На прошлой неделе мною был обнаружен очень интересный датчик радиации - Счётчик Гейгера-Мюллера бета- гамма- (и немножечко альфа) излучений СИ8Б.

Моментально возникло желание сделать на нем дозиметрический приборчик. Первым делом я начал с корпуса (просто очень редко что либо из своих изделий я оформляю в корпусе, по этому напишу пару фраз об этом процессе). Итак, в этот же день забежал по пути домой в бытовик и затарился формочками для выпечки. На работе токарь отрезал лишнее, далее я просверлил отверстия для кнопок, пищалки и экранчика. Отверстие под экранчик расточил до нужных размера и формы напильником. Припаял кнопки, приклеил на термоклей экранчик от NOKIA 1202 и пьезо-пищалку. Ну вот в общем и все о корпусе)

Далее плата:

Она круглая, с двумя отверстиями - одно под центральный стеклянный трубчатый аппендикс, другое под вывод анода. Мне повезло, что у моего счетчика всего два выпирающих элемента, т.к. в последствии был обнаружен еще один, но стремя бесполезными выводами от одного анода.

Схема:

Заправляет всем микроконтроллер ATMEGA88PA. Та же mega8, только лучше, как и по максимальной рабочей частоте, так и по потреблению, не хуже семейства ATiny13 - 400 мкА при 3,3в и 1 МГц тактовой. Данные выводятся на дисплей от NOKIA 1202 разрешением 96x68 пикселей со встроенной подсветкой из 1го белого светодиода в верхнем левом углу экранчика. У этого дисплея низкий ток потребления и отличные показатели контрастности при напряжении от 2,5 до 4,2в - она вообще не меняется от питающего напряжения! (меня это реально удивило) а при напряжении от 2,5 до 2,4 картинка полностью пропадает. Теперь об интересном (на мой взгляд). Это во первых высоковольтный преобразователь 2,5-4,2в -> 400в стабилизированного напряжения. Он выполнен на высоковольтном полевом транзисторе IRF840, дросселе от энергосберегающей лампочки, "ультра-быстром" высоковольтном диоде HER108, защитном диоде 1.5KE400CA (стабилизатор на 400в) и сборном конденсаторе из 10 шт соединенных в цепочку кондерах с емкостью по 1 мкф 50в (итого 0,1 мкф и 500в). Затвор полевого транзистора начинает открываться при напряжении ~3,8в. Что бы схема работала во всем диапазоне питающего напряженя Li-ion аккумулятора, мне пришлось придумать простенький узел умножения напряжения, который задействует аж три пина контроллера, но благодаря этому транзистор начинает работать уже от двух вольт питающего напряжения.
Так же хочется сказать несколько слов о делителе на резисторах для отслеживания напряжения аккумулятора. Давно хотел проверить вариант схемы, где делитель подключается только в момент измерения напряжения. Раз в секунду два пина контроллера выходят из высокоимпедансного состояния и притягивают нижний резистор к земле. Через 10мс происходит однократное измерение АЦП и резистор снова отсоединяется от земли. Таким образом удалось снизить потребление в sleepе до значения менее 0,2мка, а в активном состоянии к общему потребляемому току приплюсовывается всего лишь 7мка. И на счет самого АЦП контроллера. Еще сам DIHALT писал об ущербности двух младших битов 10 битного АЦП аврок, вроде как в них присутствует только ни с чем не связанный шум. Да подтверждаю, что например у mega8535 младшие разряды шумят и для внятного 10 битного результата приходилось делать не хилое усреднение, но в mega88PA на удивление все обстоит иначе. Что бы получить честный 10 битный результат, достаточно всего лишь одного(!) измерения, контроллер даже не приходится вводить в сон, что бы снизить уровень шумов. Ну это так, лирическое отступление, эмоции...

Энергопотребление:


При обычном фоне 0,85 имп/c достаточно "щелкать" транзистором один раз в секунду (хватает и одного "щелчка" за 5 сек, но для надежности я выставил 1 раз в секунду) и прибор потребляет от 0,7 до 2 ма, в зависимости от напряжения на аккумуляторе. При каждом увеличении скорости счета на 25 имп/сек приходится добавлять еще один "щелчок", т.к. потребление счетчика становится существенным и начинает превышать ток утечки составного конденсатора. То есть при максимальной скорости счета в 5300 имп/сек частота следования коммутирующих импульсов будет равна 212 Гц. При этом потребление прибора возрастает в 15-20раз.

Теперь о навигации по меню (если это можно так назвать).

Режим усреднения:

При включении прибора подсветка включается на максимум и несколько секунд отображается анимация, за это время усиленно заряжается конденсатор до 400в. Далее появляется меню. Сразу можно обратить внимание на вращающийся значок радиации. Он сменится на "веселого роджера" при значении фона выше 50 мкР/ч, что сигнализирует о не естественной "природе" радиации. В режиме усреднения применяется плавающее усреднение. То есть значение обновляется каждую секунду, но оно равно среднему значению предыдущих 24 секунд. Это могло бы означать, что при резкой смене радиационного фона, мы об этом узнаем только спустя 24 секунды. Пришлось мне немного доработать алгоритм и теперь при резкой смене фона например с 20 мкР/ч на 500 или даже 50000 мкР/ч (подношу бетта источник), то уже в следующую секунду прибор показывает корректные данные о фоне.

Левая кнопка №1 отвечает за включение/выключение прибора и за включение/выключение/установление яркости подсветки. Если кнопку держать нажатой более 2сек, то прибор выключается. При кратковременном нажатии происходит поочередное переключение режимов подсветки.

Режим накопления:

Если нажать правую кнопку №2, то режим измерения переключится с усреднения на накопление. В этом режиме количество накопленных импульсов с начала отсчета делится на количество секунд, прошедших с того же начала отсчета. Данные обновляются каждую секунду и со временем становятся все более стабильными и корректными. Необходимое условие для этого измерения - постоянный фон. То есть нужно мне измерить активность кафилной плитки. Я кладу приборчик на плитку и включаю режим накопления. Через минуту могу наблюдать более менее достоверные данные. Режим накопление может длится максимум 99 часов 59 минут и 59 секунд. По истечению этого времени измерение прекращается и происходит принудительный переход из режима накопления в режим паузы.

Пауза:

Ну здесь все просто, данные на экранчике просто замирают. Остаются активными только значок радиации и батарейки.
При следующем нажатии правой кнопки сново включается режим усреднения и так далее.

Интересный факт, который мне удалось обнаружить, то что СИ8Б чувствителен к альфа излучению! Конечно эффективность регистрации альфа излучения ~2,6% вообще не ахти какой результат, но все же сам факт на лицо: Источник Pu239 с энергией альфа частиц 5,2 МэВ и с общей активностью 3680 Бк. Результат измерения за 31 мин равен 48,435 имп/сек (фон 0,85 имп/cек).

Максимальная скорость счета прибора ~5300 имп/сек.

Дроссель для высоковольтного преобразователя я выпаял из вышедшей из строя энергосберегающей лампочки, по типу той, что на картинке.

Параметры дросселя: индуктивность 2,9 мГн, сопротивление 3,5 ом, размеры сердечника 13х13х5,5мм.

В первые 100-500мс напряжения в дросселе при старте энергосберегающей лампочки превышают 800в, так что пробой от каких то 400в ему явно не грозит.

Ну вроде все что хотел сказать - написал... если что еще вспомню - допишу обязательно.

Архив со схемой, разводкой и прошивкой

На фотке слева направо фон квартиры, радиоактивность тыльной стороны кафеля, хрустальная ваза и внизу кафель на кухне:


Общий вид приборчика:


Обсудить на форуме