【开坑】基于ThereminoMCA的伽马能谱仪

几个月前从淘宝以白菜价收来三个成色极好,带有通孔的碘化钠(铊)闪烁体,想把这三个闪烁体制成伽马能谱仪或X射线荧光光谱仪。今天刚刚联系PCB打样厂商印制5张板,顺便购买了元器件。不过原版PMTadapter的文件是eagle绘制的,把它转换成AD的pcb文件发给打样厂商费了一番周折。

来自:核与粒子束 / 极客实验项目专题 / 核辐射探测器
 
2019-12-18 13:38:50
Membrane(作者)
1楼

IMG_20191218_133125.jpg

未知厂家生产的端窗型光电倍增管,直径50mm,带有分压器和前放板,看上面的器件应是美国货。

IMG_20191218_133119.jpg

IMG_20191218_133111.jpg

50*30mm碘化钠(铊)闪烁体,带有通孔。


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2楼

界面需要涂导光脂。

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Membrane(作者)
3楼
引用 虎哥 发表于 2 楼的内容:
界面需要涂导光脂。

嗯,不过我是用液体石蜡代替的。

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1
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4楼

这个软件还可以,但是硬件实在没必要,我用一个rc展宽直接pmt怼声卡都能到6.几%分辨率

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Membrane(作者)
5楼

确实,但这套硬件自带高压供电,不需要买额外的高压电源还是省了一笔钱的,PMT专用高压电源对于我这种学生党一点也不便宜。

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6楼

坐等楼主产出详细过程和技术信息,我也来仿一个

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7楼

LZ是怎么把eagle转AD的?重画?

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Membrane(作者)
8楼
引用 UIC 发表于 7 楼的内容:
LZ是怎么把eagle转AD的?重画?

差不多 我也没想到更好的方法。

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2019-12-20 17:49:48
2019-12-20 17:49:48
Membrane(作者)
9楼

IMG_20191220_174738.jpg

目前进度:PCB打样完成,正在联系厂商进行BOM配单


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2019-12-24 22:49:03
2019-12-24 22:49:03
Membrane(作者)
10楼


IMG_20191224_224546.jpg

IMG_20191224_224631.jpg

焊了五张板 惨不忍睹

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2019-12-25 00:16:25
11楼

x荧光谱要金硅面垒探测器吧,这个要学习半导体工艺,没准可以自己做。

PCB是哪个部分的用的?

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Membrane(作者)
12楼
引用 虎哥 发表于 11 楼的内容:
x荧光谱要金硅面垒探测器吧,这个要学习半导体工艺,没准可以自己做。PCB是哪个部分的用的?

PCB是ThereminoMCA配套的PMT适配器,自带可调高压电源和信号处理。

国外有人用这个软件做X射线荧光仪成功了

不过不知那个探测器是正比计数管还是什么,ebay搜不到相关信息。

这是我查到的资料https://www.docin.com/touch/detail.do?id=870463941

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13楼

抱歉可能记错了,面垒探测器是古代的东西,似乎能够DIY,但用在x射线上性能不佳,更多用来做高能实体粒子的能谱。现在X荧光能谱是硅漂移探测器的天下了。

你给的文献说是用的薄碘化铯闪烁体的探测器RAP47,这个探测器对低能射线敏感。不佳之处还是分辨率比较低,似乎达到3~5keV(作为对比,硅漂移探测器的分辨率可达0.1keV数量级)。我记不起对硅漂移探测器DIY难度的评估结果了,很多年前和徐版研讨过。

X射线荧光光谱还在使用闪烁体或者正比计数器,分辨率由准直器、衍射晶体等决定。附件是布鲁克公司的荧光光谱的原理教程。

X射线荧光光谱仪原理-布鲁克公司.pdf
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14楼

期待…一直想买gm来着

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Membrane(作者)
15楼

通电测试,板子高压输出端只有1v 令人尴尬

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16楼
引用 Membrane 发表于 15 楼的内容:
通电测试,板子高压输出端只有1v 令人尴尬

总觉得这款电路的高压部分有问题,模拟时也是奇怪的表现。。。

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Membrane(作者)
17楼
引用 GiroPetrenko 发表于 16 楼的内容:
总觉得这款电路的高压部分有问题,模拟时也是奇怪的表现。。。

确实有问题,很奇怪作者是怎么让它正常工作的,板子跟我这个不太一样,有一些元器件没有焊接。

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18楼
引用 虎哥 发表于 13 楼的内容:
抱歉可能记错了,面垒探测器是古代的东西,似乎能够DIY,但用在x射线上性能不佳,更多用来做高能实体粒.....

的确,铍窗薄闪烁体只适合计数,低能比如Am241峰或者铁kp线能量分辨率惨不忍睹,很多外国人玩的结果都验证了这个结论。。。


面垒探测器适用于alpha能谱,性能很好,可以做得面积很大,就是为了高分辨率需要抽真空和避光,伺候起来很麻烦。。。。


高分辨率的硅漂移探测器也很便宜了,ebay一套带上USB的mca差不多一万,对于实用x荧光已经是极低门槛,更加廉价的硅pin探测器甚至只需2k左右即可买到全新的。



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Membrane(作者)
19楼

IMG_20191225_124310.jpg

尝试着按照作者的板子改了一下,仍没有高压。真是。。。。。。



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20楼
引用 Membrane 发表于 17 楼的内容:
确实有问题,很奇怪作者是怎么让它正常工作的,板子跟我这个不太一样,有一些元器件没有焊接。

那个mos管和三极管是二选一,mos管必须要用作者指定的型号(原文所述)

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Membrane(作者)
21楼
引用 GiroPetrenko 发表于 20 楼的内容:
那个mos管和三极管是二选一,mos管必须要用作者指定的型号(原文所述)

好吧,我把三极管拆下试试

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Membrane(作者)
22楼
引用 GiroPetrenko 发表于 20 楼的内容:
那个mos管和三极管是二选一,mos管必须要用作者指定的型号(原文所述)

似乎不是三极管或MOS管的问题,这两种我都试过了,还是不行,我现在怀疑是不是买错了元件。

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23楼

是不是应该发一下电路图,猜是猜不出原因的。

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2019-12-26 00:06:23
24楼
引用 虎哥 发表于 23 楼的内容:
是不是应该发一下电路图,猜是猜不出原因的。

这个电路按说很好调试啊 简单到没有示波器可以用晶体耳机一级级听。。。

PMTAdapterScheme.jpg


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Membrane(作者)
25楼
引用 RodTech 发表于 24 楼的内容:
这个电路按说很好调试啊 简单到没有示波器可以用晶体耳机一级级听。。。

用示波器没查出什么问题,74HC14N的几个输出端有8KHz方波信号,但是那几个高压电容两端只有1~4v电压,我准备准备先电脑模拟一下看看怎么回事,说不定是MOS管买错了。

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26楼

是不是那个圆柱形的直插电感的问题,印象中mH级别的这种电感内阻似乎很大

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Membrane(作者)
27楼
引用 radio 发表于 26 楼的内容:
是不是那个圆柱形的直插电感的问题,印象中mH级别的这种电感内阻似乎很大

待我明天拆下来看看。。如果真的是这个原因那恐怕要自己绕电感了

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28楼
引用 Membrane 发表于 27 楼的内容:
待我明天拆下来看看。。如果真的是这个原因那恐怕要自己绕电感了

这种电源用的功率电感有绕好的磁环卖,也可以接个那种贴片的方块状屏蔽电感上去

[修改于 1 个月前 - 2019-12-26 00:36:54]

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Membrane(作者)
29楼
引用 radio 发表于 28 楼的内容:
这种电源用的功率电感有绕好的磁环卖,也可以接个那种贴片的方块状屏蔽电感上去

3.3mH的贴片电感太少见了。。。。不过倒是有3.3mH的大电流直插电感。

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Membrane(作者)
30楼
引用 radio 发表于 26 楼的内容:
是不是那个圆柱形的直插电感的问题,印象中mH级别的这种电感内阻似乎很大

拆下测了一下电阻 1mH工字电感的电阻2.0Ω,3.3mH电感电阻只有0.4Ω,应该不是电感的原因。

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Membrane(作者)
31楼

跑了一遍仿真,结果更迷了,如果连接74HC14就会报错,如果不连就没问题。。。。。。

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32楼

图上没看见分压的可调电阻,是不是忘了?

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Membrane(作者)
33楼
引用 GiroPetrenko 发表于 32 楼的内容:
图上没看见分压的可调电阻,是不是忘了?

R20....

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Membrane(作者)
34楼

附上模拟文件

运行收敛助手并没有解决问题。

PMTadapter 模拟.ms14
363k
MS14
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35楼
引用 RodTech 发表于 18 楼的内容:
的确,铍窗薄闪烁体只适合计数,低能比如Am241峰或者铁kp线能量分辨率惨不忍睹,很多外国人玩的结果.....

SDD硅漂移探测器几年前公司里用过,价格很贵,记得是好几万一个(AMPTEK的),加上前置放大和采集系统当时毛5~6万了

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36楼
引用 Membrane 发表于 33 楼的内容:
R20....

抱歉眼瞎,谢谢楼主踩坑,看来这个高压部分的确不好复制,有很多重要且不好买的原件。不知道高压用液晶高压条,前级放大照搬可不可以。

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Membrane(作者)
37楼
引用 GiroPetrenko 发表于 36 楼的内容:
抱歉眼瞎,谢谢楼主踩坑,看来这个高压部分的确不好复制,有很多重要且不好买的原件。不知道高压用液晶高压.....

我已经买了负高压模块,前级放大应该可以用。我又重新核对了一下BOM表单,这其中虽然有不常用的元件,但是我购买的并没有差错。。。难道这电路水土不服,到中国就用不了?

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2019-12-27 01:37:08
38楼

仿真的时候没必要画那么多并联的触发器吧,一个就够了。

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Membrane(作者)
39楼

IMG_20191227_185030.jpg

买了负高压电源模块,还安装了一个蜂鸣器,通电时有粒子计数声

IMG_20191227_185147.jpg

末端输出的脉冲信号

IMG_20191227_185233.jpg

尝试直接把输出端接在usb声卡上,但是软件并没有接收到脉冲信号。。。


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40楼
引用 Membrane 发表于 39 楼的内容:
买了负高压电源模块,还安装了一个蜂鸣器,通电时有粒子计数声末端输出的脉冲信号尝试直接把输出端接在us.....

既然用示波器能看,用示波器录波来分析行不行?

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Membrane(作者)
41楼
引用 虎哥 发表于 40 楼的内容:
既然用示波器能看,用示波器录波来分析行不行?

学生党,买的示波器是简易的,没有高级的功能。

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Membrane(作者)
42楼

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在声卡输入端串联了一个瓷片电容,倒是可以收到脉冲信号,但是图就。。。

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43楼
引用 Membrane 发表于 42 楼的内容:
在声卡输入端串联了一个瓷片电容,倒是可以收到脉冲信号,但是图就。。。

有源作标定吗?负离子粉?

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Membrane(作者)
44楼
引用 GiroPetrenko 发表于 43 楼的内容:
有源作标定吗?负离子粉?

提纯过的草酸钍,就算如此这能谱图也太差了,而且串联了电容脉冲计数也少了许多。

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45楼

电容换大点看看?

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46楼
引用 Membrane 发表于 44 楼的内容:
提纯过的草酸钍,就算如此这能谱图也太差了,而且串联了电容脉冲计数也少了许多。

不知道前级放大用的是ThereminoMCA还是光电管自带?也许不匹配。

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Membrane(作者)
47楼
引用 radio 发表于 45 楼的内容:
电容换大点看看?

待我换个334独石电容试一试

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Membrane(作者)
48楼
引用 GiroPetrenko 发表于 46 楼的内容:
不知道前级放大用的是ThereminoMCA还是光电管自带?也许不匹配。

我是用LM358做前置放大器,再用thereminoMCA板子自带的放大器放大,最终效果就是示波器上的脉冲。

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Membrane(作者)
49楼

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换了大电容效果好了不少,但是发现一个严重问题:软件检测脉冲信号需要设置正脉冲或负脉冲,结果每次都跟我的信号是相反的,采样采不到,而且还会把基线采样使谱图出现奇怪的高峰。


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2019/12/17注册,39 分钟前活动

大一学生,爱好有机化学、仪器分析。

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