Arduino счетчик гейгера: Из счетчика Гейгера, спичек и ардуины. Часть первая — теория / Хабр

Из счетчика Гейгера, спичек и ардуины. Часть первая — теория / Хабр

Давно не проблема купить прибор под условным названием «бытовой дозиметр» (были б деньги — в этом смысле, Фукусима радиофобам и радиофилам (TM) подгадила), но думаю, что этот прибор было бы интересно сделать своими руками.
Сердцем нашего прибора будет счетчик Гейгера. Мы знаем, конечно, что у этого детектора есть куча недостатков и вообще «прибор должен быть сцинтилляционным», но сцинтилляционный радиометр существенно сложнее и у меня под него задуман следующий пост. Тем более, у счетчика Гейгера-Мюллера есть и ряд неоспоримых достоинств.

Итак, начнем.

Детектор

Итак, счетчик Гейгера-Мюллера. (рис.1) Простейшее устройство, состоящее из двух электродов, помещенных в газовую среду при низком давлении — катод, имеющий большую площадь, и анод в виде более-менее тонкой проволоки, создающий локальное поле большой напряженности. в котором развивается процесс размножения ионов, за счет которого единственная ионная пара может вызвать мощную лавину ионизации и зажигание самостоятельного разряда.

Рис. 1. Счетчик Гейгера-Мюллера. 1 — анод, 2 — катод, 3 — баллон, 4 — вывод катода, 5, 6 — пружины, натягивающие нить катода.

По сути счетчик работает, как тиратрон с холодным катодом, только разряд в нем зажигается от ионизации, вызванной не импульсом с сетки, а пролетевшей через газ заряженной частицей. После того, как разряд загорелся, его нужно погасить либо снятием с анода напряжения, либо… Либо он погаснет сам. Но для этого в газовую среду счетчика надо ввести что-то, что под действием разряда перейдет в форму, которая сделает газ непрозрачным для ультрафиолетового излучения и из-за этого исчезнет один из факторов поддержания самостоятельного разряда — фотоэлектронная эмиссия. Таких добавок две: спирт и галогены (хлор, бром и йод). Первый в разряде разлагается, превращаясь, грубо говоря, в сажу, и потом обратно в спирт не превращается, и через несколько десятков тысяч импульсов кончится и счетчику конец. А галогены становятся из молекулярных атомарными, причем процесс обратим. Они тоже кончаются — из-за того, что атомарные галогены с легкостью реагируют со всем попало, включая стенки счетчика, но чаще они успевают рекомбинировать друг с другом, поэтому галогенные счетчики гораздо более долговечны, выдерживая миллиарды импульсов. Нас интересуют в первую очередь галогенные счетчики, потому что:

а) они долговечнее,

б) они работают при 400-500 В, а не при полутора тысячах, как спиртовые,

в) они просто наиболее распространены.

В таблице 1 я привел несколько распространенных счетчиков Гейгера и их основные параметры.

Таблица 1.

Основные параметры некоторых счетчиков Гейгера-Мюллера.

Примечания: 1 — чувствительность к альфа-излучению не регламентирована; 2 — мелкосерийный счетчик, данные по нему скудны.

Чувствительность

Выбирая счетчик Гейгера для нашего дозиметра, нужно в первую очередь смотреть на его чувствительность. Ведь вряд ли вы хотите прибор, который что-то покажет только там, где пару часов назад взорвалась «Кузькина мать». А таких счетчиков, между тем, предостаточно, и за их почти полной бесполезностью для обывателя, они очень дешево стоят. Это всевозможные СИ-3БГ, СИ-13Г и прочие «счетчики судного дня», стоящие в армейских дозиметрах для работы на верхнем пределе измерений. Чем счетчик чувствительнее, тем больше импульсов в секунду он при одном и том же уровне радиации даст. Классический счетчик СБМ-20 (он же более ранних выпусков носил название СТС-5), который традиционно ставили во все перестроечно-постчернобыльские «трещалки», при естественном фоне в 12 мкР/ч дает около 18 импульсов в минуту. От этой цифры удобно плясать, считая чувствительность счетчика в «СБМ-20».

Что нам дает чувствительность счетчика? Точность и скорость реакции. Дело в том, что частицы радиоактивных излучений прилетают к нам не по расписанию, а как придется, да и счетчик какую-то из них пропустит, а от какой-то сработает (от фотонов гамма-излучения — примерно от одного из нескольких сотен). Так что импульсы от счетчика Гейгера (да и от любого счетного детектора радиации) идут в абсолютно случайные моменты времени с непредсказуемыми интервалами между ними. И посчитав количество импульсов в одну минуту, другую, третью — мы получим различные значения. И среднеквадратичное отклонение этих значений, то есть погрешность определения скорости счета, будет пропорционален квадратному корню из числа зарегистрированных импульсов. Чем больше будет импульсов, тем меньше будет относительная (в процентах от измеряемой величины) погрешность их счета:

.
Когда у нас детектор — упомянутый «эталонный» СБМ-20, а время счета — 40 секунд (так делали в простых бытовых дозиметрах, непосредственно показывая число сосчитанных импульсов в качестве уровня мощности дозы в мкР/ч), на естественном фоне количество импульсов — ~10 штук. А это значит, что среднеквадратическое отклонение — около трех. А погрешность при 95% доверительной вероятности — вдвое больше, то есть 6 импульсов. Таким образом, мы имеем грустную картинку: показания дозиметра 10 мкР/ч означают, что мощность дозы составляет где-то от 4 до 16 мкР/ч. А об обнаружении аномалии мы сможем говорить только когда дозиметр покажет отклонение в три сигмы, то есть больше 20 мкР/ч…

Чтобы точность увеличить, можно увеличить время счета. Если мы сделаем его три минуты, то есть в четыре раза больше, мы учетверим и число импульсов, а значит, удвоим точность. Но тогда мы потеряем реакцию прибора на короткие всплески излучения, например, на прошедшего мимо вас «вашего сиятельства» после сцинтиграфии или радиойодтерапии или наоборот, когда вы проходите на радиобазаре мимо часов с СПД. А взяв вчетверо более чувствительный детектор (4 параллельно соединенных СБМ-20, один СБМ-19, СБТ-10 или СИ-8Б) и оставив то же время измерения, мы и точность повысим, и скорость реакции сохраним.

Альфа, бета, гамма и конструкция счетчиков

Альфа-излучение задерживается бумажкой. Бета-излучение можно экранировать листом оргстекла. А от жесткого гамма-излучения нужно строить стену из свинцовых кирпичей. Это знают, пожалуй, все. И все это имеет прямое отношение к счетчикам Гейгера: чтобы он почувствовал излучение, нужно, чтобы оно, как минимум, проникло внутрь. А еще оно должно не пролететь навылет, как нейтрино сквозь Землю.

Счетчик типа СБМ-20 (и его старший брат СБМ-19 и младшие СБМ-10 и СБМ-21) имеют металлический корпус, в котором нет никаких специальных входных окон. Из этого вытекает, что ни о какой чувствительности к альфа-излучению речи не идет. Бета-лучи он чувствует достаточно неплохо, но только если они достаточно жесткие, чтобы проникнуть внутрь. Это где-то от 300 кэВ. А вот гамма-излучение он чувствует, начиная с пары десятков кэВ.

А счетчики СБТ-10 и СИ-8Б (а также новомодные и малодоступные из-за ломовых цен Бета-1,2 и 5) вместо сплошной стальной оболочки имеют обширное окно из тонкой слюды. Через это окно способны проникнуть бета-частицы с энергией свыше 100-150 кэВ, что позволяет увидеть загрязнение углеродом-14, которое абсолютно невидимо для стальных счетчиков. Также окно из слюды позволяет счетчику чувствовать альфа-частицы. Правда, в отношении последних надо смотреть на толщину слюды конкретных счетчиков. Так, СБТ-10 с его толстой слюдой его практически не видит, а у Беты-1 и 2 слюда тоньше, что дает эффективность регистрации альфа-частиц плутония-239 около 20%. СИ-8Б — где-то посередине между ними.

А вот теперь что касается пролета насквозь. Дело в том, что альфа- и бета-частицы счетчик Гейгера регистрирует практически все, что смогли проникнуть внутрь. А вот с гамма-квантами все печально. Чтобы гамма-квант вызвал импульс в счетчике, он должен выбить из его стенки электрон. Этот электрон должен преодолеть толщу металла от точки, где произошло взаимодействие, до внутренней поверхности, и поэтому «рабочий объем» детектора, где происходит его взаимодействие с фотонами гамма-излучения — это тончайший, в несколько микрон, слой металла. Отсюда ясно, что эффективность счетчика для гамма-излучения очень мала — в сто и более раз меньше, чем для бета-излучения.

Питание

Для работы счетчик Гейгера требует высоковольтного питания. Типичные галогенные приборы советского-российского производства требуют напряжения около 400 В, многие западные счетчики рассчитаны на 500 или 900 В. Некоторые счетчики требуют напряжения до полутора киловольт — это старые счетчики со спиртовым гашением типа МС и ВС, счетчики рентгеновского излучения для рентгеноструктурного анализа, нейтронные. Нас они не будут сильно интересовать. Питание на счетчик подается через балластное сопротивление в несколько мегаом — оно ограничивает импульс тока и снижает напряжение на счетчике после прохождения импульса, облегчая гашение. Величина этого сопротивления приводится в справочных данных на конкретный прибор — его слишком малая величина сокращает жизнь детектора, а слишком большая — увеличивает мертвое время. Обычно его можно взять около 5 МОм.

При увеличении напряжения от нуля счетчик Гейгера сначала работает, как обыкновенная ионизационная камера, а затем, как пропорциональный счетчик: каждая из пар ионов, которые образовались при пролете частицы, порождает небольшую ионов, увеличивая ионный ток в сотни и тысячи раз. При этом на нагрузочном сопротивлении в цепи счетчика уже можно обнаружить очень слабые, измеряемые милливольтами, импульсы. С ростом напряжения лавины становятся все больше, и в какой-то момент самые сильные из них начинают поддерживать сами себя, зажигая самостоятельный разряд. В этот момент вместо слабых, милливольтовых импульсов от лавин, проходящих через межэлектродное пространство и исчезающих на электродах, появляются гигантские, амплитудой в несколько десятков вольт! И их частота с ростом напряжения быстро растет, пока вспышку разряда не начнет вызывать каждая лавина Очевидно, что при дальнейшем росте напряжения скорость счета должна перестать расти. Так оно и происходит: на зависимости чувствительности от напряжения наблюдается плато.

Все же рост напряжения не оставляет скорость счета неизменной: разряд может возникнуть и просто так, от спонтанной эмиссии. И с ростом напряжения вероятность такого разряда только увеличивается. Поэтому плато получается наклонным, а начиная с некоторого напряжения скорость счета начинает быстро расти, а затем разряд переходит в непрерывный. В таком режиме, понятное дело, счетчик не только не выполняет своей функции, но и быстро выходит из строя.

Рис. 2. Зависимость скорости счета счетчика Гейгера от напряжения питания.

Наличие плато существенно облегчает питание счетчика Гейгера — ему не требуются высокостабильные источники высокого напряжения, какие требуются для сцинтилляционных счетчиков. Длина этого плато для низковольтных счетчиков — 80-100 В. Во многих советских бытовых дозиметрах кооперативного происхождения и практически во всех любительских конструкциях того времени питание счетчика было сделано от преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора без всякого намека на стабилизацию. Расчет был таким: при свежей батарейке напряжение на аноде счетчика соответствовало верхней границе плато, так что нижней границы плато высокое напряжение достигало уже при изрядно разряженной батарейке.

Фон и мертвое время

Любой детектор любого излучения всегда имеет некоторый темновой сигнал, регистрируемый, когда на детектор не падает никакое излучение. Счетчик Гейгера-Мюллера — не исключение. Одним из источников темнового фона является упоминавшаяся выше спонтанная эмиссия. Вторым — радиоактивность самого счетчика, что особенно актуально для счетчиков со слюдяным окном, так как природная слюда неизбежно содержит примеси урана и тория. И если последняя практически не зависит ни от чего и является константой для данного экземпляра детектора, то фон от спонтанной эмиссии зависит от величины высокого напряжения, температуры, «возраста» счетчика. Из-за этого становится плохой идеей питать нестабилизированным напряжением счетчик, которым мы будем пользоваться в основном при измерениях низких уровней радиации: собственный фон счетчика от напряжения питания зависит весьма существенно.

Скорость счета от собственного фона достигает у счетчиков Гейгера уровня, соответствующего 3-10 мкР/ч, то есть составляет заметную долю скорости счета при нормальной радиационной обстановке. Особенно велик фон у слюдяных датчиков — СБТ-10, СИ-8Б, «Бета». Так что его обязательно нужно вычитать из результатов измерения. Но для этого его нужно знать. Справочник тут не поможет: там приведены лишь максимальные значения. Чтобы собственный фон измерить, нужен свинцовый «домик» толщиной не менее 5 см, при этом внутреннюю поверхность нужно покрыть листами меди толщиной 2-3 мм и 5 мм оргстеклом. Дело в том, что «домик» будет находиться под обстрелом космических лучей, которые делают сам домик источником рентгеновского излучения, главным образом в характеристических линиях свинца. И если сделать защиту только из свинца, это флюоресцентное «свечение» и «увидит» счетчик — вместо полной «темноты». А оргстекло нужно от выбиваемых той же космикой из свинца и меди электронов, энергия которых тоже достаточна для обнаружения счетчиком Гейгера.

При измерении фона следует учитывать, что свинцовый «домик» не оказывает никакого препятствия для космических мюонов. Их поток составляет ~0,015 . Например, через счетчик СБМ-20 эффективной площадью ~8 пройдет 0,12 или 7,2 . Из-за большой энергии эффективность регистрации космических мюонов практически любым счетчиком Гейгера можно принимать за 100%, и эту величину следует вычесть из темнового фона.

Если собственный фон — источник погрешностей при низких уровнях, то мертвое время сказывается при больших уровнях радиации. Сущность явления состоит в том, что сразу после импульса емкость счетчика еще не зарядилась до первоначального напряжения через нагрузочное сопротивление. Кроме того, в счетчике только погас разряд — но гасящая присадка еще не успела вернуться в первоначальное состояние. Поэтому у счетчика на 150-200 мкс возникает состояние, когда он оказывается нечувствителен к следующей частице, после чего он постепенно восстанавливает чувствительность. (рис. 3)

Рис. 3. Мертвое время счетчика Гейгера


Поправка на мертвое время находится по формуле:

где m и n, соответственно, измеренная и скорректированная скорости счета, а — мертвое время.

При очень больших уровнях радиации у многих счетчиков Гейгера (тут еще зависит и от остальной схемы) наступает неприятный и опасный эффект: постоянная ионизация мешает формироваться отдельным импульсам. Счетчик начинает непрерывно «гореть» постоянным разрядом и скорость счета резко падает до очень малой величины. Вместо того, чтобы зашкалить, дозиметр показывает какие-то умеренно-повышенные, а то и почти нормальные цифры. А тем временем вокруг светят десятки и сотни рентген в час и надо бы бежать, но вы успокоены показаниями дозиметра. Именно поэтому в армейских дозиметрах почти всегда есть помимо основного чувствительного — счетчик «судного дня», очень малочувствительный, но зато способный переварить тысячи Р/ч.

От скорости счета к дозе. Ход с жесткостью и прочие нехорошие вещи

Вообще говоря, счетчик Гейгера не измеряет мощность дозы. Мы получаем лишь скорость счета — сколько импульсов в минуту или секунду выдал счетчик. К дозе — энергии, поглощенной в одном килограмме человеческого тела (или еще чего-либо) это имеет весьма отдаленное отношение. В первую очередь — в связи с принципом действия: счетчику Гейгера абсолютно плевать на природу частицы и ее энергию. Импульсы от фотонов любой энергии, бета-частиц, мюонов, позитронов, протонов — будут одинаковыми. А вот эффективность регистрации — разная.

Как уже я говорил, бета-излучение счетчик Гейгера регистрирует с эффективностью в десятки процентов. А гамма-гамма-кванты — только доли процента. И все это напоминает складывание метров с килограммами, да еще и с произвольно взятыми коэффициентами. Вдобавок, чувствительность счетчика к гамма-излучению неодинакова при разных энергиях (рис.4). Дозовая чувствительность к излучению разных энергий может отличаться почти на порядок. Природа этого явления понятна: гамма-излучение низкой энергии имеет гораздо больший шанс поглотиться тонким слоем вещества, поэтому чем энергия ниже, тем выше эффективность (пока не начнет сказываться поглощение в стенках счетчика). В области же высоких энергий наоборот: с ростом энергии эффективность регистрации растет, что является среди детекторов ионизирующего излучения достаточно необычным явлением.

Рис. 4. Энергетическая зависимость дозовой чувствительности счетчика Гейгера-Мюллера (слева) и результат ее компенсации с помощью фильтра.

К счастью, при высоких энергиях (выше 0,5-1 МэВ) эффективность счетчика Гейгера к гамма-излучению почти пропорциональна энергии. А значит, энергетическая зависимость дозовой чувствительности там невелика. А горб при малых энергиях легко убрать с помощью фильтра из свинца толщиной около 0,5 мм. Толщина фильтра подбирается таким образом, чтобы при энергии, соответствующей максимальной чувствительности детектора (это 50-100 кэВ в зависимости от толщины входного окна детектора) кратность поглощения составляла бы величину этого пика. Чем энергия больше, тем меньше поглощения в свинце, и при 500-1000 кэВ, где чувствительность детектора выравнивается сама, оно уже практически незаметно.

Более точной коррекции можно добиться, используя многослойный фильтр из разных металлов, который нужно подбирать к конкретному счетчику.

Такой фильтр сокращает «ход с жесткостью» до величины в 15-20% во всем диапазоне 50-3000 кэВ и превращает показометр (ну ладно, поисковый радиометр-индикатор) в дозиметр.

Такой фильтр обычно делают съемным, поскольку он делает датчик нечувствительным к альфа- и бета-излучению.

***

В общем-то, это все, что нужно знать про счетчик Гейгера-Мюллера конструктору приборов на его основе. Как видите, прибор и впрямь несложный, хотя ряд тонкостей имеется. В следующей серии мы на его основе что-нибудь полезное сконструируем.

Самодельный счётчик Гейгера на ESP8266 с сенсорным экраном / Хабр

Я разработал и собрал счётчик Гейгера – устройство, способное обнаруживать ионизирующее излучение и предупреждать об опасных уровнях радиации в окружающей среде знакомыми щелчками. Его также можно использовать для поиска минералов, и определять, есть ли в найденном вами камне урановая руда!

В интернете можно найти много готовых наборов и инструкций по сборке счётчика Гейгера, но я хотел сделать нечто уникальное – и я разработал GUI-дисплей с сенсорным управлением и красивым выводом информации на экран.

Шаг 1: базовая теория

Принцип работы счётчика Гейгера прост. Тонкостенная трубка с газом при низком давлении внутри (трубка Гейгера-Мюллера) подвергается действию тока высокого напряжения. Создаваемого электрического поля недостаточно для диэлектрического пробоя, поэтому ток через трубку не течёт – до тех пор, пока фотон ионизирующего излучения не пройдёт через неё.

Когда сквозь трубку проходит бета- или гамма-излучение, оно может ионизировать часть молекул газа внутри, что приводит к появлению свободных электронов и положительных ионов. Частицы начинают двигаться под воздействием электрического поля, и электроны набирают достаточно скорости, чтобы начать ионизировать другие молекулы, что приводит к каскаду заряженных частиц, которые на короткое время начинают проводить ток. Этот краткий импульс тока можно зарегистрировать при помощи приведённой схемы, которая создаёт щёлкающий звук, или, как в данном случае, передаёт информацию в микроконтроллер, который может проводить вычисления с этими данными.

Я использую трубку Гейгера-Мюллера SBM-20, поскольку её легко найти на eBay, и она достаточно чувствительна к бета- и гамма-излучению.

Шаг 2: запчасти и сборка

В качестве мозга проекта я использовал плату NodeMCU с микроконтроллером ESP8266. Мне хотелось взять то, что можно программировать как Arduino, и что будет достаточно быстрым, чтобы отрисовывать изображение на экране без задержек.

Для подачи высокого напряжения я использовал трансформатор с Aliexpress – он подаёт 400 В на трубку Гейгера-Мюллера. Учитывайте, что при проверке выходного напряжения его не получится измерять мультиметром напрямую – при слишком малом импедансе напряжение будет падать, и показания будут неточными. Сделайте делитель напряжения с сопротивлением не менее 100 МОм последовательно с мультиметром.

Питается устройство от аккумулятора формата 18650, через ещё один трансформатор, подающий стабильные 4,2 В на оставшуюся схему.

Вот список всех необходимых компонентов:

  • SBM-20 GM трубка (ищите на eBay).
  • Высоковольтный трансформатор (AliExpress).
  • Трансформатор для 4,2В (AliExpress).
  • Плата NodeMCU esp8266 (Amazon).
  • 2.8″ SPI сенсорный экран (Amazon).
  • 18650 батарейка (Amazon) или любая LiPo батарейка на 3,7 В (500+ mAh).
  • 18650 держатель для батарейки (Amazon). Этот держатель оказался великоват для платы, и мне пришлось загнуть контакты внутрь. Рекомендую взять батарейку LiPo поменьше, и припаять провода от разъёма JST к контактам для питания на плате.

Различные электронные компоненты:

  • Резисторы на 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M Ом. Для создания делителя напряжения также потребуются резисторы на 10 МОм.
  • Конденсаторы: 220 пФ.
  • Транзисторы: 2N3904.
  • Светодиод 3 мм.
  • Пищалка: любой пьезоэлемент на 12-17 мм.
  • Держатель для предохранителя 6,5 х 32 (для надёжного крепления трубки).
  • Выключатель 12 мм.

У себя на GitHub я выложил схему в PDF – там видно, как соединять все компоненты. Скорее всего, дешевле заказывать их у оптовых продавцов типа DigiKey или LCSC. На GitHub есть электронная табличка с моим заказом с LCSC для большинства компонентов.

Плату делать необязательно, но с ней сборка схемы становится проще и аккуратнее. Файлы Gerber для производства платы я также выложил на GitHub. После того, как я получил готовую плату, я сделал несколько исправлений в схеме, поэтому дополнительные джамперы в новой схеме не нужны – хотя я её не проверял.

Корпус распечатан на 3D-принтере из пластика PLA, их можно скачать здесь. Я подправил CAD-файлы, добавив отверстия для крепления новой платы. Всё должно работать, хотя я это не проверял.

Шаг 3: код и интерфейс пользователя

Для создания интерфейса дисплея я использовал библиотеку Adafruit GFX. Код выложен на GitHub.

Главная страница интерфейса показывает текущую дозу, количество срабатываний в минуту и общую накопленную дозу с момента включения устройства. Пользователь может переключаться между быстрым и медленным суммированием, меняя интервал подсчёта промежуточных сумм с 3 до 60 секунд. Пищалку и светодиод можно включать и выключать отдельно.

Есть меню базовых настроек, позволяющее пользователю менять единицы измерения дозы, порог предупреждения и фактор калибровки, соотносящий количество срабатываний в минуту и мощность дозы излучения. Все настройки сохраняются в EEPROM, и восстанавливаются после перезапуска.

Шаг 4: проверка и заключение

Счётчик Гейгера срабатывает 15-30 раз в минуту от естественного фонового излучения, чего и следует ожидать от трубки SBM-20. Небольшой образец урановой руды регистрируется как средне радиоактивный, в районе 400 щелчков в минуту, а ториевая лампа может заставить счётчик регистрировать по 5000 щелчков в минуту, если держать его вплотную к ней!

Счётчик потребляет 180 мА при 3,7 В, поэтому батарейки на 2000 мАч должно хватить примерно на 11 часов.

Я планирую точно откалибровать трубку на стандартном источнике из цезия-137, что сделает показания более точными. В качестве будущих улучшений можно добавить поддержку WiFi и запись данных, поскольку у ESP8266 есть встроенный WiFi.

Надеюс

Внимание, радиация. Строим свой интенсиметр* в ожидании Doomsday / Хабр

Однажды в телевизоре появился бледный как смерть Министр Финансов и заявил:

— Финансовый кризис нас не затронет. Потому что. Я вам точно говорю.

Население, знающее толк в заявлениях официальных лиц, выматерилось негромко и отправилось закупать соль, спички и сахар.

М.Жванецкий

В последнее время в американских (и не только) СМИ популярна тема грядущей Третьей мировой войны. Некоторые даже догадываются, что она будет атомная (типичный пример The United States and Russia Are Prepping for Doomsday) и произойдет в ближайшие полгода или около того. Если вы уже проверили аптечку, купили крупы, мыло, соль, спички и сахар, то пора подумать о таком важном атрибуте встречи Doomsday, как дозиметр. Предлагаемая схема дозиметра отличается высокой чувствительностью и простотой изготовления из-за отсутствия необходимости наматывать трансформатор высокого напряжения. Также к достоинствам конструкции относится применение широко распространенных деталей, и возможность работать от разных источников питания (надеюсь все помнят как сделать батарейки из картошки), поэтому с ремонтом и эксплуатацией в постапокалиптическом мире будет не слишком сложно.


*Интенсиметр — дозиметр плотности потока энергии ионизирующих частиц.

Дозиметр построен на четырех счетчиках Гейгера-Мюллера (далее в тексте как «трубка» или не совсем корректно «счетчик») — популярных и доступных трубках СБМ-20. При покупке следует обратить внимание на дату изготовления.

Трубка чувствительна к у и ограничено β, и не чувствительна к α-излучению.

Характеристики СБМ-20

СБМ-20 изготовлен в виде герметичной тонкостенной гофрированной металлической трубки, из которой откачан воздух, а вместо него добавлен инертный газ под небольшим давлением, с добавлением примеси (Ne + Br2 + Ar). По оси трубки натянута тонкая проволока, а коаксиально с ней расположен металлический цилиндр. И трубка и проволока являются электродами: трубка – катод, а проволока – анод. К катоду подключают минус от источника постоянного напряжения, а к аноду – через очень большое постоянное сопротивление – плюс от источника постоянного напряжения. При попадании в счетчик заряженной частицы некоторое количество газа ионизируется, и под воздействием напряжения между катодом и анодом ионы и электроны начинают двигаться — в трубке возникает кратковременный ток. Напряжение на аноде трубки кратковременно падает — получаем инвертированный импульс.

СБМ-20 имеет контакты под цокольное соединение. Ни в коем случае не припаивайтесь к ним. Для подключения СБМ-20 подходят гибкие контакты для печатной платы, предназначенные для трубчатых плавких предохранителей диаметром 6,3 мм.

Схемы старых армейских дозиметров основаны, прежде всего, на требованиях к устойчивости оборудования к воздействию электромагнитного импульса от близкого ядерного взрыва, питания от широко распространенных элементов питания (двух угольно-цинковых или щелочных типоразмера D (LR20)). Индикация радиоактивности — или звуковая в наушниках либо в наушниках и одновременно на микроамперметр со шкалой с несколькими диапазонами и проверкой источника питания. Первоначально в дозиметрах (IBG-58T) применялся вибрационный преобразователь напряжения, а затем генератор на транзисторе и ферритовом трансформаторе, для стабилизации напряжения применялась лампа — коронный стабилизатор.

Схема армейского индикатора радиоактивности чехословацкой армии IBG-58T

Большинство схем в Интернет построено на преобразователе напряжения с использованием трансформатора на ферритовом сердечнике, что часто останавливает желающих сделать дозиметр. А питающее напряжение обычно повышено до 12 вольт.

Мои основные требования к схеме были:

  • в применении напряжений используемых в схемах с микроконтроллерами — 5 вольт или ниже;
  • легкодоступные индуктивности или трансформаторы;
  • масштабируемость и возможность использования других счетчиков Гейгера-Мюллера путем регулирования напряжения в пределах, по крайней мере, 200-460 вольт;
  • состоящая из отдельных функциональных блоков, соединенных последовательно;
  • конструкция может быть легко отремонтирована.

Схема дозиметра с логическим выходом на микроконтроллер. Функциональные «блоки» выделены желтым и белым фоном.

Первый блок представляет собой генератор колебаний с постоянной частотой около 1,5 кГц и скважностью примерно 1:1. Генератор построен на таймере 555 (в CMOS версии — питание от 3 вольт). Подстроечный резистор позволяет регулировать частоту в диапазоне от 1,1 до 5,2 кГц, поэтому возможно регулировать стабилизацию напряжения в самых широких пределах. По умолчанию установлено высокое сопротивление подстроечного резистора, что соответствует низкой генерируемой частоте.

Второй блок представляет собой повышающий преобразователь с легкодоступным для покупки миниатюрным дросселем 33 мГ (Matsutami 09P-333J). На выходе которого, до умножителя напряжения, получается почти 300 вольт. По этой причине выбран транзистор 2N6517 с максимальным напряжением (К-Э) 350 вольт. Напряжение во время работы приведено ниже на осциллограмме:

Осциллограмма

В умножителе напряжения используются металлопленочные конденсаторы 22н 400В. На выходном электролитическом конденсаторе 1 мкф напряжение может составлять 450 вольт, если параллельно подключить цепочку из стабилитронов BZX83V075 (75V х5), без которых напряжение может достигать 600 вольт и в этом случае необходимо применить конденсатор на 630 вольт. При измерении высокого напряжения необходимо принимать во внимание, что новый электролитический конденсатор имеет более высокую утечку и должен быть формован. В течении 15 минут работы нового конденсатора напряжение стабилизируется.

Вид собранного устройства на макетной плате

Напряжение на трубке стабилизируется на 375 вольтах. Это ниже, чем, рекомендуемые производителем и другими инструкциями по изготовлению дозиметров, 400 вольт. Я пытался измерить зависимость чувствительности трубки при изменении напряжения, и в диапазоне 330-460 вольт изменение напряжения не приводит к существенному изменению чувствительности, а при около 300 вольт наблюдается небольшой спад. Работа трубки резко изменяется при напряжени

Дозиметр на ардуино «RADON» | AlexGyver Community

Приветствую всех! Меня зову Серёга Чеботарев и хочу поделиться своим проектом дозиметра!
Мой проект был основан на проекте другого человека, но на данный момент там мало чего от него осталось(но ссылка на гитхаб есть в скетче)

Дозиметр/радиометр служит для замера текущего фона и замера накопленной дозы.
Реализовано 3 основных режима:

1.Текущий фон
2.Накопленная доза.
3.Поиск источника+график
Также есть тревога по превышению установленного порога.

Алгоритм работы :
Ведется подсчет частиц попавших на трубку гейгера, и взависимости сколько частиц попало в установленное время замера определяется фон, доза рассчитывается точно так же.
В режиме поиск отображается общее количество частиц попавших на датчик, в графике идет прямая зависимость, каждый пиксель это 1 частица за единицу времени, смещение графика зависит от текущего фона, при минимальном он равен 15 сек. при 1000мкРч 1с.
Все настройки хранятся в памяти.
В версии 1.7 реализовано включение и выключение при помощи удержания кнопки (Ок) (для плат с пометкой auto)
В версии 1.7.1 включение и выключение производиться внешним переключателем, а доза и время сохраняются по достижению порога дозы указном в скетче при прошивке(save_DOZ) (для плат с пометкой manual и принципиальной схемы на фото)

Интерфейс и настройка :
Интерфейс интуитивно понятен.
Влево, вправо — переключение между режимами.
Вверх — изменение единиц измерения(мкР/мкЗ).
Вниз — сброс показаний в текущем режиме.
Ок — настройки
Удержание Ок — версия 1.7(выключение устройства), версия 1.7.1(статистика)

Доза и время автоматически сохраняются в память по накоплению определенной дозы(указывается в скетче при прошивке)
В настройках можно настроить всё кроме порога по сохранению дозы(он только при прошивке)
Также есть тревога при превышении порога текущего фона и оповещение о разряде акб.
Есть режим сна, счёт фона и дозы продолжается, экран и подсветка отключены, выход из сна по нажатию кнопки ок.

Реализация :
Особых нюансов по сборке нету, все работает так сказать из коробки)
Трансформатор брал от CCFL подсветки ноутбука, но можно намотать и самому(как намотать указано на фото в схеме)
Самое наверное относительно сложное(и не дешевое) достать счетчики гейгера, в принципе продаются на авито, но цена не малая.
Еще момент, не обязательно использовать именно 2 датчика, все будет работать и с одним.
Платы версии MAX_HV не тестировал ещё, но я думаю максимоской схемотехнике можно доверять)

Увы код сюда вставить так и не смог, ругается на длину сообщения((

На фото прототип со старой версией платы, в новых уже много чего доработано и исправлено)

Спойлер: Фото проекта и платы, а также принципиальная схема

Вот ссылка на архив со всем необходимым https://yadi.sk/d/iBOguU24BpG5RA

Пока даже и не знаю что еще добавить по описанию, со временем думаю буду дополнять.
Если есть какие-то вопросы пишите, постараюсь помочь)

Как сделать счетчик Гейгера своими руками: схема сборки бытового дозиметра в домашних условиях

Привет всем! Как ваши дела? Сегодня я хочу показать вам, как сделать счетчик Гейгера своими руками. Я начал создавать этот прибор примерно в начале прошлого года. С тех пор он претерпел мою лень и три полных переосмысления.

Идея сделать бытовой дозиметр появилась в самом начале моего увлечения электроникой, идея радиации всегда интересовала меня.

Шаг 1: Теория

Итак, дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.

Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.

Шаг 2: Дизайн

Давайте перейдём к практике. В качестве мозгов я выбрал Ардуино нано, программа очень проста, она считает пульс в трубке за определенное время и отображает его на экране, также она показывает милый значок-предупреждение о радиационной опасности и уровень заряда батареи.

В качестве источника энергии я использую батарейку 18650, но Ардуино нужно 5V, поэтому я встроил повышающий преобразователь DC-DC и литий-ионный аккумулятор, чтобы сделать устройство полностью автономным.

Шаг 3: Высоковольтный DC-DC

Я хорошо потрудился над высоковольтным источником питания, сделав его вручную, намотав трансформатор примерно на 600 витков на вторичной катушке, упаковав его с МОП-транзистором и PWM на Ардуино. Всё работает, но мне хотелось, чтобы вещи оставались простыми.

Всегда лучше, когда ты можешь просто купить 5 модулей, припаять 10 проводов и получить рабочий девайс, чем наматывать катушки и прикручивать PWM, ведь я хочу, чтобы каждый мог повторить моё устройство. Так что я нашел высоковольтный повышающий конвертер DC-DC, очень странно, но его оказалось очень трудно найти и самые популярные модули имели всего по 100 продаж.

Я заказал его, сделал новый корпус, но когда начал тестирование, он выдавал максимум 300V, в то время как в описании говорилось, что он выдаёт до 620V. Я попытался починить его, но проблема, скорее всего, была в трансформаторе. В любом случае, я заказал другой модуль, и он был другого размера, хотя описание было одинаковым… Я вернул свои деньги за первый модуль, но сохранил его, потому что он давал 400V, которые нам нужны, может быть максимум 450V, вместо 1200 (в китайских измерительных приборах что-то работает совсем неправильно…) В общем, я просто заново открыл спор…

Шаг 4: Компоненты

Итак, в итоге дизайн счетчика Гейгера Мюллера почти полностью состоит из этих модулей:

Аккумулятор, опциональную активную пьезо-трещалку и сам счетчик Гейгера я использовал старые советские. Модель STS-5 довольно дешевая и её легко найти на Ибэй или Амазоне, она также совместима с трубкой SBM-20 или любой другой, вам нужно просто задать параметры в программе, в моём случае количество микрорентген в час равно количеству импульсов трубки за 60 секунд. И да, вот модель кейса, напечатанного на 3Д-принтере: ссылка.

Также есть довольно дешевые наборы для создания счетчика Гейгера, которые могут вас заинтересовать: (Aliexpress или Amazon)

Шаг 5: Сборка

Давайте начнём сборку. Первое, что нужно сделать, это настроить вольтаж на высоковольтном DC-DC с потенциометром. Для STS-5 нам нужно примерно 410V. Затем просто спаяйте все модули по схеме, я использовал однопроволочные провода, это повышает стабильность конструкции и даёт возможность собрать устройство на столе, а затем просто поместить его в кейс.

Важный момент состоит в том, что нам нужно соединить минус на входе и выходе высоковольтного конвертера, я просто припаял штекер. Так как мы не можем просто присоединить Ардуино к 400V, нам понадобится простая схема с транзистором, я просто спаял их навесным методом и обернул в термоусадочную трубку, резистор 10MΩ от +400V был закреплен прямо на коннекторе.

Лучше сделать медный кронштейн для трубки, но я просто накрутил провод по кругу, всё работает нормально, не меняйте плюс и минус счетчика Гейгера. Я подсоединил дисплей к съемному кабелю, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю. Немного горячего клея. И сборка завершена!

Шаг 6: Финал

Помещаем всё в кейс, и мы готовы к тестам. Но у меня нет ничего для тестов в домашних условиях, но, кстати, фоновая радиация должна сработать. Что я могу сказать? Девайс работает. Да, всё верно. Но я вижу множество способов улучшить его, например больший дисплей, чтобы можно было отображать графические элементы, модуль Bluetooth, или использовать Зиверты вместо Рентгена.

Меня девайс устраивает, но если вы улучшите его, пожалуйста, поделитесь вашим устройством! Спасибо за просмотр, увидимся в следующий раз!

Простой счетчик Гейгера | Мастер-класс своими руками

Вы когда-нибудь хотели проверить уровень радиоактивности? Или может вы хотели подготовиться к ядерному Апокалипсису? Тогда этот мастер-класс по изготовлению счетчика Гейгера именно для вас. Я покажу вам, как сделать очень простой и дешевый счетчик Гейгера из старых и ненужных деталей бывших в эксплуатации. Видео о сборке и работе счетчика смотрите в конце моей статьи. Давайте начнем!

Как работает счетчик Гейгера?

Для начала, я объясню вам основы того, как все работает. В счетчике Гейгера используется специальная трубка, наполненная инертным газом при очень низком давлении для обнаружения радиации. Внутри этой трубки имеется цилиндрический кусок металла, который выступает в качестве катода. Внутри этого цилиндра есть небольшой металлический отрезок проволоки, который выступает в качестве анода. Когда высокое напряжение присутствует на аноде трубки, ничего не происходит, но когда в трубку попадают лучевые частиц, это вызывает ионизацию инертного раза, и он начинает проводить электрический ток. Этот ток можно измерить специальными приборами, но в этой схеме будет только детектирование сигнала о наличии радиационного излучения.

Схема счетчика Гейера

Счетчик Гейгера состоит из двух частей: высоковольтного источника питания — преобразователя и детектора. В вышеприведенной схеме высоковольтная цепь состоит из таймера 555, на котором построен генератор. Таймер 555 генерирует прямоугольные импульсы, которые через резистор открывает и закрывает транзистор периодически. Этот транзистор управляет небольшим повышающим трансформатор. С выходного трансформатора напряжение подается на удвоитель напряжения, где повышается примерно до 500 Вольт. Затем, напряжение стабилизируется с помощью стабилитронов до 400 вольт, необходимых для питания трубки счетчика Гейгера.
Детектор состоит из пьезо-электрического элемента, подключенного напрямую к ануду трубки без всяких усилителей.

Инструменты и детали

Чтобы выполнить этот проект, вам понадобятся различные инструменты и материалы.
Инструменты:

  • Кусачки.
  • Стриппер для зачистки проводов.
  • Паяльник.
  • Пистолет с горячим клеем.

Детали: большинство из них можно найти от старых электронных устройств.

  • Трансформатор 8:800 — это был трансформатор источника питания сломанного будильника.
  • Трубка Гейгера — куплена — ТУТ.
  • Таймер 555.
  • Резисторы 47К (х2).
  • Конденсатор 22nF.
  • Конденсатор 2.2 nF.
  • Резистор 1К.
  • Любой N-канальный MOSFET.
  • Макетная плата.
  • 1n4007 диод(х2).
  • Конденсатор 100 нф на 500 вольт.
  • Стабилитроны — 100 вольт (х4)
  • Пьезоэлектрический элемент (из старой микроволновой печи).
  • Провода.
  • Припой.

Сборка генератора с транзистором MOSFET

После того как вы собрали свои инструменты и материалы самое время, чтобы перейти к пайке компонентов. Первая, что вам надо спаять это генератор и транзистор. Для этого каждый компонент на макетной плате установить наиболее эффективным образом. Например, припаять MOSFET рядом, где с трансформатором. Это поможет вам использовать меньше проводов при пайке. Как все детали смаяны между собой, обрезать излишки провода.

Припаиваем трансформатор и удвоитель напряжения со стабилизацией

После сборки генератора нужно припаять обмотку трансформатора с меньшим сопротивлением между MOSFET плюсом питания. Затем припаять выход трансформатора с высоковольтной обмотки к удвоителю. Затем, припаиваем все конденсаторы и стабилитроны. После спайки высоковольтный источник питания нужно проверить его с помощью вольтметра, чтобы увидеться, что он собран правильно и выдает нужное напряжение. Если у вас другая трубка Гейгера, не как у меня, посмотреть ее технические характеристики, чтобы узнать напряжение её питания, которое может отличаться. Затем добавите соответствующие стабилитроны.

Добавление трубку Гейгера и детектор

Заключительная часть и мне осталось добавить в схему саму трубку — счетчик и детектор. Начинаем припаивать провода к каждому концу трубки. Затем, припаиваем анод к выходу регулируемого источника питания и катодом к пьезоэлемента. Наконец, припаяем пьезоэлемент на общий провод. Благородя использованию детектора состоящего всего из двух компонентов это и считается простейший счетчик Гейгера. Большинство более сложных счетчиков содержать транзисторы в детекторе. Не надо никаких токоограничивающих резисторов в этом детекторе не требуется из-за очень незначительных токов.

Испытания

Наконец, настало время, чтобы проверить счетчиком Гейгера! Для этого сначала подключите счетчик к источнику питания. Затем, возьмите радиоактивный источник для проверки. С помощью плоскогубцев, удерживайте источник радиации рядом с трубкой Гейгера. Вы должны услышать несколько заметных щелчков, которые раздаются в пьезоэлементе. Это означает, что счетчик исправно работает. Чтобы услышать и увидеть это, смотреть видео. Спасибо за чтение!

Смотрите видео работы счетчика Гейгера


Отказ от ответственности: этот проект работает с высоким напряжением, соблюдайте правила техники безопасности и работайте с осторожностью.

Комплект для сборки счетчика Гейгера

Arduino IDE версии 2 с ЖК-дисплеем; без GM Tube RH Electronics

Технические характеристики:

  • Высоковольтный преобразователь ШИМ с обратной связью по напряжению
  • Преобразователь

  • HV может управлять нагрузкой 20 м, 25 мкА в макс.
  • Поддерживаются трубки Гейгера 400 В и 500 В
  • Расчет мощности дозы и счетчик CPM
  • Новый логарифмический барграф со счетчиком CPS
  • Две тактовые кнопки для управления программным обеспечением
  • Алгоритм расчета скользящей средней цены за тысячу показов
  • Регистрация UART с помощью «Radiation Logger», требуется USB-TTL ключ
  • Звук кликера Гейгера с отключением звука и двумя светодиодами
  • Напряжение питания: 5 В постоянного тока
  • Ток питания: 15 мА на фоновом уровне
  • Размеры: 89 (Д) x 39 (Ш) x 22 (В) мм
  • Вес в упаковке: 180гр
  • Номер UPC: 634654895707
  • Артикул: RH-K-GK-2-A

Самая новая версия 2.00 из набора счетчиков Гейгера IDE Arduino от RH Electronics! Плата представляет собой миниатюрную печатную плату со сквозными деталями и микроконтроллер Atmega-328A с установленным загрузчиком Arduino IDE. В комплект входит подробная электрическая схема и предварительно запрограммированный микрокроллер. Если вы хотите получить исходные файлы, вы можете связаться с нами по электронной почте, чтобы получить ссылку для загрузки.

Что нового в этой версии?

  • Хорошо продуманная электрическая схема и улучшенная компоновка печатной платы
  • Истинная обратная связь по напряжению в высоковольтном преобразователе PWM, которая теперь позволяет управлять нагрузкой 20Mega Ohm на 500V
  • Оптимизированное программное обеспечение для условий высокой скорости счета
  • Режим второго экрана со счетчиком CPS
  • Fast CPS bargraph с логарифмической шкалой (отлично подходит для пробирки для блинов или сцинта.зонд)
  • Штатная поддержка ламп 500В и 400В, напряжение устанавливается перемычкой
  • Два светодиода с зуммером и кнопкой отключения звука
  • Переключение между экраном CPM или CPS с помощью кнопки

Комплект представляет собой надежное оборудование, предназначенное для управления лампой Гейгера, в то время как высокое напряжение и подсчет импульсов контролируются одним микроконтроллером. Это простой и познавательный проект, однако грузоподъемность и производительность схемы позволяют использовать эту плату и в более серьезных приложениях, таких как научные исследования или экстремальные тесты энтузиастов.Режим второго экрана CPS с гистограммой может использоваться с чувствительной пробиркой GM для блинов или с внешним сцинтилляционным датчиком.

Как и в предыдущей версии:

  • Расчет мощности дозы и возможность калибровки с помощью эскиза Arduino
  • Счетчик скользящего среднего CPM UART Журналы значения CPM каждые 10 секунд
  • ЖК-экран 16×2
  • Дружественные исходные файлы Arduino IDE, открытый исходный код с покупателем

СКАЧАТЬ РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ PDF

В отличие от предыдущей версии ver.1.00 RH-K-GK-1-A с ограниченной максимальной скоростью счета, новая версия 2.00 RH-K-GK-2-A способна работать с максимальной скоростью счета, которую может обеспечить ваша трубка. Мы протестировали его с новой трубкой LND-712, и источником DP-2 Sr-90 , при этом максимальное значение CPS было записано равным 5000 CPS (300K CPM на LND-712). Тестовый источник DP-2 Sr-90 известен как один из самых горячих тестовых источников, который обычно вызывает зажигание старых стандартных ламп, таких как SBM-20, и переход в текущий режим. Поэтому, если вы планируете использовать счетчик в экстремальных условиях, убедитесь, что у вас есть новая качественная трубка, способная работать на максимальной скорости счета.

Измерение и регулировка высокого напряжения:

Параметры ШИМ по умолчанию в программном обеспечении должны работать нормально для обоих режимов: 400 В или 500 В. При необходимости вы можете настроить процентное соотношение ШИМ через обновление эскиза. В комплекте установлен нагрузочный резистор 10 МОм с выходом на клеммной колодке. Когда вы прикладываете к клеммной колодке вольтметр 10 МОм, то нагрузочный резистор создает делитель напряжения с внутренним сопротивлением вольтметра. Вот почему 400 В будет читаться как 200 В, а 500 В — как 250 В.Общая максимально допустимая нагрузка на 500 В составляет 25 мкА.

Для переключения настроек ШИМ 400 В / 500 В установите Jumper-1 и перезапустите питание комплекта. С установленной перемычкой он имеет выход 500 В, со снятой перемычкой — выход 400 В.

Совместимые трубки Гейгера:

Программные настройки мощности дозы гамма-излучения по умолчанию предназначены для SBM-20. Если вам сложно иметь дело со скетчами Arduino IDE, сообщите нам об этом в комментариях к вашему заказу в PayPal, и мы установим гамма-коэффициент для разных ламп, которые у вас есть.Обычно коэффициент можно получить из таблицы данных трубки, в руководстве в формате PDF вы можете найти наиболее распространенные значения. Некоторые старые стандартные пробирки не содержат какой-либо полезной информации о преобразовании мощности в их таблицах, в этом случае мы будем использовать настройки SBM-20 по умолчанию.

Комплект поддерживает следующие пробирки GM: SBM-20, STS-5, SBM-19, LND-712, LND-7312, SBT-9, SBT-11A, SI-180G, Philips 18504, Beta-1, Beta-2. , Gamma-7C, Vacutec-70019A и другие.

Покупка включает:

  • Печатная плата высокого качества
  • ЖК-экран 16×2
  • Электронные компоненты с подробной электрической схемой

По умолчанию набор счетчиков Arduino продается без трубки Гейгера, но вы можете добавить трубку SBM-20 / STS-5 GM в корзину.

Набор паять с удовольствием даже новичку. Конструкция электрической схемы сделана максимально простой и понятной. Если вам нужна сборная версия, то за дополнительную плату вы можете приобрести паяную версию комплекта , поставив галочку напротив опции «Пайка» перед тем, как добавить ее в корзину.

Если вам нужна трубка Гейгера, мы предлагаем протестированных образца трубок SBM-20 , которые поступают от проверенных старых поставщиков и прошли наши тесты контроля качества. Эти трубки обычно могут считать до 180K CPM до режима тока зажигания внутренней силы газового разряда.

SparkFun счетчик Гейгера — SEN-11345

Вы говорили, мы слушали, и мы пересмотрели нашу плату счетчика Гейгера, чтобы решить некоторые из наиболее насущных проблем. Эта версия имеет улучшенную схему регулирования напряжения для трубки Гейгера, которая имеет гораздо более чистый выходной сигнал. Мы также изменили часть платы захвата сигнала, чтобы она считывала активный высокий уровень, что позволяет получать более надежные счетчики, которые менее подвержены загрязнению из-за емкости линии. Новая схема захвата сигнала также увеличивает предел CPM до 100 Гц!

Этот счетчик Гейгера SparkFun с питанием от USB оснащен ATMega328, который можно программировать по схеме с помощью одного из указанных ниже программаторов.Просто подключите устройство к USB (убедитесь, что у вас установлены драйверы FTDI), откройте программу терминала для правильного COM-порта на скорости 9600 бит / с, и вы увидите, что случайные биты генерируются из случайного фонового излучения. Каждый сгенерированный бит (байт ASCII 0 или 1) представляет фактическое событие в трубке в реальном времени, поэтому выходные данные можно использовать для вывода CPM или любых единиц, которые вам нужны. Пока вы занимаетесь этим, почему бы не проверить учебник по созданию счетчика Гейгера по генерации случайных чисел?

Примечание: Пока счетчик Гейгера находится под напряжением и переключатель находится в положении ON, на плате находятся незащищенные компоненты высокого напряжения.Чтобы выключить устройство, вы должны повернуть выключатель питания трубки в положение OFF, когда USB-кабель подключен или когда плата все еще подключена к источнику питания. Причина в том, что; когда вы переводите переключатель в положение «ВЫКЛ.», высоковольтные линии обескровливаются через резистор, подключенный к заземлению, более подробная информация об этом содержится в руководстве.

Предлагается проектная коробка или корпус. Не прикасайтесь к торцевому окну трубки Гейгера и не касайтесь каких-либо проводящих участков внутри области, отмеченной ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, когда трубка Гейгера включена.Корпус не является абсолютно необходимым, но если вы решите не использовать корпус, не забудьте быть особенно осторожными с торцевым окном и областями высокого напряжения.

Трубка Гейгера поставляется с красным чехлом для защиты торцевого окна во время производства, транспортировки и транспортировки. Если вам нужно обнаружить альфа-частицы, необходимо снять его. Однако вы все равно должны видеть активность гамма- и бета-частиц даже при включенной загрузке.

Экспорт этого продукта контролируется США.Отправка в другие страны по-прежнему возможна, но перед отправкой потребуется дополнительная информация.

Примечание: Этот продукт предназначен для образовательных целей, и на него не следует напрямую полагаться при принятии решений, касающихся здоровья или безопасности.

Характеристики :

  • 5V Логика
  • Общий ток 30 мА
  • LND712 Трубка Гейгера @ 560 В
  • Микроконтроллер ATMega328
  • Интерфейс USB FTDI
  • Встроенные светодиоды питания и состояния
  • Выходной контакт TTL (активный высокий уровень) от трубки
  • Загрузчик Arduino в комплекте.Используйте плату типа «Arduino Pro или Pro Mini, ATmega328 (3,3 В, 8 МГц)
  • ».

Apollo-NG — PiGI — Raspberry Pi Интерфейс Гейгера-Мюллера

Счетчики Гейгера — это в основном просто устройства, которые позволяют нам измерять ионизирующее излучение. В контексте человеческой деятельности мы имеем дело с «естественными» источниками излучения и «искусственными». Некоторые из материалов, излучающих ионизирующее излучение, используются в лечебных целях (радиационная терапия), в качестве добавки к краске и даже в детекторах дыма, но большинство из них используется для выработки электричества на атомных электростанциях и для создания запасов термоядерного оружия большой массы. разрушение (ну, за исключением Ирака, как мы все знаем), многие могут испугаться, а некоторые могут стать богатыми.

Источник и дополнительные сведения с информацией об инцидентах на сайте в этом гибридном приложении:

https://www.google.com/maps/d/viewer?mid=1JvNHsKIGS2e2SY0qmlhMUfzY0mQ

Но как нам справиться с тем, что мы на самом деле не можем видеть, слышать, чувствовать, обонять или ощущать на вкус? В яблочко! Мы просто не думаем об этом. Мы никогда не воспринимаем это как потенциально опасное для нашего здоровья, пока не произойдет несчастный случай, и мы должны найти кого-нибудь со счетчиком Гейгера, мы должны доверять, кто может сказать нам, насколько солнечная «погода»? Лучше сделать это самим, чтобы мы могли независимо получать все соответствующие показатели в реальном времени и исторические показатели в децентрализованной системе p2p с гораздо меньшим риском испорченных / предвзятых / неправильных / отсутствующих данных, особенно когда мы, люди, действительно нуждаемся в них.

Это должно быть обычным рациональным осознанием, а не неведением или страхом. Прямо как дождь. Все мы знаем, что дождь — это ни хорошо, ни плохо. Просто дождь. А когда мы слишком долго остаемся под дождем без соответствующей защитной одежды, мы можем так сильно промокнуть, что можем заболеть. Наш мозг определяет максимально допустимое время под дождем и уровень защитного снаряжения, необходимого для отражения дождя, поэтому мы просто визуально воспринимаем, сколько капель дождя мы видим и насколько они велики. Это дает нам свободу решать, оставаться ли в помещении, надевать плащ или просто рисковать.

К сожалению, наш организм не поможет нам в обнаружении ионизирующего излучения (хотя он может сильно от него пострадать). Потерянные источники и снаряды с обедненным ураном, которые бесконтрольно и незаметно облучаются, являются такой же реальной проблемой, как Кыштымская катастрофа и инциденты на реакторах или катастрофические аварии, такие как Чернобыль или Фукусима. Не говоря уже о будущих поколениях, которым придется иметь дело с долгосрочными захоронениями ядерных отходов. Вот где снова на помощь приходят счетчики Гейгера: они позволяют нам «видеть» уровни радиации и, следовательно, дают нам свободу решать, хотим ли и как мы действовать максимально безопасно.

После недавней ядерной катастрофы на АЭС Фукусима-дайити в Японии многие люди начали осознавать силу открытых краудсорсинговых данных о радиации и начали разрабатывать, строить и покупать счетчики Гейгера и комплекты счетчиков Гейгера. Многие делятся своими местными уровнями радиации через социальные сети и простые карты, такие как TDRM и SafeCast.

Это также было бы отличным показателем для сбора Argus и отображения данных в виде наложения в DSpace. А теперь представьте, что сотни этих дешевых решений распространяются по всему миру и обмениваются данными друг с другом, чтобы получить глобальную сеть открытого радиационного мониторинга (ORM).

Модуль PiGI

Raspberry Pi — идеальная платформа для дешевого, но очень универсального счетчика Гейгера. Его можно подключить к телевизору / монитору для отображения красивого графического интерфейса, он может воспроизводить ностальгический звук так, так, тактактак через аудиовыход, а также может служить в качестве автономного узла датчика счетчика Гейгера (даже на солнечной энергии), собирающего и разделяющего данные в реальном времени и исторические данные. Все, что тебе нужно:

  • Raspberry Pi

  • Модуль PiGI

  • Трубка Гейгера-Мюллера

PiGI разработан и построен как простой модуль plug and play с открытым исходным кодом для Raspberry Pi, который превращает его в дешевый и легко поддающийся взлому многоцелевой счетчик Гейгера.Он генерирует необходимое высокое напряжение (до 1000 В), необходимое для работы ламп GM (обычно 400-600 В для бета / гамма GMT).

Некоторые датчики-блины (в основном используемые для альфа-излучения) требуют еще более высокого напряжения, теоретически цепь должна его покрывать. Однако это не тестировалось, только LND712 (новый, см. Рисунок) и две старые лампы Phillips (Frieseke & Hoepfner FHZ74 / 76) могли быть протестированы из-за ограниченных ресурсов для создания прототипов.

Для каждого импульса, регистрируемого трубкой Гейгера, PiGI подтягивает контакт GPIO Pi к земле (обнаружение спадающего фронта).На Pi работает небольшой демон, называемый counterd, который ожидает прерывания, чтобы зарегистрировать счетчик и уведомить дисплей / аудио / хранилище данных / сетевой обработчик. Вот почему его также можно легко подключить к любой другой встраиваемой системе / системе микроконтроллера, например:

HOWTO могут / будут предоставлены, оставьте комментарий, если он вам нужен для конфигурации соединений / подтягивания.

Сценарии использования

  • Локальное / портативное измерение альфа / бета / гамма-излучения

  • Автономная / удаленная федеративная сеть радиационного мониторинга (Argus / DSpace)
  • Аппаратный генератор случайных чисел на основе радиоактивного распада

Характеристики

Размеры платы 40×43 мм
Выходное напряжение До 1000 В
Ток <2 мА при ~ 0.09 мкЗв / ч мощность местной дозы
  • Эффективная конструкция — очень низкое энергопотребление — обеспечивается Pi

  • Простая схема / малое количество спецификаций

  • Простая компоновка для легкой ручной пайки (даже для начинающих SMT)

  • Двухслойный (верхний / нижний) всего 3 переходных отверстия — для легкой репликации своими руками

  • Очень дешевая конструкция (стоимость прототипа модуля: <15 евро)

  • Двойное штабелирование для подсчета низкой / высокой доз с 2 пробирками

  • Защита входа микроконтроллера (импульсный инвертор)

  • Plug and Play для Raspberry Pi

Оборудование

Если вы хотите узнать больше о конструкции или собрать ее самостоятельно, загляните в раздел оборудования PiGI, где вы найдете подробное описание схемы, схем и макетов печатных плат.

Программное обеспечение

Мы потратили пару дней на разработку нового программного обеспечения счетчика Гейгера. Несмотря на то, что это только ранняя грубая стадия, с ней уже весело работать. Он реализован как полноценное мобильное веб-приложение на основе HTML5 / CSS3 Websocket, которое можно использовать в последних версиях браузера Chrome и Firefox. Подробнее об этом можно узнать в разделе ПО.

Предварительные скриншоты

Реализованные возможности

  • Текущее состояние

  • Графики в реальном времени (15 мин. / 60 мин. / 24 ч)

  • Аналоговый датчик

  • Визуализатор ионных трасс

  • История

  • Tick Simulator (Для демонстрации и развития)

  • Аппаратный генератор энтропии ГСЧ

Статус / История

2013-04-15 Идея проекта
2013-04-17 Определения основных схем
2013-04-23 Все детали определены и заказаны
2013-04-28 Готово V1.0 Макет прототипа
2013-04-30 Заказал 7 прототипов плат от MultiPCB
05.05.2013 Впаян первый прототип
2013-05-13 Добавлена ​​опция двойного стека (V1.1)
2013-05-19 Изменено R1 с 3k9 на 1k, чтобы сделать работу T1 более надежной
2013-05-22 Макет прототипа обновлен до версии 1.1 для производственного выпуска
2013-05-23 Начато испытание на долгосрочную стабильность
2013-06-17 Прекращено долгосрочное тестирование для live-demo (стабильно / надежно на 100% до сих пор)
2013-06-17 Завершение 2-го прототипа платы
2013-06-23 Обновлено + добавлена ​​V1.0 изображений досок
2013-07-25 Предпроизводственное планирование
2013-08-04 Началась разработка кампании на Indiegogo.com
09.08.2013 Выбран CERN OHL 1.1 в качестве лицензии на данный момент
2014-02-08 Личный журнал: тестирование PiGI
2014-03-04 PiGI Software Hacking & Hackathon
2014-06-13 Генерация энтропии от радиоактивного распада с PiGI
2014-06-28 Готово больше прототипов плат PiGI
2014-10-15 Добавлены данные долгосрочного тестирования PiGI на панель управления VFCC (предшественник ORM)
2016-03-21 Дополнительные платы PiGI доступны через небольшой краудсорсинг
2016-12-13 PiGI принят и развернут в рамках проекта TDRM
2016-12-19 Повторно добавлен отсутствующий C5 (330pf — 0805) в BOM Mouser
2017-06-29 Печатные платы PiGI теперь доступны на печатных платах.io
2017-12-18 Платы PiGI в сборе доступны в качестве избыточного производства TDRM (ограниченное количество)
2019-03-17 PiGI, используемые в Stuttgart Strahlt — der radioaktive Stadtrundgang
2019-10-29 Мобильный PM на основе ESP32 и набор инструментов для анализа ионизирующего излучения

Следующие шаги:

  • Провести краудфандинговую кампанию

  • Получите adafruit или seeedstudio для производства, продажи и доставки PiGI по справедливой цене (вы можете помочь, отправив им записку со своим интересом и ссылку на эту страницу, чтобы они знали, что есть спрос)

Репо

Хочу

Поскольку PiGI в конечном итоге дешев в производстве, как только вы достигнете границы в 1000 штук, было бы здорово выложить его в Pi-Community в виде набора или даже готовых модулей, единственное, что потребует пайки, — это трубка. сам (без пайки SMT).Если вы заинтересованы в таком, пожалуйста, проголосуйте за вариант, который вам больше всего нравится, чтобы мы могли определить, как структурировать кампанию kickstarter / indygogo, которая подходит сообществу:

<каракули

 title = "Что бы вы хотели?"
auth = "none | ip | user"
adminUsers = "хроно"
voteType = "multi"
closed = "false" 

>

* Это текущие оценки целевой цены продажи (без учета доставки), основанные на наихудшем сценарии.Как только будет более надежный подсчет, очень легко узнать, сколько это будет стоить на самом деле. Цены на печатные платы и детали очень сильно падают при точках разрыва в 1000, 5000 и 10000 штук.

Спасибо, что нашли время заявить о своем интересе. Возможно, вы захотите подписаться на RSS-канал Apollo-NG, чтобы получать мгновенные уведомления об обновлениях проекта. Поскольку этот проект в настоящее время очень динамичный по своей природе, вы всегда можете зайти на #apollo на freenode IRC для вопросов и обсуждения.