RadSense - en Rad SolidState Gamma strålning detektor (5 / 11 steg)
Steg 5: Blockdiagram
(Bild legends: (1) blockdiagram över detektor: från signal skapas till datainsamling. , (2) applikationen noterar av tillverkaren som bekräftade designkoncept och hjälpte till att välja första komponent värden., (3) snabba beräkningar för komponent värde tuning. )
Funktionaliteten i de olika modulerna i detektorn, deras väljare och tillhörande beräkningar.
När du utvärderar detektorn, känslighet (* 1) var avgörande. En extremt känslig avgift förförstärkare är nödvändigt eftersom en incident gammastrålning kan bara generera några tusen elektroner i halvledare utarmning regionen. Eftersom jag förstärka en liten puls, måste särskild uppmärksamhet ägnas komponent urval, försiktig skärmning och kretskort layout.
(* 1: minimum energi som skall deponeras i detektorn att producera en tydlig signal, och signal-brus-förhållande.)
Att korrekt valde komponent värden, sammanfatta jag först kraven, de önskade specifikationerna och begränsningar:
- Sensorer:
-Stora möjligt detekteringsområde, 1keV - 1MeV
-Låg kapacitans att minimera buller, 20pF-50pF
-Obetydlig läckström under omvänd bias.
- Förstärkning och diskriminering:
-Kostnad känslig inför förstärkare
-Differentiator för puls forma
-Komparator för signalen puls när tröskelvärdet set
-Komparator för buller utgång när inom tröskel intervall
-Komparator för kanal sammanträffanden
-Allmänna tröskelvärdet för händelsen filtrering.
- Digital och mikro-controller:
-Snabb analog-till-digital-omvandlare
-Utdata för bearbetning och användarvänliga gränssnitt.
- Makt och filtrering:
-Spänningsregulatorer för alla stadier
-High-Voltage leverans att generera bias makt
-Korrekt filtrering av alla kraftdistribution.
Krav som anges ovan gjorde att jag valde följande komponenter:
-DC uppsving omvandlare: LM 2733
-Debitera förstärkare: AD743
-Andra Op-förstärkare: LM393 & LM741
-DAQ/avläsning: Arduino Nano.
Och ytterligare påtvingade specifikationer inkluderar:
-Operativa rate: > 250 kHz (84 kanaler), 50 kHz (slump)
-Upplösning: 10 bitars ADC
-Frekvens: 5kHz (8 kanaler)
-Spänning: 5V Arduino, 9V op-förstärkare, ~ 12V Biasing.
Det övergripande arrangemanget och beställer av ovanstående komponenter representeras i block diagram figur.
Beräkningar
Jag gjorde mina beräkningar med komponent värden som används under testfasen (se tredje bilden bifogade ovan).
(*: Vissa komponent värden är inte detsamma som ursprungligen planerade eller desamma som för närvarande gäller, trots dessa beräkningar ger en vägledning ram.)