Medición de osciloscopio de PMT en modo de conteo de fotones

Tengo una configuración como se muestra a continuación: fuente de CC de 15 V conectada a una fuente de alto voltaje (HV) de 1500 V conectada al tubo fotomultiplicador Hamamatsu, R1-R3 son resistencias integradas en el zócalo de PMT (en realidad hay 10 de ellos y algunos condensadores ... .). R4 es la resistencia de carga para convertir la corriente PMT en voltaje. Estoy midiendo voltaje con un osciloscopio. El osciloscopio se alimenta de un transformador de aislamiento. El voltaje de CC de entrada también se alimenta de la fuente de alimentación con un transformador, por lo que las tierras deben estar aisladas.

Mi problema se muestra a continuación en las imágenes: si conecto sondas de osciloscopio en una polaridad, obtengo el resultado esperado (pulsos excitados por fotones), imagen 1. Pero si cambio la polaridad, obtengo ondas extrañas en 13 kHz, imagen 2. Creo que es la ondulación de la fuente de alimentación HV. Pero no entiendo por qué lo estoy midiendo. Si cambio la polaridad de la sonda, esperaría solo el cambio de polaridad de la señal medida (picos hacia arriba, no hacia abajo).

Esto me desconcierta más: es lo mismo cuando uso baterías como 15V DC en lugar de fuente de alimentación regulada.

¿Por qué obtengo estos resultados? Quiero contar pulsos, pero parece que cuando trato de hacerlo con ADC y Arduino alimentado desde USB, solo estoy contando las ondas o algún ruido similar, no los picos. ¿Es un problema con algunos bucles de tierra? ¿Cómo puedo evitar esto? Usando un amplificador instrumental con R4 en bucle de retroalimentación negativa pero con un resultado similar.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

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¿Qué sucede cuando coloca el transformador de aislamiento en el lado de la fuente de alimentación?
Buena pregunta, olvidé mencionarlo: cuando uso baterías en lugar de fuente de alimentación de 15V CC, es lo mismo. Eso es lo que más me desconcierta.

Respuestas (2)

No estoy seguro de cuál es su ondulación de 13 kHz, pero parece más una ondulación de la fuente de alimentación que un bucle de tierra. Si su suministro de HV es un suministro positivo, entonces la 'tierra' de PMT será ondulada. El cable de tierra flotante en su alcance presumiblemente tiene mucha capacitancia parásita, ya que va al chasis y a todo el interior. Cuando el cable de tierra está conectado a tierra PMT, no hay mucha capacitancia en el ánodo, pero cuando el cable de tierra está en el ánodo, hay una gran cantidad de capacitancia para cargar y descargar con la ondulación. Esa es mi especulación.

En general, lo que desea cuando se trata de pulsos es un "discriminador de pulsos", que le permite establecer condiciones sobre la altura, la longitud, etc. de los pulsos que le interesan. Dado que está contando pulsos, probablemente no No necesita nada elegante, un simple comparador servirá, pero deberá tener suficiente rango de entrada negativo. Puede construir uno simple usando un amplificador operacional, pero puede obtener otros que sean más rápidos y con salida de nivel lógico. Alternativamente, podría usar una topología de amplificador inversor para cambiar la señal, pero aún necesitará un rango de entrada negativo y un ancho de banda suficientemente alto para pasar formas de onda de pulso.

Editar: una cosa más, ¿no es el voltaje máximo en el R1166 1250V?

Gracias por comentar. Al voltaje R1166: sí, encontré en las especificaciones que es 1250V. Pero tengo dos de ellos desmontados de algún dispositivo médico ya conectado a una fuente de 1500V DC. No tengo experiencia con PMT. ¿Es un gran problema?
Probablemente no sea gran cosa. El rendimiento será diferente al de las especificaciones, pero probablemente eso no te importe.
¿ Por qué If your HV supply is a positive supply, then the PMT 'ground' is going to be ripple-y? ¿Hay alguna ventaja en el HVPS negativo?
@Pana, generalmente HV está hecho por un transformador flyback o un multiplicador de capacitor, o tal vez ambos. Entonces habrá una ondulación en el extremo 'caliente'. Dado que los electrones quieren volverse más positivos, si usa un suministro de + HV con un PMT, se conectaría con la tierra del suministro al primer dínodo y el + HV a la "tierra" del PMT. Por lo tanto, usar un suministro ondulado como lo que equivale al voltaje de referencia a tierra no es ideal.

Bueno, no puede ejecutar 15 V CC a través de un transformador y obtener 1500 V en la salida. Supongo que hay un oscilador en su suministro HV y una sección HV cockroft-walton. Esa podría ser la fuente de su señal de 12 kHz. Sin ver su configuración, todavía debe haber alguna conexión a tierra/común entre el 'alcance y el PMT.

Por cierto, reduciría R4 a 50 o 100 ohmios ... entonces sus pulsos de ~ 50 us se convertirán en pulsos de ~ 50 ns y tendrá una tasa de conteo máxima mucho más alta.

Claro que no solo hay un transformador en la fuente HV, simplemente no pude encontrar mejores esquemas :-) Los valores de las resistencias están dados por E974-13. Todavía no he experimentado con valores de resistencias. Tengo un juego de PMT (Hamamatsu R1166-05) y enchufe. Gracias por el punto.
Incluso si hay algún punto en común (pero no debería, 15 V CC provienen de la fuente de alimentación alimentada por transformador y el osciloscopio también recibe alimentación del transformador de aislamiento), ¿cómo puedo medir con una polaridad diferente?
Tienes la oportunidad de llamar (y conectar) un punto de tierra. Conectar mi 'sc
Un comentario sobre R4: su propósito generalmente es evitar que el ánodo se cargue a un alto voltaje posiblemente dañino para los humanos y la electrónica detrás (aunque más para la electrónica, la capacidad es baja). Es una buena idea poner 50 ohmios en la línea de salida, usar un cable de 50 ohmios y también poner el osciloscopio en el modo de 50 ohmios. De esta manera, la carga es de 100 ohmios y mides solo la mitad del voltaje de salida, pero es un primer paso para igualar las impedancias. Una vez trabajé con PMTs y pulsos de 1ns. Esto ayudó mucho a mejorar la señal.
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