Радиометр-дозиметр.

Хотелось соорудить универсальный прибор - универсальный в смысле функциональности, гибкости настроек и возможности адаптации к разным датчикам Гейгера и, похоже, получилось.
Прибор имеет 2 режима: дозиметр и радиометр.

Микропроцессор - AtMega88, дисплей 84x48 точек, от Nokia 5110.
Питание – 2,5 – 4,2 В.
Потребление тока от источника питания - 2,8мА (при естественном радиационном фоне).
Подсветка дисплея потребляет 4-5 мА.
Датчик - счётчик Гейгера СБМ-20, либо СБМ-19, либо другая аналогичная трубка. Адаптация к датчику производится в настройках меню.     

  Экран, в режиме, радиометра, выглядит так:

В 1й строке, отображается гамма-фон, т.е. результат усреднения подсчета гамма-квантов, за время, равное интервалу усреднения. Интервал можно задавать в меню, от 1 до 250 сек. Для достижения большей точности, предпочтительны максимальные величины интервала. При коротком интервале, реакция прибора на изменение фона, будет более быстрая, но точность измерения ухудшается, показания нестабильны.
При величине фона более 50мкР/час, значок радиации сменяется "весёлым Роджером"
Во 2й строке, отображается количество импульсов с трубки Гейгера, за 1 секунду, усреднённое за 10 секунд.
Если измеренный уровень радиации превышает порог, установленный в меню, звучит сигнал тревоги (при условии, что он включен в меню «звук»). Уровень порога, по умолчанию, 100мкР/ч.

                     

Экран в режиме дозиметра:

Здесь, в 1й строке, после символа суммы, отображается доза, накопленная с начала времени накопления. Величина уровня фона вычисляется каждую секунду, делится на 3600 и суммируется, накапливаясь в 1й строке. Доза отображается в миллиРентгенах, или Рентгенах – смотря, сколько накопилось.

Во 2й строке - скорость счета, частиц/сек. 3-я строка - время накопления. Максимальное время накопления - 99час 59мин 59 сек. По истечении этого времени, происходит сброс результатов.
Предусмотрен, также, ручной сброс (в режиме радиометра тоже), нажатием и удержанием кнопки BACK.

Меню:
Режим дозиметра включается кнопкой PLUS, режим радиометра - кнопкой MINUS
Вход в меню - кнопка ENTER. Меню:
"Порог" - установка порога тревожного звукового сигнала, мкР/ч;
"Звук" – включение/выключение сигнала тревоги и щелчков, сопровождающих работу счётчика Гейгера;
"Интервал" - выбор интервала (в секундах) усреднения результата измерения, 1-250сек; шаг установки1 сек.
"Калибровка" – установка счетного коэффициента для разных типов датчика. По умолчанию, К=36 для СБМ-20. Шаг установки 0,5.

Принципиальная схема:

Описание повышающего преобразователя напряжения.
Для получения высокого напряжения, используется выброс напряжения на индуктивности L2, в момент прерывания тока. VT1, работающий в режиме ключа, управляется выходом PWM (выв. 15 МК). Выбросы напряжения выпрямляются диодом VD1. Если не регулировать напряжение, накопленное на С7, то амплитуда выбросов превышает 600 В. Чем выше добротность дросселя, тем больше амплитуда. Я применил дроссель, намотанный на феррите "гантелька", диаметр 10мм, проводом 0,18 до заполнения. Индуктивность получилась 17мГн. Испытывал дроссели с индуктивностью 8-18мГн, результаты мало отличаются. Годится также, готовый дроссель от энергосберегающей лампы, 3,3...6,0мГн, при этом потребляемый ток будет чуть больше (на ~0,1мА)
Сопротивление резистора в цепи базы, зависит от коэффициента передачи тока VT1. Нижний его предел ограничен нагрузочной способностью порта МК и равен ~68 Ом, верхний предел – скоростью переключения и коэффициентом передачи тока транзистора. В этой схеме испытаны и хорошо работают транзисторы: MPSA44, MJE13002, MJE13003, в корпусе TO-92. Но следует учесть, что эти транзисторы работают здесь при напряжении К-Э, равном предельно допустимому. Более надёжным будет 2SC3632, но он менее распространён.
Для поддержания стабильных 400В, используется обратная связь по напряжению. Как только наступает пробой стабилитронов VD3, VD4 - на вход U_400 (выв. 24) идёт высокий логический уровень, и подача импульсов на базу VT1 прекращается. При незначительной просадке напряжения на С7, импульсы возобновляются. Таким образом, напряжение 400 Вольт поддерживается с высокой точностью.
Вместо 2-х стабилитронов 1N5956, подойдёт один защитный диод 1,5KE400CA. Могут подойти и другие стабилитроны, общим напряжением 400 Вольт. Важно знать, что некоторые стабилитроны имею повышенный ток утечки – такие не годятся.
Частота импульсов - 500Гц, постоянная; Чтобы нагрузочная способность преобразователя не зависела от питающего напряжения, длительность импульсов линейно зависит от напряжения питания:
при 3,3V - 0,5 мсек
при 2,5V - 0,8 мсек

 График:

 Преобразователь потребляет 200-300мкА на холостом ходу и 20мА при нагрузке 10МОм; при увеличении нагрузки (R<10M) начинается просадка напряжения. Это следует учитывать при выборе вольтметра.

Выводимый на дисплей результат вычисляется в соответствии с приведенным графиком. Для СБМ-20 это зелёная кривая, К=36. Число 36 выбрано потому, уровень фона, в мкР/ч, будет равен количеству импульсов датчика за интервал времени в 36 секунд (это справедливо только для начального участка графика. При частоте импульсов выше 200Гц, вводится поправка, она увеличивается с дальнейшим ростом частоты).
Указанные коэффициенты являются типичными для этих датчиков, но возможен разброс их чувствительности в пределах до плюс-минус 15%. Поэтому, могут попасться экземпляры трубок, для которых К будет отличаться от типового значения. В этих случаях, понадобится индивидуальная калибровка.
В качестве примера, показан график (красная линия) для датчика СБМ-19. Калибровочный коэффициент для СБМ-19, обычно К=9.
Попытки вычислить К для миниатюрных датчиков СБМ-21 не увенчались успехом. Ориентировочно, можно попробовать 150-200 (для одного датчика). Но, даже при максимальном интервале 250 сек, показания «плавают» довольно широко.

Если калибровочный коэффициент отличается от 36, то на дисплей выводится число, полученное в результате вычисления по формуле
R=F*К/36
где R – результат, выводимый в верхнюю строку экрана «радиометр»;
F - уровень фона, вычисленный в соответствии с зелёным графиком;
К – установленный в меню калибровочный коэффициент.

Если вычисленное значение уровня выходит за пределы графика, т.е. больше 130000 мкР/ч, то на дисплей выводится «999999мкР/ч».
Если частота импульсов с датчика выходит за пределы графика, т.е. больше 2000 имп/сек, то на дисплей также выводится «999999мкР/ч».

С допустимой степенью точности, калибровочный коэффициент для 2-х датчиков СБМ-20, можно устанавливать равным 18; для 3-х датчиков К=12; для 4-х датчиков К=9. При этом, датчики включаются параллельно, каждый датчик – со своим нагрузочным резистором:

Схема устойчиво и надёжно работает в диапазоне питающих напряжений от 2,5 В до 4,2 В. Таким образом, в качестве источника, можно применить либо 2 алкалиновых элемента по 1,5 Вольт, либо литиевый аккумулятор, либо элемент CR2032, последний – для миниатюрного варианта.
Пищалка должна быть с генератором.
Светодиод должен быть красным или жёлтым, т.к. большинство светодиодов других цветов, не светят при минимальном напряжении питания 2,5 Вольт.
В архиве файлов для этого проекта имеются 2 прошивки, для дисплеев от разных производителей. Которая из прошивок подойдёт для Вашего дисплея – можно определить только попробовав.

Архив файлов «Радиометр-дозиметр»

Форум по данному прибору.