RikamIno - Radon-Ionisationskammer Break-Out für den Arduino

[silfox]

Ich bin leider nicht so erfolgreich.
Ich habe inzwischen 5 Stück, der erste läuft im Wohnzimmer parallel zum Radoneye (Arduino Uno R3) und liefert ganz passable Resultate (bei recht stabiler Temperatur).

Die anderen sind mit dem RN4117A von Fairchild und RaspberryPico (inkl. Temperatursensor) bestückt und messen sowohl Radon, wie auch Temperatur.
Ich bin momentan dabei eine Korrektur durchzuführen.
Man kann mit dem Fit von 1/dT gegen Temperatur eine Funktion dritter Ordnung bestimmen und das dann kompensieren.

Die beiden ersten Bilder (1 und 2) zeigen den Fit und die Korrektur.


In den beiden folgenden Bildern sind die 1/dT-Daten von Rikamoni-2 und Rikamoni-2 im Vergleich mit einem Radoneye dargestellt.
Die Diagramme beinhalten am Anfang auch die Daten von der Radon-Eimer-Messung mit einem Steinchen aus Menzenschwand - man sieht: sie messen nicht nur Temperatur!

Die Temperatur schwankt so stark, da die Geräte im Gartenhaus installiert sind (nicht "indoor").
Das 3te Bild zeigt die Daten ohne Temperatur-Korrektur und das 4te Bild mit Temperatur-Korrektur.
Momentan berücksichtige ich alle Daten und blende nicht die Radon-Daten des Radoneye aus, die z.B. größer 10 Bq/m3 sind. Das wäre eine leichte Verbesserung.

Da es allerdings eine starke Hysterese gibt (auf- und absteigende Temperaturen haben eine andere Charakteristik), wird dieses analytische Verfahren nur eine grobe Kompensation ermöglichen.
Hier kann nur ML weiterhelfen.

[silfox]

Sorry, das erste Bild ist 2mal dabei!

[silfox]

Anbei noch Bilder des Aufbaus.
Ich verwende eine Leerdose aus einem Baumarkt und nutze den Deckel als Abschirmung.
Allerdings liegt (der Einfachheit halber) der Deckel auf gleichem Potential wie die Dose.

[opengeiger.de]

@silfox Super Fotos! Danke!!!

Ja, die Temperaturabhängigkeit habe ich fast schon befürchtet. Ich glaube das hängt an der deutlichen Temperaturabhängigkeit des Sperrstroms. Ich werde das dann vermutlich an meinem Eimer-Experiment im Garten auch sehen. Auf der anderen Seite, von den Dosisleistungsmessgeräten haben viele eine Temperaturkompensation, das ist nichts Ungewöhnliches. Auch der Radiacode macht das. Es ist halt nur wieder zusätzlicher Aufwand, das mit einzubauen. Allerdings sehe ich da auch einen gewissen Trend. Man nimmt immer günstigere Detektoren und dafür einen leistungsfähigen Mikroprozessor, der heute billig zu haben ist, auf dem dann immer umfangreichere Kompensationsalgorithmen laufen. Im Endeffekt ist das billiger, denn wenn man die Firmware mit der Kompensation der parasitären Effekte einmal hat, dann lässt sich diese ohne weitere Kosten beliebig replizieren. Also je größer die Stückzahl, um so günstiger wird dieser Ansatz. Auf jeden Fall ist es gut, wenn man den Temperatursensor am Arduino schon mal angeschlossen hat und die Temperatur-Daten mit aufzeichnet.

PS: Ich finde Dein Ergebnis mit Korrektur RK-temp-comp-with_cor.png sieht doch schon recht gut aus!

[DL8BCN]

@ opengeiger:
Was ich immer noch nicht kapiert habe:
Wie bist du genau vorgegangen, um die Kalibrierformel für den RikamIno versus dem RadonEye herzuleiten.
Ich habe es so verstanden:
Zuerst hast du die Nullrate des RikamIno bestimmt.
Das geht vermutlich draußen an der frischen Luft gut.
Da bekommst du eine Zyklenzeit von gut 3 pro Stunde.
Das ist auch bei meinem Aufbau so.
Du rechnest jetzt: Ak=0 wenn Rz= 429,24/137,76 = 3,07 Zykl./h.
Das leuchtet mir ein.
Wie kommst du denn nun auf den Wert 137,76 für die Steilheit der Kurve?
Empirisch ermittelt?
Ich habe nun bei meiner Dose den Wert für y=125 gesetzt und den Offset so gelassen wie bei dir.
Also -429,24
Nun kommen erstmal bei ganz niedrigen Radonkonzentrationen (ca. 20 Bq/m3) plausible Zahlen raus.
Nun muss ich schauen, wie linear das ist.
Offensichtlich gibt es ein Problem bei ganz niedrigen Messwerten:
Ich bekomme z.B. bei einem Vergleichswert von 17 Bq/m3 vom RadonEye einmal den Wert 20 Bq/m3 und im nächsten Zylus den Wert -17 Bq/m3 und im dritten Zyklus z.B. 0,37 Bq/m3.
Das springt sehr stark hin und her.
Oder benötigt man da unten eine Mittelwertbildung über z.B. 3 Zyklen.
Das hätte den Nachteil, das man erst nach ca. 1 Stunde den ersten Meßwert ausgespuckt bekommt.
PS:
Letzte Nacht lief mein Rikamino durch.
Ich hatte das Radoneye danebengestellt und das Kellerfenster auf "Kipp".
Über Nacht ging der Meßwert immer weiter runter, also die Zyklenzeit war gegen Morgen bei 2,8 pro Stunde.
Da zeigte der RikamIno -78 Bq/m³ an und das Radoneye 8 Bq/m³.
Ich muss also den Kalibrierwert noch mal stark korrigieren.
   

[Radiohörer]

@silfox: PTFE, Nylon, POM oder?
Aufhängung aus Heißklebestäbchen?

[silfox]

Es ist ein PTFE-Stab mit 1cm Durchmesser (Teflon) - im Original 100cm Länge!
Etwas Einfacheres ist mir nicht eingefallen. Gibt es eine bessere Idee ?
Die PTFE-Platte, auf der die Platine montiert ist, hat eine Stärke von 2mm.
Eine Stärke von 1mm sollte auch genügen.
Der Draht hat einen Durchmesser von geschätzt 0.1mm.

[Radiohörer]

> Es ist ein PTFE-Stab mit 1cm Durchmesser (Teflon) - im Original 100cm Länge!
> Etwas Einfacheres ist mir nicht eingefallen. Gibt es eine bessere Idee ?
...nee. Nur Teflonhalbzeuge gibts nicht in jeder Form an jeder Ecke

> Der Draht hat einen Durchmesser von geschätzt 0.1mm.
...hochflexible Messleitung häuten: 0,07 mm
cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C610/MESSLEITUNG10RT.pdf

[DL8BCN]

Ich hatte für die Drahtdurchführung und Isolierung ja ebenfalls eine Teflonplatte genommen und mit einer Nadel ein feines Loch durchgestochen für die Drahtdurchführung.
An der anderen offenen Dosenseite hatte ich Kapton-Tape ("das braune...") zur Befestigung des Elektrodendrahts genommen.
Man kann auch dort natürlich Teflon verwenden.

[opengeiger.de]

@DL8BCN Poste mal Deine Rohdaten des RadonEye und des RikamIno aus einer Eimer-Messung mit dem Superphosphat. Dann nehme ich das mal als Beispiel die Kalibrierung zu erklären. Wäre MS Excel ok?

[DL8BCN]

Moin!
Zu deiner Frage : Excel ist natürlich ok.
Daten kommen aber erst frühestens am Samstag.
Heute Nachmittag kann ich erst eine "Eimermessung" mit Superphosphat machen.
Die Messung sollte wohl sicherlich auch einen Tag laufen.

[opengeiger.de]

Jetzt kann ich hier mal das erste Ergebnis eines Outdoor-Versuchs mit dem RikamIno unter Temperatureinfluss zeigen. Mangels Radon in der Bodenluft musste ich mit ein wenig Superphosphat nachhelfen. Ich habe mich aber auf 100g beschränkt, damit das Ergebnis etwas realistischer wird. Dann habe ich den Eimer wie gehabt mit dem RikamIno und dem Radon-Eye in die Sonne gestellt. Allerdings befand sich noch ein guter Temperatursensor (HYT221) mit im Eimer, der an den Arduino angeschlossen war, so dass die Temperatur mit geloggt wurde.

Und ja, ich sehe die Temperatureinfluss, den @silfox sieht, ebenfalls. Zudem haben sich noch einige Störungen bei höheren Temperaturen dazugesellt, aber möglicherweise, weil die Temperatur in der Sonne (trotz des teils reflektierenden weißen Eimers mit blauem Deckel) im Innern des Eimers bis 40°C anstieg. Der RadonEye dagegen sieht sauber Temperatur-kalibriert aus, er zeigt die erwartete Pile-Up Kurve ohne merklichen Temperatureinfluss. Das Ergebnis des RikamIno ohne Temperatur-Kalibration sieht dagegen recht unschön aus.

Man kann nun aber zusammen mit dem Modell für den Pile-Up auch eine Temperaturabhängigkeit and die Messkurve anpassen. Das geht mit dem Solver unter Excel recht gut. Dann fügt sich also die Modellkurve in die temperatur-kompensierten Messdaten ein, so dass der mittlere quadratische Fehler minimal wird. Was allerdings nicht ganz so optimal rauskommt, ist die Tatsache, dass die  punktuellen Störungen dadurch verstärkt werden. Man müsste sich also nochmals genau anschauen, was da so bei 40°C im Eimer mit dem JFET passiert. Aber prinzipiell könnte man jetzt noch eine Glättung drüber laufen lassen, dann würde das bestimmt auch die punktuellen Störungen noch stark reduzieren. Insgesamt aber muss man sagen, dass der Nachbearbeitungsaufwand bei einer Outdoor-Anwendung schon zunimmt im Vergleich zur Indoor-Messung. Aber das ist an sich nichts Ungewöhnliches. Darin steckt eben heute der meiste Entwicklungsaufwand, der am Ende in eine Firmware fließt, an der dann oft auch noch nach der Markteinführung nachgedieselt wird (siehe Radiacode). Insgesamt kann sich das Ergebnis meiner Meinung nach aber immer noch sehenlassen, wenn man bedenkt, was man hier mit einer Konservendose einem Transistor und einem Arduino mit überschaubarem Aufwand und mit wenig finanziellem Investment erreichen kann. 300Bq/m^2 Radon-Aktivitätskonzentration mit einem Selbstbaugerät an der Außenluft zu messen, das ist schließlich kein Pappenstiel. Und gelernt hat man dann auch noch was.   

[Radioquant98]

Hallo opengeiger,

ich vermute auch den Einfluß von Feuchtigkeit.

Viele Grüße
Bernd

[opengeiger.de]

ich vermute auch den Einfluß von Feuchtigkeit.

Welchen Einfluss denkst Du denn, dass die Feuchtigkeit hat, und warum? Und welche Feuchte meinst Du, die relative oder die absolute?   

[DL3HRT]

Welchen Einfluss denkst Du denn, dass die Feuchtigkeit hat, und warum?

Luftfeuchtigkeit hat immer Einfluss auf die Isolationseigenschaften von Materialien. Es wird da schon Einflüsse auf die Zykluszeiten geben. Alles Andere würde mich wundern. Die Frage ist nur, wie groß diese Einflüsse sind.