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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_proj2・その23
 ノイズ対策は目処が付いたので、次に、もう一つ、以前から気になっていたレベルの仕組みを確認しておきたいと思います。



こちらに、PMT(光電子増倍管) proj2 関連記事の目次が有りますので、他の記事もご覧ください。


 レベルの問題もノイズの問題に負けず劣らずややこしい問題です。 最初にシンチレータ+PMTを始めた時はどの程度のレベルかさっぱり分からずに、LEDによる試験的な発光装置を作ったりしてみたのですが、それでも、最初にPMTの出力を見た時は、どのレベルを見ているのかさっぱり分かりませんでした。 今回は少し慣れてきた事と、試験に使える「線源」が幾つか出来た事もあって、レベルを見失う事はありませんが、それでも、レベルを決定するパラメータが沢山あって、それらを適当に決めてかからないと結構面倒です。

 レベルを決める主なパラメータは
 ・PMTに加える高圧電圧値。
 ・ヘッドアンプのIV変換係数。
 ・ヘッドアンプのCRフィルタの時定数。
 ・サウンドアダプタのパネルの入力レベルボリウム位置。
 ・サウンドアダプタのデジタルボリウムの設定値。
 ・ベクモニの下限閾値。

 このうちヘッドアンプ回りのIV変換係数とCRフィルタの時定数は、当面は前回の結果をそのまま踏襲する事にします。 何せ、どこかを決めてかからないとパラメータが多すぎて手に負えません。 他のパラメータもS/Nの良い位置やダイナミックレンジなどからは、大体設定値のフルスケールから50~70%ぐらいで使うのが良いかな?と経験値では感じているのですが。 設定の分からないところは、まずはその辺りの値に固定して、一つずつパラメータの最適値を確認していく事にします。

 全体の設定からすれば、全体を良さそうな値に追い込んで、最終的な微調整は、調整のし易くて、数値的に明確なサウンドアダプタのデジタルボリウムのレベルで設定するという形に追い込んでいきたいですね。 このデジタルボリウムのレベルがちょうど調整しやすい中間値辺りに来る様に他のパラメータを追い込んでその値で固定しておきたいですね。

 さて、まずは、一番S/Nに影響有りそうなサウンドアダプタのパネルに付いているボリウムの位置です。 パネルには、10区分の目盛りが打って有りますので、仮に下の方から0~10とします。 このサウンドアダプタは今まで使っていたサウンドアダプタよりも随分感度が高い様に感じます。 通常のライン入力見たいのが無くてマイク入力だからかもしれません。 このパネルのボリウムをかなり絞っておかないとレベルオーバーしてしまいます。 今回のプローブ2の場合、目盛り3が限度で、それ以上ボリウムを回すと赤LEDが頻繁に点灯します。 緑LEDは-12(dB?)と刻印されており、赤LEDはClipと刻印されていますので、赤LEDが点くのはまずい感じですね。 ただ、今回のプローブ2の場合、かなり大きなパルス(ジャイアントパルス)が入ってきていますので、たまにこの赤LEDが点灯するのはやむを得ない感じです。 それ以外の大体の場合は緑LEDが点灯する範囲内にボリウムを設定しておいた方が良さそうです。 その限度が目盛りで3以内と言う感じです。

130205_pmt_proj2_95.jpg

 こちらの動画が、ボリウムを目盛り3に設定した時の挙動です。 もちろんPMTに加える高圧も影響するのですが、今までの経過から高圧の方は、HV=70Vx14=980Vに設定してテストしました。 こちらの高圧の方は、後ほど別に最適値を探る事にします。



 こちらは、サウンドアダプタのパネルのボリウムを目盛り3に設定しておいて、サウンドアダプタの入力に10kHzのサイン波を加えて見た物です。 10kHzとしたのは、ちょうどPMTからの出力波形がこんな物だったからです。 それで、パネルの緑LEDが点灯する入力はプラス側の波高値で300mV強でした。 更に入力電圧を上げていって、赤LEDが点灯するのは、プラス側の波高値で1.3V弱でした。 従って、プローブ2からの出力で時々赤LEDが点灯すると言う事は、波高値で1.3V以上のパルスが加わっていると言う事ですね。

130205_pmt_proj2_96.jpg

 これで、サウンドアダプタの入力ボリウムの位置は、目盛り3で仮固定と言う事にします。 「本音」は 5~7辺りにしたかったのですが、あとから記述しますが、これ以上PMTの高圧を下げると、急激にPMTの感度が悪くなりS/Nが悪化するので、この辺りに設定する事にします。 まあ、かなり余裕が有ると言う事で、後々、ヘッドアンプ回りを触っても良いかと思っていますが、当面はこれで、仮固定としておきます。

 さて、続いては、PMTの高圧を確認してみます。 サウンドアダプタのボリウムは目盛り3の位置、デジタルレベルは50のままでPMTの高圧を変えていきます。 高圧はダイノード間電圧を1Vおきに変えていきました。 HV=65Vx14=910V~HV=74Vx14=1036Vまで変えてみました。 その時のサンプル土壌を測定した結果が以下の様な物です。 HV=65Vx14=910V以下になると急激に計数率が下がります。 PMTの下限電圧ギリギリなんでしょうかね? これ以下はやっても余り意味が無さそうです。 HV=65Vx14=910V~HV=69Vx14=966V辺りまでは電圧の上昇と共に若干計数率のアップは有りますがまあ、それほど大きな変化ではありません。 HV=69Vx14=966V~HV=74Vx14=1036Vまでは、ほとんど計数率は変わりません。 今まで適当に設定していたHV=70Vx14=980Vというのは、たまたまなんでしょうが、ちょうど良い電圧だったのですね。

 高圧による変化がこのような感じですので、むやみに高圧を上げても何も良い事はありませんので、なるべく低い電圧で切りの良いところと言う事で、HV=70Vx14=980Vで決定にしたいと思います。 今後はこの電圧で実験したいと思います。

130205_pmt_proj2_97.jpg
130205_pmt_proj2_98.jpg

 さて、これで、サウンドアダプタのパネル面のボリウム位置は目盛り3に、高圧はHV=70Vx14=980Vに設定して、以後はサウンドアダプタのデジタルレベルで調整したいと思います。

 次に設定するのは横軸の設定です。 横軸の設定はデフォルトで、チャネル数が2500、チャネルピッチが0.04に設定されています。 出来ればこのチャネルの数字がそのまま、放射線のエネルギー(keV)として読み取れれば、なかなか便利です。 もちろん補正係数を設定して横軸を校正する方法があるわけですが、出来る事なら補正係数1(補正無し)でほぼ横軸が合っていた方が無駄が少なくなります。 横軸の振幅は十分にありますので簡単に調整できそうです。

 試しに減塩習慣で測定してみて、デジタルボリウムを50→31に変更すると、ほぼ、K40のピーク1460keVが横軸の目盛と一致します。 本来なら低いレベルも校正して、オフセットの補正もすべきでしょうが、温度や磁気の影響などで変動するでしょうから、現時点では大体の感じで合っていれば良いと思います。

 また、下限閾値は1.6(=40チャネル以下を無視)に設定すれば余裕を持って、低レベルのノイズを削除できそうです。 下の画像は低レベルのスペクトラムを拡大表示した物です。

130205_pmt_proj2_99.jpg

 さて、これで、レベルに関するパラメータは決定です。 当面はこの値でテストしていきましょう。 ちなみにこの設定値で減塩習慣、バックグランド、サンプル土壌を測定した結果です。 300秒(=5分)でこの程度のスペクトルが得られるのなら「良し」でしょうかね。

130205_pmt_proj2_100.jpg
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