Дозиметр своими руками схема
Перейти к содержимому

Дозиметр своими руками схема

  • автор:

Осторожно — радиация!

Ионизирующая радиация опасна не только своей высокой поражающей способностью — доза, смертельно опасная для человека, в тепловом ее эквиваленте едва нагрела бы и стакан воды, но и тем, что она никак не воспринимается нашими органами чувств. Ни один из органорецепторов человека не предупредит его о сближении с источником радиации любой интенсивности.
Это обстоятельство позволяло долгое время скрывать от населения происходившие в нашей стране радиационные аварии и их последствия. И даже после взрыва на Чернобыльской АЭС, радиоизотопный след которого ощутила, как минимум, вся Европа, еще несколько лет у нас блокировались любые попытки дать в руки населения приборы, которые позволили бы ему самому позаботиться о своей безопасности. И лишь с появлением в свободной продаже датчиков ионизирующей радиации — так называемых счетчиков Гейгера — управлявшие нашей страной утеряли, наконец, исключительное право знать то, что не следует, по их мнению, знать населению.

  • Простой дозиметр на Ардуино
  • GPS-GLONASS дозиметр «Турист»
  • Счетчик Гейгера — это просто
  • Простой радиометр на ATmega328PU (Индикатор радиоактивности)
  • Простой индикатор радиации на Arduino
  • Ультра-Микрон Модуль-А2
  • Индикатор радиоактивности Ультра-Микрон 4.08 (изменения)
  • «Сторож-Р» — прибор непрерывного радиационного контроля
  • Счётчик Гейгера-Мюллера на СТС-5
  • Радиационный индикатор в радиоприемнике
  • Радиолюбительский дозиметр
  • Датчик радиации в охранной системе
  • Экономичный источник питания счетчика Гейгера
  • Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения
  • Цифровой дозиметр Гамма_1
  • Лабораторный прибор контроля бета-излучения

1999-2024 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

Мой самодельный дозиметр

Разработка самодельного дозиметра связана с тем, что в моем дозиметре ДБГБ-01 «Ратон-901» вышел из строя стабилитрон СГ301-С.
СГ301-ССтабилитрон тлеющего разряда СГ301-С в стеклянном заполненном водородом корпусе специально разрабатывался для работы с 400-вольтовыми счётчиками Гейгера (например, СБМ-20). Его напряжение стабилизации равно 390 В.
СГ301С-1
Проявлялась неисправность стабилитрона в полном безразличии дозиметра к радиоактивному излучению 🙂 Но так как радиационная разведка — увлекательное занятие, мне захотелось все-таки обратно заполучить в свои руки дозиметр. Восстанавливать старый дозиметр — скучно, купить — слишком банально, гораздо интереснее сделать самому!
Я использовал из своего заводского дозиметра только счетчик Гейгера, тот самый таинственный ПРГИ-101.
Мой DIY-дозиметр представляет собой объединенные в одном корпусе высоковольтный источник, счетчик Гейгера и формирователь импульсов —
блок-схема дозиметра
блок-схема дозиметра
вид дозиметра внутри
самодельный дозиметр
1 — CCFL-инвертор
2 — умножитель
3 — счетчик Гейгера
4 — формирователь импульсов
5 — согласующая цепь
6 — выключатель питания и разъем для внешнего питания
7 — штеккер для подключения к аудиоразъему смартфона/ноутбука

вид дозиметра снаружи
самодельный дозиметр
Как Вы успели заметить, корпусом служит футляр от видеокассеты 🙂 из полипропилена.
принципиальная схема дозиметра
(щелкните мышкой для просмотра схемы в увеличенном масштабе)
схема самодельного дозиметра
Как основу для высоковольтного источника я использовал инвертор для вышедшей из строя CCFL лампы подсветки.
Умножитель C2-C5, VD2-VD4 обеспечивает увеличение напряжения, вырабатываемого CCFL-инвертором, в несколько раз и его выпрямление. Конденсатор C6 сглаживает пульсации напряжения. Напряжение для регулировки снимается с делителя R11-R16 и поступает на инверсный вход ОУ DA1.2, а опорное напряжение снимается с регулируемого делителя R8-R10 и поступает на прямой вход ОУ DA1.2. При превышении напряжением на выходе умножителя заданного уровня на выходе ОУ DA1.2 напряжение резко снижается, МДП-транзистор VT1 закрывается, что вызывает закрытие p-n-p транзистора VT2. При этом подача напряжения на CCFL-инвертор прекращается.
Напряжение с выхода умножителя поступает через резистор R22 на трубку Гейгера-Мюллера. При попадании частицы ионизирующего излучения в счетчике происходит разряд, возникает импульс тока, и, как следствие, импульс напряжения на резисторе R23. Через резистор R24 и ограничивающий диод VD7 этот импульс поступает на прямой вход ОУ DA1.1. На инверсный вход поступает опорное напряжение, снимаемое с регулируемого делителя R18-R20. При превышении импульсом напряжения от счетчика Гейгера уровня опорного напряжения на выходе ОУ вырабатывается импульс напряжения, через резистор R21 поступающий на затвор МДП-транзистора VT3 и открывающий его. Напряжение на стоке транзистора VT3 резко падает и, поступая на вывод 2 таймера DA2, вызывает срабатывание одновибратора на таймере DA2. Удлиненный импульс с вывода 3 таймера DA2 поступает на бипер SP1 и зажигает светодиод HL3 через резистор R26. Также импульс напряжения со стока транзистора VT3 поступает на вход схемы согласования дозиметра и смартфона. Конденсатор C10 развязывает дозиметр и смартфон по постоянному напряжению. Резисторы R27 и R28 составляют делитель напряжения, уменьшающий уровень импульса напряжения. Светодиоды HL4 и HL5 дополнительно ограничивают уровень выходного напряжения, поступающего на микрофонный вход смартфона.

Питание
Питание дозиметра осуществляется от призматической батареи («Кроны») напряжением 9 В.
Также предусмотрен разъем для подключения внешнего источника питания.

характеристическая кривая счетчика Гейгера

Для счетчика Гейгера поддержание напряжения питания на номинальном уровне играет важную роль в работе счетчика. При пониженном напряжении питания попадание частицы радиации внутрь счетчика не приведет к его срабатыванию. При повышенном напряжении питания в трубке счетчика будут возникать самопроизвольные разряды, т.е. счетчик будет срабатывать даже при отсутствии радиации. Для работы счетчика в нормальном режиме напряжения питания должно находиться в диапазоне, получившем название плато Гейгера (Geiger plateau).
характеристическая кривая (characteristic curve) счетчика Гейгера

На характеристической кривой плато Гейгера соответствует почти горизонтальная линия, т.е. на этом участке скорость счета почти не зависит от напряжения. Для продления срока службы трубки Гейгера номинальное напряжение U0 выбирается в пределах первой трети плато (обычно значение больше предела примерно на 100 В). Для счетчика Гейгера ПРГИ-101, как и для СБМ-20, номинальное напряжение питания составляет ~ 390 В. При напряжении питания в диапазоне 7. 15 В на выходе умножителя моего дозиметра поддерживается напряжение ~ 400 В, оптимальное для используемого счетчика Гейгера.
Потребляемый ток дозиметра составляет при этом ~ 30 мА и практически не изменяется при изменении напряжения питания в диапазоне 7. 15 В.

При снижении напряжения питания ниже 7 В напряжение, поддерживаемое на выходе умножителя, уменьшается.

Напряжение питания, В Напряжение
на выходе умножителя, В
7 ~ 400
6,5 ~ 380
6 ~ 340
5,5 ~ 300
5 ~ 260

характеристическая кривая счетчика ПРГИ-101

Снижение напряжения объясняется, в основном, тем, что опорное напряжение в регуляторе выходного напряжения получается с помощью делителя, подключенного к выходу интегрального стабилизатора 7805. В этом стабилизаторе для обеспечения выходного напряжения, равного 5 В, входное напряжение должно быть не ниже определенного уровня. Таким образом, при снижении напряжения питания снижается опорное напряжение и понижается уровень напряжения, поддерживаемого регулятором.
При напряжении питания 4,5 В и менее генерация в преобразователе прекращается и напряжение на выходе падает до нуля.
Указанный эффект снижения напряжения на счетчике при уменьшении напряжения питания позволяет построить характеристическую кривую для счетчика ПРГИ-101.

Плато на кривой начинается примерно с 340 В.

Индикация
В дозиметре предусмотрена звуковая и световая (красный светодиод) индикация регистрации разряда в счетчике Гейгера и световая индикация поданного питания, а также индикация неверной полярности напряжения питания (светодиод HL1 (красный) служит для индикацию неправильной полярности напряжения питания, светодиод HL2 (синий) — для индикации правильной полярности напряжения питания).

Регистрация импульсов
Выход формирователя импульсов подключается через согласующее устройство к аудиоразъему смартфона под управление операционной системы Android или ноутбука.
схема согласующего устройства
схема согласующего устройства
внешний вид согласующего устройства
схема согласования
1 — конденсатор C1 — для развязки дозиметра и смартфона по постоянному току
2 — резистор R1 — резистор делителя напряжения
3 — резистор R2 — резистор делителя напряжения
4 — светодиод HL1 — ограничительный зеленый светодиод
5 — светодиод HL2 — ограничительный зеленый светодиод

Бесплатная программа Audacity позволяет записать импульсы, поступающие с дозиметра через согласующее устройство на аудиовход компьютера (ее же я использовал и для определения скорости снаряда моей пушки Гаусса) —
последовательность импульсов, регистрируемых счетчиком Гейгера
дозиметр, счетчик Гейгера
два импульса, показанные в увеличенном масштабе
дозиметр, счетчик Гейгера
При регистрации импульсов важную роль играет интервал между ними. В вышеприведенном случае он составляет 5645 сэмплов. С учетом того, что частота записи составляла 96000 Гц, длительность одного сэмпла равна 1/96000=0,0000104 с или 10,4 мкс. Таким образом, интервал между началом двух соседних импульсов длился 58,7 мс.
один импульс в увеличенном масштабе
дозиметр, счетчик Гейгера
Длительность самого импульса составила 20 сэмплов или 208 мкс.

дозиметр + Android

Также специализированное приложение для Android позволяет записывать сигнал с микрофонного входа и отображать на экране —

На вышеприведенном скриншоте четко видны импульсы, поступающие на микрофонный вход смартфона с формирователя импульсов дозиметра.

Приложение GeigerCounter
Разрабытываемое мной приложение GeigerCounter для смартфона под управлением ОС Android обеспечивает подсчет импульсов, формируемых дозиметром при попадании частиц ионизирующего излучения в счетчик Гейгера, и их статистическую обработку. Также приложение определяет географические координаты смартфона и записывает протокол измерений в файл на SD-карту смартфона.
Подробная информация о работе с приложением GeigerCounter приведена на странице http://foxylab.com/GeigerCounter.php .
Скачать бесплатное приложение GeigerCounter можно в магазине приложений Google play :
Get it on Google Play
скриншот приложения GeigerCounter после длительного измерения естественного фона
GeigerCounter

Вот как изменяется доверительный интервал (через промежутки времени 15 минут):

50,47 . 50,67
48,20 . 52,13
48,20 . 52,13
46,93 . 52,13
46,93 . 53,87

На адекватность результатов измерений влияет параметр «Пауза» приложения (определяет «мертвое время» после регистрации импульса), причем его требуемое значение зависит от частоты дискретизации аудиосигнала при записи, отличающейся у разных смартфонов.
Эта частота, с которой оцифровывается сигнала при записи, может быть определена с помощью приложения Audio Buffer Size от Raph Levien (Twiiter — https://twitter.com/raphlinus):
Google Play: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.levien.audiobuffersize

смартфон запись звука

Для смартфона Huawei Y6 SCL-L01 с частотой дискретизации 48 кГц

я получил такую зависимость между полученным доверительным интервалом CPM и величиной паузы:

Пауза CPM
3 88. 89
5 84. 88
8 62. 62
10 55. 58
15 54. 57

Как видно, для частоты дискретизации 48 кГц при длительности паузы 10 сэмплов и более величина CPM практически не изменяется, что свидетельствует об адекватности результатов измерений, например, при величине паузы, равной 15 сэмплам. Задание заниженного значения паузы приводит к завышению результатов измерений радиационного фона.

частота дискретизации Android

Для смартфона Huawei G600 U8950-1 с частотой дискретизации 44,1 кГц

можно использовать величину паузы, равную 5 сэмплам.

Также на показания прибора влияет заданное значение уровня.

Я получил такую зависимость между CPM и величиной уровня (для паузы, равной 15):

Уровень CPM
10 89
15 57
20 50
25 51
30 52

При значении уровня 30 % и выше импульсы перестают учитываться.
Как видно из таблицы, целесообразно выбрать уровень, равный 25 %.

Аналогичные приборы
Дозиметры Pocket Geiger Counter (цена $46) c восемью фотодиодными сенсорами или более совершенный Pokega Type2 (цена $65), разработанные японской некоммерческой организацией Radiation Watch, также рассчитаны на подключение к аудиовходу смартфона Apple iPhone для эксплуатации совместно с приложением Pocket Geiger Counter App:
Pocket Geiger Counter Pockega Type 2Pocket Geiger Counter App

Статистический анализ результатов измерений
Радиоактивный распад является случайным процессом. Количество распадов радиоактивного источника за единицу времени подчиняется распределению Пуассона (Poisson distribution)). Распределение Пуассона описывает вероятность случайных событий в определенном временном или пространственном интервале и применимо к множеству явлений.
Если использовать для описания таких случайных событий, как попадания ионизирующих частиц в счетчик Гейгера, распределение Пуассона, то вероятность того, что за заданный интервал времени $T$ в счетчик попадет $x$ частиц, определяется выражением $P\left(x\right) = \mu^x \over x!>$ , где $\mu$ — среднее число частиц, попадающих в счетчик за интервал $T$, а $x$ — целое неотрицательное число.
пример распределения Пуассона для $\mu = 10$
распределение Пуассона
$\mu = \lambda T$ , где $\lambda$ (или $n$) — среднее число частиц, попадающих в счетчик за единицу времени (скорость счета). Скорость счета обычно измеряется в импульсах в минуту — CPM (Counts Per Minute) и является относительным показателем радиационного фона.
Следует отметить, что при большой скорости радиоактивного распада можно использовать и более удобное нормальное распределение (Gaussian distribution).
сравнение распределений Пуассона и Гаусса при $\mu = 100$
сравнение распределений Пуассона и Гаусса
В этом случае вероятность того, что за заданный интервал времени $T$ в счетчик попадет $x$ частиц, определяется выражением $P\left(x\right) = <1\over<\sqrt<2\pi\mu>>> ^2>\over<2\mu>>>>$ , где $\mu$ — среднее число частиц, попадающих в счетчик за интервал $T$, а $x$ — целое неотрицательное число.
Для оценки погрешности измерений интенсивности ионизирующего излучения можно использовать методы математической статистики.
Выполнение серии измерений.
Проводя $N$ измерений, получаем различные значения скорости счета импульсов (count rate) $n$. Если количество измерений велико, то распределение скоростей счета может быть аппроксимировано нормальным распределение (Gaussian Distribution).
Определим среднее значение скорости счета (mean count rate) $n_A = ^N\over N>$. Мерой рассеяния данных измерений возле среднего значения является выборочное стандартное отклонение скорости счета (sample standard deviation of the count rate), которое для нормального распределения определяется выражением $\sigma_s \left(s_x \right) = \sqrt<\sum<<\left(n-n_A\right)>^2> \over N — 1>$. Увеличение доверия к вычисленному среднему значению скорости счета $n_A$ как показателю радиационного фона при увеличении числа измерений $N$ учитывается в стандартном отклонении средней скорости счета (standard deviation of the mean count rate) $\sigma_M = <\sigma_S\over \sqrt>$.
С вероятностью 68 % истинное среднее значение скорости счета лежит в интервале $n_A\pm \sigma_M$, 95 % — в интервале $n_A\pm 2\sigma_M$, 99,7 % — в интервале $n_A\pm 3\sigma_M$ (правило трех сигм) —
диаграмма стандартного отклонения
При этом количество измерений, которые необходимо выполнить, чтобы определить среднее значение скорости счета с доверительной вероятностью 95 %, определяется выражением $\sqrt = \over>$ .
Для наглядности можно построить гистограмму, на которой по горизонтальной оси отложены численные значения скорости счета (count rate) или число импульсов (counts) за заданный интервал времени (gate time), и у каждого интервала скорости счета или числа импульсов строится столбец, высота которого соответствует количеству измерений (frequency), в которых наблюдалась скорость счета или число импульсов, входящие в этот интервал.
Я провел опыт по многократному измерению радиационного фона в квартире — число измерений N = 61, среднее значение скорости счета 50,61 CPM, стандартное отклонение средней скорости счета 0,89 CPM:
измерение радиации
Файл с результатами измерений можно загрузить здесь.
Гистограмма для скоростей счета:
гистограмма скоростей счета

гистограмма скоростей счета

Также я провел измерения в частном доме в деревне Еремино недалеко от Гомеля — число измерений N = 80, среднее значение скорости счета 52,99 CPM, стандартное отклонение средней скорости счета 0,86 CPM:
Файл с результатами измерений можно загрузить здесь.
Гистограмма для скоростей счета:

Выполнение одного измерения.
Если мы проводим одно измерение числа импульсов $N$ за достаточно длительный интервал времени $T$, то доверительный интервал, в котором с вероятностью 95 % находится истинное число импульсов, можно определить как $N \pm \sqrt$ . Относительная погрешность полученного значения уменьшается с ростом измеренного числа импульсов, так как она равна $1 \over<\sqrt>$ . Такая же относительная погрешность будет и у измеренной скорости счета $n = >$ .

Погрешность из-за «мертвого» времени счетчика
Для счетчика Гейгера при измерении высокого радиационного фона существует проблема, связанная с наличием у счетчика «мертвого» времени. После попадания гамма-частицы в счетчик в течение некоторого интервала времени («мертвого» времени счетчика — dead-time) он не сможет детектировать попадание новой частицы. Из-за этого наблюдаемая скорость счета $N_$ оказывается несколько меньше истинной $N_$. Ситуация ухудшается тем, что попадание новой частицы не только не детектируется, но и продлевает «мертвое» время.
Связь между наблюдаемой и истинной скоростями счета определяется выражением:
$N_ = N_ e^<-N_\tau>$ , где $\tau$ — «мертвое» время счетчика (20 мкс для старых моделей).
Следует отметить, что это уравнение трансцендентное, т.е. его нельзя записать в виде $N_=. $.

Космические лучи
Одной из причин возникновения фоновых разрядов в счетчике Гейгера являются мюоны. Детектирование этих частиц — не менее интересный процесс, чем поиск радиоактивных артефактов.

Экспериментальная проверка работоспособности дозиметра и приложения GeigerCounter
измерение уровня радиоактивности немецкого компаса времен ВМВ
Я владею немецким компасом, у которого на кончик стрелки и на метки циферблата нанесен светящийся состав, содержащий радий-226.
внешний вид компаса
компас Вермахта
Результаты многократных измерений (N=15) показали, что средняя скорость счета дозиметра, расположенного вблизи компаса, составила 275,4 ± 4,24 CPM.
измерение ионизирующего излучения компаса
ионизирующее излучение компаса
Естественный радиационный фон составил 52,2 ± 1,67 CPM.
Таким образом, превышение уровня излучения от компаса составило 5,3 раза.
измерение уровня естественного радиационного фона
GeigerCounter
В учебной лаборатории моего университета имеются три тахометра, использовавшиеся на самолетах Ан-2.
измерение уровня радиоактивности тахометра из учебной лаборатории
тахометр
Результаты многократных измерений (N=15) показали, что средняя скорость счета дозиметра, расположенного вблизи тахометра, составила 4082,33 ± 17,20 CPM.
измерение ионизирующего излучения тахометра
GeigerCounter
Также я экспериментально оценил возможность экранирования ионизирующего излучения различными материалами.

Электромагнитные помехи
Следует заметить, что на дозиметр оказывают мешающее воздействие источники электромагнитного излучения, например, мобильные телефоны. Я провел опыт, расположив ВЧ-модуль мобильного телефона над счетчиком Гейгера и осуществив звонок с этого телефона. При наборе номера дозиметр «трещал» периодически (в такт импульсам излучения телефона (этот характерный звук мы слышим в динамиках колонок компьютера, если рядом лежит мобильный телефон), а в процессе дозвона — непрерывно:
воздействие телефона на дозиметр
1 — импульс от частицы ионизирующего излучения;
2 — шум;
3 — набор номера;
4 — дозвон до абонента.

Импульсы помехи от телефона:
помехи от телефона
Как видно из осциллограммы, период импульсного сигнала, регистрируемого дозиметром, составляет 1/44100*203 ~ 4,6 мс.
Помеха воздействовала на дозиметр при удалении телефона на несколько сантиметров от счетчика Гейгера.

Альтернативные подходы к подсчету импульсов, поступающих со счетчика Гейгера
Подсчет импульсов от счетчика Гейгера, подключенного к звуковой карте компьютера, с помощью специализированных программ
Для счетчика Гейгера CDV-700 или другого счетчика с импульсным выходом, подключаемым к линейному входу звуковой карты, существует программа CDV Counter.

Подсчет импульсов от счетчика Гейгера, подключенного к звуковой карте компьютера, с помощью MATLAB
A. A. Azooz
Aasim Abdulkareem AzoozВ статье Operating a Geiger–Müller tube using a PC sound card, опубликованной в European Journal of Physics 30 (2009), описывается использование MATLAB для захвата данных со звуковой карты, к линейому входу которой подключен счечик Гейгера. Автор статьи — профессор Aasim Abdulkareem Azooz (университет Мосула, Ирак).
Статью в PDF-формате можно прочитать по ссылке https://foxylab.com/Geiger_Azooz.pdf (568 Кбайт).
В статье указывается, что трубки Гейгера и высоковольтные источники относительно дешевы и широко доступны в большинстве лабораторий, но счетчики импульсов на так доступны, особенно в разивающихся странах. Использование звуковой карты компьютера для подсчета импульсов с трубки Гейгера-Мюллера обеспечивает как высокую частоту оцифровки, так и доступность на любом компьютере.
схема экспериментальной установки
счетчик Гейгера + звуковая карта + MATLAB
При параметрах элементов R = 4,7 кОм, C = 100 нФ вырабатываются импульсы величиной около 0,6 В, которые поступают на вход звуковой карты.
Программная обработка сигнала на входе звуковой карты осуществляется с помощью программного пакета MATLAB.
Для детектирования импульсов при этом используются два критерия:
1 — напряжение сигнала превышает заданный лимит (это необходимо для устранения влияния шума и резко уменьшает загрузку процессора, предел задан равным 0,4 В, он может быть изменен в строке 21 кода программ GM1 и GM2):
импульс со счетчика Гейгера + MATLAB
2 — значения напряжения слева и справа от рассматриваемой как пик импульса точки должны быть меньше напряжения в этой точке (это позволяет уменьшить «мертвое » время счетчика Гейгера и учитывать импульс, наложившийся на предыдущий импульс, как отдельный):
счетчик Гейгера + перекрывающиеся импульсы
Сравнение вида импульса на осциллографе и построенного в MATLAB показывает их хорошее совпадение по форме:
импульс со счетчика Гейгера
Я тоже провел эксперименты по обработке импульсов от своего DIY-дозиметра, подключенного к аудиоразъему ноутбука, в MATLAB. Подробнее об этих экспериментах можно прочитать здесь.

Подсчет импульсов от счетчика Гейгера, подключенного к параллельному порту компьютера, с помощью специализированных программ

Fernando Arqueros
Fernando ArquerosВ статье Studying the statistical properties of particle counting with a very simple device, опубликованной в European Journal of Physics 25/2004 описывается подключение трубки Гейгера к параллельному порту персонального компьютера. Авторы статьи — F. Arqueros, F. Blanco, B. Jim´ enez de Cisneros (университет Комплутенсе, Мадрид — крупнейший вуз Испании, основан в 1499 году).
Статью в PDF-формате можно прочитать по ссылке https://foxylab.com/Geiger_Arqueros.pdf (154 Кбайт).
В статье описывается подключение трубки Гейгера к входной линии (11) LPT-порта через схему для укорочения импульса:
подключение трубки Гейгера к LPT-порту
Для укорачивания импульса используется дифференцирующая RC-цепочка, которая превращает входной прямоугольный импульс в экспоненциальный выходной.
Для детектирования импульсов можно использовать простую программу на BASIC:

10 DEF SEG=0:P=PEEK(1032)+256*PEEK(1033) ’Localize port direction 20 WAIT P+1,128:PRINT TIMER ’Wait for signal, annotate arriving time 30 IF INKEY$=”z” THEN STOP ELSE GOTO 20 ’Repeat loop and stop control

Число 128 в строке 20 в команде WAIT соответствует использованному выводу 11 параллельного порта (числа 64, 32, 16 и 8 соответствовали бы выводам 10, 12, 13 и 15 соответственно).
Эта программа печатает моменты времени t1, t2, . , tN, в которые детектировался разряд в трубке Гейгера.

LabVIEW + счетчик Гейгера

Подсчет импульсов от счетчика Гейгера с помощью LabVIEW
В статье Computer based radioactivity measurement with acquisition and monitoring radiation data using LabVIEW, опубликованной в 2008 году, описывается подсчет импульсов счетчика Гейгера с помощью LabVIEW. Авторы статьи — Masudul Hassan Quraishi, Md. Aminul Hoque, Anisa Begum, Mohammad Jahangir Alam (университет инжиниринга и технологий в городе Дакка, Бангладеш).
Статью в PDF-формате можно прочитать по ссылке https://foxylab.com/Geiger_Quraishi.pdf (2,84 Мбайт).
схема экспериментальной установки

Недостатком такого метода является необходимость наличия специализированной подключаемой к компьютеру DAQ-карты, которая «захватывает» импульсы с детектора, подключенного к трубке Гейгера.

Применение счетчика Гейгера в качестве генератора случайных чисел
Основополагающими работами по использованию лабораторного радиоактивного источника в качестве генератора случайных событий можно считать статьи MacLeod A M 1976 года в Am. J. Phys. 44 177-80, 172-6 и 1980 года в Eur. J. Phys. 1 88-97. В этих статьях описано исследование распределения Пуассона, описаны детали схемы счетчика и схемы вывода графических данных на телевизионный экран. Элементная база 1976 года обусловила достаточно громоздкое построение схемы счетчика из 34 интегральных микросхем 74-й серии.
F. J. Mulligan
F. J. MulliganВ статье F. J. Mulligan 1987 года Letters and comments в Eur. J. Phys. 8 53-57 описана замена этой сложной схемы двумя вентилями И-НЕ и микросхемой 6522 VIA:
счетчик импульсов с трубки Гейгера
Статью в PDF-формате можно прочитать по ссылке https://foxylab.com/Geiger_Mulligan.pdf (261 Кбайт).
Микросхема 6522 Versatile Interface Adapter (VIA) является контроллером портов ввода-вывода для микропроцессоров серии 6502 (параллельный ввод-вывод, таймеры, регистр сдвига для последовательного ввода-вывода данных). Она содержит 20 линий ввода-вывода и 4 управляющих линии.

Продолжение следует

  • Войдите, чтобы оставлять комментарии

Дозиметр своими руками схема

Казалось бы, уж сколько всяких дозиметров придумано! И для сталкеров, и для путешественников. Зачем делать ещё один?

  • непрерывный подсчёт в реальном времени, без необходимости ожидания
  • настройка подсветки
  • настройка звука
  • встроенный вольтметр: высокого напряжения и батареи
  • генерация импульсов для преобразователя высокого напряжения посредством МК

Что же получилось? На данный момент получилась альфа-версия. Вот что она умеет.

Подсчёт идёт непрерывно. Программно это организовано в виде массива на 30 секунд. Каждую секунду в массив записывается количество поступивших за неё импульсов, а затем указатель массива увеличивается. Когда он достигает 30, то обнуляется. Перед выводом на экран сначения массива суммируются. Таким образом, показания всегда считаются за последние 30 секунд. Разумеется, первые 30 секунд показания неверные, и на экран они просто не выводятся. Затем подсчёт уже идёт в реальном времени – не надо ожидать никаких интервалов.

Каждое срабатывание счётчика гейгера сопровождается звуковым сигналом, генерирующимся через аппаратный ШИМ микроконтроллера — линия SOUND на схеме. Нормальный, красивый звук. Подсветка также ШИМится — линия LED. В ясную погоду её можно выставить в ноль и экономить батарею, в темноте — можно увеличить яркость.

Вольтметр непрерывно отображает напряжение на аноде счётчика гейгера, а программно его можно выставить на любом уровне (мало ли, для какой-нибудь экзотической трубки). Меандр для высоковольтного преобразователя генерируется ШИМом — линия PWM.

На вход ADC1 (24) МК заведено напряжение с аккумулятора, уровень заряда отображается графически на экране в правом верхнем углу и в цифровом виде ниже, с точностью до десятых вольта.

Отображение всей информации ведётся на двухстрочном ЖК дисплее WH1602.

Схема дозиметра радиолюбителя

Нажми для увеличения
Чтобы не мотать повышающий трансформатор, был взят готовый, от CCFL инвертора ЖК монитора. Он включён как обратноходовый, поэтому посредством изменения ширины импульса на первичной обмотке можно получать любое нужное напряжение на вторичной.

Вольтметр высокого напряжения организован делителем из резисторов на 20МОм и 200кОм. Такое высокое сопротивление выбрано для меньшего влияния на и без того слаботочный преобразователь.

В аноде счётчика Гейгера СБМ-20, который может быть заменён на СТС-5, установлен резистор на 4,7МОм. Совместно с катодным резистором на 100кОм они также образуют делитель напряжения. При срабатывании счётчика, на катодном резисторе появляется импульс, который приводит к прерыванию микроконтроллера. Изначально сопротивление анодного резистора предполагалось сделать 10МОм, но при нём амплитуда импульса оказалась недостаточной. Возможно, требуется просто увеличить сопротивление катодного резистора. Диод с этой линии к плюсу питания призван защитить МК от возможного завышенного напряжения.

Для крепления СБМ20 используются пружинящие контакты держателя предохранителя.

Все транзисторы — logic level с материнских плат компьютеров, поэтому работают без драйверов.

По мере допиливания информация будет дополняться.

У МК осталось очень много ресурсов, поэтому возможно дополнение функционала этого прибора.

Есть, над чем ещё подумать и что доделать.

Корпус дозиметра

Корпус изготовлен из пластика, под грунтовку из баллончика и покраску (из другого баллончика).

Схема дозиметра сейчас потребляет 20мА при величине высокого напряжения, равной 400В и достаточно яркой подсветке экрана, питается от аккумулятора для мобильного телефона. Встроен готовый китайский модуль контроля заряда-разряда, повышающий преобразователь — на микросхеме MC34063, можно также применить NCP3063 или подобную.

Печатная плата имеет такой большой размер (8,5 х 12,5 см), потому что была задумана для макетирования и отладки дозиметра, но после всего так и осталась.

О счётчиках Гейгера:

У самогасящихся счетчиков такой параметр, как счетная характеристика будет ухудшаться в виду распада многоатомных молекул газа, который его наполняет. В частности, уменьшается протяженность плато и, в то же время, увеличивается его наклон. В процессе эксплуатации, вследствие изменения состава смеси газов и повышения их давления плато счетчика смещается. По этой причине при работе счетчика периодически нудно проверять его счетную характеристику для корректировки величины рабочего напряжения. Также на протяженность и наклон плато влияет и сопротивление нагрузки счетчика. С её увеличением протяженность плато увеличивается, а наклон его, соответственно, уменьшается. Использование схемы эмиттерного повторителя позволяет увеличить протяженность плато счетчика. Для того, чтобы уменьшить влияние паразитной емкости и сопротивления входной цепи измерительной схемы на характеристики счетчиков нагрузочное сопротивление счетчика можно делить на два участка. Измерительную схему в таких случаях целесообразно подключать к меньшему сопротивлению.

Неправильно выбранное сопротивление помимо ухудшения счетной характеристики может явиться причиной появления многократных разрядов. Объясняется это тем, что сопротивление нагрузки в галогенных счетчиках часто выбирается в пределах 5-10 МОм, в то время как входное сопротивление измерительной схемы обычно не превышает 1-2 МОм. Собственные емкости счетчиков и схем их включения в среднем составляют 15-20 пФ, а емкости связи между сопротивлением нагрузки и измерительной схемой иногда достигают 100 пФ и более. При относительно небольшом входном сопротивлении схемы и значительном перенапряжении потенциал на аноде счетчика восстанавливается значительно раньше, чем заканчивается генерация электронов в разрядном промежутке, за счет медленных вторичных процессов. В результате создаются условия для повторной вспышки разряда. Образуется повторный всплеск импульса. Процесс может повторяться, пока емкость связи не зарядится до потенциала, превышающего перенапряжение на счетчике. С этого момента восстановление потенциала на аноде счетчика происходит с постоянной времени цепи нагрузки счетчика.

Для исключения многократных разрядов, ухудшающих характеристики прибора с галогенными счетчиками, следует увеличить входное сопротивление измерительных схем (до 5 МОм) или уменьшить емкость связи до 5-10 пФ. В цепи нагрузки счетчика используют делитель, с части которого подают выходные сигналы на вход измерительной схемы (в случае небольшого ее входного сопротивления).

Аплитуда тока, проходящего через счетчик, зависит от его внутреннего сопротивления в момент разряда.

Влияние режима питания на «мертвое» время счетчика. При разряде электроны собираются на нить счетчика за 10 -7 с. Значительно медленнее движутся к катоду положительные ионы. По мере удаления ионов от нити их экранирующее действие уменьшается, и область, в которой снова возможна ударная ионизация, расширяется. При попадании в счетчик ионизирующей частицы в нем вновь могут образоваться импульсы, сначала небольшие, а затем — возрастающие до нормальной величины.

Промежуток времени, в течение которого не может быть зарегистрирована последующая ионизирующая частица, прошедшая через счетчик, называется «мертвым» временем. Его длительность определяется скоростью движения положительных ионов к катоду счетчика и составляет около 10 -4 с.

Временной интервал от конца «мертвого» времени и до момента полного собирания положительных ионов на катоде, соответствующий полному восстановлению способности счетчика регистрировать ионизирующие частицы, называется временем восстановления.

Потери в счете ионизирующих частиц возрастают особенно при измерении интенсивных потоков излучений.

При измерениях интенсивных потоков ионизирующих частиц вместо счетчиков, работающих в гейгеровском режиме, для уменьшения величины просчетов целесообразно использовать пропорциональные счетчики. Скорость счета пропорциональных счетчиков может достигать нескольких миллионов импульсов в минуту без существенной потери в скорости счета. Такая высокая скорость счета пропорциональных счетчиков обусловлена небольшим «мертвым» временем. Недостатком схем с пропорциональными счетчиками является необходимость дополнительного усиления сигналов, что усложняет схему. Рабочее напряжение пропорциональных счетчиков устанавливается в соответствии с паспортными данными. С увеличением напряжения счетчик переходит в режим ограниченной пропорциональности, что затрудняет дискриминацию фоновых импульсов и ухудшает его разрешающую способность. Дальнейшее увеличение напряжения может привести к изменению параметров счетчика или выходу его из строя. Уменьшение рабочего напряжения улучшает разрешающую способность и устойчивость работы счетчика. Однако одновременно с этим уменьшается амплитуда генерируемых счетчиком импульсов, что вызывает необходимость дополнительного усиления сигналов.

При регистрации интенсивного излучения напряжение дискриминации пропорциональных счетчиков следует выбирать в пределах плато дискриминационной характеристики. При небольшом напряжении дискриминации одновремененно с увеличением чувствительности счетчика возрастает и число импульсов от фоновых частиц В случае регистрации сильно ионизирующих частиц на большом фоне слабоионизирующего излучения необходимо увеличивать напряжение дискриминации, хотя это может привести к некоторому уменьшению чувствительности счетчика. Для уменьшения y-фона при регистрации b-частиц используют защиту счетчиков (из чугуна, свинца, ртути), а также электронные схемы, исключающие фоновые импульсы (схемы компенсации, антисовпадений и т. д.).

Коронные счетчики частиц имеют протяженное плато с отрицательным наклоном, поэтому их рабочее напряжение следует выбирать в начале плато. В области плато амплитуды импульсов шумов и сигнала не зависят от напряжения на электродах счетчика.

С увеличением сопротивления нагрузки этих счетчиков наклон плато уменьшается, а протяженность увеличивается. Чувствительность счетчика может регулироваться изменением дискриминации. Напряжение дискриминации для этих счетчиков выбирается исходя из условий отсечки импульсов коронного разряда и фонового излучения. В противном случае возможность эксплуатации счетчика исключена.

У самогасящихся счетчиков срок службы, как уже было отмечено, определяется во многом расходом многоатомных молекул, содержащихся в гасящей примеси. С их распадом в счетчике происходит повышение давления, что смещает плато в область повышенного напряжения, а также увеличивает его наклон. Следует отметить, что расход молекул гасящей примеси при разряде уменьшается при напряжениях, которые соответствуют началу (первой трети) плато. Поэтому выбор этого напряжения зависит от желаемых потерь счета импульсов и срока службы.

При отсутствии же особых требований к сроку службы рабочее напряжение можно выбирать на 100 вольт больше, чем в начале счета. Для того, чтобы увеличить амплитуду импульсов срабатывания рабочее напряжение следует выбирать в середине или же в конце плато. Особое внимание следует уделить тому, что нужно избегать даже кратковременных перегрузок в работе по напряжению и интенсивности измеряемого излучения, потому что это может привести к изменению параметров или даже выходу счетчика из строя.

Для уменьшения собственного фона стеклянные счетчики необходимо помещать в светонепроницаемые экраны. Чувствительность счетчиков к свету в процессе эксплуатации (особенно при больших скоростях счета) увеличивается.

Счетчики с галогенной и кислородной гасящей добавкой нечувствительны к перегрузкам и интенсивности облучения. Однако длительное нахождение счетчиков в условиях непрерывного разряда или в потоках излучений, значительно превышающих допустимые, приводит к выходу их из строя.

Большое влияние на режим работы оказывает пороговая чувствительность схемы. С её повышением напряжение начала счета смещается в сторону меньших значений.

Три варианта сборки самодельного дозиметра

Измерение уровня радиоактивного фона осуществляется с помощью специального прибора – дозиметра. Его можно приобрести в специализированном магазине, но домашних умельцев привлечет другой вариант — сделать дозиметр своими руками. Бытовую модификацию можно собрать в нескольких вариациях, например, из подручных средств или с установкой счетчика СБМ-20.

Возможности самодельного аппарата

Знак радиационной опасности

Естественно, профессиональный или многофункциональный дозиметр собрать будет довольно сложно. Бытовые портативные или индивидуальные приборы регистрируют бета или гамма излучение. Радиометр предназначен для исследования конкретных объектов и считывают уровень радионуклидов. Фактически дозиметр и радиометр – это два разных устройства, но бытовые версии часто совмещают в себе и первое, и второе. Тонкая терминология играет роль только для специалистов, потому даже комбинированные модели называют обобщенно – дозиметр. Выбрав одну из предложенных схем для сборки, пользователь получит простейшее устройство с низкой чувствительностью. Польза в таком приборе все же есть: он способен регистрировать критичные дозы радиации, это будет свидетельствовать о реальной угрозе здоровью человека. Несмотря на то, что самодельное устройство в разы уступает любому бытовому дозиметру из магазина, для защиты собственной жизни его вполне можно использовать.

Полезные советы

  1. Для аппарата собственной сборки выбирают 400 вольтовые счетчики, если преобразователь рассчитан на 500 вольт, то нужно корректировать настройку цепи обратной связи. Допустимо подобрать иную конфигурацию стабилитронов и неоновых ламп, смотря, какая схема дозиметра применяется при изготовлении.
  2. Выходное напряжение стабилизатора замеряется вольтметром с входным сопротивлением от 10 Мом. Важно проверить, что оно фактически равно 400 вольт, заряженные конденсаторы потенциально опасны для человека, несмотря на малую мощность.
  3. Вблизи счетчика в корпусе делается несколько мелких отверстий для проникновения бета-излучений. Доступ к цепям с высоким напряжением должен быть исключен, это нужно учесть, при установке прибора в корпус.
  4. Схему измерительного узла подбирают на основании входного напряжения преобразователя. Подключение узла осуществляется строго при отключенном питании и разряженном накопительном конденсаторе.
  5. При естественном радиационном фоне самодельный дозиметр будет выдавать порядка 30 – 35 сигналов за 60 секунд. Превышение показателя свидетельствует о высоком ионном излучении.

Схема №1 — элементарная

Чтобы сконструировать детектор для регистрации бета и гамма-излучений «быстро и просто», этот вариант подойдет как нельзя лучше. Что понадобится до конструирования:

  • пластиковая бутылка, а точнее – горлышко с крышкой;
  • консервная банка без крышки с обработанными краями;
  • обычный тестер;
  • кусок стальной и медной проволоки;
  • транзистор кп302а или любой кп303.

Консервная банка с пластиковой бутылкой

Для сборки нужно отрезать горлышко от бутылки таким образом, чтобы оно плотно вошло в консервную банку. Лучше всего подойдет узкая, высокая банка, как от сгущенки. В пластиковой крышке делается два отверстия, куда нужно вставить стальную проволоку. Один ее край загибают петлей в виде буквы «С», чтобы она надежно держалась за крышку, второй конец стального прута не должен касаться банки. После крышка закручивается.

Ножку затвора КП302а прикручивают к петле стальной проволоки, а к стоку и истоку подсоединяют клеммы тестера. Вокруг банки нужно обкрутить медную проволоку и одним концом закрепить к черной клемме. Капризный и недолговечный полевой транзистор можно заменить, например, соединить несколько других по схеме Дарлингтона, главное – суммарный коэффициент усиления должен быть равен 9000.

Процесс сборки дозиметра Клемы тестераПодсоединение проволоки к контактам

Самодельный дозиметр готов, но его нужно откалибровать. Для этого используют лабораторный источник радиации, как правило, на ней указана единица его ионного излучения.

Калибровка дозиметра

Схема № 2 — установка счетчика

Для того, чтобы собрать дозиметр своими руками, подойдет обычный счетчик СБМ-20 — его придется купить в специализированном магазине радиодеталей. Сквозь герметичную трубку-катод по оси проходит анод – тонкая проволока. Внутреннее пространство при малом давлении наполнено газом, что создает оптимальную среду для электрического пробоя.

Счетчик СБМ-20

Напряжение СБМ-20 порядка 300 – 500 В, его необходимо настроить так, чтобы исключить произвольный пробой. Когда попадает радиоактивная частица, она ионизирует газ в трубке, создавая большое количество ионов и электронов между катодом и анодом. Подобным образом счетчик срабатывает на каждую частицу.

Важно знать! Для самодельного аппарата подойдет любой счетчик, рассчитанный на 400 вольт, но СБМ-20 – самый подходящий, можно приобрести популярный СТС-5, но он менее долговечный.

Схема дозиметра представляет собой два блока: индикатор и сетевой выпрямитель, которые собирают в коробочках из пластика и соединяют разъемом. Блок питания подключают к сети на небольшой промежуток времени. Конденсатор заряжается до напряжения 600 Вт и является источником питания устройства.

Схема устройства

Блок отключают от сети и от индикатора, а к контактам разъемам подсоединяют высокоомные телефоны. Конденсатор следует выбрать хорошего качества, это продлит время работы дозиметра. Самодельный аппарат может функционировать в течение 20 минут и больше.

  • резистор выпрямителя оптимально подобрать с рассеивающей мощностью до 2 вт;
  • конденсаторы могут быть керамические или бумажные, с соответствующим напряжением;
  • счетчик можно выбрать любой;
  • исключите вероятность прикосновения руками к контактам резистора

Естественный радиационный фон будет регистрироваться как редкие сигналы в телефонах, отсутствие звуков означает, что нет питания.

Схема № 3 с двухпроводным детектором

Можно сконструировать самодельный дозиметр с двухпроводным детектором, для этого нужна пластиковая емкость, проходной конденсатор, три резистора и одноканальный демпфер.

Сам демпфер снижает амплитуду колебаний и устанавливается за детектором, непосредственно рядом с проходным конденсатором, который измеряет дозу. Для такой конструкции подойдут только резонансные выпрямители, а вот расширители практически не используются. Прибор будет более чувствителен к радиации, но потребует больше времени для сборки.

Схема устройства с двухпроводным детектором

Существуют и другие схемы, как сделать дозиметр самостоятельно. Радиолюбители разработали и протестировали множество вариаций, но большинство из них основывается на схемах, описанных выше.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *