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[工仪] DIY自制盖革计数器,让装修选石材和海淘二手电子时更放心

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发表于 2021-1-23 21:51:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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去年时候,因为要装修,寻思整个盖格计数器,可以假装专业的在买地砖、大理石门槛石、窗台石时测下辐射大小,顺便有些时候海淘一些二手仪器时可以保险点,防止万一出现点带辐射的东西。当然更多的时想玩玩盖格米勒管。当时考虑diy目标如下:

1、体积要小巧,板子尺寸控制在10*5cm之内
2、12864显示,得有数字显示直观方便,声音也不可少
3、锂电供电,耗电得小,带充电功能
4、得弄个简易外壳,不能太暴露了,毕竟带高压呢
5、哦,暂时想不出来了,碰到了再说吧

这里先普及下基础,盖革计数器是一种专门探测电离辐射(α粒子、β粒子、γ射线和X射线)强度的记数仪器。由充气的管或小室作探头,当向探头施加的电压达到一定范围时,射线在管内每电离产生一对离子,就能放大产生一个相同大小的电脉冲并被相连的电子装置所记录,由此测量得单位时间内的射线数。工作原理示意:
image.png

那又怎么计算辐射强度呢?每种管子都有一个基本换算关系,这个换算公式就是
151CPM = 1uSv/h
CPM每分钟脉冲总数
uSv/h 微西弗每小时
注意不同管子的CPM数是不一样的,但在我们业余定性的测量辐射强度大小,用这个来计算足够了。按照本底辐射大概20次左右,我国平均辐射强度大概0.1-0.2uSv/h,取中间值0.15uSv/h。也基本符合上面的换算公式。考虑到性价比以及靠谱性初步定毛子的СБМ-20管子,具体性能指标如下:

image.png
到手的管子样子

image.png
注意盖格管有正负极,安装的时候不要弄错了。

根据管子特性,大概就可以分这几个模块:
1、高压电路(400V,电流要求很小)
2、脉冲检测及整形
3、单片机mcu、按键控制
4、屏幕及蜂鸣电路(用来指示辐射大小)
5、锂电充电电路

本着先难后易的原则,先来搞定高压部分。锂电3.5-4.2V要升压到400V,那么升压比讲达到100左右,普通升压电路很难小功耗做到。这就需要把升压比降下来,首先考虑倍压(因为电流很小),因为倍压需用电容,节省的角度来就2倍压;然后根据闪光灯的升压电路,用闪光灯变压器来提高电压,假货宝有很多10:1左右小变压器个头很小。这样升压比就可以降到5-7的样子了。这样大把的升压可以整了。最终完成的电路如下:
image.png

有了高压,要采集辐射数据,后面就是脉冲检测及整形了,这个比较简单;用了个三极管来检测脉冲,再后面加个施密特触发器做整形就完成了。盖格管会在射线穿过时产生一个脉冲信号,然后三极管基极会有一个脉冲,通过施密特触发器整形送入单片机进行计数。
image.png


单片机因为要实现的功能很简单,就是计数显示,所以采用stm8s003,价格便宜量又足(以前囤的,貌似现在变成高价货了)。因为手头没有自锁开关,所以弄了个电子开关来控制整个电路的通断。通过K0来控制Pmos(Q5)的通断,实现原理很简单这里就不多做说明了。K1和K2分别是屏幕背光和蜂鸣开关。
image.png

屏幕、蜂鸣和锂电充电电路都是标准的东西,也就不做说明了。
image.png
image.png


电路搞定之后,开始设计pcb板子。考虑到现在打样便宜,所以打算用pcb做前后盖板,方便简洁。最终实现的pcb:


正面:
image.png

反面:
image.png



上下两块是后盖板和前面板,中间是功能电路板。赶紧发pcb板厂,很快,等待3、4天后就到手了。焊接是个基本工,这点元件很快完工。焊接完成的板子:
image.png
image.png


前后盖板:

image.png

其他电路基本没啥可担心的,升压是个麻烦事,先测试下高压是否正常。上电,上万用表:lol:
image.png


哦,389.0v,还不错,比预计少了10V左右,这个应该是分压电阻阻值取太大,FB引脚电流导致实际分压比比预期低的原因。为了升压电路功耗,静态工作电流越小越小分压阻值还是大点好。先把分压下臂电阻并联个1M电阻试试,看看能不能补偿到400V。并上电阻,上电
image.png

嗯,很好,399.7V,很合适。搞定,再测试下电流,看看锂电是否能带的动。
image.png

21mA,挺好,这里电流还包含了mcu的电流,算上屏幕耗电,基本可以控制在4、50mA以下了。搞定了这个其他电路就是基本电路了,没啥可调试的了。接下来开撸代码。

先来整按键处理,因为功能简单,这里只处理短按的情况,拿原来项目的按键扫描来用一下
image.png

再在定时器4当中每1ms调用一下
image.png

在主程序种只要读取RealKey就可以获取按键信息了。
主程序里就剩下2件事,显示辐射强度和处理按键信息。显示辐射强度采用了2种方式,数值和动态柱状图。数值分短时(10s内平均值)均值(2分钟内平均值),每秒更新。柱状图把短时数值按每5秒更新一次的频率显示在下方。
image.png

GG_COUNT10s是10秒内脉冲总量,GG_COUNT2m是2分钟内脉冲总量。GG_COUNT10s*6.0)/CPM)*1000为即时数值计算公式,((GG_COUNT2m/2.0)/CPM)*1000为2分钟平均值计算公式,为方便后续处理,这里都放大了1000倍。画图表,把序列里的数值按比值画到下方。
image.png

按键键值处理。
image.png

到此程序基本完成,下载程序运行来看看效果。
image.png

还像那么回事。底数大概0.2uSv/h左右,稍有点偏大,也还在正常范围内。为验证有无检测效果,特意百度了下有辐射的东西,发现电离式烟雾传感器最容易获得,还很安全。这里简单贴一下百度上的介绍,想详细了解的可以百度下,很多资料,搜Nis07即可。

到手的NIS-07离子式传感器就是下图这个样子。
image.png
image.png

盖子上两个慌兮兮的电风扇。不过根据外国网友的测试,这个玩意辐射距离很短,基本上距离10cm以上就和本底辐射差不多了。极近距离下回检测到1uSv/h以上的辐射强度,如果把盖子打开,直接近距离测辐射源,那么会有几百uSv/h的强度,虽然听说这个辐射物质媚241(Am241)辐射都能被皮肤挡住,我还是不作死了。只验证不开盖情况下的辐射。
image.png

嗯,靠近后数值明显开始变大,蜂鸣器声音也开始急促起来。稳定读数后和网友测的基本一样,至此主要功能完成了。后面把锂电充电、电源开关、蜂鸣器、背光调整等一一测试。没啥问题。把前后盖板装配起来,得到的成品


正面
image.png

背面
image.png

侧面
image.png
image.png

装配完成后,又测了下正常工作电流。


开背光
image.png



关闭背光
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整体功耗还不错,一个小锂电也能用几小时了。

搞好了,不用一用怎么对得起好几日的工作量呢,拿着这玩意把家里各角落,辞职、台板啥的都测了下,基本都没超过0.5uSv/h。新鲜过后放柜子里开始吃灰的进程,偶尔会拿出来亮一亮:lol:。完成收工喽。


最后附一下我国辐射安全标准:
我国辐射防护标准GB4792-84“放射卫生防护基本标准”zhi对于放射性工作人员的剂量当量限值的规定为:年剂量当量限值,全身均匀外照射50mSv/年眼晶体150 mSv/年其他单个器官或组织500 mSv/年特殊照射:一次不大于100 mSv,一生中不大于250mSv应急照射:一次不大于250mSv在射线防护计算中,一般按全身均匀外照射取剂量当量限值,即50 mSv/年,以此可换算出月、周、日、时的剂量当量限值,月剂量当量限值为50/12=4.16 mSv/月;周剂量当量限值为50/50=1 mSv/周;日剂量当量限值为1/6=16.7μSv/日;每小时剂量当量限值为16.7/8=2.1μSv/时。

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发表于 2021-1-25 03:44:39 | 显示全部楼层
做的不错呀 牛逼lity

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cushion + 20 熱心會員

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发表于 2021-1-25 08:24:51 | 显示全部楼层
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发表于 2021-1-25 09:11:47 | 显示全部楼层
楼主牛逼puls
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发表于 2021-1-25 09:21:15 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
真厉害,佩服
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发表于 2021-1-25 09:29:00 | 显示全部楼层
牛,这个太用心了
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发表于 2021-1-25 09:30:43 | 显示全部楼层
还有板子吗,得闲能不能帮我做一个:lol:
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发表于 2021-1-25 09:45:46 | 显示全部楼层
网上有得卖,300起步,楼主总共花费多少
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发表于 2021-1-25 09:46:47 | 显示全部楼层
好手艺,搞个成品,出个给我呗:praise:
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发表于 2021-1-25 09:48:36 | 显示全部楼层
很棒的制作。
盖革计数器大概多少钱?
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 楼主| 发表于 2021-1-25 09:50:36 | 显示全部楼层
感谢大家捧场,感谢论坛:lol:
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 楼主| 发表于 2021-1-25 09:51:32 | 显示全部楼层
类星体 发表于 2021-1-25 09:45
网上有得卖,300起步,楼主总共花费多少

大头就是管子钱,除了管子,打板和其他零件基本就2、30块
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发表于 2021-1-25 10:36:17 | 显示全部楼层
楼主,板子还有么? 总造价用了多少钱?分享出来,以后打仗后造福人类!!
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发表于 2021-1-25 10:38:07 | 显示全部楼层
升压的dc-dc是啥型号啊?
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发表于 2021-1-25 10:42:47 | 显示全部楼层
做得太漂亮了
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发表于 2021-1-25 10:46:04 | 显示全部楼层
求量产,如果不能量产求定制!!!
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发表于 2021-1-25 10:52:03 | 显示全部楼层
大佬做得漂亮。升压玩得666
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发表于 2021-1-25 13:03:05 | 显示全部楼层
羡慕会电路的人
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发表于 2021-1-25 13:29:48 | 显示全部楼层
来来来,借我试下,我这里有X射线检测仪器:lol:
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发表于 2021-1-25 14:12:34 | 显示全部楼层
楼主,做个套件我买吧,要不你这个转让给我?家里正装修正好需要:lol:
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