El contador Geiger es fácil. Contador Geiger-Muller casero

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Contador Geiger de bricolaje

La idea de comprarme un contador Geiger me vino hace tiempo, como se suele decir, por si acaso.
Pero mirando los precios de los dispositivos terminados, el deseo se fue :)
También tropecé varias veces en Internet con diagramas de instrumentos, pero no encontré uno adecuado para mí.
... y ahora, un día, después de leer en algún foro sobre cuántas cosas radiactivas nos pueden rodear, que ni siquiera conocemos, volvió a aparecer el deseo de tener un dispositivo así a mano.
Para ello, se decidió desarrollar su propio dispositivo.

A continuación se muestra un diagrama de un contador Geiger en un microcontrolador PIC 16F84, una placa de circuito impreso en PCAD y firmware de microcontrolador.

Características del dispositivo:
Fuente de alimentación: 9 V
Consumo de corriente sin retroiluminación LCD: 7 mA
con retroiluminación LCD: 11 mA (dependiendo del brillo)
Rango de medición: 0 μR - 144 mR (límite de contador SBM-20)

LCD tuvo que ser ordenado, porque. No había tiendas que coincidieran con el tamaño. Para estos fines, una pantalla LCD de 2 líneas y 8 caracteres basada en el controlador HD44780 es ideal.
En principio, cualquier LCD de 2 líneas basado en el controlador HD44780 debería ser adecuado

El transformador elevador está enrollado en un anillo de ferrita de 16x10x4,5

Devanado I - 420 vueltas de cable PEV 0.1
Devanado II - 8 vueltas de cable PEV 0,15 - 0,25
Devanado III - 3 vueltas de cable PEV 0,15 - 0,25

Se utiliza un multímetro digital DT-830 como estuche. Resultó ser más barato comprar un multímetro por su estuche que comprar el estuche por separado :)

Un poco de refinamiento

Sacamos los despojos, quitamos la pegatina, usamos un cuchillo de oficina y una lima para llevarlo a la perfección.
También perforamos los agujeros necesarios:

Al diseñar, no tomé en cuenta una cosa: no fue fácil encontrar un botón pequeño y cambiar para montarlo en la carcasa.
Por lo tanto, tuve que hacer un pequeño sello adicional para montar el interruptor de un multímetro defectuoso y sujetar el botón con una abrazadera en el interior del panel frontal.

Comprobación del instrumento:

Para empezar comprobamos la correcta instalación, la conexión del transformador y del LCD, así como la polaridad de la conexión del medidor SBM-20.
Servimos comida.
¡ATENCIÓN! ¡Hay alto voltaje en el circuito!
El capacitor C1 debe tener un voltaje de al menos 200 voltios (cuando se mide con un multímetro digital, debido a que su resistencia interna no es lo suficientemente alta, se produce una caída de voltaje, de hecho, ¡el capacitor C1 debe tener alrededor de 350 voltios!).

El texto aparece en la pantalla LCD:

Después de la inicialización, la pantalla muestra las lecturas de la dosis equivalente de radiación. En promedio, alrededor de 14-22 microR, pero puede ser más.
En el futuro, cada segundo se actualizan las lecturas, con la especificación de la dosis equivalente promedio de radiación por unidad de tiempo.

A continuación, debe verificar que el contador realmente funcione y pueda mostrar algo más que la radiación de fondo natural.
Para ello, puedes comprar "nitrato de potasio" (KNO3) en la tienda de fertilizantes. KNO3 contiene su isótopo radiactivo, al que debe responder el dispositivo.

El contenedor con KNO3 debe colocarse lo más cerca posible del lado sensible del dispositivo (donde se encuentra el contador SBM-20).

Nuevamente, el resultado puede ser diferente, pero la lectura debería ser significativamente más alta que el fondo natural.

Este dosímetro doméstico, que utiliza un microcontrolador, es capaz de detectar niveles de exceso de radiación en el rango de 0 mR a 144 mR. El diseño consiste en un convertidor elevador de voltaje y un microcontrolador que cuenta los pulsos generados y transmite información a un indicador digital.

Esquema de dosímetro doméstico usando PIC16F84 y contador Geiger SBM-20

Un contador Geiger-Muller del tipo SBM-20 se utiliza como sensor de radiación en el esquema de un dosímetro digital doméstico. La energía se suministra desde una batería tipo "Krona". La pantalla LCD HD44780 se utilizó como duplicador digital

Dosímetro doméstico en un circuito de microcontrolador

El transformador elevador está hecho de un anillo de ferrita de 16x10x4,5. Antes de enrollar, recomiendo procesar los bordes con papel de lija fino y envolver con una capa de cinta aislante.

El devanado primario del transformador está enrollado con un cable de devanado de cobre PEV con un diámetro de 0,1 mm y consta de 420 vueltas; se debe establecer un espacio de aproximadamente 2 mm entre el principio y el final del devanado. A continuación, volvemos a aislar y enrollar el segundo devanado elevador, pero ya de 8 vueltas y el tercero, que contiene 3 vueltas con un cable PEV con un diámetro de 0,25 mm. El comienzo de cada devanado está marcado en el dibujo con un punto. Tenga cuidado y cuidado de no confundir los extremos con el comienzo de los devanados.

Después de ensamblar con sus propias manos, antes de encenderlo por primera vez, debe inspeccionar y verificar la calidad de la soldadura, la conexión de la pantalla digital y el contador Geiger del tipo SBM-20, así como la correcta conexión de los devanados del transformador elevador.

Usando un multímetro, medimos el voltaje a través de la capacitancia C2, debe ser de 350 voltios. Pero ten en cuenta que el multímetro debe tener una resistencia interna alta, los chinos baratos por lo general no sirven.

El archivo con el firmware y su código fuente para programar el microcontrolador se puede descargar desde el enlace verde de arriba.

También recomiendo hacer una placa de circuito impreso para un dosímetro digital doméstico utilizando el programa Sprint Layout.

El corazón del circuito es un microcontrolador ATtiny2313A alimentado por un oscilador RC interno de 8 MHz. El resultado se muestra en la pantalla LED, ensamblada a partir de dos indicadores de dos dígitos LD-D028UR-C con un ánodo común. TL1, TL2 controlan el funcionamiento de un dosímetro digital doméstico.

Dosímetro doméstico en el circuito del microcontrolador ATtiny2313A

El contador Geiger-Muller Philips 18504 se utiliza como los ojos del diseño.

El convertidor elevador está hecho con transistores T2, T3 y un transformador. El voltaje de su salida se duplica. La frecuencia de operación se puede seleccionar cambiando la capacitancia C4.

Los pulsos del sensor a través de C7 siguen al amplificador de transistor T4 y T5, a cuya salida está conectado un altavoz de 32 ohmios.

Los pulsos se cuentan utilizando un contador de 16 bits. Cuando se supera el nivel de radiación establecido, se forma una unidad lógica en la quinta salida del Attiny2313 y se enciende el LED HL1.

Para el control use los botones TL1 y TL2. TL1 se usa para encender y cambiar de modo, y TL2 para reiniciar y apagar. Pulsando TL1 cambiamos al modo de indicación y seguimiento. Los clics acústicos indican la fijación de partículas radiactivas.

Al pulsar de nuevo el botón TL1 se cambia al modo de medición de radiación rápida. Las mediciones se realizan con un aumento de 10 veces en la tasa de actualización y con una resolución de hasta 0,01 mR. Una pulsación posterior cambia al modo de medición de radiación precisa con una resolución de hasta 0,001 mR. Pulsando TL2 puedes actualizar los datos. Una pulsación larga en TL2 restablece las lecturas.

La siguiente pulsación del botón TL1 cambia el dosímetro en modo de ahorro de energía con la pantalla apagada.

La calibración se realiza cambiando el valor de la constante. Para hacer esto, mantenemos presionados dos botones TL1 y TL2 durante mucho tiempo. El valor se puede cambiar TL2, y TL1 es la transición entre dígitos.

Es imposible ver y sentir la radiación, pero puede descubrir su presencia de varias maneras iluminando una película fotográfica, con destellos de luz en una pantalla, pero más prácticamente usando un contador de partículas que crea un impulso eléctrico cuando entra una partícula. eso. Básicamente, todos los contadores Geiger-Muller consisten en un tubo sellado, que es el cátodo y un cable que se extiende a lo largo del eje: el ánodo. El espacio interior está lleno de gas a baja presión para crear las condiciones óptimas para la ruptura eléctrica. El voltaje en el contador es de aproximadamente 300 - 500 V, ajustado para que no ocurra una ruptura espontánea y la corriente no fluya a través del contador. Pero cuando golpea una partícula radiactiva, ioniza el gas en el tubo, y aparece toda una avalancha de electrones e iones entre el cátodo y el ánodo: comienza a fluir una corriente. Pero después de una fracción de milisegundo, el contador vuelve a su estado original y espera a que pase la siguiente partícula.

La foto muestra el contador más común SBM-20. Es sensible a la radiación beta y gamma (rayos X). El número de impulsos registrados por él en 40 segundos es igual a la intensidad de la radiación en microroentgens por hora (μR / h). El nivel normal suele ser de 12 a 16 microR/h. Pero en las montañas puede ser varias veces mayor.

Esquema del dosímetro más simple hágalo usted mismo.

El circuito dosimétrico casero consta de dos bloques ensamblados en pequeñas cajas de plástico: un rectificador de red y un indicador.

Los bloques están interconectados por el conector X1. Cuando se aplica energía, el capacitor C3 comienza a cargarse hasta un voltaje de 600 V y luego es una fuente de energía para el medidor. Después de desconectar la alimentación del tomacorriente y apagar el indicador, comenzamos a escuchar clics en teléfonos de alta resistencia.

Como habrás adivinado, un clic en los teléfonos significa que una partícula radiactiva ha entrado en el contador. El tiempo de funcionamiento del indicador después de una carga depende de la corriente de fuga del condensador, por lo que debe ser de buena calidad. Como regla general, el dispositivo puede funcionar sin recargar durante diez o cuarenta minutos, según la intensidad de la radiación radiactiva.

El final de la carga del condensador se puede juzgar por el cese de los clics en los teléfonos de alta resistencia. Los números de parte no son críticos. La resistencia R1 debe ser potente de 1 a 2 vatios. El contador B1 puede ser cualquier cosa que puedas encontrar.

Dosímetro de bricolaje SI-13G

Sobre los elementos DD1.1 y DD1.2 K176LA7 se montó un generador diseñado para una frecuencia de 1000 Hz. Pulsos rectangulares a través de una cadena diferenciadora C2R3, abren el transistor VT1 KT315, operando en modo clave. Los pulsos de su unión del colector, que pasan por el devanado primario del transformador, inducen en su devanado secundario un voltaje de pulso alto con un potencial de aproximadamente 100 V. El diodo VD1 está diseñado para proteger el colector del transistor de la sobretensión que puede ocurrir en un inductivo. carga - un transformador.

El rectificador con una multiplicación por seis produce un voltaje constante de 400 V, que se aplica al cátodo del contador a través de la resistencia limitadora de corriente R4. Los pulsos negativos del ánodo del contador, causados ​​​​por el paso de partículas radiactivas, encienden el elemento DD1.3 y, extendiéndose en duración hasta fracciones de segundo, caen en DD1.4, ya que pulsos rectangulares de una frecuencia de 1 kHz se reciben en su otra entrada. A la salida del elemento, se obtienen señales de sonido tonal y, al mismo tiempo, también se enciende el LED HL1.

Con un fondo natural de radiación, los "pitidos" son raros una vez cada pocos segundos, con un aumento en el nivel de radiación, el tono suena con más frecuencia y en valores peligrosos, la señal de sonido suena continuamente y el LED está constantemente encendido. El contador SI13G se usa en el circuito, pero también se pueden usar otros similares. Se produce en un frasco de vidrio y tiene unas dimensiones más pequeñas que el contador SBM-20, pero también una menor sensibilidad.

Un transformador hecho a sí mismo enrollado en un núcleo de ferrita en forma de W en miniatura W4 × 8, cuyo devanado primario contiene 100 vueltas de cable PEL 0.1, el secundario: 1200 vueltas de cable PEL 0.06. El devanado debe hacerse a granel, se colocan 1-2 capas de aislamiento entre los devanados.

Dosímetro de bricolaje en SBM-20

En este artículo, encontrará una descripción de los circuitos de dosímetro simples en el contador SBM-20, que tienen suficiente sensibilidad y registran los valores más pequeños de partículas radiactivas beta y gamma. El circuito del dosímetro se basa en un sensor de radiación doméstico del tipo SBM-20. Parece un cilindro de metal con un diámetro de 12 mm y una longitud de unos 113 mm. Si es necesario, se puede reemplazar por ZP1400, ZP1320 o ZP1310.

Dosímetro de bricolaje SBM-20

El dispositivo se basa en un contador Geiger-Muller del tipo SBM-20. Este es un cilindro de metal con dos electrodos en los extremos. Gasolina por dentro. Estos electrodos se alimentan con un voltaje constante de aproximadamente 400V. Cuando una partícula ionizante pasa a través del contador, se produce una falla eléctrica y la resistencia del dispositivo disminuye bruscamente de infinita a muy notable. Por lo tanto, con cada partícula ionizante que pasa por el contador, crea un pulso corto.

Este dosímetro doméstico, que utiliza un microcontrolador, es capaz de detectar niveles de exceso de radiación en el rango de 0 mR a 144 mR. El diseño consiste en un convertidor elevador de voltaje y un microcontrolador que cuenta los pulsos generados y transmite información a un indicador digital.

Dosímetro de bricolaje en ZP1300

Después del desastre en Japón, la demanda de medios personales para monitorear la radiactividad aumentó considerablemente, y no solo los dispositivos listos para usar, sino también los contadores Geiger-Muller domésticos comenzaron a escasear. Por lo tanto, tenía que prestar atención a la "experiencia extranjera", o mejor dicho, a la base del elemento extranjero. Aquí hay un producto de la conocida compañía Philips: el contador ZP1300. A diferencia de sus homólogos domésticos, requiere una tensión de alimentación de 700V. Todo lo demás es lo mismo. La figura muestra un diagrama de un indicador sonoro de radiactividad basado en el contador ZP1300.

Cada vez que una partícula ionizante pasa por el contador, el dispositivo emite un sonido tonal breve. Cuanto mayor sea la radiación, más a menudo suena. El circuito generador de voltaje de 700 V se realiza sobre la base de un transformador de potencia en miniatura del tipo HRE3005000 con dos devanados: secundario a 6 V y red eléctrica a 230 V. El transformador es muy pequeño y tiene una potencia de menos de 1W. Este transformador aquí se utiliza para producir alto voltaje. Se gira al revés, es decir, en este circuito el devanado de baja tensión funciona como el primario. Está incluido en el circuito colector del transistor VT1, en cuya base se reciben pulsos del generador en el chip A1, un temporizador integral de tipo 555. Para obtener las vueltas necesarias de 700 V del devanado secundario del transformador, no es suficiente, por lo que también hay un multiplicador de voltaje adicional en los diodos VD2-VD6.

Para garantizar la estabilización del voltaje de salida, el circuito tiene retroalimentación, que se realiza a través de las resistencias R3 y R4. A través de ellos, se suministra voltaje al pin 2 A1, cuyo valor es proporcional al valor del voltaje de salida. En consecuencia, el ciclo de trabajo de los pulsos generados por el chip A1 cambia y el voltaje en la salida del multiplicador cambia. Así, la tensión a la salida del multiplicador se mantiene estable y depende poco de la tensión de alimentación. Establezca el voltaje de salida ajustando la resistencia R1. Cabe señalar que un multímetro convencional no es adecuado para medir con precisión el voltaje de salida debido a la baja resistencia de entrada. Es necesario utilizar un voltímetro de alta resistencia o medir con un multímetro a través de un divisor de tensión, por ejemplo, formado por resistencias con una resistencia de 10 megaohmios y 100 kiloohmios.

En este caso, las lecturas del multímetro deberán multiplicarse por 100 (es decir, "7V" = 700V). El diodo VD1 protege al transistor VT1 de las emisiones de autoinducción del devanado del transformador. El voltaje de 700 V desde la salida del multiplicador a través de la resistencia R9 se suministra al contador Geiger-Muller F1. La carga del contador es la resistencia R7, en la que se produce un pulso muy corto durante el paso de una partícula ionizante. Este pulso se alimenta al multivibrador en espera en el chip A2. El diodo VD7 protege la entrada del microcircuito del alto voltaje, limitando la amplitud del pulso al valor del voltaje de suministro del circuito.

Cuando llega un pulso al pin 2 de A2, el multivibrador en espera se inicia y genera una ráfaga de pulsos que va al altavoz B1. Se escucha un breve sonido agudo. Este circuito también se puede utilizar como parte de un dosímetro digital. Los pulsos a su contador deberán suministrarse desde el pin 3 A2. Detalles. El detalle principal: el contador Geiger-Muller se puede reemplazar con otro, por ejemplo, doméstico. Pero esto requerirá un cambio correspondiente en el voltaje de suministro del medidor (generalmente 400 V para el nuestro). Es decir, será necesario reducir el número de pasos del multiplicador de voltaje. El transformador T1 se puede reemplazar por casi cualquier transformador de potencia de baja potencia con un devanado secundario de 6V. O enrollarlo usted mismo. Altavoz B1: una cápsula de auriculares de tamaño pequeño. Su resistencia debe estar en el rango de 16-50 Ogl. El establecimiento consiste solo en establecer un alto voltaje ajustando la resistencia de sintonización R1.

El contador de radiación Geiger-Muller es un instrumento relativamente simple para medir la radiación ionizante. En el caso más simple, se hace con un sensor. Para aumentar la sensibilidad, el diseño presentado aquí contiene 3 lámparas detectoras soviéticas STS-5 a la vez. Esto es importante para medir fuentes naturales con bajos niveles de radiación como suelo, rocas, agua.

El principio de funcionamiento de un contador Geiger-Muller de descarga de gas es que cuando se aplica un alto voltaje (típicamente 400 V) al sensor, el tubo normalmente no conduce electricidad, pero lo hace durante un breve período cuando se produce la emisión de partículas. Estos pulsos se envían al detector. El nivel de radiación ionizante es proporcional al número de pulsos detectados en un intervalo de tiempo constante.

El contador de radiación consta de dos electrodos, la partícula ionizante crea un espacio de chispa entre ellos, para reducir la cantidad de corriente que se produce en esta situación, se coloca una resistencia en serie con el tubo. Marcado en el diagrama como R5. Hay diferentes formas de obtener una señal del tubo, en el que se presenta aquí, se conecta una resistencia en serie entre el tubo y tierra, el cambio de voltaje a través de la resistencia se mide con un detector. Esta resistencia está etiquetada como R6.

Aquí, el chip MC34063 es un convertidor CC/CC, ya que requiere alto voltaje para funcionar correctamente. Su ventaja sobre los generadores NE555 simples o similares es que puede controlar el voltaje de salida y ajustar los parámetros para hacerlo estable (elementos R3, R4, C3).

El amplificador operacional IC1A se usa como comparador para filtrar el ruido y formar una señal binaria (bajo: sin pulso en este momento, máximo: el pulso ha pasado). La tensión de alimentación del circuito es de 5 V, el consumo de corriente es de 30 mA.

Puesta en marcha y solución de problemas

El voltaje a través de C4 debe estar dentro de los límites aceptables para el uso del contador Geiger-Muller. Por lo general, es de aproximadamente 400 V. ¡Tenga cuidado al tomar medidas! Si el voltaje está fuera de rango, se puede corregir usando C1 (frecuencia del convertidor CC/CC), C3, R3, R4 (retroalimentación de corriente del convertidor CC/CC).

El siguiente punto importante es la presencia o ausencia de pulsos en R6. Si no hay pulsos, es necesario verificar si el tubo detector está conectado de acuerdo con la polaridad. Al igual que un diodo, un contador Geiger tiene su propia polaridad y, si se conecta en la dirección opuesta, no funcionará correctamente.

Si los pulsos en R6 son visibles, pero el estado de salida de IC1A no cambia, entonces R7, R8 deben cambiarse, establecen el valor de umbral de la señal. Como se puede ver en la foto, se utilizó un contador de frecuencia digital 32F429I para contar los pulsos y visualizar los resultados. El circuito presentado en este proyecto se puede ajustar para que funcione con cualquier otro sensor de radiación Geiger; difieren en el voltaje requerido.

Contador Geiger-Muller es una herramienta de medición relativamente simple. En las tiendas, estos dosímetros no son baratos (desde 5000 rublos), pero si hay un sensor en sí, este medidor se puede fabricar a un costo mínimo. Para aumentar la sensibilidad, el diseño presentado aquí contiene tres sensores STS-5 a la vez. Esto es útil para medir fuentes naturales con bajos niveles de radiación: suelo, rocas, agua.

El principio de funcionamiento del contador Geiger-Muller es que se aplica un alto voltaje (generalmente 400 V) al matraz detector. No conduce la electricidad, pero durante un período corto, cuando entra la radiación de partículas, un pulso de corriente salta a través de él. El nivel de radiación ionizante es proporcional al número de pulsos detectados en un intervalo de tiempo constante.

El contador Geiger-Muller (detector) consta de dos electrodos y la partícula ionizante crea un espacio de chispa entre ellos. Para reducir la cantidad de corriente que fluye en este caso, se coloca una resistencia de alta resistencia en serie con el tubo. Designado como R1 en el diagrama. Por lo general, se selecciona en el rango de 1 a 10 megaohmios, los valores permitidos se indican en la documentación del contador Geiger.

Hay diferentes formas de obtener datos del detector, en el circuito que se muestra aquí, una resistencia está conectada en serie entre el tubo y tierra, y el cambio de voltaje a través de la resistencia se mide usando el detector. Esta resistencia está etiquetada como R2 en el esquema. Por lo general, está en el rango de 10 a 220 kiloohmios. Al igual que los diodos, un contador Geiger-Muller tiene su propia polaridad y no funcionará correctamente si se conecta en la dirección opuesta.

Diagrama de cableado del contador Geiger-Muller

Aquí, el chip MC34063 es un convertidor CC/CC que se usa para obtener el alto voltaje requerido del bajo voltaje de la batería. Su principal ventaja sobre el simple m/s NE555 o generadores similares es que puede controlar el voltaje de salida y ajustar los parámetros para hacerlo estable (R3, R4, R5, C3). Los amplificadores operacionales IC1A, R8, R9 se utilizan como un comparador para filtrar el ruido y formar una señal binaria (bajo = sin pulso, alto = pasa el pulso).

¡Atención! El dispositivo utiliza alto voltaje y puede causar consecuencias desagradables al tocar algunos elementos estructurales que transportan corriente. No toque la placa de circuito impreso ni el tubo del sensor cuando encienda la alimentación.

Puesta en marcha y configuración del contador

El voltaje a través de C4 debe estar dentro de un rango aceptable para que funcione el Geiger. Por lo general, alrededor de 400 V. ¡Tenga cuidado al medir! Si el voltaje está fuera de rango, se pueden corregir los elementos C1 (frecuencia del convertidor de CC) y C3, R3, R4, R5 (retroalimentación del voltaje del variador).