erstellt  12.12.2014
Geigerzähler
In einer sogenannten Geiger Röhre, was nichts anderes ist wie ein geschlossener Zylinder (meist aus Glas) gefüllt mit Edelgas
mit einer Anode und einer Kathode, wird ein Spannungsüberschlag gemessen der statt findet wenn eine Strahlung auf diese Röhre einwirkt.

Dazu wird die Röhre mit einer hohen Gleichspannung beaufschlagt die gerade noch kurz vor dem Punkt ist , an dem auf natürlichen Wege sprich ohne Strahlung noch ein Spannungsüberschlag statt finden würde.
Die Qualität der Röhre , also die Länge , Gasfüllung , Material usw. entscheidet darüber welche Strahlung
( Alfa , Beta oder Gamma Strahlung ) damit messbar ist.

Die Anzahl der Spannungsüberschläge pro Zeiteinheit ist damit ein Maß für die Höhe der Strahlung und wird in Sievert oder Millisievert angegeben.

Ein Geigerzähler benötigt zum betreiben der Geiger Röhre eine Gleichspannung von ca. 300 bis 600 Volt DC je nach Type.
Meiner erster Versuch bezieht sich zunächst auf die Gleichspannungserzeugung.
Ich benötige also aus einer 9 Volt Blockbatterie oder besser noch aus 4 Mignon Zellen eine ca. 100 mal höhere Spannung.

Da anschließend die Messung mit einem Mikrocontroller ausgewertet werden soll, der wiederum mit einer Betriebsspannung von 5 Volt
arbeitet , werde ich auch die Hochspannung  mit 5 Volt erzeugen.

Funktion
Mit dem Timer NE555 wird eine kleine Spule mit einer Frequenz von etwa 7 KHz angesteuert wobei die High und Low-Zeit Variable
eingestellt werden kann. (Pulsweitenmodulation)

Im Bild 1 sieht man das obere Signal (CH1)welches mit dem Timer erzeugt wird und an Pin 3 des Timer IC am Ausgang anliegt.
Mit diesem Ausgangssignal wird ein Mosfet angesteuert der wiederum die Spule ansteuert.

Man erkennt an den Signalen im Bild 1 das obere Signal (gelb) und im Vergleich dazu das untere Signal (blau) was direkt an der
Spule entnommen ist.

Immer wenn das obere Signal von High auf Low geht ensteht eine Induktionspannung, zu erkennen an den Spitzen des unteren Signal.
Wenn wir uns die Höhe des Signal betrachten sehen wird das dass obere Signal maximal 5 Volt hat , während die Spannungsspitzen im unteren Signal bis hinauf auf ca. 125 Volt steigen.

Bild 1

Diese erzeugten Spannungsspitzen sind aber noch zu gering, außerdem benötige ich eine Gleichspannung die nicht nur aus einzelnen Impulsen besteht.
Dazu schließen wir anschließend noch eine sogenannte Greinacher Kaskadenschaltung an, benannt nach seinen Erfinder .
Im Bild 2 erkennen wir eine Kaskadenschaltung die aus vier separate Stufen besteht.
Wir betrachten aber erst einmal nur die erste Stufe die aus 2 Dioden und zwei Kondensatoren besteht.
Im Diagramm (Bild 2) sehen wir das obere Rechtecksignal so wie es aus dem Timerbaustein Pin 3 heraus kommt.
In der unteren Zeile des Diagramms sehen wird die Zeichen " CH1 5.00V " was besagt das jedes Kästen in der Senkrechten eine Spannung von 5 Volt darstellt allerdings nur für das Signal (gelb) in der oberen Hälfte des Diagramm.
In der unteren Hälfte des Diagramms wird das Signal dargestellt was direkt am Messpunkt A der Schaltung abgenommen wird. Wir sehen das dort für jedes senkrechte Kästchen "CH2 100V" 100 Volt dargestellt werden.
Aus dem rechteckigen Eingangssignal von 5 Volt sind Spannungsspitzen von ca. 124 Volt geworden.

Bild 2



Während wir am Messpunkt B eine reine Gleichspannung von ca. 116 Volt haben ( Bild 3)
Bild3

Hängen wir also noch eine Stufe ( Bild 4 ) dahinter bestehend aus 2 Kondensatoren und zwei Dioden erkennen wir am Messpunkt C wieder Spannungsspitzen die nun aber bis auf ca. 240 Volt hochgehen.



Bild 4

Und an Messpunkt D ( Bild 5) wieder eine Gleichspannung von jetzt 236 Volt
Bild 5

Hängen wir jetzt noch eine Stufe dran (Bild 6), kommen wir an Messpunkt E auf eine Impulsspitze von 356 Volt.
Bild 6

Und an Messpunkt F ( Bild 7 )auf eine Gleichspannung von 352 Volt.
Bild 7

Messpunkt G erspar ich mir hier und geh gleich zu Messpunkt H ( Bild 8) über. dort haben wir dann eine Gleichspannung von 468 Volt .
Bild 8

Wir haben hier also aus nur 5 Volt eine Spannung von 468 Volt erzeugt, oder besser gesagt umgewandelt.So eine Spannungsvervielfachung hat allerdings auch ihren Nachteil, und zwar verändert sich mit jeder Kondensator-Dioden Kombination der Innenwiderstand der Schaltung, und gestattet einen immer geringer werdenden Strom. Außerdem erhöht sich die Restwelligkeit mit zunehmender Belastung enorm.
Diese Prinzip kann man also nur verwenden wenn man eine sehr geringen Strom benötigt.
Es werden ja nur kurze Impulsspitzen erzeugt, dann eine relativ lange Zeit nichts, , dann wieder eine kurze Spannungsspitze,
es müssen also die Zeiträume dazwischen aufgefüllt werden , welches die Kondensatoren übernehmen.Wenn ich aber mehr Leistung entnehme als die Spannungsspitzen aufüllen können, verringert sie die Ausgangsspannung je nach aufbau sehr drastisch.
Zu den Kondensatoren:
Da die Kondensatoren immer nur eine Teilspannung aufnehmen, teilt sich die Gesamtspannung auf die einzelnen Stufen auf.
Also 468 Volt durch 4 Stufen macht in etwa 116 Volt pro Kondensator.
Das gleiche gilt für die Dioden, die sollten auch eine Spannung von 116 Volt vertragen, außerdem sollten die Kondensatoren wie auch die Dioden Impulsfest sein

Nun kann die Geiger-Röhre angeschlossen werden
Der Widerstand von 1 Megaohm begrenzt den Strom durch die Röhre , der sonst beim Überschlag sehr hohe Werte annehmen kann, und die Zenerdiode von 5, 6 Volt begrenzt die Spannung , damit keine zu hohe Spannung am Eingang des Atmega ansteht , weil damit ja die Anzahl der Impulse gemessen werden .

Jetzt muss der Impuls noch gemessen werden so das wir sehen können wie viele Impulse pro Zeiteinheit erscheinen.
Dazu schließen wir hinter der Röhre einen Widerstand mit Zenerdiode an , was die auftretende Ausgangsspannung auf ca. 5,6 Volt begrenzt.
Eigentlich verträgt der Mikroprozessor nur 5 Volt am Eingang, das Risiko ging ich ein und stellt fest das es auch mit 5,6 Volt noch funktionierte ohne den
Mikroprozessor zu zerstören.


Bei 9 Volt Betriebsspannung liegt der Stromverbrauch bei etwa 35 mA
Geigerzähler von ms
Funktion
Mit dem Timerbaustein Ne555 wird ein Takt erzeugt der mittels einer Spule eine hohe Spannung erzeugt, diese wird dann mit einer Kaskadenschaltung
noch um einiges Vervielfacht , so das eine genügend hohe Spannung zu Verfügung steht um die Geiger Röhre zu versorgen.
Die Impulse der Geiger-Röhre werden dann auf den Interrupt Eingang eines Mikroprozessor gelegt, so das der Prozessor die Anzahl der Impulse
zählen und anzeigen kann.
Die maximale Anzahl der empfangenen Impulse pro Minute werden dauerhaft abgespeichert und können jederzeit durch einen Tastendruck auf Taster S1
abgerufen werden.
Wenn beim Einschalten der Versorgungsspannung der Taster festgehalten wird bis auf dem Display die ersten Zeichen erscheinen wird dieser Speicher gelöscht
Die Led's haben folgende Bedeutung:
Rote Led zeigt den Allgemeinen Betrieb an
Grüne Led zeigt einen Impuls an



Zum Programm

'--------------------- Allgemeine Prozessor Konfiguration ----------------------
$regfile "m8def.dat"          'Definiert den Atmega als Atmega8
$crystal = 1000000            'Gibt die Quarzfrequenz an in Herz
$hwstack = 32                 'Default use 32 Hardware reservierte Speicher
$swstack = 10                 'Default Software resvierung Speicher
'---------------------------- Variable setzen ---------------------------------
Dim Ticks As Word
Dim Sekunde As Byte           ' für minutentakt
Dim Minute As Word
Dim Ticks_pro_minute As Byte
Dim Eeprom_speicher As Eram Byte       ' Hier wird der höchstwert der impulse pro Minute gespeichert
Dim Eeprom_zwischenspeicher As Byte

Dim Local_speicher As Byte
Dim Test As Byte

'------------------------------ Setzen von Ein / Ausgänge-----------------------
Ddrd.= 1                    ' Led Grün
Ddrd.= 1                    ' D6 als Ausgang Led rot
Ddrb.= 1                    ' Led gelb
Ddrd.= 0
Ddrb.= 1
Ddrc.= 1                    ' Ausgabg für Hintergrundbeleuchtung
Portd.= 1                   ' Pull Up amkn d.3 setzen

'------------------------- Konfiguration fürs Display  -------------------------
Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb., Db5 = Portb., Db6 = Portb., Db7 = Portb., E = Portd., Rs = Portd.0
'---------------------------------- Interrupt setzen ---------------------------
Gicr = &B01000000             'Interrupt einschalten
Sreg.= 1                    ' interrupts global einschalten
Mcucr = &B00000011            ' interrupt reagiert von low auf high flanke
On Int0 Routine1              ' Bei ausgelösten Externen Interrupt wird in die ISR mit der Bezeichnung Routine 1 gesprungen.
'------------------------------ Config Timer 1 für Sekundentakt ---------------
On Timer1 Zeitbasis
Tccr1a = &B00000000
Tccr1b = &B00000011
Timsk = &B00000100
Sreg = &B10000000
Timer1 = 49910
'------------ Maximalwert der im Eeprom gespeichert ist  löschen--------------
If Pind.= 0 Then Eeprom_speicher = 0

'--------------------------- Einschaltmeldung  --------------------------------
Portc.= 1                   ' Hintergrundbeleuchtung an
Cls                           ' Display löschen
Locate 1 , 1
Lcd "Geigerzaehler"
Locate 2 , 1
Lcd "V2_D"
Wait 2
Cls
Lcd "13.11.2016"
Wait 2
Portc.= 0                   ' Hintergrundbeleuchtung aus

'----------------------------- Voreinstellung ----------------------------------
Ticks = 0
Minute = 1
Ticks_pro_minute = 0
Portc.= 1                   ' Hintergrundbeleuchtung an

Eeprom_zwischenspeicher = Eeprom_speicher       ' kopiere Daten aus eeperom in localspeicher
If Eeprom_zwischenspeicher = 255 Then Eeprom_zwischenspeicher = 0
'----------------------------- Hauptprogramm -----------------------------------
Do
If Pind.= 0 Then Gosub Speicher_lesen
Portd.= 1                   ' led rot
Waitms 20
Portd.= 0                   ' led rot aus
Waitms 120

Ticks_pro_minute = Ticks / Minute
If Ticks_pro_minute = 255 Then Ticks_pro_minute = 0
If Ticks_pro_minute > Eeprom_zwischenspeicher Then Gosub Speichern
Gosub Display
Loop

'--------------------------Routine wenn Tick kommt-----------------------------
Routine1:
Portb.= 1             
Waitms 100                  
Portb.= 0                
Gosub Ton
Ticks = Ticks + 1
Return

'----------------------------- Ton Ausgabe--------------------------------------
Ton:
  Sound Portb., 1 , 999996
Return
'----------------------------- Sekunden Basis---------------------------------
Zeitbasis:
Timer1 = 49910
Incr Sekunde                  ' zählt die sekunden hoch
If Sekunde > 59 Then Incr Minute
If Sekunde > 59 Then Sekunde = 0
Return
'------------------------- Textausgabe ---------------------------------------
Display:
Cls
Locate 1 , 1
Lcd Ticks
Locate 1 , 4
Lcd "T/in "
Locate 1 , 10
Lcd Minute
Locate 1 , 13
Lcd "Min."
Locate 2 , 1
Lcd Ticks_pro_minute ; "  T/min."
Return
'------------------------- Speicher Auslesen-----------------------------------
Speicher_lesen:
Portd.= 1              
Waitms 100
Portd.= 0                

Cls
Locate 1 , 1
Lcd "Max. " ; Eeprom_zwischenspeicher ; " T/min."
Wait 3

Return

'---------------------------- im EEprom speichern ------------------------------
Speichern:
Portd.= 1              
Eeprom_zwischenspeicher = Ticks_pro_minute
Eeprom_speicher = Eeprom_zwischenspeicher
Waitms 200
Portd.= 0
Return
'------------------------------------------------------------------------------

Leider , oder zum Glück steht mir kein Radioaktives Material zu Verfügung, so kann ich im Moment nur die überall vorhandene Natürliche Strahlung messen.
Dazu gebe ich die Strahlung einmal in einer Tabelle ein um sie über einen längeren Zeitraum vergleichen zu können.
Es versteht sich das die Messung immer am gleichen Ort zu ungefähr der gleichen Tageszeit gemacht wird.
Datum
Uhrzeit
Durchschnitt/Takte
Maximalwert
14.05.2017
18:00
7
8
26.08.2017
20:00
7
10







Aktualisiert 26.08.2017
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