Индикатор радиации на PIN-фотодиоде

[ArtDen]

Да, надо попробовать. Скорее всего буду испытывать разные варианты

Попробовал оконное сглаживание (не совсем обычное в привычном смысле). Получилось вполне неплохо:



Если верить гамма-спектру радия, то первые 3 высоких пика - это 15, 84 и 144 кЭв. Хотя в моём случае это сложно сказать...

[ArtDen]

Увеличил напряжение на фотодиоде до 50-ти вольт и переделал алгоритм нахождения амплитуды пиков. Сейчас амплитуда пиков находится полностью программно при помощи непрерывной обработки микроконтроллером всех 1.3 млн значений с АЦП в секунду, которые приходят с детектора (в старом варианте АЦП запускалось на 20 микросекунд по команде с компаратора).
Стала рисоваться вот такая картинка:

Интересно, к чему относится пик справа? Напомню, что спектр строится для СПД из выключателя.

PS: если на фотодиод не подавать напряжение смещения, то спектр получается вот такой:


Если с прежним напряжением (50 вольт) увеличить коэффициент усиления, чтобы получше разглядеть первые пики, то получается вот что:

[_AHTOXA_]

Физический смысл картинки непонятен, но выглядит внушительно

[ArtDen]

Смысл этой картинки в том, что для каждого пика на оси X определяется энергия гамма-частиц, а по этим энергиям можно сказать какое вещество при делении излучало зарегистрированные гамма-частицы.

[ArtDen]

Прикольно. Запараллелил 12 таких фотодиодов. Ожидал, что увеличатся шумы, сильно упадёт амплитуда сигнала, а импульс растянется во времени. Но оказалось, что шумы уменьшились, амплитуда упала всего в несколько раз (а не в 12 как в должно в теории), а длительность импульса осталась такой-же! В общем, я в недоумении.
PS: схема сейчас у меня немного другая.
PPS: вот как сейчас выглядит импульс от частицы:

Резкий подъём 1-2 мкс и спад 20 мкс.
А вот так фотодиоды запаралеллены:

Чуть позже попробую прилепить их к сцинтиллятору, когда он придёт.

[Ivani]

Это происходит из-за того, что оригинальная длительность импульса слишком маленькая для усилителя, со сглаживанием амплитуда падает, длительности возрастает и попадает в полосу пропускания усилителя.
Надо тоже попробовать состыковать десяток фотодиодов, но пока нет времени.

[ArtDen]

Ivani, Я бы на твоём месте запараллелил сразу полсотни, чтобы выяснить, можно ли в таком количестве с них снимать сигнал от зарегистрированных частиц

[Ivani]

Мой 4х транзисторный усилитель с потреблением 20 мкА и с 4мя плохо работает, соберу на микрухе и буду пробовать 4, 8, 16.

[ArtDen]

Потребление 20 мкА - это хорошо. У меня усилитель потребляет не менее 10 мА. Надо снижать потребление, чтобы можно было использовать такой датчик в портативном устройстве.
Кстати, какая у тебя форма и амплитуда сигнала на выходе получается?

[Ivani]

Я не с того начал - сначала нужно исследовать выходную характеристику ФД а потом делать ус.




Я давно присматривал и покупал по паре корпусов для подобных задач, посмотрел что имеется :
LMH6626MA LMC662CM AD623AR AD827JNZ LT1356CN на некотрые цены выросли в 10 раз, теперь проблема выбора

[ArtDen]

Ну у тебя шум довольно большой и амплитуда всего 15 мВ. Но это поправимо.
А по каким критериям ты выбирал эти микросхемы? И по какой схеме будешь собирать?
И ещё не совсем понятно зачем сначала нужно исследовать выходную характеристику ФД и вообще как это делать )

[Ivani]

Предположительно длительность импульса лежит в пределах 10-100 нс и просто усилить его будет проблематично.
Я буду пытаться одновременно усиливать и растягивать импульс, для расчётов и моделирования нужна форма первоначального импульса с ФД.
Микросхему возьму LMH6626MA, 40Дб на 10МГц, + полевик на входе.

[ArtDen]

Ivani, импульс всё равно растянется из-за ёмкости фотодиода. Так что закладываться на 10 нс не вижу смыла.

Добавлено:
Пришли дорогущие мелкие сцинтилляторы CsI(Tl)! Сразу же прилепил их к фотодиодам. Оно работает, несмотря на то, что площадь фотодиодов составляет всего 10% от площади окна сцинтиллятора, т.к. мне на фотодиоды приходит лишь 10% света от частицы!

Вот сцинтиллятор с фотодиодом сверху чтобы можно было оценить разницу в их размерах:


А вот как сейчас выгладит испытательный стенд со страшного вида печатной платой из-за переделок в схеме:

[Ivani]

У меня есть ФЭУ с сцинтиллятором, сигнал на выходе имеет разброс 3 порядка (от 15 КэВ до 5 МэВ) почти линейно, чувствительности ФД явно не хватит на мягкую гамму/рентген.

[ArtDen]

Ivani, когда фотодиод работает в фотодиодном режиме (с подачей напряжения смещения), то у него характеристика становится нелинейной. Так что ничего страшного, что на входе сигнал будет с большим разбросом. В любом случае с сцинтиллятор+фотодиод начинает мерить с 100 кэВ, если судить по тем статьям, что я читал.

Сейчас для естественного фона он мне строит вот такое распределение энергий частиц:

Интересно, как его можно интерпретировать?

PS: попросили выложить осциллограммы. Выкладываю картинки фоновых импульсов.

NewFile0.png

(3.54 КБ) 667 скачиваний

NewFile1.png

(3.51 КБ) 676 скачиваний

NewFile2.png

(3.61 КБ) 627 скачиваний

NewFile3.png

(3.51 КБ) 651 скачивание

[Ivani]

А ФЭУ у тебя нету?
Могу обьяснить как просто его включить.
Ты в каком регионе живеш?

[ArtDen]

Ivani, Нету ФЭУ. Но точно могу сказать, что низкоэнергичные частицы дают пики всего лишь в 2 раза выше шума. Поэтому они пока не регистрируются. Сегодня вечером постараюсь увеличить площадь фотодиодов. Должно стать лучше.
Ещё чуть попозже соберу все это на низкошумящем ОУ.

[crocodil]

Сегодня вечером постараюсь увеличить площадь фотодиодов. Должно стать лучше.

Да чего-ж ты так-то уже мучаешься? Поставь вместо 12 фотодиодов сразу панельку солнечной батареи - будет тебе площадь.

[ArtDen]

crocodil, PIN-фотодиод отличается от обычного фотодиода и от солнечной батареи тем, что он высокоскоростной и может выдавать короткие импульсы от каждой пойманной частицы.

[Ivani]

PIN-фотодиод не может "выдавать короткие импульсы от каждой пойманной частицы" это под силу только кремниевым фотоумножителям, несмотря на это их используют наряду с кремниевыми фотоумножителями в сцинтилляционных детекторах.