Дозиметрами принято называть устройства, которые необходимы для измерения мощности ионизирующего излучения. Также следует учитывать, что некоторые модели дополнительно способны оценивать эффективность дозы. Рентгенметры к дозиметрам не относятся. Основным элементом устройства приятно считать детектор. По параметру чувствительности он довольно сильно отличается. В целом эти приборы можно разделить на профессиональные и бытовые модификации.
Для военных применяются особые модели, которые рассчитаны на тяжелые условия использования. В свою очередь, промышленные модификации предназначены для постоянного мониторинга радиации. Собрать дозиметры радиации своими руками довольно просто. Однако это касается только бытовых устройств. Чтобы сделать профессиональную модель, необходимо изучить схемы данных приборов.
Бытовая модель за 3 минуты
Собрать дозиметр своими руками за 3 минуты довольно просто. В первую очередь следует взять баклажку емкостью не менее 1.5 литра. После этого для устройства понадобится тестер однополюсного типа. Сначала баклажку необходимо разрезать. С этой цель лучше воспользоваться ножом. Следующим шагом устанавливается тестер в емкость. Далее, чтобы собрать простой дозиметр своими руками, к нему подсоединяется проводник.
Конденсатор для этой цели понадобится открытого типа. В верхней части проделывается отверстие для спицы. Лучше всего ее подбирать медную, диаметром не более 1.2 мм. В итоге части баклажки необходимо скрепить при помощи изоленты. При включении тестера сигнал со спицы передается на резистор. В результате мощность ионизирующего излучения отображается на приборе.
Что такое дозиметр
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. 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.
Как сделать счетчик гейгера своими руками.
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. 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.
Будет интересно➡ Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками
Устройство с двухпроводным детектором
С двухпроводным детектором как собрать дозиметр своими руками? На самом деле, если подобрать все необходимые компоненты, то данная задача вполне выполнима. В первую очередь для устройства заготавливается емкость. Как правило, она подбирается пластикового типа. Размеры ее во многом зависят от габаритов детектора. Также следует учитывать, что для сборки модели потребуется проходной конденсатор. В свою очередь, резисторов необходимо подготовить три.
Далее, чтобы сделать дозиметр своими руками, берется демпфер. Для модели с двухпроводным детектором он подбирается только одноканальный. Устанавливать его необходимо непосредственно у конденсатора. Выпрямители для дозиметров данного типа походят только резонансные. В свою очередь, расширители применяются специалистами довольно редко. Непосредственно для замера эффективности дозы служит проходной конденсатор. Дополнительно следует учитывать, что демпфер в устройстве нужно устанавливать за детектором.
Применение трехпроводных детекторов
Как сделать дозиметр своими руками трехпроходного типа? Сразу следует отметить, что данная задача является непростой. Относятся трехпроходные устройства к профессиональным модификациям и предназначены для измерения не только эффективности дозы, но и мощности излучения. Устанавливать детектор необходимо только после того, как в корпусе будут закреплены все проходные конденсаторы. В данном случае резисторы используются только закрытого типа.
В свою очередь, демпферы подходят одноканальные. Расширитель в данном случае потребуется низкочастотный. Для замера мощности излучения используются только резонансные выпрямители. Для их установки потребуется воспользоваться паяльником. Стабилитроны в таких приборах используются довольно редко. Связано это с тем, что погрешность в их замерах высокая. Также следует учитывать, что параметр мощности излучения напрямую зависит от типа выходного резистора. Чаще всего он подбирается электролитический.
Сборка
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.
Будет интересно➡ Как делать распиновку HDMI
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. Соединяем дисплей съемным кабелем, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю.
Схема самодельного дозиметра.
Схема дозиметра на микроконтроллере
Прибор предназначен для измерения ионизирующих излучений, вызванных бета — и гамма-лучи и имеет следующие параметры:
- Диапазон измеряемой дозы: 0 — 250 миллирентген/час
- Напряжение питания: 2 – 3.3 В две батареи АА
- Средний потребляемый ток: 0.5 мА при отключенной звуковой индикации
- Время выхода на рабочий режим: 30 секунд
- Период обновления показаний: 1 секунда
Прибор состоит из следующих функциональных блоков: генератор высокого напряжения для питания газоразрядного счетчика, формирователь импульсов счетчика, узел управления жидкокристаллическим дисплеем, блок звуковой индикации, и стабилизаторы напряжения для питания различных цепей устройства.
Синхронное управление всеми блоками обеспечивается микроконтроллером DD2. Высокое напряжение формируется преобразователем на транзисторе VT2 и трансформаторе T1. На затвор VT2 поступают импульсы частотой 244 Гц и скважностью примерно 4-15% от микроконтроллера DD2. В момент импульса транзистор открыт и в магнитопроводе T1 накапливается магнитная энергия.
Схема самодельного радиометра.
При закрывании транзистора в обмотке I трансформатора формируется ЭДС самоиндукции, приводящая к короткому импульсу положительной полярности амплитудой порядка 60 В на стоке VT2. Это напряжение повышается обмоткой II и поступает на утроитель напряжения на диодах VD3-VD5 и конденсаторах C12-C14. Использование утроителя напряжения снижает требования к трансформатору и упрощает его конструкцию. Высокое напряжение порядка 400 В поступает на счетчик Гейгера BD1 через нагрузочный резистор R10.
Комментарий эксперта
Лагутин Виталий Сергеевич
Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос
При таком напряжении счетчик работает в середине плато своего рабочего диапазона. Стабилитроны VD6-VD8 ограничивают напряжение на выходе утроителя до уровня 430 В и защищают от пробоя конденсаторы C11-C13 с номинальным рабочим напряжением 630 В. Такая защита необходима в процессе налаживания или при резком удалении дозиметра от источника радиации.
Без стабилитронов напряжение на конденсаторах может превысить 800-900 В и привести к их пробою. Средний потребляемый ток по цепи T1-VT2 не превышает 0.3 мА при сопротивлении нагрузки от 40 МОм и выше.
Использование векторных резисторов
Собрать с векторными резисторами дозиметр своими руками (схема показана ниже) можно только на пару с сетевыми детекторами. На сегодняшний день приобрести их в магазине довольно сложно. Также следует учитывать, что данный товар в наше время стоит много, по сравнению с другими типами детекторов. Устанавливать резисторы необходимо только после закрепления проходного конденсатора. В некоторых моделях их припаивают две единицы. В таком случае отрицательное сопротивление цепи порой может дойти до 30 Ом. При этом точность измерений значительно страдает. Также на погрешность работы устройства может влиять емкость конденсаторов. Чаще всего они подбираются на 20 пФ. Всего этого достаточно, чтобы обеспечить модель отличной чувствительностью.
Далее, чтобы сделать дозиметр своими руками, устанавливается выпрямитель. Он в данном случае подходит резонансного типа. Однако позиционные модели также многими специалистами рассматриваются. На данном этапе очень важно рассчитать параметр электромагнитны помех. Чтобы уменьшить влияние окружающей среды, многие эксперты рекомендуют устанавливать в устройства электростатические блоки. Приобрести их в магазине можно довольно просто. Также есть возможность воспользоваться триггером небольшой мощности. Однако в этой ситуации отрицательное сопротивление в дозиметре может резко увеличиться. Чтобы частотные сдвиги не происходили часто, целесообразнее воспользоваться именно интегрированными триггерами.
Применение интегральных резисторов
Сделать с интегральными резисторами простой дозиметр своими руками (схема показана ниже) можно очень быстро. В первую очередь для этого потребуется подобрать корпус. В данном случае можно использовать пластиковую коробку. Далее, чтобы сделать дозиметр своими руками, нужно установить демпфер. Чаще всего его подбирают многоканального типа. В свою очередь, одноканальные модели большой точности показаний не дают.
Также следует отметить, что многие специалисты рекомендуют использовать счетчики. Как правило, они подбираются двоичного типа. Устанавливать их необходимо непосредственно на детектор. В данном случае конденсаторы припаиваются после резисторов. Всего их для дозиметра потребуется три единицы. Первый из них устанавливается сразу на детекторе. Чувствительность его зависит во многом от типа расширителя. Остальные два конденсатора монтируются на внешней стороне выпрямителя. Для этого придется воспользоваться паяльной лампой.
Список деталей нужных для радиосхемы
- 1 BPW34 фотодиода
- 1 LM358 ОУ
- 1 транзистор 2N3904
- 1 транзистор 2N7000
- 2 конденсатора 100 НФ
- 1 конденсатор 100 мкФ
- 1 конденсатор 10 нФ
- 1 конденсатор 20 нФ
- 1 10 Мом резистор
- 2 1.5 Мом резистора
- 1 56 ком резистор
- 1 150 ком резистор
- 2 1 ком резистора
- 1 250 ком потенциометр
- 1 Пьезодинамик
- 1 Тумблер включения питания
Как вы можете видеть из схемы, она настолько проста, что собирается за пару часов. После сборки убедитесь, что полярность динамика и светодиода, являются правильными. Наденьте на фотодиод медные трубки и изоленту. Она должна плотно прилегать. Просверлите отверстие в боковой стене алюминиевого корпуса для тумблера, а сверху для фотодатчика, светодиода и регулятора чувствительности.
Будет интересно➡ Как сделать антенну Харченко для Т2 своими руками
Интересно почитать: Как смастерить датчик движения своими руками.
Больше никаких дырок в корпусе быть не должно, так как схема очень чувствительна к электромагнитным наводкам. После того, как все электрические компоненты будут соединены, вставьте батарейки. Мы использовали три сложеные вместе CR1620 батареи. Изоленту обмотайте вокруг трубок, чтобы они не смещались.
Это также поможет закрыть свет от воздействия на фотодиод. Вот теперь всё готово для начала обнаружения радиоактивных частиц. Проверить его в действии можно на любом тестовом источнике радиации, который вы можете найти в специальных лабораториях или в школьных кабинетах, по проведению практических работ.
Простая модель на транзисторе РР20
Собрать данного типа дозиметры радиации своими руками непросто, однако следует понимать, что детектор в этом случае подходит только импульсного типа. Устанавливать транзистор необходимо на выпрямитель. Расширители для этих целей подбираются в основном аналогового типа. Все это необходимо для того, чтобы более точно замерять мощность излучения. Помимо прочего важно для дозиметра подобрать качественный счетчик. Чаще всего его используют с сегментным индикатором. Наиболее распространенные модификации продаются в магазинах с маркировкой К17. Светодиоды для устройств данного типа применяются довольно редко. В свою очередь, тестеры можно устанавливать только низкочастотного типа. При этом чувствительность у них довольно низкая.
Использование транзистора РР30
Транзисторы данного типа устанавливаются, как правило, на профессиональные модели. Проводимость у них довольно хорошая, однако работать они способны с детекторами только двухпроводного типа. Чтобы собрать дозиметр своими руками, в первую очередь нужно сделать корпус для устройства. После этого стандартно необходимо подобрать для дозиметра качественный проходной конденсатор.
Емкость его минимум должна быть на уровне 40 пФ. Все это необходимо для того, чтобы отрицательное сопротивление в цепи поддерживалось на уровне 20 Ом. Частотные сдвиги в данном случае можно контролировать при помощи выпрямителя. Для замера мощности излучения используется обычный демпфер. Устанавливать транзистор Р30 можно только после фиксации расширителя. Эмитерные стабилитроны применяются часто, однако для определения эффективности дозы они походят плохо.
Модель с мембранным конденсатором
Устройства мембранного типа на сегодняшний день являются довольно распространенными. По сравнению с походными конденсаторами, они отличаются пониженной чувствительностью. При этом отрицательное сопротивление в цепи обычно составляет не более 3 Ом. Все это говорит о том, что точность определения мощности излучения у таких устройств довольно высокая. Также следует учитывать, что детекторы в данном случае подходят только двухпроводного типа. В целом модели получаются компактными, однако по характеристикам довольно сильно отличаются. Расширители для таких конденсаторов подходят электростатического типа. В свою очередь, выпрямители используются как аналоговые, так и резонансные.
Однако для повышения точности показаний многие специалисты советуют останавливаться на втором варианте. Триггеры для указанных дозиметров подходят средней мощности. Также следует учитывать, что стабилитроны используются в устройствах довольно редко. При этом демпферы для повышения чувствительности необходимо устанавливать с двумя резисторами.
Использование широкополосных конденсаторов
Широкополосные модификации на сегодняшний день встречаются довольно редко. Чувствительность у них не самая лучшая. Также следует учитывать, что они не способны определять мощность излучения. Детекторы чаще всего подбираются трехпроходного типа для приборов. Таким образом, по габаритам они являются довольно большими. Демпферы устанавливаются на дозиметры самые разнообразные. Для повышения точности показаний часто используют многоканальные модификации. Частота электромагнитных помех в данном случае зависит от класса выпрямителя. Многие специалисты их приобретают с низкой пропускной способностью.
Чаще всего их можно встретить с маркировкой МР30. Дополнительно известны модификации класса МР40. Входной отклик у них довольно высокий, однако отрицательное сопротивление они способны выдерживать низкое. Устанавливать конденсаторы на прибор следует только после фиксации непосредственно детектора. Также следует учитывать, что резисторов для схемы потребуется три. Первый из них должен припаиваться в начале цепи. При этом два остальных резистора необходимы у расширителя.
Его основные характеристики дозиметра:
| Спектр излучении | b(>0,5 МэВ), g(>0,05 МэВ) |
| Реакция на естественный радиационный фон (ЕРФ) | акустические импульсы- щелчки, следующие со средней частотой 15…25 имп/мин; |
| Реакция на изменение уровня радиации | изменение скорости счета (линейная зависимость); |
| Порог тревожной сигнализации | 4…5 ЕРФ |
| Напряжение источника питания | 9 В |
| Потребляемый ток:в фоновых радиационных поляхв режиме тревожной сигнализации | 0,15…0,2 мА3…4 мА |
| Время непрерывной работы (с батареей «Корунд») | > 5000 часов |
| Время выхода на рабочий режим | <1c |
| Габариты прибора | 120х46х21 мм |
| Масса прибора (с источником питания) | 100 г |
Принципиальная схема дозиметра показана на рис.1. Датчиком BD1 служит счетчик Гейгера типа СБМ20. Блокинг-генератор создает высокое напряжение на его аноде — с повышающей обмотки I трансформатора Т1 импульсы напряжения через диоды VD1, VD2 заряжают конденсатор фильтра С1. Резистор R1 служит нагрузкой счетчика, связанный с входом 8 микросхемы DD1.
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Подробнее
Одновибратор собранный на элементах DD1.1, DD1.2, СЗ и R4, преобразуют импульс, поступающий со счетчика Гейгера и имеющий затянутый спад, в прямоугольный, размерностью 5…7 мс. На элементах DD1.3, DD1.4, С4 и R5, собран звуковой генератор управляемый по входу 6 DD1. Пороговый усилитель, выполненный на микросхеме DD2На управляется интегратором на элементах VD4, R8…R10, С8 и С9 .
От частоты возбуждения счетчика Гейгера зависит напряжение на конденсаторе С9; по достижении им потенциала отпирания о транзистора, входящего в DD2, включается светодиод HL1: частота мигания будет расти с увеличением уровня радиации.
Трансформатор Т1 наматывают на кольцевом сердечнике М3000НМ типоразмера К16х10х4,5 мм. Острые края сердечника стачивают шкуркой и покрывают сердечник электрически и механически прочной изоляцией, например, обматывают изолентой. Обмотка I содержит 420 витков провода ПЭВ-2-0,07. Обмотку ведут почти виток к витку, в одну сторону, оставляя между ее началом и концом промежуток в 2 мм.
Эту обмотку также покрывают изоляцией. Далее наматывают обмотку II — 8 витков провода диаметром 0,15…0,2 мм в любой изоляции, и поверх нее — обмотку III — 3 витка тем же проводом. Необходимо равномерно распределить эти обмотки по сердечнику. Расположение обмоток и их выводов должно соответствовать рисунку печатной платы, а их фазировка — указанной на принципиальной схеме (синфазные концы обмоток обозначены точками). Собранный трансформатор необходимо покрыть слоем гидроизоляции — обмотать, например, узкой полоской липкой ленты.
Дозиметр низкой чувствительности
Дозиметры низкой чувствительности чаще всего используются военными. Чтобы собрать модель данного типа, необходимо в первую очередь подобрать качественный датчик. При этом счетчики используются чаще всего с сегментными индикаторами. В свою очередь, конденсаторы для таких модификаций больше подходят проходного типа. Резисторы многие специалисты рекомендуют приобретать аналоговые.
Все это необходимо для того, чтобы повысить чувствительность прибора до нужного уровня. Триггеры в моделях чаще всего используются малой мощности. Максимум отрицательное сопротивление они обязаны выдерживать на уровне 4 Ом. При этом непосредственно датчик должен быть рассчитан на 5 Ом. Скорость выходного сигнала зависит исключительно от мощности конденсатора. Демпферы в устройствах данного типа отсутствуют.
Описание работы дозиметра на счетчике Гейгера СБМ-20
Питание схемы дозиметра осуществляется всего от одной лишь батарейки на 1,5 вольта, так как ток потребления не превышает 10 мА. Но поскольку рабочее напряжение датчика радиации СБМ-20 составляет 400 вольт, то в схеме применен преобразователь напряжения позволяющий увеличить напряжение с 1,5 вольт до 400 вольт. В связи с этим следует соблюдать крайнюю осторожность при налаживании и использовании дозиметра!
Держатель для платы
Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…
Подробнее
Повышающий преобразователь дозиметра – не что иное как простой блокинг-генератор. Появляющиеся импульсы высокого напряжения на вторичной обмотке (выводы 5 – 6) трансформатора Тр1, выпрямляются диодом VD2. Данный диод должен быть высокочастотным, поскольку импульсы достаточно короткие и имеют высокую частоту следования.
Если счетчик Гейгера СБМ-20 находится вне зоны радиационного излучения звуковая и световая индикация отсутствует, поскольку оба транзистора VT2 и VT3 заперты.
При попадании на датчик СБМ-20 бета- или гамма- частиц происходит ионизация газа, который находится внутри датчика, в результате чего на выходе образуется импульс, который поступает на транзисторный усилитель и в телефонном капсюле BF1 раздается щелчок и вспыхивает светодиод HL1.
Вне зоны интенсивного излучения, вспышки светодиода и щелчки из телефонного капсюля следуют через каждые 1…2 сек. Это указывает на нормальный, естественный радиационный фон.
При приближении дозиметра к какому-либо объекту, имеющему сильное излучение (шкале авиационного прибора времен войны или к светящемуся циферблату старых часов), щелчки станут чаще и даже могут слиться в один непрерывный треск, светодиод HL1 будет постоянно гореть.
Так же дозиметр снабжен и стрелочным индикатором — микроамперметром. Подстроечным резистором производят подстройку чувствительности показания.
