Zakończono etap projektowania Platformy CNC

Z radością informujemy o pomyślnie pomyślnie zakończonej fazie projektowania Uniwersalnej Platformy Prototypującej. Przez ostatnie miesiące ciężkiej pracy udało się zaprojektować część mechaniczną oraz wykonać ramę i sterownik silników platformy. Obecnie trwają prace nad oprogramowaniem.

Poniżej publikujemy model 3D platformy oraz jej aktualny wygląd

Moduł przetwornika ADC Oscyloskopu

Praca przy budowie Oscyloskopu idzie pełną parą. Na chwilę obecną gotowy jest projekt modułu karty akwizycji danych, który składa się z platformy z przetwornikiem ADC i płytki z torem analogowym. W najbliższym czasie planujemy rozpocząć intensywne pisanie oprogramowania do tego projektu.

Tymczasem publikujemy model 3D płytki wykonany za pomocą pakietu Altium Designer.

XVIII Festiwal Nauki w Jabłonnie

20 i 21 września członkowie Koła Naukowego Mikrosystemów ONYKS brali udział w XVIII Festiwalu Nauki w PAN Domu Zjazdów i Konferencji w Jabłonnie. Festiwal odbywał się na terenie Pałacu w Jabłonnej przy ulicy Modlińskiej 105.

Podobnie jak w poprzednich latach, nasze Koło prowadziło warsztaty pod tytułem „Szkółka Lutowania”. Uczestnicy mieli możliwość polutowania, specjalnie dla nich przygotowanych, różnych zestawów:

  • Gry refleks,
  • Grającego ołówka,
  • Lampki rowerowej,
  • Syreny dwutonowej,
  • Migacza.

Do zobaczenia za rok!

Spektrometr Promieniowania Gamma

Członkowie Koła Naukowego Onyks realizują wiele ciekawych projektów. Przedstawiamy jeden z nich, zrealizowany przez Dariusza.

Spektrometr Promieniowania Gamma

Autor: Dariusz Szarejko

Streszczenie:

Celem projektu jest stworzenie spektrometru promieniowania gamma, którego konstrukcja będzie oparta na szeroko dostępnych elementach elektronicznych. W pierwszej fazie została uruchomiona najważniejsza część, którą stanowi elektronika ”front-end”. Została ona opisana w niniejszym artykule.

1. Detekcja fotonów gamma za pomocą fotodiody typu PIN

Elementem, który umożliwia wykrywanie promieniowania jest fotodioda PIN. Fotodiody te charakteryzują się dużym rozsunięciem warstw n oraz p co przekłada się na małą pojemność złącza(duży sygnał wyjściowy) oraz duży obszar absorpcji promieniowania(obszar I - intristic). Więcej na temat fotodiod PIN znajdziesz w: [1], [3].

Przejście fotonu przez obszar I fotodiody powoduje uwolnienie do pasma przewodnictwa elektronów znajdujących się w paśmie walencyjnym. Ilość uwolnionych elektronów jest proporcjonalna do energii fotonu pochłoniętego przez strukturę fotodiody. Zakładając stuprocentową skuteczność pochłaniania, liczba uwolnionych elektronów wyraża się w przybliżeniu następującym wzorem: N = Epad/∆E, gdzie:

Epad- energia padającego promieniowania,

∆E - przerwa energetyczna(dla krzemu ∆E = 1.8 eV ).

Rozpatrując widmo Ameryku 241 dla którego Epad ≈ 60 keV , N będzie wynosiło 33.3 · 10^3 elektronów. Przyjmując pojemność wewnętrzną fotodiody na poziomie 10 pF uzyskany ładunek spowoduje powstanie na niej napięcia około 0.5 µV .

Fotodiodę można interpretować jako kondensator, na którego okładkach gromadzi się ładunek proporcjonalny do energii pochłoniętego fotonu. Aby otrzymać sygnał rosnący liniowo z ładunkiem należy wykorzystać precyzyjny wzmacniacz operacyjny, w układzie wzmacniacza ładunkowego. Następnym krokiem jest zwiększenie poziomu sygnału i jego filtracja. Amplituda impulsu na wyjściu powinna być proporcjonalna do energii fotonu. Więcej na temat działania detektorów półprzewodnikowych można dowiedzieć się z: [4], [3], [2].

2. Budowa układu

W początkowej fazie projektu sprawdzono, czy wykonanie układu w oparciu o szeroko dostępne elementy jest możliwe. Najbardziej kluczowym i kłopotliwym elementem układu jest przedwzmacniacz ładunkowy. Został on wykonany jako pierwszy.

Ze względu na wysoko-impedancyjne wyjście czujnika, zastosowany wzmacniacz operacyjny musi charakteryzować się bardzo małym prądem polaryzacji I 1 pA oraz małymi szumami( 5 nV/√Hz). Dodatkowo pasmo przenoszenia powinno wynosić co najmniej 10 MHz. Wszystkie wymienione wymagania spełnia kład LTC6241HS, który jest dedykowany do zastosowania we wzmacniaczach fotodiody oraz wzmacniaczach ładunkowych.

Użycie fotodiody BPW34 jako czujnika, było podyktowane jej dużą powierzchnią aktywną. Ponieważ pojemność złącza rośnie proporcjonalnie do jego powierzchni, do fotodiody doprowadzone jest dodatkowe wsteczne napięcie polaryzujące(9 V ). Powoduje ono zmniejszenie warstwy zaporowej złącza oraz jego pojemności.

Rysunek 1: Schemat układu

Rysunek 2: Zależność C(UR ) z noty katalogowej BPW34

3. Uruchomienie układu

Pojemności wejściowe(fotodiody, wejściowa wzmacniacza), wzmacniacz operacyjny oraz pętla sprzężenia zwrotnego stanowią układ oscylatora. Konsekwencją tego okazał się brak stabilności układu(wzbudzenie się wzmacniacza). Problem ten rozwiązano przez bardziej staranne zaprojektowanie PCB oraz dodanie kondensatora C34(rys 1) ograniczającego pasmo przenoszenia. Kondensator najlepiej jest dobrać eksperymentalnie. Należy uważać, aby układ się nie wzbudzał, ale również sygnał nie był zbyt mocno stłumiony. Wartość kondensatora można wyliczyć przy użyciu następującej formuły:

Układ, z powodu ogromnego wzmocnienia jest bardzo czuły na zakłócenia elektromagnetyczne, również światło widzialne. Konieczne więc jest osłonięcie go metalową obudową, która jest podłączona do masy układu.

4. Osiągnięta funkcjonalność

Rysunek 3: Oscylogram impulsu wyjściowego

Tak zaprojektowana elektronika, oscyloskop lub komparator jest w stanie wykryć przelatujący przez fotodiodę foton promieniowania gamma. Należy dodać, że mimo plastikowej obudowy fotodiody, układ również jest czuły na promieniowanie alfa. Brak modułu filtrującego uniemożliwia zastosowanie urządzenia jako spektrometru. Potwierdza to spektogram szkła uranowego, na którym pokazano histogram amplitud impulsów.

Rysunek 4: Szkło uranowe - spektogram - około 200 pomiarów

5. Dalsze prace

Autor planuje rozbudowę projektu poprzez dodanie precyzyjnie zaprojektowanej płytki elektronicznej, dodaniu filtrów i części z mikrokontrolerem.

Literatura

[1] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/PIN_diode, 2014. [Online; dostęp 14.08.2014].

[2] Kazimierz Korbel. Profilaktyka i terapia antyszumowa układów elektroniki ”front-end”. Skrypty Uczelniane AGH, Nr. 1523, Wydawnictwo AGH, Kraków(1997).

[3] Kazimierz Korbel. Układy elektroniki ”front-end”. AGH, Uczelniane Wydawnictwo NaukowoDydaktyczne, Kraków(2000).

[4] W.Hill P.Horwitz. Sztuka Elektroniki, chapter 15.07. Detektory cząstek. 2003.

Zwierciadło nieskończoności

W związku z coraz częstszym pojawianiem się naszego Koła na różnych imprezach mających na celu promocję działalności zarówno naszej, jak i Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych postanowiliśmy stworzyć jakiś gadżet mający na celu przykuwanie uwagi wśród odwiedzających.
A skoro ma zwracać uwagę, to niech świeci!
To nie jest nasze

Wybór padł na dość popularne "zwierciadło nieskończoności". Ale nie bylibyśmy sobą budując po prostu kolejny egzemplarz oklepanego już pomysłu. Postanowiliśmy nieco ten pomysł udziwnić.

Nasze zwierciadło jest zbudowane wewnątrz popularnego na całym świecie stolika LACK, dostępnego w sklepach IKEA na całym świecie. Dodatkowo, podzieliliśmy diody na 12 sekcji, a każda z tych sekcji ma 3 składowe kolory RGB.

Kolejnym atutem stolika jest jego wartość edukacyjna - wewnątrz zabudowaliśmy jedynie obwody zasilające i sterujące bezpośrednio diodami. Układ odpowiadający za sterowanie 36 sekcjami diod jest dołączany z zewnątrz. Dzięki zastosowaniu elektroniki pośredniczącej można podłączyć w roli sterownika niemal dowolne urządzenie od przycisków czy przekaźników, przez proste układy logiczne, mikrokontrolery, aż po układy FPGA czy komputery.
Daje to świetne możliwości wytłumaczenia mniej doświadczonym członkom koła wielu niuansów tworzenia mikrosystemów - ot, choćby dlaczego warto używać sprzętowych peryferiów do regulacji jasności zamiast używać pętli w programie głównym.

Zaprezentowane w tym artykule filmy z pierwszych prób sprawdzających efekt wizualny stolika. Modułem sterującym była płytka FRDM-KL25Z od Freescale, która jednak nie podołała w pełni zadaniu - regulacja jasności tylu kanałów musiała być opracowana programowo, co spowodowało, że efekt migotania był widoczny już przy 20 możliwych nastawach jasności i zużyciu ponad 90% czasu procesora na obsługę LED.

W tej chwili trwa opracowywanie oprogramowania na układ typu PSoC, będący odpowiednikiem procesora obudowanego kawałkiem układu FPGA. Dzięki temu możemy "zaszyć w sprzęcie" 18 dwukanałowych sterowników PWM o rozdzielczości 8 bitów na każdy kanał, dzięki czemu całkowicie odciążamy mikroprocesor przy zachowaniu dobrej jakości efektu wizualnego

Podkategorie