English version

Digitální radiometr - dozimetr

    Úvod:
Toto zařízení slouží jako digitální radiometr a dozimetr. Umožňuje měření absorbované dávky a dávkového příkonu ionizujícího záření. Detektorem je GM (Geiger-Mullerova) trubice se slídovým okénkem, schopná měřit alfa, beta i gamma záření. Umožňuje také spuštění varovného signálu (alarmu) při překročení zvolené úrovně dávkového příkonu.
    Popis zapojení:
Tento digitální radiometr s dozimetrem je řízen obvodem Atmel AVR ATtiny2313A, ATtiny2313V nebo ATtiny2313. Ten je taktován z vnitřního RC oscilátoru 8MHz. K zobrazení slouží 4-místný nízkopříkonový červený sedmisegmentový LED displej. Lze ho vytvořit např. ze dvou dvojmístných zobrazovačů LD-D028UR-C (výška znaku 7mm). Displej má společnou anodu a je řízen multiplexně na frekvenci cca 100Hz. K ovládání slouží tlačítka TL1, TL2. Jako detektor ionizujícího záření slouží elektronka E1 - Geiger-Mullerova (GM) trubice Philips 18504. Ta vyžaduje pro svůj provoz vysoké anodové napětí. Pracovní plošina této trubice začíná na 425V (max) a je dlouhá 225V (min). Tato GM trubice má poměrně širokou plošinu a tak není nutné nastavovat napětí do jejího středu, lze ho nastavit blíže k jejímu spodnímu konci. Jako nejvhodnější se jeví napětí cca 480V. Toto napětí je získáno nízkovýkonovým měničem. Lze použít i jiný typ trubice. Anodové napětí lze upravit změnou ZD1. Tranzistory T2 a T3 tvoří oscilátor. Napětí je transformováno pomocí Tr1 a zdvojeno v obvodu s D1, D2, C5 a C6. Pracovní frekvenci lze v případě potíží upravit změnou C4 (zejména pokud by oscilátor nenasazoval). Stabilizaci zajišťuje zpětná vazba tvořená ZD1 a T1. Jako ZD1 může sloužit zenerova dioda nebo transil. Vzhledem k tomu, že zenerovy diody s tak velkým napětím nejsou příliš dostupné, lze použít více zenerových diod (popř. transilů) v sérii. Tr1 je transformátorek pro napájení zářivek CCFL. Pochází ze 17'' LCD monitoru a byl původně určen k napájení dvojice trubic CCFL. GM trubice je zapojena s uzemněnou katodou. Tento způsob zapojení umožňuje lepší odolnost proti rušení. Impulzy jsou snímány pomocí kondenzátoru C7 oddělujícího stejnosměrnou složku napětí a zesilovány tranzistory T4 a T5. Poté jsou zvukově indikovány pomocí reproduktoru Rep1 (reproduktorek s impedancí alespoň 32 ohmů) a vyhodnocovány obvodem IO1. Počítání pulzů zajišťuje 16-bitový časovač/čítač1, který je těmito pulzy externě taktován. Při překročení nastavené úrovně dávkového příkonu se na vývodu 5 (port PA0) IO1 objeví log1, která rozsvítí varovnou LED1. K tomuto vývodu lze připojit i samovybuzující sirénku, která zajistí akustické varování. Vývod 4 (port PA1) slouží k elektronickému vypínání měniče a indikátoru s Rep1. Pokud je zařízení vypnuto, objeví se zde log0. Současně se IO1 uvede do režimu spánku Power-down a celé zařízení má ve vypnutém stavu prakticky nulovou spotřebu. Odběr v režimu zobrazení je cca 10 - 30mA, v režimu indikace cca 2 - 4mA. Obvod lze napájet napětím cca 2,7 - 5,5V. K napájení se hodí síťový zdroj cca 5V, baterie či akumulátor. Lze použít 3ks baterií 1,5V (AA nebo AAA), 3ks 1,2V akumulátorů NiCd či NiMH nebo akumulátor Li-Ion nebo Li-Pol s napětím 3,6 či 3,7V. Do série zapojte pojistku.
    Ovládání, měření:
K ovládání zařízení slouží dvě tlačítka - TL1 a TL2. TL1 slouží k zapnutí a přepínání režimů. TL2 slouží k vynulování měřícího cyklu, vynulování kumulované dávky a k vypínání. Po zapnutí (stisknutí TL1) se dostaneme do úsporného režimu indikace a hlídání. Zařízení akusticky indikuje impulzy GM trubice, hlídá úroveň radiace a měří dávku. Displej nesvítí, pouze bliká tečka. Pomocí TL2 lze nyní zařízení vypnout. Dalším stiskem TL1 se dostanete do zobrazení dávky (dozimetr). V režimu dozimetru desetinná tečka bliká, údaj je v mR. Stiskem TL2 lze údaj obnovit. Ten se jinak automaticky obnovuje u určitých intervalech. Dlouhým stiskem TL2 (1,5s) lze dozimetr vynulovat. Následujícím stiskem TL1 se dostanete do módu rychlého měření radiace (vyhledávání). Měření probíhá s 10x vyšší obnovovací frekvencí a rozlišením až 0,01 mR. Dalším stiskem TL1 se dostanete do režimu přesného měření radiace s rozlišením až 0,001 mR. V režimech dávkového příkonu (radiometr) desetinná tečka svítí trvale, údaj je zobrazen v mR/h. Měřící cyklus lze také ručně nastavit na začátek stiskem TL2. Ještě jedním stiskem TL1 se dostanete zpět do úsporného režimu, ve kterém lze pomocí TL2 přístroj vypnout. Vypnutím přístroje se dávka nevymaže, ale přestane být měřena. Ve všech módech kromě "vypnuto" je aktivní hlídání (zvýšení úrovně radiace nad nastavenou mez aktivuje výstrahu) a měření dávky. Po výměně baterie může být třeba dávku vynulovat (dozimetr může ukazovat nesmyslný údaj). Kalibrace přístroje se provádí nastavením kalibrační konstanty. Do módu kalibrace se dostanete dlouhým stisknutím TL1 a TL2 současně (1,5s). Číslice lze nastavit pomocí TL2, přepínat lze pomocí TL1. Poté následuje nastavení úrovně alarmu v mR/h. Do nastavení úrovně alarmu se lze dostat také dlouhým stiskem TL1. Kalibrační konstanta (XXX.X) určuje dobu přesného měření v sekundách (s). Počet pulzů za tuto dobu odpovídá úrovni radiace v uR/h. Doba rychlého měření je 10x kratší než kalibrační konstanta. Kalibrační konstanta a úroveň alarmu jsou uloženy do paměti EEPROM, takže se nevymažou ani při odpojení napájení. Maximální teoreticky zobrazitelný dávkový příkon je 9999mR/h a dávka 9999mR, ale skutečné maximum je dáno použitou GM trubicí. Zařízení je určeno jen pro měření nízkých úrovní radiace a při vyšších hodnotách může dojít k zahlcení trubice a podhodnocení dávkového příkonu i dávky. Pro správné měření by bylo třeba trubici doplnit kompenzační clonou, aby nedocházelo k nadhodnocování méně pronikavých typů záření.

     !!! Upozornění !!!
Zařízení je určeno pouze pro demonstrační účely. Není určeno k žádnému způsobu použití, při kterém by jeho selhání mohlo způsobit újmu na zdraví, životě, majetku či jinou. Autor nebere za vaše újmy žádnou zodpovědnost a neručí za funkčnost, spolehlivost ani parametry tohoto zařízení. Autor neručí za bezchybnost informací ani softwaru dostupných na této stránce. V zařízení je životu nebezpečné napětí. Kondenzátory mohou zůstat nabité na nebezpečné napětí i po vypnutí a odpojení baterie. Vše děláte pouze na vlastní nebezpečí.

Celý program ke stažení:
zdrojový kód radiometru/dozimetru v assembleru (ASM)
přeložený HEX soubor pro zapsání do AVR (1872 Bajtů)
Zapisování programu do AVR se podrobněji věnuji zde.

Případným zájemcům mohu naprogramované mikroprocesory poslat. Více info zde.


Obr. 1 - Schéma digitálního radiometru a dozimetru s ATtiny2313(A/V).


Nastavení konfiguračních bitů radiometru/dozimetru


Testování digitálního radiometru a dozimetru v kontaktním poli.


Radiometr - dozimetr sletovaný na univerzální desce.


Varovná LED.


Video - testování procesorové části radiometru/dozimetru s ATtiny2313(A/V) na trubici STS-5


Video - testování digitálního radiometru/dozimetru s ATtiny2313(A/V) a Philips 18504



Přidáno: 29. 3. 2013
zpět na úvodní stránku