サマチャレ 2017
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[[サマーチャレンジ 2017]] *実験装置の構成 [#rc3b0072] 実験ではステンレス製の密閉容器のなかに、シリコン検出器を載せた回路を封入します。容器の中に電場が発生するように高電圧をかけて、ラドンがα崩壊し、電荷を持った崩壊核をシリコン検出器の表面に集電吸着させて、崩壊核がさらにα崩壊する信号を検出します。 実験装置を構成する要素としては、~ +チェンバー(缶)~ +フォトダイオード及び電荷積分回路~ +波高分析回路モジュール~ ++増幅回路 ++微分および積分回路 ++トリガー回路(コンパレータ)~ ++信号電圧保持回路~ +デジタル回路モジュール(Arduino) ++アナログーデジタル変換~ ++PCとのシリアル通信 +高電圧電源モジュール~ +制御用コンピューター~ +解析用コンピューター~ となります。この課題では、ものづくりを体験してもらうために、回路のほとんどを自作するようにしました。 *フォトダイオード周辺回路の基板 [#lbce33bb] フォトダイオードを取り付ける基板で、チェンバー内に設置します。~ 静電吸着を実現するために、フォトダイオード表面に負の高電圧がかかるように設計されています。 **プリアンプ [#dbf8045b] Charge sensitive pre-amplifier(電荷敏感型前段増幅器:通称プリアンプ)。ダイオードから流れ込んだ電荷はC6(5-10pF)を蓄電する。階段状の信号を発生する。C6に蓄えられた電荷はR14(100mega-ohm)でゆっくり放電される。 CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,50%); *波高分析回路の基板~ [#lda2e207] 以下の回路を搭載する基板です。~ **シェイパーアンプ [#nda39f7a] CR-RC^2 shaper amp.プリアンプからの階段状の信号をC1R1で微分、C2R2で積分、C3R3で積分することでガウスに近い信号形に形作る。 **コンパレータ [#keac0ec2] 波高がthresholdの値(約100mV程度に設定する。←ノイズレベルによって調整)を超えると5Vの信号を発生する。 Arduinoへtrigger信号を作る。 **サンプル&ホールド [#o0d93c4c] 最終的にanalog to digital converterで電圧値(アナログ信号)をchannel(デジタル信号)に変換するが、 電圧値をArduinoが読み込む間、電圧を保持しておく必要がある。Arduinoから送信されるGate信号が来たタイミングで電圧値を保持する。 CENTER:&ref(./radon_v09.pdf,50%); //*デジタル基板(Arduino) [#z34b6c98] //市販されているArduinoとほぼ同じ機能を有する基板。Arduinoとして単体でも使用可能。~ //デジタル基板またはArduinoを使って、色々遊んでみよう!楽譜に強い人は作曲してみて!!~ //CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,45%); *高電圧電源の基板 [#h591b66c] 可変抵抗を調整することで、最大約-1200Vまで出力することができる。 今回は-500V程度のHVを出力する。感電しないように要注意!!! CENTER:&ref(./Radon_v09_HV.pdf,50%); *ハンダ付け作業時の注意 [#g48399b6] --[[ハンダ付けの仕方:http://www.noseseiki.com/kisokouza/index.html]] ; ハンダ付けを失敗すると動かないよ。 --コンデンサーの表記 ; 104というのは10x10**4 pFという意味。つまり、10**5 pFあるいは0.1マイクロファラッド --極性のある電子部品; 足の長い方がプラス(Anode) --ダイオード・LEDの向きに注意 --電解コンデンサの極性に注意 **回路基板作成後のチェック項目 [#c75b32b4] 各回路基板のハンダ付けが終わった後に、動作確認として以下の項目をチェックして下さい。~ フォトダイオードを取り付ける前にPD基板の動作確認をして下さい。 ***フォトダイオード基板の動作確認 [#vdffe0f3] +Function generatorでexponential型の信号を作り、PD出力端へ入力する~ +オシロスコープでCN1の2番ピンを確認する~ ***シェイパー基板の動作確認 [#vf8350b6] +Function generatorでパルス波またはexponential型の信号を作り、TP0へ入力する~ +TP1の出力をオシロスコープで確認する~ +微分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~ +TP2の出力をオシロスコープで確認する~ +積分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~ +TP3の出力をオシロスコープで確認する(ピンが無いのでTAに聞いて!)~ +可変抵抗を回して、波高が変わるかを確認する~ +トリガー信号の出力が約5Vのパルス信号になっていることを確認する~ +入力信号の波高を変化させて、トリガー回路のthresholdを確認、(1Vくらいに)調整する~ //***デジタル基板(Arduino)の動作確認 [#n346d6fc] //+PCにUSBケーブルで接続し、PCがハードウェアの認識をするか確認する~ //+Arduino IDEで書いたプログラムをuploadしてみる(プログラムは何でもよい)~ ***HV基板の動作確認 [#y5689673] +危ないのでTAに聞いて下さい~ ***その他に確認する事 [#qa4973a9] +可変抵抗を変化させて、回路の最大(最小)増幅率を調べる。~ +入力信号の波高とProcessingで保存されるADCの値の関係を調べる。~ ***全ての基板を作り終えた後に確認する事 [#za8df886] Am線源を用いて確認してみよう! +無事に確認できたらArduino、Processingを用いた測定プログラムを作成する~ +Arduinoから出力されるGate信号をオシロスコープで確認する~ +ADC信号(信号電圧保持回路の出力)を確認する~ +Processingを用いて実際に測定を行い、出力される値が妥当であるかを確認する~
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[[サマーチャレンジ 2017]] *実験装置の構成 [#rc3b0072] 実験ではステンレス製の密閉容器のなかに、シリコン検出器を載せた回路を封入します。容器の中に電場が発生するように高電圧をかけて、ラドンがα崩壊し、電荷を持った崩壊核をシリコン検出器の表面に集電吸着させて、崩壊核がさらにα崩壊する信号を検出します。 実験装置を構成する要素としては、~ +チェンバー(缶)~ +フォトダイオード及び電荷積分回路~ +波高分析回路モジュール~ ++増幅回路 ++微分および積分回路 ++トリガー回路(コンパレータ)~ ++信号電圧保持回路~ +デジタル回路モジュール(Arduino) ++アナログーデジタル変換~ ++PCとのシリアル通信 +高電圧電源モジュール~ +制御用コンピューター~ +解析用コンピューター~ となります。この課題では、ものづくりを体験してもらうために、回路のほとんどを自作するようにしました。 *フォトダイオード周辺回路の基板 [#lbce33bb] フォトダイオードを取り付ける基板で、チェンバー内に設置します。~ 静電吸着を実現するために、フォトダイオード表面に負の高電圧がかかるように設計されています。 **プリアンプ [#dbf8045b] Charge sensitive pre-amplifier(電荷敏感型前段増幅器:通称プリアンプ)。ダイオードから流れ込んだ電荷はC6(5-10pF)を蓄電する。階段状の信号を発生する。C6に蓄えられた電荷はR14(100mega-ohm)でゆっくり放電される。 CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,50%); *波高分析回路の基板~ [#lda2e207] 以下の回路を搭載する基板です。~ **シェイパーアンプ [#nda39f7a] CR-RC^2 shaper amp.プリアンプからの階段状の信号をC1R1で微分、C2R2で積分、C3R3で積分することでガウスに近い信号形に形作る。 **コンパレータ [#keac0ec2] 波高がthresholdの値(約100mV程度に設定する。←ノイズレベルによって調整)を超えると5Vの信号を発生する。 Arduinoへtrigger信号を作る。 **サンプル&ホールド [#o0d93c4c] 最終的にanalog to digital converterで電圧値(アナログ信号)をchannel(デジタル信号)に変換するが、 電圧値をArduinoが読み込む間、電圧を保持しておく必要がある。Arduinoから送信されるGate信号が来たタイミングで電圧値を保持する。 CENTER:&ref(./radon_v09.pdf,50%); //*デジタル基板(Arduino) [#z34b6c98] //市販されているArduinoとほぼ同じ機能を有する基板。Arduinoとして単体でも使用可能。~ //デジタル基板またはArduinoを使って、色々遊んでみよう!楽譜に強い人は作曲してみて!!~ //CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,45%); *高電圧電源の基板 [#h591b66c] 可変抵抗を調整することで、最大約-1200Vまで出力することができる。 今回は-500V程度のHVを出力する。感電しないように要注意!!! CENTER:&ref(./Radon_v09_HV.pdf,50%); *ハンダ付け作業時の注意 [#g48399b6] --[[ハンダ付けの仕方:http://www.noseseiki.com/kisokouza/index.html]] ; ハンダ付けを失敗すると動かないよ。 --コンデンサーの表記 ; 104というのは10x10**4 pFという意味。つまり、10**5 pFあるいは0.1マイクロファラッド --極性のある電子部品; 足の長い方がプラス(Anode) --ダイオード・LEDの向きに注意 --電解コンデンサの極性に注意 **回路基板作成後のチェック項目 [#c75b32b4] 各回路基板のハンダ付けが終わった後に、動作確認として以下の項目をチェックして下さい。~ フォトダイオードを取り付ける前にPD基板の動作確認をして下さい。 ***フォトダイオード基板の動作確認 [#vdffe0f3] +Function generatorでexponential型の信号を作り、PD出力端へ入力する~ +オシロスコープでCN1の2番ピンを確認する~ ***シェイパー基板の動作確認 [#vf8350b6] +Function generatorでパルス波またはexponential型の信号を作り、TP0へ入力する~ +TP1の出力をオシロスコープで確認する~ +微分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~ +TP2の出力をオシロスコープで確認する~ +積分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~ +TP3の出力をオシロスコープで確認する(ピンが無いのでTAに聞いて!)~ +可変抵抗を回して、波高が変わるかを確認する~ +トリガー信号の出力が約5Vのパルス信号になっていることを確認する~ +入力信号の波高を変化させて、トリガー回路のthresholdを確認、(1Vくらいに)調整する~ //***デジタル基板(Arduino)の動作確認 [#n346d6fc] //+PCにUSBケーブルで接続し、PCがハードウェアの認識をするか確認する~ //+Arduino IDEで書いたプログラムをuploadしてみる(プログラムは何でもよい)~ ***HV基板の動作確認 [#y5689673] +危ないのでTAに聞いて下さい~ ***その他に確認する事 [#qa4973a9] +可変抵抗を変化させて、回路の最大(最小)増幅率を調べる。~ +入力信号の波高とProcessingで保存されるADCの値の関係を調べる。~ ***全ての基板を作り終えた後に確認する事 [#za8df886] Am線源を用いて確認してみよう! +無事に確認できたらArduino、Processingを用いた測定プログラムを作成する~ +Arduinoから出力されるGate信号をオシロスコープで確認する~ +ADC信号(信号電圧保持回路の出力)を確認する~ +Processingを用いて実際に測定を行い、出力される値が妥当であるかを確認する~
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