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ネオン式アレスタ [科学・物理]

注文した分ががまだ入ってこないので、蛍光灯用グロー点灯管を代用に

ストロボ回路から取りだした4.7MΩを2個直列にして点灯管に繋いでみました。

sP1010208.jpg

アルゴンと思われる青紫の放電光です)

点灯管の放電電圧は175v(直流小電流領域) その時の直流高圧は384vでした。

細かく電圧を調整するにはいくつかを計って、組み合わせる必要があります。

点灯管に電流が流れると発振を停止させ、(この時も放電は続いているので少しずつ下がる)

下がりすぎると放電は停止する。

無駄な電流消費を避けるには直列抵抗を高くして、かろうじて検出できる回路を要する。

あるいは停止時間を経験的にタイマーで固定化してしまうとよいかも知れない。

追記*****ついにネオンアレスタと半導体式アレスタを入手取り付けて試しました。

半導体式は洩れ電流がデータシートにハッキリ書いていなくて実質1uAも有って使えませんでした。

ネオン管式は1本98Vで4本直列にしますとほとんど400vになります。

この状態でテスターを繋ぎますと流れる電流で実際より低く表示してネオン管も消灯します。

P1010217.JPG

整数個で丁度くらいの電圧になってよかった。

ネオン管アレスタの取扱は yahooオークションの

岡谷電機 RODAN ネオンランプ(ネオン球) 6Φ [20本組]

でお願いしました。


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本家の万歩計に接続してみました。 [科学・物理]

メーカーでお聞きするとチャタリング防止回路が入っていて、早い計数は出来ないそうです。

カウント入力があるレート以上であると時間計も動作するようになっています。

カウントに関係ないスタートからの時間が表示されますと、

時間単位のカウント数が判り放射線強度の評価がし易くなります。

sP1010196.jpg

実際の比較表示にも少し差が付いてしまいました。

歩行(本来の目的)時間表示も12分に成っていますが 、実際には6時間くらい掛かっています。

(この使い方は無理なので、時計との並列表示の方が良いようです)

 

定電圧放電から、高電圧検出をするためのネオン球がみつかりました。

エレバムさんの場合は100円で500個買わないといけないので迷っていたのですが、

普通級の表示用ネオン球が見つかったので、まずそれでテストをしてみます。

ネオン球などの放電利用は明暗状態で放電電圧が違うので内部に放射線発生体(ガス)を入れたものが多いのですが、

どちらであるのか調べて明暗と放射線シールドや取り付け位置を工夫してみます。

最近の蛍光灯点灯管は放射線源から蓄光体に変更されていたり、小穴が空いていたりします。

追記*************************

3日間連続で通電をしていましたら今日は1.9Vまで電池電圧が下がっていました。

直流高圧は147vまで落ちていました。

1週間の連続使用には高電圧発生の間欠制御が必要なようです。

ネオン式アレスタやディスク式アレスタと高抵抗で電圧を環視し越えたらインバータを止めることで達成できそうです。


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約11時間後の表示です [科学・物理]

最新の回路で約11時間積算しました。

電池の電圧は約2.6vです 。(元から少し減っていたので測定開始からはあんまし減ってないと思います)

sP1010190.jpg

約0.9CPM位のカウントでしょうか?

追記**********

歩数計の改造はパルス入力を0.1uFから100pFに

内部クロックは824(820k) から473に20倍早めています。

(3パルス/秒から20倍の60パルスでは十分ではないかと・・)


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進歩というか退歩というか [科学・物理]

CCFL用のインバータは規定電圧では電流が多いですが、

1.5vや3vくらいに下げてやると10mAくらいの電源電流で動作するようです。

この時の電圧は100vから300v位なので適当な制御手段を考えてやると

単3ー2本で 1週間くらいの運用が可能なようです。

実際にはPICなどを積んで表示や電圧をコントロールする方向に進むことにします。

sP1010175.jpg

上の基板は裏でゴニョゴニョやっていますが、下の基板には定電圧回路も組み込むつもりです。

追記******************

電池電圧が2.7vに下がった状態でCCFLの出力は直列キャパシタが付いているため

倍電圧整流にしてみますとテスターを繋いだ状態で640vになっていました。

この状態では少しずつカウントUP手行きますが、直列抵抗が大きいので

クエンチングしないと言うことはありません。

インバータの端子にSIDを直列にして0.7vほど下げても、まだ540vもあります。

やはりアレスタを入手して既定値になったら停止させるという繰り返し回路が必要です。

 

ちなみに入手したスタッグマントルは近づけても変化がないので、はずれだったかも知れません。

またこれに使ったインバータは細管2本入りのインバータセット5v400mAという分で

もう無いようです。

他にもプラ管入りの背負ったようなインバータセットも使えそうです。(これも今はないみたいです)

追記************************

7分で一カウントした、この間はやはり感度が低いらしい。

何しろ検出領域の長さが6mmしかない。

追記***************15分で6カウントになったやはり出ているらしい。

CCFL電源は特殊な回路で直列インピーだすしを押さえるためにインダクタンスを通して定電硫化し

プッシュプルの一次共振回路(LCを持つ)を駆動し、

2次側にテスラーの様な感じにな自由共振回路を励振する。

この時の電圧は成り行き的になるので、どこかで検出して正御する必要があります。


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400v回路のために外国文献を調べました [科学・物理]

ストロボトランスとその回路は短時間に大電流を流すように工夫されていて、

ガイガーカウンターのような低消費電力には向いていませんでした。

http://www.techlib.com/science/geiger.html

ここには充電を間欠的にして消費電流を下げることが書いてあります。

ストロボトランスとオーディオ用トランス(橋本電機などにもある)とのことが少し載っていました。

ストロボ路タンスでも回路を工夫すれば低消費電流にすることは可能なようです。

また定電圧化のために高圧放電ネオン管が載っていましたが、日本では入手し難いようです。


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400vの回路を変更しました [科学・物理]

始めはストロボトランスと2SC5471に拘っていましたが、

電圧制御が難しく、SWレギュレータでストロボトランスを駆動する方式をやってみました。

百均のUSB5v電源のICでは中間点の電圧が5vのとき出力は25vにしか上がりません。

細工をしてあげるようにするとICがアッチッチになってしまいます(パワー段の耐圧が足りないようです)

別の充電器TL499Aを使った回路では630vまで上昇しました。

有名なモトローラ型 IR3M03A でも同じように動作するかまたやってみます。


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1.5v電池電源のGMカウンターの運用結果 [科学・物理]

GM管の動作考察
ガイガーミュラー管とは放電管で
内部はの希薄元素ガスが入っています。
放射線の値が同じとしますと電圧を徐々に上げて行きますと、
有る点から急に比例的に内部電流が増えて行き、有る程度で増え方が緩やかになり、さらに上げて行きますとまた増え始めます。

最初に急に増える領域は放射線による電離を捉えて
エネルギーに比例的な流れます。

有る程度穏やかな増え方に張った領域をプラトー電圧(領域)
と言い前から1/3位を正規電圧として使用します。
この領域では放射線のエネルギーによらず粒子1個に対して1つの放電をします。
1回の放電後は電圧が下がったりして放電が停止をするか、
放電生成物によって放電を抑制するかをします。(クエンチング)
10^4CPS以上の放射線は放電が抑制できないので数え落としが生じます。
また電源からの供給抑制抵抗によっても計数上限が規制されます。

さらに上げていき電流が増える状態では放射線が無くても電流が流れるので計測は出来ません。

*******************

1.5vのGMカウンターは結果的に失敗です。

まず、現在の工夫変更した回路では電圧制御が自動で出来ていません。

標準ではTRコレクタの回路駆動電流による磁気結合でTRベース電流を流し
バイアス点に有る抵抗とコンデンサで発振を持続していると思っていたんですが、
実際にはベース側の更に巻き上げた高圧コイルでベース源流を加算して、
ストロボ放電用コンデンサに充電しきるとベース電流が下がり、
別のループとして繋がるLEDと抵抗の回路に電流を流して、
弱い発振を持続するように工夫されています。
(実に巧妙に設計された回路です)
欠点は高圧巻き線の向きがベースに流し込むようにするため
マイナス高圧になってしまうことです。
(この時の制御電圧はー350V付近です)

トランスには一方向に電流を流して偏奇状態で使用していますが、フェライトコアのために特に問題はありません。
出力電圧を400vとするため倍電圧整流にしますと負荷がコンデンサとなって
高圧側コイルには双方向に流れるため、これによる偏奇はなくなり
TRコレクタ電流による偏奇のみになります。

これらでトランスの偏奇状態が軽減されることになりますが、
完全に偏奇が無くなることはありません。

この状態で、時間幅と波高値が違うパルス波形を倍圧整流にして直流にしますと700~600vくらいになってしまい、

その状態で出力電制御するためにはベースバイアス抵抗を高い目の可変抵抗にして調節しますと、出力電圧を下げて400vにすることが出来ます。

もう一つの方法は、コンデンサの高圧チャージをバランスさせるには、
GNDからベースに向かう電流をSDBやLEDなどで流しTRがoffの区間にトランスを逆方向に励磁して、トランスの偏磁を軽減します。

このときのダイオードの種類による純方向電圧が高い方が出力電圧は高くなります。
この時は、発振状態が大きい状態になりますと出力電圧が高く成りますが、
TRのベースに直列可変抵抗を繋ぎ電流を制御することで、
発振勢力を加減できます。(出力電圧を変化することができます)

そのほかの工夫
欠点であるマイナス電圧をプラス高圧に変更するためコイルの駆動方向などを逆向きに変更するために、トランスの接続を逆転したりして
何度か試してみましたが、上手く発振を持続したり、出力状態を変更したりすることが出来ませんでした。

試しているうちに************

トランス逆転回路が動作しました。

TRベースの対のところのコンデンサを0.1uFにTRのベースに逆パラダイオードをGNDに入れて、

トランス端子から20KVRを通してTRベースに接続。

発振かクリチカルなところがあり200vを越えた付近から急に上がり出します。

この時ベース電圧はマイナスに振り込むようです。

TRベースの逆電圧のところでトランスを上昇する電流はこのダイオードから通って高圧のコンデンサに

流れているようです。(直列共振のためらしいです)

出力をプラスにするため高圧ダイオードはGNDからこのコンデンサの上端に繋がります。

*************

変更点は0.1uFのコンデンサ、TRベースの逆パラダイオード、トランスからのドライブ電流を加減するためのVR

の3点でした。

倍電圧整流しないのに400vを越えます、やはり直列共振領域に少し入っているようです。

追記*******************

逆転トランスで3vの組み合わせも検討しました。

トランスのコイル極性方向、や組み合わせはさらに理想的になり、

比較的に安定に動作し、動作状態は共振領域には入っていないようです。

VRの位置で400vになるのが2カ所有り抵抗が高い方が42mA低い方が25mAの電流でした。

中間の抵抗値ではさらに電圧が高くなります、抵抗値が高い方はTRの損失が増えるので電流が増えると思われます。

WS000868.JPG

上図1.5vは3.0vに書き換え忘れています。

 


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400vの発生器が90%出来ました [科学・物理]

後の10%は煮て喰おうがが焼いて喰おうがご自由にして下さい。

画像と回路図を載せます。

放電管の画像は前の分を見て下さい。

sP1010113.jpg

WS000860.JPG

バイアス電圧点と検出電圧点は逆極性で比例的に変化します。

広範囲なシャントレギュレータにしたかったのでTL431を使い1MΩのVRで可変型にしましたました。

バイアス電圧がプラスでこれをマイナスに引くことで出力電圧が下がります。

(VRの位置変化で出力電圧が滑らかに変化するのを確認しました)

電圧制御抵抗値は大分高めですが 並列電流によって最高電圧を押さえられないようにしました。

赤LEDはこの回路が動作している確認用で光っていれば定電圧制御をしていることになります。

制御電源用の倍電圧整流コンデンサはベースかコレクタか調子の良い方に接続して下さい。

(1.5vの時は出力電圧を倍電圧整流回路にすると、バイアス回路が出力側GNDから切り離され、

バイアス制御が出来るようになっています、

検出制御のSBD倍圧整流のコンデンサは、ベースの方に繋いだ方ががマイナス電源がより大きくなります)

電源電圧は3vの時が26mA流れ、1.5vの時が20mA と少なくなりました。

トランスのドライブ電力が換わるので損失も変わるのでしょうか?

(あるいは560pFを変更するとまた違う結果になるかも知れません)

 

1.5vの方は何か不安定です。2倍圧整流で、

100kのバイアス点電圧が約ー6v なんですがーに大きくなると電圧が下がります。

100kを100k+500kVRにしますと結構滑らかに変化しますが、フィードバックされていない感じです。

 

 


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(決定版1)もうそろそろ本気で方式を決定しなければならない [科学・物理]

今まで検討した中でストロボトランス方式が一番安定で効率がよい。

電源電圧は1.5Vでも3vでも大差なく制御できるだろう。

おそらく3vを低消費で制御した方がロスが少なく長時間の使用に耐え、

2倍圧整流の電圧検出をTL431の様なシリズーレギュレータで制御し、そこそこの安定性絵終えられるであろう。

一応ここまでメッコを入れたので、この線である程度やってみるつもりです。

追記、 と言うことで簡単な方法から試しました。

数種のGM管に対応するため電圧は倍電圧整流で大まかに可変するとしまして、

(今回は400vインピーダンスが結構低いようでフルークのテスターで直接計れました)

出力電圧の変更はスイッチングトランジスタの駆動電流、駆動時間で変更します。

ストロボトランスはテスラー的要素を持ってはいるものの、ただのパルス時間制御とすることで

素直な領域だけを使うことが出来ました。

(テスラー領域にはいると電圧ホッピングが大きくて制御し切れません)

やってみてもう一種類の方法も思いついたのですがまだ練れていないので、次の宿題とします。

sP1010016.jpg

基本となる回路図でD巻き線をF巻き線(100kと470pのバイアス回路がある)に

帰還してTRをスイッチングさせ 、同時にH巻き線にパルスを出します。

F巻き線の電圧がLEDと抵抗のロスを越えると帰還量が減ってドライブを減らします。

sP1010024.jpg

この並列シャントはショットキーダイオードや低抵抗VRなどでさらに減らすことが出来

VRで有る程度自由に変更できるようになりました。

倍率整流すると誤差も倍率されます。

電源を3vにしたり、倍電圧整流段数を変えて自由に電圧が換えられるようです。

(ストロボトランスの巻き線耐圧は300vを基準としていると思われますので3倍の1200vを越えないようにしなければ成りません、また電圧を上げるほどコアの損失も増えそうです、シリコンダイオードの損失は1個あたり1Vくらいと計算すればよいでしょう)

sP1010030.jpg

この回路では2倍圧ですからこの様な構成です。

交流側470pF平滑側1000pF両方とも1kv耐圧です。

追記 **************

電源を3vにしてF巻き線をコレクタのドライブに回し、

D巻き線ををバイアス回路とベースドライブに回しました。

D巻き線は約半分の電圧ですから3vでドライブすると発振は持続するはずです・・持続しました。

出力は約600vでました。

D巻き線に非直線素子と抵抗を並列に接続すると総合ゲインが下がるので出力は変化します。

ホッピングすることなく滑らかに変化しますが、ドライブ電力を横流しするので効率は落ちます。

sP1010064.jpg

sP1010055.jpg

これら両方の回路はドライブ電力をを横どりするので、バイアス電流を変化させることでも、

スイッチング比率を変化させ、出力を変化できます、この場合効率は落ちにくいはずです。

もっと巧妙に出力に連動する電圧変化をバイアス電流に連動させることが出来れば、

効率を落とさず、出力電圧を安定化させることが出来ます。

(変化検出点と検出方法がまだ見つかっていません、これを可変型シャントレギュレータに導き安定させるように工夫してみます)

追記 ***************

バイアス電流を変えてパルスデューティーを換える場合、

直列抵抗全体を変える方法と途中からGNDに分流する方法がある。

分流方式は回路が簡単になるが、おそらく分流する方法では副次的な回路が出来て上手く行かないかも知れない。

sP1010040.jpg

以前は2SA952のベースにシリコンダイオードをGNDに繋いでいましたが、(コレクタから+信号が得られる)

百均 歩数計は+信号 でした。

シリコンダイオードの変わりに2SC1815のベースに繋ぎました。(コレクタから-信号が得られる)

ヤマサ万歩計MP-400は-信号 でした。

これで+-どちらの信号も扱えます。

追記 ****************

後で購入したヤマサのMP-400中をさわっているうちに、検出器であるリードSWを割ってしまいました。

基板を開けてリードSWの線を辿って行くと0.1uFが付いていましたので、気休めに100pFに交換して

SWの線、ーコモン、+3vコモン を引き出しました。

歩数時間モードというのがあり1分当たり10カウント以上有ると 歩いた時間として積算されます。

適当なカウントが続く限り、測定カウント値と測定時間が表示されますので、「定確度計測

に繋がってくれたらと思っています(なんかスコし違うみたい)

 

 


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本当に50%ドライブは電流が少ないのか? [科学・物理]

もう一台使い切りカメラをバラしてみて充電コンデンサを1000pFに変更して、

安定時電流を計ってみた、なんと22mAで一番省電流だった。

(この点ではCMOS5555発振回路50%は負けています)

具合の悪い点はマイナス高圧であること、(外付け整流回路で逆転できるかも?)

手持ちにあったCCL用インバータ(ノートクラス)の出力トランス

ストロボのインバータ回路ドライブ巻き線を接続してみた。

CCL用はドライブ巻き線がプッシュプル用で両端に0.15uFをローディングしてあり

ストロボ用とは相性が悪いので取り外し、2次巻き線の両端にストロボ用ドライブ巻き線を

並列にすると50vほどの電圧が出力され、10pFから47pFくらいのローディングキャパシタを付けると

200v以上に上昇した、プッシュプルの端を1つセンターに変更すると600vを越えてピッピッと鳴ってしまう。

これらの接続でも消費電流はほとんど変わらない。

基本のストロボ回路で発振させテスラー型トランスに連結できているようです。sP1010472.jpg

 

ストロボ用トランスの帰還比率は約2位なので普通の回路で検出するのは難しい 。

元の回路にあるようにLEDのような非直線帰還で押さえ込むのか易しそう、

TL431の様なシャントレギュレータを応用できると一番楽そうです。

追記 ****************

ストロボ用発振器に極性を無視して交流側に倍電圧整流回路を付けました。

高圧577v、ドライブ2.6v、ベース帰還3.8v、ベースバイアス部1.8v、

電源電流24mA、シャントレギュレータなどで制御できればよいのですが・・

追記 ***********

本家にないのでhttp://k-tai.impress.co.jp/docs/column/stapablog/20100107_338934.html

このインバータセットは24V用ではあるが、1.5Vでも発振します。

(ケミコンのバイパスが必要位ですが、4mAしか消費しないので理想的ではあります)

電源 逆接防止ダイオード インダクタプッシュプル発振器 テスラーコイルの構成に成っています。

トップローディング用キャパシタをテスラーロードに使用して、プッシュプル用共振キャパシタ

223もそのままで140vぐらいで発信します。

しかし負荷の状態が換わったりすると電圧のポッピングがあって扱いにくいです。


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