Das Openmess-Projekt

[NuclearPhoenix]

Einfach einen Spannungsfolger vor das Multimeter schalten?

Wie meinst du das? Direkt an die 500 V? Da braucht es doch auch wieder einen Spannungsteiler, der den Generator belastet?

Nein, nein. Du hast den hochohmigen Spannungsteiler und dort wo du das Multimeter hingehalten hättest, schaltest du einfach den nichtinvertierenden Eingang vom Verstärker vor. An der Stelle des Spannungsteilers bist du ja im Bereich von nur ein paar (Milli)Volt, somit kannst du den OPV einfach mit 3.3 oder 5V betreiben und es haut hin. Du musst den Spannungsteiler halt so dimensionieren, dass der interessante Bereich bei 1-2Volt ist, sodass der Messbereich darüber und darunter groß genug ist. Und wie gesagt, kleinen Leckstrom muss er haben, aber das ist nicht schwer.

[DL8BCN]

Hallo, na das nenne ich mal eine schnelle Lieferung aus Italien:
Ich habe die Theremino Geiger GA-500 Adapter am 06.01 bestellt und heute sind sie da😎
Schade das es die Theremino Master DIL V5 nicht auch noch gibt.
Eine habe ich davon, aber ein wenig Backup könnte ja nicht schaden.
Vielleicht wird es die irgendwann wieder geben.

[DL8BCN]

Hallo Bernd, wir vermuten ja das der eine oder andere Mitarbeiter vom BfS hier mitliest
Also vielleicht wirst du noch reich und dein Entwurf wird dir abgekauft.
Also schnell ein Patent oder Gebrauchsmusterschutz anmelden
Eine Sache noch zur GA-500 Platine:
Wir haben das früher schon mal diskutiert:
Das Board soll nur für relativ lange Impulsabstände geeignet sein.
Wenn es richtig knistert, dann soll es wohl Probleme geben.
Keine Ahnung, ob uns das tangieren wird.

[Xodor]

Auch am 06.01. bestellt und heute geliefert worden.

[DL8BCN]

Super zuverlässig offensichtlich und zu dem Preis lohnt es sich nicht das selber zusammenzulöten.
Wusste ich doch, dies hat Henri im Beitrag #4 im eigenen Thread zum GA500 geschrieben:

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.

Wobei 5000 cps ja schon eine ,,Hausnummer" ist...

[Peter-1]

WOW
ich bin beeindruckt! 5000 CPS , da kann ich nicht mithalten. Habt ihr denn alle solche Strahlenquelle   
Da staunen die Strahlenschutzbeauftragte sicher.

[opengeiger.de]

Ja, wenn nur das Standrohr ist, das aus Edelstahl ist, dann bin ich ja beruhigt! Dann gehen wir also vorerst weiter davon aus, dass das Sondengehäuse der GS05 und der GS07 selbst aus lackiertem Alublech besteht. Die weiter Vermutung ist, dass die Dicke des Alublechs dafür verantwortlich ist, dass die untere Energiegrenze der Sonde anders spezifiziert ist, als die des Zählrohrs.

Jetzt habe ich das Theremino-Modul und das Zählrohr heute mal "ins richtige Leben" mitgenommen, da geht so manches einfacher. Zuerst wollte ich die thermische Situation für den Switching Transistor klären. Ich habe also den Stromverbrauch mal mit einem ,,guten" Messgerät bei 5V nachgeprüft, das sind in der Tat nur 1.4mA . Selbst wenn der ganze Strom durch den Schalttransistor ginge, wären meine Zweifel damit zerstreut.

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Das mit dem Klinkenstecker ist natürlich Geschmacksache, an der Gamma-Spektroskopie-Anlage verwende ich auch ein Klinkenstecker-Kabel allerdings nur fürs Signal und nicht für die Stromversorgung. Bei 1.4mA könnte das aber auch gut gehen, wenn auch der Stecker eine gute Qualität hat.

Nun wollte ich aber noch das Signal sehen, welche durch den impulsförmigen Strom durch die Speicherdrossel induziert wird, also das di/dt, denn das ist maßgebend für die Folgen der magnetischen Emissionen der Drossel. Ich habe also eine magnetische Feldsonde mit sehr hoher Bandbreite genommen und die mit etwa 5mm Abstand über der Drossel positioniert.

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Diese Sonde hat eine einzelne Windung mit einem Durchmesser von 5mm. Diese Sonde arbeitet also wie en Transformator mit 1 Windung auf der Sekundärseite und ohne Eisen. Man könnte das B-Feld nun ausrechen, aber darauf kam es mir jetzt nicht an. Als Last habe ich ein 100MegOhm Widerstand anstelle des Zählrohrs benutzt. Was man sieht, sind nun sehr steile Rechteckpulse mit etwa 1.1us Dauer. Wenn man mit größerer Zeitskala am Scope einen Single Shot macht, sieht man, dass die Pulse recht zufällig verteilt sind. Das Ganze sieht aus wie ein Spread Spectrum DC/DC obwohl es nichts gibt was bei diesem Konverter nun künstlich einen Zufall erzeugen würde.

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Um sicher zu gehen, dass das auch stimmt, habe ich das Signal auf einen besseren Speci gegeben. Theoretisch kann der 2Hz bis 50GHz, aber das brauchts gar nicht. Das Spektrum reicht über ein paar MHz, danach ist Schluß. So schnell ist der Schalttransistor dann auch nicht. 

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Das Betrags-Spektrum ist wie erwartet ein quasi kontinuierliches sin(x)/x Spektrum, das zu dem zufällig auftretenden Rechteckimpulsen passt. Die erste Nullstelle liegt daher auch bei 924kHz also knapp unter 1MHz. Ich hatte mit meinen Kollegen schon öfters die Diskussion ob Spread Spectrum  DC/DCs das Gelbe vom Ei sind. Ich finde, es ist wie bei der schwäbischen Hausfrau, die, bevor der Besuch kommt, den Dreck auf dem Boden nicht in Häufchen kehrt und wegräumt, sondern sehr geschickt und schnell so gleichmäßig verstreut, dass er nicht mehr auffällt. Ich meine, dass es besser wäre, eine fixe Linie im Spektrum zu haben, wo man weiß, woher sie ist und mit der man gezielt umgehen kann. Wenn dagegen so absichtlich breitgeschmierte Rausch-Spektren irgendwo reinspucken, dann ists viel schwerer, das wieder aus dem Nutzsignal zu entfernen, als bei einer einzelnen starken Linie. Aber die Last-Regelung des Theremino ist so halt genial einfach und billig zu haben. Wenn man das Gleiche mit einer PWM bei konstanter Frequenz erreichen wollte, wärs gleich viel mehr Aufwand, teurer und würde mehr Platz kosten. Daher akzeptieren wir das einfach mal und packen den Theremino am Ende vielleicht besser in eine Blechdose als Schirmung, wenn was Empfindliches daneben soll z.B. ein LoraWAN Funk-Modul, das die Daten wegfunkt.

An der 5V/Gnd Stiftleiste sehe ich bei meinem Aufbau noch etwa 40mV an Spike-Amplitude von der Schalterei des Switching Transistors. Je nachdem, was man sonst noch mit dem Arduino machen will, kann man das lassen oder man blockt an der Stelle eben noch mal ab, ich glaube 1uF/10V als MLCC-Kondensator reichen da. Das wird man in den Griff bekommen.

So, aber dann wollte ich doch noch den Zählrohr Impuls beim Theremino-Bördchen sehen. Das ist gar nicht so einfach, da ja das ausgekoppelte Zählimpuls Signal auf den völlig nichtlinearen Schmitt-Trigger Eingang eines HEF40106 Inverters trifft. Deswegen habe ich das Signal direkt an der Auskoppel-Kapazität C1 (47pF) abgenommen, noch bevor es über den 330kohm zum Schmitt-Trigger Eingang führt. Dieses Signal sieht so aus:

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Es ist klar, auf Grund der Nichtlinearität des Gattereingangs wird der ursprüngliche Zählrohrimpuls, wie wir ihn mit einer resistiven Last bekämen, verformt und auf Grund der kleinen Auskoppelkapazität wird er auch kürzer. Die Messung ergibt, dass er eine Dauer von 132us hat. Aber das scheint mir ganz passabel. Das, was ich als maximale Dauer am Interrupt-Eingang des Arduino gesehen habe hatte einen vergleichbaren Wert und ist damit kürzer als die Totzeit des Zählrohrs.

Der Zählimpuls, so wie der Mikrocontroller ihn bekommt sollte schließlich rein digital sein. Das IRQ-Signal am Arduino gemessen, kam am Oszi so raus:

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Die fallende Flanke jittert wieder ein wenig, hat aber immer eine Dauer knapp über 100us. Es verlängert die Totzeit des Zählrohrs daher nicht unnötig. Wenn man genau hinschaut, dann sieht man hier jetzt den ,,conducted Noise" des Switching Transistors, der über die Stromversorgung ,,zurückspuckt". Aber das ist alles im unkritischen Bereich bei dieser Lösung.

Und was ich nun so sehe mit diesem provisorischen Aufbau und dem 70031A Zählrohr passen die 14 Impulse /(uSv/h) ganz gut. Ich möchte jetzt mit so einem Niedrigdosis Zählrohr nichts messen was mehr als 100uSv/h hat. Das wären dann 1400cps. Wenn ich nun in den Graphen über den Anodenstrom des Zählrohrs gehe, dann sehe ich da 10uA, und das macht mir jetzt keine Angst. Dass man da dann eventuell eine Zählraten-abhängige Korrektur bräuchte, ja, könnte sein. Der Fokus ist jedoch eher auf der normalen ODL und das was es auf Halden oder Ähnlichem so typischerweise hat. Wenn wo mehr auftritt, dann sollte man eh besser einer Behörde Bescheid geben. Und die messen dann und mit geeigneten, geichten Messmitteln suuper genau nach  .

Von daher würde ich jetzt sagen, wir haben ein Konzept für die Elektronik, die in einem 1. Aufbau sehr gut und überzeugend funktioniert. 

Das nächste ist nun die Mechanik, und für mein Gefühl wird das etwas länger dauern, bis das einigermaßen professionell aussieht, jedenfalls aus meinem Blickwinkel. 

[opengeiger.de]

Hallo Bernd, wir vermuten ja das der eine oder andere Mitarbeiter vom BfS hier mitliest
Also vielleicht wirst du noch reich und dein Entwurf wird dir abgekauft.
Also schnell ein Patent oder Gebrauchsmusterschutz anmelden
Eine Sache noch zur GA-500 Platine:
Wir haben das früher schon mal diskutiert:
Das Board soll nur für relativ lange Impulsabstände geeignet sein.
Wenn es richtig knistert, dann soll es wohl Probleme geben.
Keine Ahnung, ob uns das tangieren wird.

Ja, gutes Thema, mit Gebrauchsmusterschutz und Patenten. Ich hab da auf Grund gewisser Erfahrungen vielleicht eine spezielle Meinung. Ich denke es ist eine sehr unsoziale Einrichtung, wenn es da um Dinge geht, die von vitalem Interesse für jeden in der Bevölkerung ist. Und man sollte den Patent- und Gebrauchsmusterschutz auch nur bis zu einer gewissen Firmengröße zulassen. Es macht einfach keinen Sinn, dass der eine Händy-Hersteller den andern verklagen kann, nur weil der die App Icons auch mit runden Ecken macht, aber ansonsten einen Milliarden Umsatz hat. Ich sehe es auch ein Stück weit als meine soziale Pflicht an, dass ich Wissen der Allgemeinheit zugänglich mache.

Dann ist's mit den Patenten in Deutschland auch so, man bekommt so was nur durch, wenn  es keine "Prior Art" gibt und wenn ein "Erfinderischer Gedanke" erkennbar ist. Ich glaube bei beidem hätte die Lösung Probleme. Es gibt viele Beispiele wo so was schon gemacht wurde, und was ganz Geniales kann ich darin jetzt auch nicht erkennen. Der Schwerpunkt liegt ja mehr darin, es richtig zu machen. Bei der Elektronik traue ich mit das zu, aber Du siehst ja, wie ich bei dem Strahlungs-spezifischen schon "zusammengefaltet" worden bin. Und wenns ums Geld geht, und es zu einem Patentstreit kommt, dann kennen die Anwälte da auch kein Pardon. Und dann ists in der Praxis oft auch so, dass eine Idee besser geschützt ist, man hält den Mund, als man versucht ein Patent draus zu machen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Patentverletzung gar nicht nachgeprüft werden kann, also z.B. bei einem Code, der im Arduino läuft. Wenn Du ein Patent machst, musst Du alles offenlegen und damit hat der Konkurrent dann auch die Gelegenheit das geschickt abzuwandeln oder zu umschiffen und es tut dann immer noch. Wenn Du es privat machst, musst Du noch die Patentanwälte bezahlen und hast dennoch das Nachsehen.   
 
Was ich mir mehr vorstellen kann, ist, so eine Entwicklung für die Lehre aufzubereiten und zugänglich zu machen. So, dass die Studenten und Auszubildende da was davon haben. Das hat dann mehr nen sozialen Touch und bringt die Gesellschaft wirklich weiter.    

Zum kräftigen Knistern: Ich könnte mir denken es gibt da mehrere Effekte, welche die Performance limitieren, wenn so ein Gerät von der Quelle her etwas "überfordert" wird. Einmal geht ja der Anodenstrom hoch, wenn die Zählrate zunimmt. Jetzt haben wir einen Anodenwiderstand, hier die 5.1MegOhm, das heißt es bildet sich ein immer größer werdender Spannungsabfall, und die Spannung am ZR sinkt. Damit bewegt sich der Arbeitspunkt auf dem Plateau nach unten, was einen Einfluss auf die Zählrate hat, die sinkt dann also auch, weil das Plateau eine gewisse Steigung hat. Dann die Sache mit der Totzeit. Sowohl das ZR als auch die Zählelektronik hat eine Totzeit. Wenn die Aktivität steigt, nimmt der mittlere Zählimpulsabstand ab und damit steigt die Wahrscheinlichkeit bzw. Häufigkeit, dass er kürzer wird als die Totzeit. Damit verliert man dann Impulse und die Zählrate wird ebenfalls zu niedrig.

Und dann kann es sein, man kommt an den Punkt, wo dem Hochspannungsmodul der Strom ausgeht, weil die Last-Regelung an den Anschlag gerät. Dann kann man nicht so recht sagen was passiert, vermutlich bricht dann die Hochspannung ganz zusammen. Auch der Mikrocontroller kommt natürlich irgendwann an den Anschlag und die Interrupt-Queue läuft über oder irgendsowas. Da kann dann auch was ganz Unvorhergesehenes passieren. Oder der Anwender des Geräts fällt tot um. Das ist auch schlecht. Also ich würde, einfach schnell umdrehen, wenn die Anzeige mal mehr als 100uSv/h anzeigt, egal aus welchem Grund.   
     

[DL8BCN]

Ich möchte kein neues Thema aufmachen, weil es geht hier bei mir ebenfalls um die GA-500 Platine.
Ich habe da mal 2 Zählrohre 70013 angeschlossen.
Dann muss man allerdings dem zweiten einen eigenen Anodenwiderstand gönnen.
Dazu muss man ein wenig unkonventionell auf der Platine löten, wo kein Lötpad ist. Geht aber.Siehe Bild 1946.
In Theremino Geiger V6.7 habe ich dann unter Options folgendes eingestellt:
Sensor type: Geiger
Sens.CPS/mR/h: 200
Background CPS: 1,2
Dead time μSec: 80
Dann zeigt das Ganze mir einen realistischen Wert bei mir am Arbeitsplatz von ca. 62 nSv/h an.
Das 70013 ist allerdings ziemlich empfindlich für Beta's.
Aber ich denke es ist aufgrund des niedrigen Preises eine gute Alternative.

[Peter-1]

Vacutec hat geantwortet.

Eine Aussage ob nur an Firmen oder auch Privatleuten geliefert wird gibt es nicht.
Zitat:
Der Stückpreis für ein Zählrohr 70 031A [REF 031 00 09] aus unserem Standardsortiment beträgt 478€ (+19%MwSt).

Das ist ne klare Aussage!

[opengeiger.de]

@DL8BCN Natürlich kannst Du an die hier vorgestellte Elektronik die meisten gängigen Zählrohre anklemmen! Dann bekommst Du auch die Zählrate richtig ausgewertet. Aber in dem Openmess-Projekt sehe ich ehrlich gesagt derzeit keine Alternative zum 70031A Zählrohr, für das ich ein genau spezifiziertes energiekompensierten Ansprechverhalten vorliegen habe. Nochmal, Ziel des Projektes ist, sicherzustellen, dass wir die Zählimpulse richtig auskoppeln und korrekt in einen Mikroconroller einspeisen. Der Mikrocontroller soll die Auswertung ebenfalls korrekt machen, das können wir mit dem Poisson-Zählimpuls-Testgenerator überprüfen. Den meisten wird ja schon aufgefallen sein, warum ich den entwickelt habe. Das bedeutet nun, die korrekte Messung der Ortsdosisleistung hängt dann nur noch an dem Ansprechverhalten des Zählrohrs. Und da stützen wir uns voll auf die Firma VacuTec, dieses Ansprechverhalten bei ihren Zählrohren zu vermessen und über eine gewisse Lebensdauer sicherzustellen. Wie das bei VacuTec in etwa gemacht wird sieht man in der netten Präsentation auf der Firmenwebseite. Ich denke besser bekommen wir das nicht hin. Damit haben wir, wenn wir das 70031A  zunächst ohne Gehäuse einsetzen, ein H*(10) taugliches Messgerät. Das energiekompensierte Ansprechverhalten in der ZR Spec ist aber auf Cs137  normiert. Das heißt ohne Kalibration kann die Kurve des Ansprechverhaltens noch nach oben oder unten verschoben sein und zwar durch zwei Effekte: die Eigenrate und durch eine energieunabhängige Ablage der Zählrate für das äußere Strahlungsfeld. Deswegen braucht man für die genaue Zählratenbestimmung noch mindestes 2 Kalibrierpunkte pro Zählrohr, also z.B. eine ODL-Sonde und einen Gamma-ODL Referenzpunkt. Und jetzt wird vielleicht nochmal verständlich, warum ich die Sache mit dem Referenzpunkt in der Kapelle im Killesbergpark angefangen habe. So fügt sich das Alles zu einem Gesamtplan. 

@Peter: Super, Danke für die Mühe! 500Euro sind also immer noch günstig gegen einen neuen Automess!

[NoLi]

Hier ein paar Zählrohrdaten, u.a. vom 70031A, von der Homepage des Herstellers Vacutec:



Und eine Referenzliste:



Wie man erkennt, beginnt beim 70031A der Dosisleistungsmessbereich ab 0,2 µSv/h, was bedeutet, dass alle Dosisleistungsanzeigewerte kleiner 0,2 µSv/h nur als Anhaltswerte, nicht aber als Referenzwerte angesehen werden können.
Es sei denn, man macht die Dosisleistungsermittlung wie das BfS mit längeren (hier 2 Stunden) Integrier- und Mittelungszeiten, um eine einigermaßen brauchbare statistische Genauigkeit zu erhalten.

Norbert

[Peter-1]

Frage:
In wieweit dürfen hier weitere Daten und Diagramme vom Hersteller gepostet werden?

[Henri]

Deswegen braucht man für die genaue Zählratenbestimmung noch mindestes 2 Kalibrierpunkte pro Zählrohr, also z.B. eine ODL-Sonde und einen Gamma-ODL Referenzpunkt. Und jetzt wird vielleicht nochmal verständlich, warum ich die Sache mit dem Referenzpunkt in der Kapelle im Killesbergpark angefangen habe. So fügt sich das Alles zu einem Gesamtplan. 

Also, Du möchtest mit einem undefinierten Gemisch aus Höhenstrahlung, K-40, U-nat/Th-Zerfallsreihe an zwei verschiedenen Orten, mit Dosisleistungen im unteren Messbereich der als Referenz verwendeten Messgeräte und auch des 70031A, eine präzise Kalibrierung hinbekommen? 

Das ist etwa so, als würde man versuchen, seinen Auto-Tacho bei Glatteis und auf einem schlammigen Feldweg bei 3 km/h und 5 km/h für die richtige Anzeige bei 50 km/h zu überprüfen...

[opengeiger.de]

@Henri Wie groß schätzt Du den Fehler für Stuttgart ODL Sonde und Stgt Kapelle? Was wäre Dein besserer Vorschlag?

Edited:
@An die Experten: Also mal angenommen ich habe einen Automess und messe damit  im Norddeutschen Tiefland an einem Punkt die ODL1 und auf einem Berg im Erzgebirge die ODL2 und schau mir dazu die Zählraten Z1 und Z2 an, nach welcher Rechnung müsste das Gerät die ODL berechnen, wenn es richtig kalibriert ist? Im Menu zeigt es nur einen Kalibrierkoeffizienten kp an.