DIY自制蓋革計數器-輻射檢測

去年時候,因為要裝修,尋思整個蓋格計數器,可以假裝專業的在買地磚、大理石門檻石、窗臺石時測下輻射大小,順便有些時候海淘一些二手儀器時可以保險點,防止萬一出現點帶輻射的東西。當然更多的時想玩玩蓋格米勒管。當時考慮diy目標如下:

1、體積要小巧,板子尺寸控制在10*5cm之內2、12864顯示,得有數字顯示直觀方便,聲音也不可少3、鋰電供電,耗電得小,帶充電功能4、得弄個簡易外殼,不能太暴露瞭,畢竟帶高壓呢5、哦,暫時想不出來瞭,碰到瞭再說吧

這裡先普及下基礎,蓋革計數器是一種專門探測電離輻射(α粒子、β粒子、γ射線和X射線)強度的記數儀器。由充氣的管或小室作探頭,當向探頭施加的電壓達到一定范圍時,射線在管內每電離產生一對離子,就能放大產生一個相同大小的電脈沖並被相連的電子裝置所記錄,由此測量得單位時間內的射線數。工作原理示意:

那又怎麼計算輻射強度呢?每種管子都有一個基本換算關系,這個換算公式就是151CPM = 1uSv/h CPM每分鐘脈沖總數 uSv/h 微西弗每小時

註意不同管子的CPM數是不一樣的,但在我們業餘定性的測量輻射強度大小,用這個來計算足夠瞭。按照本底輻射大概20次左右,我國平均輻射強度大概0.1-0.2uSv/h,取中間值0.15uSv/h。也基本符合上面的換算公式。考慮到性價比以及靠譜性初步定毛子的СБМ-20管子,具體性能指標如下:

到手的管子樣子

註意蓋格管有正負極,安裝的時候不要弄錯瞭。

根據管子特性,大概就可以分這幾個模塊:1、高壓電路(400V,電流要求很小)2、脈沖檢測及整形3、單片機mcu、按鍵控制4、屏幕及蜂鳴電路(用來指示輻射大小)5、鋰電充電電路

本著先難後易的原則,先來搞定高壓部分。鋰電3.5-4.2V要升壓到400V,那麼升壓比講達到100左右,普通升壓電路很難小功耗做到。這就需要把升壓比降下來,首先考慮倍壓(因為電流很小),因為倍壓需用電容,節省的角度來就2倍壓;然後根據閃光燈的升壓電路,用閃光燈變壓器來提高電壓,假貨寶有很多10:1左右小變壓器個頭很小。這樣升壓比就可以降到5-7的樣子瞭。這樣大把的升壓可以整瞭。最終完成的電路如下:

其中DCDC芯片為:LT1619,NMOS型號為FDS8876.

有瞭高壓,要采集輻射數據,後面就是脈沖檢測及整形瞭,這個比較簡單;用瞭個三極管來檢測脈沖,再後面加個施密特觸發器做整形就完成瞭。蓋格管會在射線穿過時產生一個脈沖信號,然後三極管基極會有一個脈沖,通過施密特觸發器整形送入單片機進行計數。

單片機因為要實現的功能很簡單,就是計數顯示,所以采用stm8s003,價格便宜量又足(以前囤的,貌似現在變成高價貨瞭)。因為手頭沒有自鎖開關,所以弄瞭個電子開關來控制整個電路的通斷。通過K0來控制Pmos(Q5)的通斷,實現原理很簡單這裡就不多做說明瞭。K1和K2分別是屏幕背光和蜂鳴開關。

屏幕、蜂鳴和鋰電充電電路都是標準的東西,也就不做說明瞭。

電路搞定之後,開始設計pcb板子。考慮到現在打樣便宜,所以打算用pcb做前後蓋板,方便簡潔。最終實現的pcb:

正面:

反面:

上下兩塊是後蓋板和前面板,中間是功能電路板。趕緊發pcb板廠,很快,等待3、4天後就到手瞭。焊接是個基本工,這點元件很快完工。焊接完成的板子:

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前後蓋板:

其他電路基本沒啥可擔心的,升壓是個麻煩事,先測試下高壓是否正常。上電,上萬用表

哦,389.0v,還不錯,比預計少瞭10V左右,這個應該是分壓電阻阻值取太大,FB引腳電流導致實際分壓比比預期低的原因。為瞭升壓電路功耗,靜態工作電流越小越小分壓阻值還是大點好。先把分壓下臂電阻並聯個1M電阻試試,看看能不能補償到400V。並上電阻,上電

嗯,很好,399.7V,很合適。搞定,再測試下電流,看看鋰電是否能帶的動。

21mA,挺好,這裡電流還包含瞭mcu的電流,算上屏幕耗電,基本可以控制在4、50mA以下瞭。搞定瞭這個其他電路就是基本電路瞭,沒啥可調試的瞭。接下來開擼代碼。

coding…………………

下載程序運行來看看效果。

還像那麼回事。底數大概0.2uSv/h左右,稍有點偏大,也還在正常范圍內。為驗證有無檢測效果,特意百度瞭下有輻射的東西,發現電離式煙霧傳感器最容易獲得,還很安全。這裡簡單貼一下百度上的介紹,想詳細瞭解的可以百度下,很多資料,搜Nis07即可。

到手的NIS-07離子式傳感器就是下圖這個樣子。

蓋子上兩個慌兮兮的電風扇。不過根據外國網友的測試,這個玩意輻射距離很短,基本上距離10cm以上就和本底輻射差不多瞭。極近距離下回檢測到1uSv/h以上的輻射強度,如果把蓋子打開,直接近距離測輻射源,那麼會有幾百uSv/h的強度,雖然聽說這個輻射物質媚241(Am241)輻射都能被皮膚擋住,我還是不作死瞭。隻驗證不開蓋情況下的輻射。

嗯,靠近後數值明顯開始變大,蜂鳴器聲音也開始急促起來。穩定讀數後和網友測的基本一樣,至此主要功能完成瞭。後面把鋰電充電、電源開關、蜂鳴器、背光調整等一一測試。沒啥問題。把前後蓋板裝配起來,得到的成品

正面

背面

側面

裝配完成後,又測瞭下正常工作電流。

開背光

關閉背光

整體功耗還不錯,一個小鋰電也能用幾小時瞭。

搞好瞭,不用一用怎麼對得起好幾日的工作量呢,拿著這玩意把傢裡各角落,辭職、臺板啥的都測瞭下,基本都沒超過0.5uSv/h。新鮮過後放櫃子裡開始吃灰的進程,偶爾會拿出來亮一亮。

最後附一下我國輻射安全標準:我國輻射防護標準GB4792-84“放射衛生防護基本標準”zhi對於放射性工作人員的劑量當量限值的規定為:

年劑量當量限值,全身均勻外照射50mSv/年眼晶體150 mSv/年其他單個器官或組織500 mSv/年特殊照射:一次不大於100 mSv,一生中不大於250mSv應急照射:一次不大於250mSv在射線防護計算中,一般按全身均勻外照射取劑量當量限值,即50 mSv/年,以此可換算出月、周、日、時的劑量當量限值,月劑量當量限值為50/12=4.16 mSv/月;周劑量當量限值為50/50=1 mSv/周;日劑量當量限值為1/6=16.7μSv/日;每小時劑量當量限值為16.7/8=2.1μSv/時。

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