor]

3.9v das hat meine Lipo Zelle gerade an Spannung gehabt.
Ich hatte nur einen 1k Widerstand über dem ich den Spannungsabfall gemessen habe. Sollte ich mal einen Elko an die Versorgungsspannung der Platine hängen?

[DG0MG]

Ich hatte nur einen 1k Widerstand über dem ich den Spannungsabfall gemessen habe. Sollte ich mal einen Elko an die Versorgungsspannung der Platine hängen?

Ja genau. 100µF oder so.

[Xodor]

Habe jetzt 100µF als Stütze drin. Mein Multimeter schwankt jetzt immer so zwischen 8mV und maximal 13mV. So komme ich den 10µA sehr nahe.

[DG0MG]

Dann ist alles in Ordnung. Ob nun 10 oder 20 µA ist eigentlich auch egal 
Die Chinesen verbraten stattdessen auf Grund unzureichender Schaltungstechnik 15 mA.

[Xodor]

So, nun ist es soweit als Prototyp fertig.

GA500 mit J305 Zählrohr und einem ATTiny202 als Zähler welcher per I2C ausgelesen werden kann.
Gesamt Stromaufnahme um die 15µA