Преобразователь для питания счетчика гейгера

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА — СХЕМА И ПЛАТА

Этот проект представляет собой простой счетчик Гейгера, который обнаружит бета-частицы и гамма-лучи. Индикация динамиком, который воспроизводит один щелчок для каждого счета. С добавлением схемы частотомера можно видеть количество микрорентген в секунду. Звуковая версия схемы очень полезна для идентификации радиоактивных предметов, таких как часы со светящимися циферблатами. Схема дозиметра очень экономична и обеспечивает много часов работы от одной 9 В батареи Крона.

Предполагалось, что будет установлен счетчик Гейгера типа DOI-80, так как устройство должно было иметь минимальное энергопотребление и быть как можно более дешевым. Схема потребляет минимальный ток и преобразователь работает на частоте 50 кГц. Измеритель радиации характеризуется наличием дешевых элементов — можно купить их в любом магазине электроники.

Как самостоятельно сделать счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера – это прибор, используемый для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Это один из самых известных в мире приборов для обнаружения излучения, так как он может использоваться для обнаружения ионизирующего излучения, такого как альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи, и обычно используется в качестве портативного прибора для радиационного обследования, предупреждая своих пользователей знакомым щелкающим шумом, когда они входят в область опасных уровней окружающей радиации. Счетчик обнаруживает ионизирующее излучение с помощью эффекта ионизации, создаваемого в трубке Гейгера-Мюллера, который, как вы, наверное, догадались, вероятно, и названа в честь немецкого физика.

Несмотря на то, что в области счетчиков Гейгера в Интернете дается немало информации, сегодняшний пример покажет разработку, в которой объединяется ESP8266 с сенсорным дисплеем для создания уникального устройства с пользовательским графическим интерфейсом, с помощью которого информация отображается очень удобным способом.

Принцип работы счетчика Гейгера прост. Тонкостенная трубка с газом низкого давления внутри (называемая трубкой Гейгера-Мюллера) находится под напряжением между двумя электродами. Создаваемого электрического поля недостаточно, чтобы вызвать пробой диэлектрика, поэтому ток не протекает через трубку. Это происходит до тех пор, пока частица или фотон ионизирующего излучения не пройдет через него. Таким образом, когда проходит бета или гамма-излучение, оно может ионизировать некоторые молекулы газа внутри, создавая свободные электроны и положительные ионы. Эти частицы начинают двигаться из-за наличия электрического поля, и электроны на самом деле набирают достаточную скорость, чтобы в конечном итоге они ионизировали другие молекулы, создавая каскад заряженных частиц, которые на мгновение проводят электричество. Этот короткий импульс тока может быть обнаружен с помощью подключенной электронной схемы, а затем использован для создания щелкающего звука или, в нашем случае, подается на микроконтроллер для выполнения вычислений и отображения показаний.

Этот проект основан на трубке Гейгера SBM-20, поскольку ее легко найти в интернете, например, на eBay или Aliexpress, и она очень чувствительна к бета- и гамма-излучению. В качестве дисплея возьмем экран 2.8 дюйма с интерфейсом SPI. Также нам потребуется повышающий преобразователь на 4,2 В и различные пассивные компоненты.

ЧТО И ЧЕМ ИЗМЕРЯЕТ RADEX ONE?

Мощность излучаемой и накопленной дозы β (бета)- и γ (гамма)- излучения радиации в модели RADEX ONE измеряет счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-20-1.

Простой и надёжный счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-20-1, он не требователен к условиям эксплуатации и широко применяется в профессиональной аппаратуре. Обнаруживая газонаполненным датчиком СБМ-20-1 радиоактивное излучение, бытовой дозиметр с помощью дисплея, звукового сигнала и вибрации оповещает хозяина об радиационной опасности.

ДОСТОИНСТВА И ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИБОРА RADEX ONE

RADEX ONE — недорогой измеритель радиации, одним из привлекательных качеств которого является миниатюрный размер корпуса. При этом в нем установлен самый популярный датчик радиации — СБМ-20-1.

Помимо указанных достоинств, прибор обладает и другими преимуществами:

самый маленький размер корпуса прибора при использовании датчика СБМ-20-1
режим измерения «поиск» CPM (количество импульсов в минуту)
время работы – 3000 часов от одной батарейки ААА
использование как внешнего датчика уровня радиации для систем автоматизации (открытый протокол передачи данных), например можно подключить к arduino
может работать без батарейки, получая питание от USB, например от универсального внешнего аккумулятора
малый вес — 40 грамм
оснащён датчиком СБМ-20-1 российского производства

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ RADEX ONE

Применение программного обеспечения RadexRead расширяет сферу использования бытового измерителя радиации и даёт владельцу дополнительные возможности. Достаточно подключить индикатор к компьютеру. Подойдет любой домашний компьютер или ноутбук. Главное, чтобы операционная система была Windows XP или новее и присутствовал USB порт.

При соединении с компьютером, прибор для измерения радиации RADEX ONE через фирменное ПО позволит пользователю:

строить разнообразные графики по итогам измерений
хранить на жестком диске результаты измерений
осуществлять настройку измерителя радиации
обновлять прошивку прибора с целью улучшения его функциональности

СЕРТИФИКАТЫ ДОЗИМЕТРА RADEX ONE

Параметры дозометрического прибора RADEX ONE были проверены международной лабораторией PRO EMV Labor Strausberg GmbH в Германии, которая имеет аккредитацию германского центра аккредитаций DAKKS Deutsche Akkreditierungsstelle .

Принципиальная схема

Схема источника построена по схеме повышающего DC/DC преобразователя напряжения на микросхеме MC34063 с трансформаторным выходом. Почти по типовой схеме её включения. На схеме показан источник питания — батарея типа «Кроны». Но напряжение питания может быть и больше и меньше.

Микросхема МС34063 может работать в пределах напряжения питания от ЗV до 40V. Например, можно запитать схему от автомобильного источника 12V, или гальванической батареи напряжением 3V, 4,5V, 6V, либо от сетевого зарядного устройства для сотовых телефонов или от USB-порта персонального компьютера (напряжение 5V). Кстати, от изменения напряжения питания во всем допустимом диапазоне выходное напряжение почти не изменяется.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя напряженияиз 9В в +400В для счетчика Гейгера на микросхеме MC34063.

Принцип работы МС34063 многократно описан в различной литературе, и останавливаться здесь на нем нет смысла. Напомню, что стабилизация осуществляется подачей пониженного резистивным делителем напряжения с выхода на компараторный вход микросхемы (на вывод 5). И от соотношения плеч этого делителя напряжения как раз и зависит величина выходного напряжения.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 28 мм (можно больше или меньше, где-то от 20 до 30 мм). Первичная обмотка — 20 витков провода ПЭВ 0,43. Вторичная обмотка — 400 витков провода ПЭВ 0,12. Сначала наматывают вторичную обмотку, потом на неё — первичную.

Между обмотками проложить тонкую фторопластовую изоляцию (например, размотанную с провода МГТФ).

Предназначение

Индивидуальные дозиметры – приборы, которые измеряют дозу ионизирующего излучения или ее мощность. Бытовые модели предназначены для измерения эквивалентной дозы или ее мощности, созданной гамма и рентгеновским излучением. Применение устройств такого типа актуально для зон с высоким радиационным фоном или возле объектов высокого риска выбросов радиоактивности в окружающую среду.

Работа любого дозиметра базируется на задействовании детектора ионизирующего излучения. Датчики такого типа могут быть различными:

полупроводниковые;
сцинтилляционные;
ионизационные камеры;
счетчик Гейгера.

Вне зависимости от типа детектора, суть функционирования прибора заключается в преобразовании импульса кванта изучения, который передается веществу датчика, в электросигнал и последующего его перерасчета в единицы эквивалентной дозы. Дозиметры, будучи средствами измерений ионизирующих излучений, разделяют на следующие категории:

измерители мощности дозы, ее изменения, что позволяет дать оценку радиоактивной обстановки на местности;
комбинированные устройства (измеряют дозу и ее мощность);
измерители дозы (рассчитаны на измерение поглощенной дозы в облучаемых объектах).

При использовании бытовых дозиметров, вне зависимости от типа детектора, для точного измерения дозы ионизирующего излучения требуется определенное время.

Рейтинг лучших профессиональных дозиметров радиации

Сравнив 10 топовых моделей дозиметров радиации, можно выделить лучшие 5 устройств. Отобранные приборы быстро анализируют полученные сведения и могут долго работать, не боясь воздействия атмосферы.

RADEX МКС-1009

Определяет бета и гамма-излучения. Работает дозиметр радиации от 1 батарейки. Пользователь получает всю необходимую информацию на русском языке, которая высвечивается на экране с подсветкой.

Устройство выдает точные данные, оповещает о высоком уровне радиации. Модель мгновенно оценивает опасный радиационный фон.

Работает непрерывно в течение 950 часов, то есть 40 дней на 1 батарейке

ДРГБ-01 ЭКО-1

Дозиметр радиации имеет три режима измерений — гамма-излучений, бета-частиц и удельной радиоактивности по плотности потока бета-частиц. Портативное устройства имеет чувствительную поверхность и тонкое слюдяное окно. Когда требуется регистрация гамма-лучей, окно счетчика закрывается специальным экраном.

В комплекте руководство по эксплуатации, сетевой адаптер, свидетельство о проверке и сумка для хранения.

Питание от аккумулятора

Квантум

Инновационная модель компании СОЭКС является лучшим прибором среди линейки дозиметром. Результаты замеров появляются через 10 секунд. Работает на аккумуляторе, подзарядить можно от любого устройства — ПК, ноутбук.

Есть встроенный календарь, часы и будильник

Особенность Квантума от СОЭКС состоит в наличии 2 датчиков и высокой точности измерений. У дозиметра радиации есть запрограммированные нормы и пороги опасных уровней. Благодаря этому их нет нужды запоминать.

МКС-05 ТЕРРА-П плюс

Модель измеряет уровень радиации и оценивает загрязненность жилого помещения. Профессиональное устройство имеет цифровой индикатор с подсветкой. Габариты небольшие, вес маленький.

Измеряет уровень гамма-фона и накопленную дозировку, оценивает бета-загрязнения

Беспрерывно работает в течение 6000 часов, измеряет уровень радиации каждые 5-10 секунд. Поставляется в комплекте с батарейками типа АА и руководством по эксплуатации.

РАДИАСКАН-701А

Профессиональная модель измеряет излучения с высокой точностью. Усовершенствованная модель содержит шторки на задней стороне корпуса, открыв которые можно получить более точные сведения.

Дисплей цветной

Чувствительность датчика в 2 раза выше обычных, используемых в дешевых дозиметрах для измерения радиации.

СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА — СХЕМА И ПЛАТА

Импульсные источники питания ST для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии

STMicroelectronics предлагает в качестве основы для построения импульсных источников питания для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии высоковольтные интегральные преобразователи серий VIPer и ALTAIR. В статье рассмотрены преимущества и особенности каждого из этих решений.

Современные счетчики электроэнергии представляют собой сложные электронные устройства, имеющие в своем составе (помимо привычных датчиков тока и напряжения) многоканальный АЦП, процессор с функцией DSP, часы реального времени, дисплей, различные типы интерфейсов для калибровки и передачи данных АСКУЭ и так далее.

Помимо стандартных требований к точности измерений в широком диапазоне рабочих напряжений и токов, все чаще к счетчикам предъявляются требования по устойчивости к попыткам влияния на их показания извне (anti-tampering).

Компания STMicroelectronics предлагает полный спектр решений для построения счетчиков электроэнергии – микроконтроллеры, память, дискретные компоненты и микросхемы для создания источников питания.

Рассмотрим несколько способов реализации источников питания для счетчиков электроэнергии.

В целом источник питания для счетчика электроэнергии – это преобразователь с широким диапазоном входных напряжений, с выходной мощностью в единицы Ватт (разработчики счетчиков стараются минимизировать этот параметр), выполненный в достаточно ограниченном объеме и имеющий одно выходное напряжение.

В этих условиях оптимальным решением является однотактный преобразователь напряжения, построенный по схеме «ШИМ-контроллер + высоковольтный транзистор».

Именно по этому пути шли разработчики источников питания, и производители электронных компонентов предлагали им соответствующую элементную базу.

Описание одного из таких решений можно встретить в источнике .

Развитие микросхем для преобразователей напряжения, имеющих встроенный высоковольтный транзистор, позволило уменьшить стоимость и габариты источников питания, в том числе и для счетчиков электроэнергии.

Запуск и настройка измерителя

Напряжение на С4 должны быть в приемлемом диапазоне для работы Гейгера. Обычно около 400 В — будьте осторожны во время измерений! Если напряжение выходит за диапазон, то элементы С1 (частота преобразователя постоянного тока), и С3, R3, R4, R5 (обратная связь по напряжению преобразователя) могут быть скорректированы.

Следующий момент — наличие или отсутствие импульсов на резисторе R7. Если нет импульсов надо проверить, подключена ли трубка Гейгера–Мюллера в соответствии с её полярностью.

Плата печатная использует компоненты обычные и SMD — вот файлы. Напряжение питания 5 В, потребляемый ток 30 мА. Корпус можно взять любой, например от неисправного мультиметра.

Источник

Работа над дымоходом и фильтром

Если вами будет выполняться электростатическая коптильня своими руками, то вы должны продумать расположение дымохода. Он будет находиться в верхней части, а дым станет поступать в камеру копчения естественным способом. Этому будут способствовать конвекционные потоки, поэтому вентилятор не потребуется. На пути дыма необходимо установить съемный фильтр, который должен обладать лабиринтным типом. Это позволит очищать дым от смолы и охлаждать поток.

Фильтр работает по простому принципу, который заключается в конденсации фракций на холодном металле. Изготовить фильтр можно из стальных сегментов, которые предварительно вырезаются по параметрам дымового канала

Когда изготавливается электростатическая коптильня холодного копчения своими руками, важно позаботиться о равномерном распределении дыма в камере. Для этого над выходом дымохода необходимо расположить рассеиватель, который будет представлять собой перфорированную пластину

Она должна обладать полусферическим сечением.

Генератор будет запускаться за 15 минут до начала работы электростатического поля. За это время объём камеры заполнится холодным дымом, объёма которого будет достаточно для приготовления пищи. Во время работы установки вам придется лишь поддерживать его уровень.

САМОДЕЛЬНЫЙ СЧЕТЧИК ГЕЙГЕРА–МЮЛЛЕРА

Счетчик Гейгера–Мюллера — это относительно простой инструмент для измерения ионизирующих излучений. В магазинах эти дозиметры стоят недёшево (от 5000 руб), но если есть сам датчик, то сделать этот измеритель можно с минимальными расходами. Чтобы увеличить чувствительность, представленная здесь конструкция содержит сразу три датчика СТС-5. Это полезно для измерения природных источников с низким уровнем излучения — почва, камни, вода.

Сам счетчик Гейгера–Мюллера (детектор) состоит из двух электродов, а ионизирующая частица создает искровой промежуток между ними. Чтобы уменьшить величину тока, который при этом протекает, высокоомный резистор ставят последовательно с трубкой. Обозначены как R1 на схеме. Обычно он выбирается в диапазоне 1-10 мегаом, допустимые значения указаны в документации к счётчику Гейгера.

Есть разные способы получения данных из детектора, в представленной здесь схеме, резистор последовательно соединен между трубкой и землей, а изменения напряжения на резисторе измеряется с помощью детектора. Этот резистор обозначен как R2 на схеме. Обычно он в диапазоне 10-220 килоом. Аналогично диодам, счетчик Гейгера–Мюллера имеет свою полярность и при подключении в обратном направлении он будет работать неправильно.

Экономичный источник питания счетчика Гейгера

Экономичный источник питания счетчика Гейгера

В автономных приборах непрерывного радиационного контроля, использующих в качестве датчиков радиации счетчики Гейгера, основным энергопотребителем является устройство, преобразующее невысокое напряжение источника питания прибора в напряжение 360. 440 В, соответствующее плато счетной характеристики галогенового счетчика Гейгера (см. приложение 4). Принципиальная схема энергоэкономичного преобразователя напряжений показана на рис. 80.

Рис. 80. Экономичный источник питания счетчика Гейгера

Его основу составляет блокинг-генератор, на выходной обмотке которого формируются короткие (5. 10 мкс) импульсы амплитудой около 420 В. Через диоды VD3, VD4 они заряжают конденсатор С4. Этот конденсатор и будет источником питания счетчика Гейгера (напомним, что проводимость счетчика Гейгера в паузе между возбуждениями близка к нулю).

Энергоэкономичность преобразователя обеспечивается тем, что межимпульсная пауза в его блокинг-генераторе задается не собственной времязадающей цепочкой R1C3, как это обычно делается, а одновибратором (DD1.1, DD1.2 и др.), работающим на микротоках . Продолжительность паузы в нем tп@R3·C5 выбирают так, чтобы напряжение на выходе преобразователя в режиме фонового счета было близко к высшему значению напряжения на плато счетной характеристики счетчика Гейгера. (В дальнейшем снижение напряжения на выходе преобразователя, его смещение к другому краю плато будет обязано лишь снижению напряжения источника питания.)

Блокинг-генератор сформирует внеочередной импульс подпитки конденсатора С4, если на входе 2 элемента DD1.2 возникнет провоцирующий ее импульс. Если этот импульс будет возникать при каждом срабатывании счетчика Гейгера, то это позволит удержать напряжение на выходе преобразователя на уровне, не зависящем от скорости счета.

Трансформатор Т1 блокинг-генератора наматывают на ферритовом сердечнике, составленном из двух колец М3000МН 12х8х3 мм. Кольца склеивают, острые их ребра заглаживают наждачной бумагой и весь сердечник обматывают тонкой фторопластовой или лавсановой лентой.

Сначала наматывают обмотку II, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2 0,07. Намотку ведут в одну сторону, почти виток к витку, оставляя между ее началом и концом «зазор» 1. 1.5 мм. Обмотку II также покрывают слоем изоляции. Далее наматывают обмотку I — 5 витков провода ПЭВШО 0,15. 0,2 — и по ней — обмотку III — 2 витка того же провода. Эти обмотки должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее.

Правильная фазировка обмоток трансформатора (точками показаны их синфазные концы) должна быть соблюдена при его монтаже. Экспериментировать с этим не следует — можно сжечь транзистор.

В преобразователе: резисторы Rl, R2 — типа МЛТ-0,125, R3 — КИМ-0,125; конденсатор С1 — любой оксидный, С2, С5 — типа КМ-6 или К10-176, СЗ — К53-30, С4 — К73-9.

Преобразователи такой структуры закрывают, по существу, саму проблему питания счетчиков Гейгера от низковольтных источников: потребляемый таким преобразователем ток уже составляет малую часть тока саморазряда большинства гальванических батарей.

Источник

Возможности счетчиков Гейгера, чувствительность, регистрируемые излучения

С помощью счетчика Гейгера можно зарегистрировать и с высокой точностью измерить гамма- и бета-излучение. К сожалению, нельзя распознать вид излучения напрямую. Это делается косвенным методом с помощью установки преград между сенсором и обследуемым объектом или местностью. Гамма-лучи обладают высокой проницаемостью, и их фон не меняется. Если дозиметр засек бета-излучение, то установка разделительной преграды даже из тонкого листа металла почти полностью перекроет поток бета-частиц.

Примечательная особенность счетчика Гейгера — чувствительность, в десятки и сотни раз превышающая необходимый уровень. Если в совершенно защищенной свинцовой камере включить счетчик, то он покажет огромный естественный радиационный фон. Эти показания не являются дефектом конструкции самого счетчика, что было проверено многочисленными лабораторными исследованиями. Такие данные — следствие естественного радиационного космического фона. Эксперимент только показывает, насколько чувствительным является счетчик Гейгера.

Специально для измерения этого параметра в технических характеристиках указывается значение «чувствительность счетчика имп мкр» (импульсов в микросекунду). Чем больше этих импульсов — тем больше чувствительность.

Измерение радиации счетчиком Гейгера, схема дозиметра

Схему дозиметра можно разделить на два функциональных модуля: высоковольтный блок питания и измерительная схема. Высоковольтный блок питания — аналоговая схема. Измерительный модуль на цифровых дозиметрах всегда цифровой. Это счетчик импульсов, который выводит соответствующее значение в виде цифр на шкалу прибора. Для измерения дозы радиации необходимо подсчитать импульсы за минуту, 10, 15 секунд или другие значения. Микроконтроллер пересчитывает число импульсов в конкретное значение на шкале дозиметра в стандартных единицах измерения радиации. Вот самые распространенные из них:

рентген (обычно используется микрорентген);
Зиверт (микрозиверт — мЗв);
Бэр;
Грей, рад,
плотность потока в микроваттах/м2.

Сравнение газоразрядного счетчика Гейгера с полупроводниковым датчиком радиации

Счетчик Гейгера является газоразрядным прибором, а современная тенденция микроэлектроники — повсеместное от них избавление. Были разработаны десятки вариантов полупроводниковых сенсоров радиации. Регистрируемый ими уровень радиационного фона значительно выше, чем для счетчиков Гейгера. Чувствительность полупроводникового сенсора хуже, но у него другое преимущество — экономичность. Полупроводникам не требуется высоковольтного питания. Для портативных дозиметров с батарейным питанием они хорошо подходят. Еще одно их преимущество — регистрация альфа-частиц. Газовый объем счетчика существенно больше полупроводникового сенсора, но все равно его габариты приемлемы даже для портативной техники.