Detector de radiação - reformulação do circuito

[Allison Klosowski]

Olá, estou desenvolvendo um projeto na faculdade onde utilizaria o circuito abaixo para detectar radiação gamma com o fotodiodo bpw34 através da placa de som do computador, porém este circuito fica com muito ruído e não amplifica muito bem. Gostaria de ajuda para reformular o circuito, talvez usando  circuito integrado, para que possa ter um ganho maior e menos ruído. Eu não entendo muito de eletrônica, e o foco do meu projeto não é desenvolver um detector de radiação em si, mas sim levar um detector de radiação portátil para sala de aula.

[.if]

Projeto curioso. você já pensou nos d+ circuitos alternativos? Que tipo de ruído? Qual o circuito realmente você fez? O layout (distribuição das peças) pode ser crítico. Fotos podem ajudar quem for te ajudar. Filtros podem ser necessários pra dar uma condicionadinha basica no sinal. Se você montou na aranha aí o bixo pega mesmo.

 

Se tiver conhecimento adicional, quiçá possa também trabalhar o sinal no software... algo como filtro digital

[Allison Klosowski]

Eu montei o circuito acima, e mais uns dois diferentes, porém todos na placa de fenolite perfurada. Você acha que pode melhorar se fizer um em PCB? porque não sei se entendi a ideia, mas acho que meio montado na aranha..kkk

[MOR_AL]

Em 1985 eu trabalhava com detectores de sinal provenientes de fibras óticas.

Esse circuito é um estágio de transimpedância. Converte o fraquíssimo sinal de corrente na entrada, em tensão que é a saída. Costuma ser um estágio pré-amplificador. Ele amplifica sinais muito pequenos de corrente e por isso tem que ser muito bem isolado contra interferências eletromagnéticas. 

Apanhei muito até descobrir que esse estágio tem que ficar dentro de uma pequeníssima caixa metálica hermética. 

Meu circuito ficava dentro de uma caixa feita com lâminas de cobre e o próprio conector, que continha o fotodiodo era metálico, conectado a essa caixa.

Como o sinal na saída ainda é pequeno, costuma-se incluir um estágio comparador. Esse estágio possui duas funções. Uma é amplificar o sinal a níveis maiores (ttl), a outra é a de fazer com que o ruído não sensibilize o comparador para que a saída fique inativa sem a presença de sinal.

MOR_AL

[.if]

10 horas atrás, Allison Klosowski disse:

mas acho que meio montado na aranha

Aranha é montagem sem placa alguma. O seu jeito tá semicerto. Publique fotos. E fale mais sobre tal ruído

[Allison Klosowski]

@MOR  você poderia me ajudar mostrando como ficaria esse estágio comparador na saída desse circuito. Muito obrigado pela dica, vou tentar isolar o circuito. Posso usar alumínio para isolar ou cobre é melhor?

 

 

adicionado 2 minutos depois

1 hora atrás, Isadora Ferraz disse:

Aranha é montagem sem placa alguma. O seu jeito tá semicerto. Publique fotos. E fale mais sobre tal ruído

 

O ruído eu percebi pelo excesso de contagens quando não existe fonte radioativa próxima, e através de um osciloscópio virtual no PC que analisa a entrada de áudio, fica doidão..não fica algo estável.

[.if]

Não vejo o sensor. É bom que o cabo que vai pra ele seja blindado. Também o que vai pro som. A fonte deve ser bem limpinha: um capacitor 100uF + 10nF entre vcc e gnd lhe cai bem. De preferência linear ou melhor ainda com pilhas ou bateria longe da rede. Como a freq tende a ser baixa e você só quer ouvir um tic, uma opção curiosa e isolada é: fonte com pilha/bateria e acoplador ótico no sinal. Talvez um simples 4n25 til111 ou do gênero. Talvez nem precise de um HCNR200 . Uma blindagem com papel alumínio pode ser um bom recurso no estilo "magáiver"

 

[Allison Klosowski]

@Isadora Ferraz o sensor sai dos cabos azul e verde (não são blindados, nem o do som). Vou ver se encontro um acoplador ótico aqui na minha cidade pra ver se ajuda.

[.if]

33 minutos atrás, Allison Klosowski disse:

encontro um acoplador ótico

Só pra constar, este foi insight pessoal do tico e teco (se bem que o tico tava de ressaca e o o teco tava com olho vermelho), portanto não convencional. Sugiro antes, seguir as outras d+ recomendações.

[MOR_AL]

7 horas atrás, Allison Klosowski disse:

@MOR  você poderia me ajudar mostrando como ficaria esse estágio comparador na saída desse circuito. Muito obrigado pela dica, vou tentar isolar o circuito. Posso usar alumínio para isolar ou cobre é melhor?

 

 

Bom.

 

1 - Uma caixa feita com cobre é melhor para soldar, mas pode ser uma caixa metálica, que também dá para soldar. Alumínio não é bom para soldar. Soldei as folhas de cobre, em forma de tampa lacrando os componentes, na própria face destinada ao plano terra.

 

2 - Meu sensor (fotodiodo) ficava na placa de circuito impresso. De um modo que o conector ia soldado no plano terra e na caixa.

 

3 - Outro detalhe. Como o ganho é alto, o circuito impresso tem que possuir técnicas de montagem para sinais bem fracos. Estude os detalhes no seguinte endereço.

 

https://www.embarcados.com.br/10-mandamentos-da-pcb/

 

Para mim não haveria inconveniente algum poder lhe mostrar, mas como sei que se não montar o estágio pré amplificador com as minhas especificações, tem boa chance de não funcionar, então de nada adianta o estágio seguinte. Portanto, quando seu primeiro estágio estiver como lhe sugeri, terei prazer em lhe mostrar o seguinte.

 

Estamos falando de poucos nano amperes no diodo. Qualquer coisa é ruído para este nível de sinal.

MOR_AL

[Allison Klosowski]

@Isadora Ferraz vou deixar sua ideia guardada, até para outros projetos.. obrigado!

 

@MOR Vou refazer o circuito da melhor maneira que conseguir (vai demorar alguns dias..kk) mas assim que conseguir entro em contato com você para continuar o outro estágio. Só uma dúvida, esse estágio pré amplificador é muito complicado? Tem como me enviar algum exemplo de como ficaria só pra eu ter uma ideia?

[MOR_AL]

14 horas atrás, Allison Klosowski disse:

.....

@MOR Vou refazer o circuito da melhor maneira que conseguir (vai demorar alguns dias..kk) mas assim que conseguir entro em contato com você para continuar o outro estágio.

Ok.

De preferência, faça o seguinte. Antes de montar ou mesmo fazer a PCI, mostre como ficaria o layout desse primeiro estágio. Seria útil poder acompanhar e, caso necessário, apresentar alguma sugestão.

 

Só uma dúvida, esse estágio pré amplificador é muito complicado? Tem como me enviar algum exemplo de como ficaria só pra eu ter uma ideia?

Ops! agora que observei que você quer enviar o sinal para o PC via placa de som. Então o estágio comparador não seria a única opção. Um simples estagio de ganho seria suficiente. 

Há dois modos de detectar o sinal.

1 - Simplesmente amplificando com um ganho fixo. Nesse caso você ouviria como uma música em que os níveis baixos seriam ouvidos baixos e os níveis altos seriam ouvidos altos. 

2 - Fazendo o sinal passar por um comparador de tensão. Nesse caso qualquer sinal provocaria um sinal alto como um pulso de amplitude constante. O som teria a mesma amplitude tanto para sinais fracos ou fortes. O detalhe é que ao se aproximar o instrumento da fonte, ele captaria maio quantidade de pulsos.

Pesquise qual das duas opções você deve seguir. 

 

Citação

1 - Obtenha a especificação do nível de entrada da placa de som. Valor RMS da tensão, ou qualquer outro valor de tensão e a impedância de entrada dessa placa de som.

2 - Se você tiver a oportunidade de medir o nível do sinal e do ruído na saída do estágio do circuito montado, vai ajudar para calcular o ganho do estágio seguinte, entre esse circuito e a placa de som.

 

 

Acho que há algo bem problemático com seu projeto.

Pesquisei pelo diodo BPW34 e ele detecta luz visível e infravermelha. No manual não há nada mencionando radiação gamma. E tem mais. Pelo que observei no manual, há uma grande janela sensível para receber a radiação.

Os níveis de corrente detectados começão em 1uA, o que é bem fácil de se detectar com um circuito.

 

 

MOR_AL

adicionado 16 minutos depois

Vejo que você precisa estudar mais um pouco.

Seguem alguns endereços que contém informações úteis para você.

http://blog.novaeletronica.com.br/sensor-de-raio-x-e-raio-gama/

http://www.noah.org/science/x-ray/detector/

https://www.google.com/search?newwindow=1&ei=i2qbXPjHNqeG5wLu9oe4AQ&q=Diodo+Detector+de+radiação+gamma&o que=Diodo+Detector+de+radiação+gamma&gs_l=psy-ab.3...1472231.1474519..1475120...0.0..0.260.1442.2-6......0....1..gws-wiz.......0i71.UYO0985RdNg

https://www.google.com/search?newwindow=1&ei=UHCbXNaJHcKq5wKiw5SwDA&q=pin+diode+gamma+detector&o que=Diode+gamma&gs_l=psy-ab.1.2.0i8i7i30j0i30j0i5i30l4j0i8i30l3.653034.658651..667699...0.0..0.143.562.0j4......0....1..gws-wiz.......0i71j0i7i30j0i7i5i30.uhOukIA0lHk

https://rhelectronics.net/store/gamma-photon-nuclear-radiation-detector-with-pin-diode

https://blog.adafruit.com/2016/05/19/homemade-pin-diode-geiger-counter-in-development/

 

MOR_AL

[.if]

14 horas atrás, Allison Klosowski disse:

deixar sua ideia guardada, até para outros projetos.. obrigado!

Eu é que agradeço amigo! Me poupa tempo pra te orientar melhor kk... (Moris.. se lascou kk)

Mas a saidêra...

18 minutos atrás, MOR disse:

No manual não há nada mencionando radiação gamma

O google menciona algo do gênero

(Ah... vi depois que você também googlou pra ele 16 minutos depois. Tá valendo!)

 

Um projeto que achei curioso:

http://www.dgkelectronics.com/a-radiation-detector-with-a-solid-state-pin-diode-sensor/

 

E também minha intuitiva blindagem...(sorry imagem grande)...

 

Moris... re-assuma! kk

 

Boa sorte!

[Allison Klosowski]

@MOR @Isadora Ferraz  Muito obrigado pelas dicas!!!

 

 

@MOR Vou buscar auxilio aqui e conversar com meu orientador pra ver o quão viável é continuar com esse projeto (a princípio quero muito continuar com ele). Posso entrar em contato direto com você assim que eu recomeçar o layout e tudo mais?

*Gostei muito da ideia do detector usando led e sulfeto de zinco, mais um pra testar aqui..rsrs

[MOR_AL]

2 horas atrás, Allison Klosowski disse:

@MOR @Isadora Ferraz  Muito obrigado pelas dicas!!!

 

 

@MOR Vou buscar auxilio aqui e conversar com meu orientador pra ver o quão viável é continuar com esse projeto (a princípio quero muito continuar com ele). Posso entrar em contato direto com você assim que eu recomeçar o layout e tudo mais?

É preferível via postagem mesmo, pois mais colegas poderão auxiliar. 

*Gostei muito da ideia do detector usando led e sulfeto de zinco, mais um pra testar aqui..rsrs

Observe que o sujeito NÃO TESTOU, apenas sugeriu. Num dos endereços há muitos circuitos. Certamente algum deles poderá servir.

Simulei o funcionamento do seu circuito.

Ele responde desde 10nA (10 nano amperes).

No meu diagrama substituí o foto detetor por uma fonte de corrente pulsante com 10nA. É o sinal em azul. Atenção aos eixos verticais.

A tensão no coletor de Q2 é o sinal em vermelho.

É um bom circuito. Não vi nada de errado com ele. 

Apenas tem que prestar atenção na montagem.

Tem um vídeo de uma mulher que montou um detector bem mais simples, mas com muito mais ruído, devido à falta de blindagem. Seu circuito é similar, mas possui algumas vantagens.

MOR_AL

[Allison Klosowski]

Ok, vou deixar o tópico em aberto, vou estudar o que você me passou, e assim que começar a desenvolver eu volto  a postar aqui.

 

Esse circuito que a  mulher desenvolver já foi feito aqui na minha faculdade, é bem legal só que ele detecta somente partículas alfa.

[MOR_AL]

Ops.

Esqueci de mostrar a simulação.

MOR_AL

adicionado 2 minutos depois

agora, Allison Klosowski disse:

......

Esse circuito que a  mulher desenvolver já foi feito aqui na minha faculdade, é bem legal só que ele detecta somente partículas alfa.

Pode ser, sim.

Radiação gama é onda eletromagnética com frequências além dos raios X.

MOR_AL

[PCPaulo_2019]

Bom dia!!!!Poderia me passar link para download desse simulador? Estou desenvolvendo um trabalho de Mestrado usando detetores para mamografos e gostaria de me aprofundar na temática/testes. Grato.Paulo([email protected])

adicionado 2 minutos depois

@mor_al 

[MOR_AL]

5 horas atrás, PCPaulo_2019 disse:

Bom dia!!!!Poderia me passar link para download desse simulador? Estou desenvolvendo um trabalho de Mestrado usando detetores para mamografos e gostaria de me aprofundar na temática/testes. Grato.Paulo([email protected])

adicionado 2 minutos depois

@mor_al 

 

O simulador é o Simetrix. Ele é grátis até um bom número de componentes.

https://www.simetrix.co.uk/downloads/

 

Tem o LTSpice. Ele é totalmente grátis. Se eu fosse iniciar em simulação, migraria para o LTSpice. Ele possui muitos componentes em sua biblioteca, que o Simetrix não tem. Teria que acrescentar, mas em minha opinião, o Simetrix tem gráficos mais imediatos e completos.

O LTSpice possui muitos vídeos tutoriais no YouTube. O Simetrix possui bem menos.

 

https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

 

MOR_AL

[PCPaulo_2019]

Grato @MOR_AL. Não encontrei o BPW na biblioteca. Como faço?