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TAKAさんの毎日が発見・ブログ
アマチュア無線の機器製作を中心にした日常の活動記録です (by Taka JA2GRC、このブログはFC2_BLOGを使わせていただいてます。)
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PMT proj
 さて、ちょっとバグは残ったものの、Gate Pulse Gen は、ほぼ終盤を迎えましたので、「休む間もなく」(汗;)次のプロジェクトです。

 具体的な内容は、追々、明らかにしていくとして(別に勿体ぶっている訳では有りませんが、説明が長くなるので)、まずは、下調べから始めます。



PMT proj の関連記事は以下にもありますのでご覧ください。
PIC Gate Pulse Gen : 関連する PIC Gate Pulse Gen の記事一覧です。
7segLCD + PIC : 関連する 7segLCD + PIC (ユニバーサルカウンタ) の記事一覧です。

PMT proj : コッククロフト回路を試してみる(4段・サイン波)(この記事)。
PMT proj その2 : コッククロフト回路を試してみる(4段・矩形波)。
PMT proj その3 : コッククロフト回路の周波数特性と20段を試してみる。
PMT proj その4 : パルス駆動回路の準備。
PMT proj その5 : チョッパ型DC-DCコンバータを試してみる。
PMT proj その6 : チョッパ型DC-DCコンバータの再確認。
PMT proj その7 : チョークコイルにトロイダルコアを使ってみる。
PMT proj その8 : トロイダルコアは不向き?
PMT proj その9 : その他のアキシャルタイプ・インダクタを試してみる。
PMT proj その10 : 百均トランスを巻き直す(二次側)。
PMT proj その11 : 百均トランスを巻き直す(一次側)。
PMT proj その12 : 巻き直した百均トランスを試してみる。
PMT proj その13 : コッククロフト回路を20段にしてみる。
PMT proj その14 : チョークコイルに二次巻き線を追加してトランスにしてみる。
PMT proj その15 : チョーク改変トランスの巻き数比を逆にしてみる。
PMT proj その16 : チョーク改変トランスの負荷特性を調べる。
PMT proj その17 : チョーク改変トランスのリップル特性を調べる。
PMT proj その18 : 非絶縁型反転出力回路を試してみる。
PMT proj その19 : チョーク改変トランスにフィードバック用三次巻き線を加える。
PMT proj その20 : フィードバック制御用プログラムを試す。
PMT proj その21 : 負荷特性を取ってみる。
PMT proj その22 : 高圧の絶縁距離検討と実装図作成。
PMT proj その23 : 高圧部実装と動作確認。
PMT proj その24 : PMT部分の実装。
PMT proj その25 : LEDに依るテスト光源の検討。
PMT proj その26 : PMTの火入れ式、基本動作確認。
PMT proj その27 : アノード負荷抵抗の違いによる動作特性を測定。
PMT proj その28 : 乾電池ケースの遮光性測定。
PMT proj その29 : PMT遮光の最終確認。
PMT proj その30 : シンチレータの取り付けと信号の検出。
PMT proj その31 : ヘッドアンプの動作確認。
PMT proj その32 : 高圧の不具合発見。 高圧に依る信号レベルの変化を確認。
PMT proj その33 : 溜まっていた問題点を実装に反映。
PMT proj その34 : 波高分析環境の準備。
PMT proj その35 : 信号パルス幅とサンプリングクロックの関係を確認。
PMT proj その36 : 波高分析アプリの特性を調べる。
PMT proj その37 : エネルギー分解能を上げるパラメータは何か。
PMT proj その38 : サウンドアダプタのオフセット・ノイズ・サンプリング周波数を調べる。
PMT proj その39 : サウンドアダプタの入力レベルを調べる。
PMT proj その40 : サウンドアダプタの入力インピーダンスを調べる。
PMT proj その41 : カリウム塩(減塩習慣)の発する放射線のエネルギースペクトルを測定してみる。
PMT proj その42 : マントルの発する放射線のエネルギースペクトルを測定してみる。
PMT proj その43 : アルミダイキャストケースの穴開け。
PMT proj その44 : バラック部分を基板に実装、基板をケース入れ。
PMT proj その45 : BG、カリウム塩、マントルを測定。
PMT proj その46 : 他の波高分析アプリを試してみる。
PMT proj その47 : トランス他の気になっていたハードを修正。
PMT proj その48 : 高圧電源の安定化。
PMT proj その49 : DC-DCの動作再確認。GND強化。
PMT proj その50 : USB電源用ノイズフィルタ。
PMT proj その51 : 高圧を変えてみる。
PMT proj その52 : USB電源用ノイズフィルタのインダクタを変更し小基板に実装する。
PMT proj その53 : ハードウエアの小変更(ヘッドアンプ・ノイズフィルタ。
PMT proj その54 : DC-DC動作確認、ヘッドアンプCR定数確認(192kHz)。
PMT proj その55 : ヘッドアンプCR定数確認(96kHz)。
PMT proj その56 : 標準パルス定義方法を再確認。
PMT proj その57 : 入力パルスのサンプリング状況を再確認。
PMT proj その58 : 入力パルスのサンプリング状況を再確認(他の周波数)。
PMT proj その59 : フィルタロス補正の為、高圧を変えてみる。
PMT proj その60 : 土壌サンプルを測定してみる。
PMT proj その61 : Cs134-605KeVとCs137-662keVの分離は可能か。
PMT proj その62 : 温度の影響。
PMT proj その63 : シンチとPMTの温度・周波数特性マッチング。
PMT proj その64 : エネルギー分解能を高められるか。
PMT proj その65 : 分解能向上を目指して。
PMT proj その66 : 難しい分解能向上。
PMT proj その67 : 低ノイズサウンドデバイスを導入。
PMT proj その68 : サウンドデバイスの低ノイズを確認。
PMT proj その69 : やはり分解能向上は難しい。


 と言っちゃうと、身も蓋も有りませんので、ちょっとだけ。。。。。 PMT proj の PMTとは、Photomultiplier Tube(光電子増倍管)の略であることだけ記述しておきます。 要は、一般には余りなじみのない、この真空管を、何とか(アマチュア的にでも)使いこなしてみようという目論見です。

 PMTについてはウイキペディアなんかに解りやすく記述されていますので、そちらにお任せするとして、要は、ごくごく微弱な光を検出できる「魔法」の真空管なんです。 どれぐらい微弱な光なのかと言うと、使い方によっては、光子レベルまで判別できるそうで、フォトンカウンティング(光子計測法)なんて言う計測法が有るみたいです。

 我々になじみの深いものとしては、名前ぐらいは聞いたことが有ると思いますが、神岡鉱山あとの地下に設置されたカミオカンデ、スーパーカミオカンデが有りますね。 PMTを1000本または11,200本設置した、PMTのお化けみたいなものです。 しかも一つ一つのPMTが直径50cmもあるばかでかいものです。 これは、まさに、超々微少光を検出するためのものです。

 さて、規模の大きい話は置いておいて、我々が手軽に使えるものは、1~2cmほどの小型の真空管です。 日本においては、この分野では浜松フォトニクス(旧浜松テレビ)がダントツで強い技術力を持っており、現在では、この1社のみが、国内唯一のメーカーです。 そして、この会社が、大変詳しい解説書を公開しています。 (光電子増倍管 その基礎と応用 第3a版) この解説書を基にPMTを触ってみることにします。

 PMTを使いこなすためのポイントは、高圧回路、ヘッドアンプ、光・磁気遮蔽用ハウジング、辺りに有るようです。 それぞれ、重要な要素なんですが、まずは、手始めに、高圧回路から感触をつかんでみることにします。

 高圧回路は、以前にガイガーカウンタで400V程度のものは、「写るんです」改造で触ってみましたが、今回のPMTはもう少し高い1000V程度が必要になるみたいです。 それで、光電子増倍管 その基礎と応用 第3a版の解説を読んでいますと、通常は高圧をブリーダ抵抗と呼ばれるラダー抵抗で分圧して、ダイノードと呼ばれる端子に加えるみたいなんですが、ダイノードの最終段近くは、結構、電流が流れるようで、この辺りの電流供給の工夫が色々なされているようです。 それで、解説書に依れば、コッククロフト回路を使った高圧回路が良さそうだとなっています。 高圧発生のために特段の高圧部品を使わずに済むこと、ブリーダ抵抗が省略できること、そして、最終段近くの電流供給に対しても強いと言う特徴が有るみたいです。

 コッククロフト回路(正確にはコッククロフト・ウオルトン回路と言うみたいです)というのは、名前は聞いたことは有りますが、実際に使ったことは有りません。 物の本に依れば、使われる各素子は入力電圧の倍程度の耐圧が有ればよいようで、段数を増やしていけば、いくらでも(入力側の条件もあるようだが)高圧が得られるみたいです。 高圧用の碍子を開発しているメーカーなどにある雷テスト用の施設なんかも、このコッククロフト回路を使って居るみたいです。

 で、まずは、感触をつかむために、バラックでテストしてみました。 各素子の耐圧が2倍程となっていますが、この辺りもしっかりと押さえておきたいと思ったのです。 で、光電子増倍管 その基礎と応用 第3a版の参考回路をベースに、バラックで組んで、各ポイントの信号を確認してみました。

120408_pmt_proj_01.jpg

 まずは、4段分で確認してみます。 測定点は、①から⑤までの5ポイントです。 ①の入力端にはRCオシレターから信号を加えます。 周波数特性なども有りますが、後回しにして、まずは適当に周波数を変えてみたら、10kHzほどが良さそうなので、この周波数で測定してみます。 波形もまずはサイン波でやってみます。

120408_pmt_proj_02.jpg

 これは①の入力端の信号です。 出力側に余り高圧が発生しないように、また、デジタルオシロで記録が取れるぐらいの適当な電圧で試してみます。 まあ、これは、何の変哲もないサイン波形ですね。

120408_pmt_proj_03.jpg

 次は②の信号です。 マイナス電圧を発生させる回路ですので、マイナス側に沈み込んでいますね。 最初の端子につながっている、コンデンサとダイオードに加わっている電圧が解ります。 コンデンサもダイオードも、最大で、入力電圧のP-P(ピークツーピーク)の電圧が掛かっているようですね。 入力電圧の実効値からすると、サイン波形の場合は、2√2すなわちP-Pの値だけのの耐圧が必要みたいですね。 ゼロ付近が浮き上がっているのは、ダイオードのギャップ電圧分でしょうかね。 全体の電圧が低いので、このギャップ電圧の影響は大きく出ていますね。

120408_pmt_proj_04.jpg

 次は③の信号です。 ここには入力電圧の2倍が出てくるはずなんですが、入力の実効値の2倍よりも大きく、P-P値よりも小さく出ていますね。 P-P値よりギャップ電圧2個分を差し引くとちょうど電圧が合います。 すなわち、出力は(入力のP-P電圧 - 段数分のギャップ電圧)と言うことなんでしょうかね? 高圧になってくるとギャップ電圧は余り影響なくなりますが。 ここでの電圧を見てもコンデンサの耐圧は入力のP-P値まで必要みたいです。

120408_pmt_proj_05.jpg

 ④の信号は、③の信号に②の信号を上乗せした(マイナスだから下乗せか?)感じですね。 ダイオードやコンデンサに掛かる電圧は、同じ感じです。

120408_pmt_proj_06.jpg

 そして、⑤の信号は、③の信号のほぼ2倍ですね。 入力のP-P値の2倍になっています。 とりあえず、出力側から電流を消費していないので、ピーク値になっているのでしょうかね?

120408_pmt_proj_07.jpg

 さて、次は矩形波を加えてやってみたいのですが、ちょっと長くなったので、続きは次回に回すことにします。
コメント
この記事へのコメント
Re: エネルギー分析?
ラジオペンチさん、こんばんは。
なんせ、新しい分野なので(私にとっては)ぼちぼち、しかし、じっくりとやっていきます。
お気づきの点が有れば、是非コメント(突っ込み)をお願いします。
2012/04/09(月) 21:31 | URL | Taka (ja2grc) #-[編集]
エネルギー分析?
今晩は、すごいことやられているのでいつも興味深く拝見させていただいてます。
フォトマルが出たということは、シンチと組み合わせて、食の安全性検証なのかな、なんて想像してます。
2012/04/09(月) 20:01 | URL | ラジオペンチ #-[編集]
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