Простой счетчик Гейгера – Своими Руками

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.

Принцип работы счетчика Гейгера–Мюллера заключается в том, что высокое напряжение (обычно 400 В) подаётся на колбу-детектор. Она не проводит электричество, но в течение короткого периода, когда приходит излучение частиц, через неё проскакивает импульс тока. Уровень ионизирующего излучения пропорционален количеству импульсов, обнаруженных за постоянный интервал времени.

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.

Электрическая схема счетчика Гейгера–Мюллера

Здесь микросхема MC34063 – это DC/DC преобразователь, который используется для получения необходимого высокого напряжения из низкого батареечного. Главное его преимущество по сравнению с простой м/с NE555 или аналогичными генераторами заключается в том, что он может контролировать выходное напряжение и подстраивает параметры, чтобы сделать его стабильным (R3, R4, R5, С3). Элементы ОУ IC1A, R8, R9 используются как компаратор, чтобы отфильтровать шумы и сформировать двоичный сигнал (низкий = нет импульса, высокий = импульс проходит).

Внимание! Устройство использует высокое напряжение и может привести к неприятным последствиям при касании к некоторым токонесущим элементам конструкции. Не прикасайтесь к печатной плате или трубке датчика при включении питания.

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.

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Счетчик Гейгера своими руками на основе ESP8266

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.

Читать еще: Садовая фигура из цемента - Своими Руками

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.

Схема счетчика Гейгера

Схема подключения счетчика Гейгера на основе ESP8266 показана далее.

Вы можете собрать все на макетной плате, а можете сделать специальную плату для самодельного счетчика Гейгера (Gerber-файлы печатной платы).

Для тех, кто хотел бы воспроизвести проект на макете, ниже приведено изображение, показывающее, как проект выглядит при реализации на макетной плате.

Этот проект – один из тех, которые заслуживают дополнительных усилий, поэтому, чтобы счетчик Гейгера выглядел аккуратно и имел привлекательный вид, был разработан корпус, улучшающий не только внешний вид устройства, но и функциональные элементы. STL-файлы корпуса можно найти на thingiverse.com/thing:3793869.

Корпус был разработан с учетом гибкости. Он был разбит на различные части, которые можно соединить вместе с помощью винтов с потайной головкой М3, за исключением корпуса датчика, который необходимо будет приклеить или «сварить» (расплавив пластик паяльником).

Код программы счетчика Гейгера

Теперь, когда у вас есть готовая версия устройства или печатная плата устройства, мы можем загрузить на него код. Мы будем использовать Platform.io для программирования ESP8266, и для его настройки потребуется немало усилий. Поэтому, если вы впервые используете ESP8266, вам нужно будет пройти через процесс установки поддержки плат ESP8266 в Arduino IDE, а также настроить Platform.io в VScode для написания кода Arduino.

Скетч для этого проекта сильно зависит от библиотек Adafruit_ILI9341 и Adafruit GFX. Библиотека ILI9341 позволяет нам напрямую взаимодействовать с дисплеем, поскольку он использовался для создания пользовательского интерфейса для дисплея. Мы создадим два основных интерфейса, один будет домашней страницей, а другой – меню настроек. На главной странице будет отображаться важная информация, такая как мощность дозы, количество импульсов в минуту и общая накопленная доза с момента включения устройства, в то время как меню настроек, с другой стороны, позволит пользователям устанавливать такие параметры, как единицы дозы, оповещение, порог и калибровочный коэффициент, который связывает СРМ с мощностью дозы. Все настройки сохраняются в EEPROM, что гарантирует, что данные не будут потеряны при отключении питания от устройства.

Читать еще: Гимнастическая шведская стенка из полипропиленовых труб - Своими Руками

Чтобы помочь нам получить доступ к EEPROM, мы будем использовать библиотеку EEPROM, созданную для ESP8266. Это одна из библиотек, которые автоматически устанавливаются при добавлении ссылки на плату ESP8266 в Arduino IDE. Код проекта довольно длинный, но обеспечивает всю функциональность, необходимую счетчику Гейгера.

Подключите ESP8266 к компьютеру и загрузите на него код. Теперь вы должны увидеть, как на экране появляется домашняя страница, как показано на рисунке ниже.

Чтобы опробовать устройство, было проведено несколько тестов. Например, небольшая кучка урановой руды регистрируется как умеренно радиоактивная при более чем 350 CPM.

Торированная мантия фонаря заставляла счетчик регистрировать излучение более, чем 1500 CPM, если ее удерживать очень близко к трубке.

Счетчик Гейгера потребляет около 180 мА при напряжении 3,7 В, поэтому батарея емкостью 2000 мАч должна работать около 11 часов без подзарядки.

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.

Читать еще: Лайткуб своими руками - Своими Руками

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:

Высоковольтный повышающий конвертер DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Зарядник (Aliexpress или Amazon)
5V повышающий преобразователь DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Ардуино нано (Aliexpress или Amazon)
OLED—экран на этих фотографиях 128*64, но в итоге я использовал 128*32 (Aliexpress или Amazon)
Также нам нужен транзистор 2n3904 (Aliexpress или Amazon)
Резисторы 10M и 210K (Aliexpress или Amazon)
Конденсатор 470pf (Aliexpress или Amazon)
Кнопка-переключатель (Aliexpress или Amazon)

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!

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Источники:

http://radioskot.ru/publ/izmeriteli/samodelnyj_schetchik_gejgera_mjullera/15-1-0-1183
http://digitrode.ru/computing-devices/mcu_cpu/2307-schetchik-geygera-svoimi-rukami-na-osnove-esp8266.html
http://masterclub.online/topic/14153-bytovoi-dozimetr