Der Myonendetektor: Kamio-Kanne

Funktionsweise Kanne (mit Wasser gefüllt) schirmt Photonen ab, Myonen (einfach geladen) jedoch nicht Myonen haben größere Geschwindigkeit als Lichtgeschwindigkeit im Wasser => Tscherenkov-Effekt

Funktionsweise Ein Myon erzeugt einen Lichtblitz im Wasser Dieser wird durch einen Photomultiplier verstärkt:

Funktionsweise Ein Myon erzeugt ca. 5mV - 30mV großen und etwa 30ns langen Puls im Multiplier Signal wird differentiell verstärkt (ca. 300mV) und über ein 5-poliges Kabel an die Messbox weitergeleitet

Die Messbox An der Messbox können zwei Detektoren parallel angeschlossen werden Wird ein Puls detektiert, kann dies eine Computersoftware über ein Parallelkabel auslesen Bei jeder Detektion blinkt eine grüne LED Über Drehpoti wird Empfindlichkeit der Messung eingestellt Koinzidenzmessungen sind möglich

Funktionsweise Enthält BNC-Stecker, an dem TTL-Signal ausgegeben wird. Wird ein Myon detektiert, fällt Pegel von 5V auf 0V ab. Separate Spannungsversorgung für die Analog- und Digitalschaltung

Probleme Schwankung der Versorgungsspannung ändert Empfindlichkeit der Messung LED blinkt nicht, wenn PC angeschlossen Hoher Versorgungsstrom, wenn PC angeschlossen Drehen der Potis und berühren des Gehäuses mit Schraubenzieher führt zu diversen Problemen Nachteil LPT => Umrüstung auf USB

Lösungen Mit LED-Leiste wurde definiertes Lichtsignal erzeugt Abgriff am BNC-Ausgang vom PMT Sättigungsbereich vom PMT erreicht

Lösungen Verlauf von Versorgungsspannung Analog- , Digital- und Verstärker PMT-Teil (ohne Last)‏

Lösungen Versorgungsspannung lief nicht im Arbeits-(Sättigungs- )bereich der Spannungsstabilisatoren

Lösungen Alle Leitungen der LPT-Verbindung wurden vermessen Stromschwankungen traten auf Herkunft konnte nicht geklärt werden Neues Ausleseverfahren für Computer vorteilhaft

Lösungen Verglich TTL-Signal mit unverstärktem Ausgang aus Kanne Qualität des Analogteils bestimmt

Lösungen Nachbau Originalteile nicht mehr verfügbar Test mit neuen Teilen (Samplingrate 270 auf 80 MHz)‏

Ein neuer Digitalteil Anforderungen TTL-Pulse sollen gezählt werden (300ns, 1Hz) Einfache Installation der Treiber Kostengünstige Schaltung Stromversorgung getrennt von Analogteil Betrieb an standard PC Designkonzept USB-Schnittstelle Modularer Aufbau mittels I2C Protokoll Kommerzieller Zaehlerchip mit I2C Protokoll out of the box Open source/open hardware I2C-USB adapter Die Kanne wird in verschiedensten

Ein neuer Digitalteil Phillips IC-Zählerbaustein PCF8583 1MHz TTL Zähler mit 6 Stellen Speicher I2C-Tiny-USB Adapter Open Projekt von Till Harbaum Verwendet ATtiny45 Microcontroller USB-Schnittstelle wird auf ATtiny durch Software verwirklicht Treiber fuer die Schnittstelle sind in Kernel source enthalten Schnittstelle wird als I2C adapter registriert und kann von standard I2C Applikationen verwendet werden

Ein neuer Digitalteil Bekannter und einfacher low level Bus Ein serieller Bus ermöglicht Modularität Erweiterung um weitere Kannen oder Logische verknüpfungen Rechnerfreies Messen Ansteuerung anderer Komponenten auf Schaltung (Displays, Relais,…) Ausleserate wird durch Hostsoftware bestimmt Zählerstand verbleibt im Hardwarespeicher Kostengünstige komponenten (Zähler 1,50€; ATtiny 1,85€).

Zusammenfassung Erkenntnis: Schwellenspannung ist bei höherer Versorgungsspannung unabhängig von dieser. Bestehender Analogteil arbeitet zuverlässig Nachbau des Analogteils konnte aus Zeitmangel leider nicht vollständig debugged werden Neuer Digitalteil mit USB: Einfache Anbindung an Linux Gute Erweiterbarkeit dank I²C Nur noch eine Stromversorgung erforderlich, denn der USB-Bus versorgt den Digitalteil LED-Funktionalität!

Ausblick Fertigstellung des Analogteils Ätzlayout der gesamten Schaltung erstellen Kunststoffgehäuse beugt Erdungsproblemen vor Programmierung einer komfortablen Steuerungs/Auswertungssoftware Automatische Kalibrierung der Schwellenwertspannung Verwendung weiterer Zählerbausteine für zweiten Kanal und Koinzidenzmessung Vom Rechner unabhängiger Betrieb für (stromsparende) Langzeitmessungen

I2C Protokoll Entwicklung vor 20Jahren durch Phillips Semiconductors Inc. Serieller Bus mit max 3,4 MBit/s Zwei Leitungen: Datenleitung und Taktleitung Master initiiert den Datentransfer Slaves werden beschrieben und ausgelesen Master erzeugt Startbedingung, spielt 7-Bit Adresse auf Datenleitung und setzt mit Bit 8 die Auszufuehrende Operation (schreiben(0) / lesen(1)) Wenn Bit 8 = 0: Slave schreibt das zweite gesendete Byte in sein Adressregister und die folgenden Bytes in das adressierte Register Wenn Bit 8 = 1: Slave funkt dem Master den Inhalt des aktiven Registers