Комментарии 76
готовый детектор мне любезно предоставил их разработчик и производитель KBRadar

И какая была бы доля розничной цены датчика в общей стоимости радиометра, если его покупать?

Спасибо, отличная статья! Но, как всегда, не могу не побухтеть. :)


Фотоэлементы, фотодиоды и фоторезисторы слишком малочувствительны для этого

Все зависит исключительно от мощности излучения. Основа любого промышленного или медицинского сцинтилляционного рентгеновского детектора изображения — массив кремниевых pin-фотодиодов. Но там конечно не единичные фотоны ))

Классика жанра — использование фотоумножителей. Но с ними свои сложности.
Как ваша схема «переваривает» импульсы от космического излучения? Помню для чувствительных усилителей это было довольно трудной задачей. Приходилось ставить отдельный компаратор и глушить интеграторы на время высвечивания.

Тут сама природа детектора смягчает проблему. ФЭУ легко может с космической частицы выдать импульс в сотню вольт. Кремниевый ФЭУ на это не способен. Кроме того, он вообще лоялен к засветкам. Если его под напряжением вынести на солнышко, он не сгорит, как ФЭУ, он просто в насыщение уйдет.
Из-за малых размеров детектора космические события в нем довольно редки, а время восстановления после них не так велико — несколько десятков мкс.

Раньше таких вещей в природе не было (или я просто давно не в теме). Спасибо за статью! Попробую при случае, интересно сравнить его со стеклянным)

Не совсем понятно, зачем. Делать комбан из радиометра гамма-излучения со спектроколориметром...

Забавно делать радиометры на микроконтроллерах… Они отнесуться с высокому уровню радиации явно с неодобрением…

Верхний предел измерения этого прибора — 20 мР/ч, его назначение — не прибор судного дня, а поиск слабых источников излучения на уровне естественного фона. МК поплохеет при сильно больших дозах. Кстати, из современных радиометров и дозиметров чуть более чем все — на микроконтроллерах.

Ну для такой цели — конечно нормально. Ну и как вариант для изучения микроконтроллеров.

Если электронике станет плохо от радиации, человеку уже будет все равно...

Есть данные по радстойкости гражданского STM32F105 — не менее 3 крад на отказ. Это минимум вчетверо больше смертельной дозы для человека.

В первую очередь это — очень низкая эффективность регистрации гамма-квантов и полное отсутствие информации об их энергии. Счетчик Гейгера фиксирует лишь один гамма-квант из нескольких сотен, тогда как сцинтилляционный детектор на низких энергиях дает почти 100% эффективность. В результате, при естественном фоне при одинаковых габаритах детекторов, когда счетчик Гейгера дает лишь 10-15 импульсов в минуту, сцинтиллятор дает столько же импульсов, но в секунду
Да, РКСБ-104 с двумя счётчиками Гейгера ничего не видит в ионизационной детекторе дыма с америцием, который прекрасно видит сцинцилляторный "пейджер ФБР" с расстояния сантиметров 5 от внешнего кррпуса(все безопасно, ага, вешайте датчики что бы не сгореть). Зато у сцинцилятора все плохо с бетой. Тарелку с урановым стеклом и фоном в 600 мкР/ч насчитанным РКСБ(со снятой крышкой) он вообще не видит. Только на такумаровском стеклышке 50мм F1.4 оба датчика сходятся во мнении.

Вообще было бы интересно сделать комбинированный прибор: Гейгер + сцинциллятор. Причем сцинцилляторный не детектор, а спектрометр. А имея спектр можно внести поправку в показания счётчика Гейгера, отбросив то, что он насчитал из-за наличия гаммы.
Америциевую гамму сцинтилляторы завышают в 13 раз. Так что ничего удивительного.
Пейджер вообще довольно странная штука. Судить о сцинтилляционных приборах по нему не стоит. Урановое стекло мой прибор видит уверенно. Конечно, не показывая сумасшедших микрорентген, в которых истины немного с открытой крышкой. Фильтр ЖС-19 вплотную дает показания около 1 мкЗв/ч. Приборы на СБМ-20 без крышки дают на нем ~ 4 мкЗв/ч. Но: 1 мкЗв на сцинтилляторе намеряется за секунду с точностью 20% по двум сигмам — за эту секунду наберется сотня импульсов. А 4 «условных микрозиверта» на счетчике Гейгера — это за секунду 10 импульсов. Погрешность ~ 60%, что соответствует скорее пределу обнаружения. Да, в каких-то случаях нечувствительность к бете может сыграть и отрицательную роль. Например, когда речь идет о стронции-90. Но в случае уранового стекла сцинтиллятор, чувствующий гамму, все равно уверенно выигрывает у счетчика Гейгера по бете.
Объединять в одном корпусе счетчик Гейгера и сцинтиллятор — как мне кажется, не очень идея, это слишком разные по стратегиям применения приборы. А тем более — что-то из чего-то вычитать. Из-за различия в геометриях мы в результате такого вычитания получим цену на дрова на Марсе. Если и делать что-то такое, то на фосвиче. Кристалл CsI(Tl) на гамму и спереди у него пластинка пластикового сцинтиллятора (или можно вообще весь кристалл слоем пластика покрыть). От беты импульсы будут короткие и их выделяем на быстром выходе SiPM. При этом от CsI(Tl) импульсы на быстром выходе из-за медленного нарастания и малой светимости в единицу времени будут отсутствовать, а на медленном напротив, быстрые импульсы от пластика размажутся и амплитуда их будет мала…
Применяется такой приём в профессиональных приборах, например exploranium GR130 и GR135 имеют на борту натриййод полтора на два дюйма и счётчик Гейгера чтобы показывать куда бежать когда натриййод бессилен.
Америциевую гамму сцинтилляторы завышают в 13 раз.
Это как? Частица пролетела, поглотилась, наделала фотонов. Фотоны попали в ФЭУ и вызвали импульс тока на выходе. Если прибор спектрометрический — по величине импульса вычисляем энергию частицы. Если прибор счетный(у вас именно такой вроде?) — просто фиксируем импульс. Что бы завысить в 13 раз, нужно получить 13 импульсов. Сколько там у вас импульс длится? 2-3 мкс? А за какое время гамма частица пролетит ваш кристалл при скорости света? По моим расчетам, даже если частица пролетит вдоль кристалла(50 мм), это будет быстрее наносекунды.
Я, конечно, не специалист, а потому с удовольствием выслушаю физику процесса приводящую к завышению показаний сцинтилляционного детектора в 13 раз для низкоэнергетичного гамма излучения 60 кЭв.

Пейджер вообще довольно странная штука. Судить о сцинтилляционных приборах по нему не стоит.
Что в нем странного? Обычный счетчик импульсов с ФЭУ. Шкала от 0 до 9. Каждое следующее значение шкалы означает получение в 2 раза больше импульсов, чем предыдущее.

А 4 «условных микрозиверта» на счетчике Гейгера — это за секунду 10 импульсов. Погрешность ~ 60%, что соответствует скорее пределу обнаружения.
А за две секунды? А за три? Может для поиска такое не годится, а вот для измерения — вполне.

А тем более — что-то из чего-то вычитать. Из-за различия в геометриях мы в результате такого вычитания получим цену на дрова на Марсе.
Причем тут геометрия? Геометрия учитывается при переводе из «попугаев»(насчитанных импульсов/величины бросков тока) в стандартные единицы. Если вы возьмете два разных прибора, с разными по геометрии датчиками, но показывающими результат в мкЗв/ч — вы же ожидаете увидеть примерно равные значения, верно?
Получив спектр мы знаем интенсивность излучения гамма-квантов с той или иной энергией. Далее берем документацию на счетчик Гейгера, ищем зависимость(такую как вы приводили в одной из своих статей, левый график):
imageИ с помощью математики убираем из результата то, что вызвано именно гамма квантами. Вот вы сами пишете, что "4 «условных микрозиверта» на счетчике Гейгера — это за секунду 10 импульсов" — т.е. измерив сцинтиллятором фон по гамме 100 кЭв в 4 мкЗв/ч можно предположить, что счетчик Гейгера зарегистрирует ~40 импульсов(должен 10, но по графику «relative response» для 100 кЭв ~4, итого 40). Вычтя эти 40 импульсов из результата мы получаем фон для всего остального. А проведя такую операцию для всего спектра останется только то, что вызвано бетой.
>Я, конечно, не специалист, а потому с удовольствием выслушаю физику процесса приводящую к завышению показаний сцинтилляционного детектора в 13 раз для низкоэнергетичного гамма излучения 60 кЭв.

Физика процесса связана с тем что единичный поток низкоэнергетичных фотонов создаёт более низкую мощность дозы, а срабатываний счётного сцинтилляционного детектора с него может быть и больше чем от высокоэнергетичных которые с большей вероятностью пройдут через кристалл без взаимодействия с ним.
В качестве детектора в радиометре используется сцинтилляционный кристалл йодида цезия, активированный таллием. Данный кристалл обладает свойством радиолюминесценции – заряженные частицы и фотоны высокой энергии (рентгеновского и гамма-диапазона) возбуждают в нем свечение, причем свет испускается в виде короткой, около микросекунды, вспышки света – сцинтилляции. Эта вспышка слишком слаба, чтобы ее можно было увидеть глазом или обнаружить обычным способом. Фотоэлементы, фотодиоды и фоторезисторы слишком малочувствительны для этого


Для стационарного варианта есть вариант принять свет на ВЕБ камеру в темноте.
ВЕБ камера уверенно определяет свет от светодиода при токе несколько микроампер, это если с захватами кадра и обработкой информации.
Количественно сложно сказать, если есть такой материал, легче попробовать.

На мобильных телефонах тоже камеры есть, тоже проверить можно.

___

Рентгеновские установки в металловедении снимали характеристики металлов.
Тонкий пучок видно было на материале который был нанесен на край длинной полоски.
Регистрировали излучение на фотопленку.

Если с таким кристаллом и ВЕБ камерой, может мощности излучения уменьшатся при сохранении качества информации.

Это и все что могу добавить

Чувствительности вебкамеры хватает лишь на то, чтобы обнаружить единичную сцинтилляцию от космического излучения. Ну или при больших потоках излучения (например — рентгеновского) позволяет видеть его интегрально.
Ток через светодиод в несколько микроампер — это немало. Это мощность излучения порядка микроватта. Это десятки миллиардов фотонов за время кадра вебки (20 мс). А в сцинтилляции их — сотни и тысячи штук.

По сравнению с ФЭУ все мягче. На 1 вольт чувствительность растет раза в 2, так что в принципе, стабильности на уровне нескольких сотых вольта вполне хватит.

Там ещё желательно чтобы это напряжение как раз зависело от температуры, примерно +20-25 мВ\градус — так усиление сиФЭУ будет оставаться примерно стабильным. Правда с температурой будут сильно расти шумы, но в парилке бани радиометр обычно не так необходим…
Я хочу для энергокомпенсированного режима не напряжение менять с температурой, а программно корректировать по температуре. В счетном это вообще почти не влияет, если только мы не забрались под рентгеновскую трубку с энергией около порога.
Привет! А где тебе печатали наклейку на морду и насколько хорошо вышло прозрачное окно?
Печатал сам на лазерном принтере на пленке и наклеил на тонкое оргстекло LOCA'ой. Получилось неважно, буду переделывать (обещали в нашей воронежской типографии сделать по технологии пластиковых карт). На фотографии — вообще макет из бумаги.
И да, проверь номиналы цепи ОС источника «высокого» — там явно ошибка.
У DA2.2 вход инверсный и прямой перепутаны.
Диод MBR0520 явно не для этих напряжений.
Да, редактору тут работы… Как доберусь до компьютера, поправлю.
И да, проверь номиналы цепи ОС источника «высокого» — там явно ошибка. Диод MBR0520 явно не для этих напряжений.

+1. Вероятно, R11 — «внизу» и R12-R13 — «вверху» относительно FB.

При наладке данного участка схемы следует иметь в виду, что при обрыве нижнего плеча делителя (R12R13) выходное напряжение подскакивает до 50-60 В, вышибая конденсатор C20, что опасно травмой глаз (взрываются они очень здорово!).… В связи с этим пристальное внимание нужно обратить на качество подстроечного резистора и правильность монтажа.

Как вариант — перенести подстроечный резистор в «нижнюю» ветвь делителя. Тогда при «дребезге» его подвижного контакта выходное напряжение будет «дребезжать» только «вниз».

Питается прибор от одноячеечного литий-ионного аккумулятора, подключенного к разъему X1.

X2.
Обычно делают низкий коэффициент включения подстроечника в делитель, чтобы любой его отказ или неловкий поворот не мог привести к опасным значениям напряжения на выходе.
Да, при обрыве в подстроечнике (рассматриваем схему в статье) выходное напряжение преобразователя упадёт. Это не опасно. Но в этой схеме есть ошибка: включенные последовательно R12 и R13 надо поменять местами с R11, судя по номиналам, чтобы схема заработала и давала на выходе требуемое для сиФЭУ напряжение. А в этом случае обрыв подстроечника приведёт к неконтролируемому росту напряжения, пока что-нибудь не сгорит.
А ещё у подстроечников есть такая особенность: у них может быть довольно высокий температурный коэффициент сопротивления, но при фиксированном положении движка температурный коэффициент отношения сопротивлений между концами резистора и движком существенно меньше.
Поэтому лучше делать так (номиналы условны):
image
А для чего там вообще подстроечник? — По даташиту выходное напряжение не зависит от входного, соответственно подстраивать нечего. Берем из того же даташита формулу R1 = R2 X (VOUT/1.23 − 1)
Из того, что нашлось, поставил R13 = 1.8K, R12 = 12K, R11 = 300K. На выходе стабильно 28.18V (пробовал подавать 2.5, 5 — на выходе все стабильно)
Для компенсации разброса опорного напряжения микросхемы и номиналов. В идеальном мире он не нужен.
Объясните пожалуйста в чём фишка данного включения зуммера.
При одном и том же напряжении питания громкость больше, так как удваивается размах. Если просто к трехвольтовому порту подключить, очень тихо пищит.
И всё же не совсем понимаю схему включения.
На зуммере постоянно что ли висит напряжение?
При «1» на PB3 на зуммере одна полярность, при «0» другая, а при каком случае на нём нет напряжения?

Именно так и есть. Для пьезодинамика неважно наличие постоянного напряжения, он работает, когда напряжение меняется. По своей природе он — конденсатор.

1) заряд 4∙1010 фотоэлектронов = 6,4 ∙10-9 Кл
2) А длится этот импульс, как мы в курсе, 1 мкс.,
то есть сила тока, которую вспышка сцинтилляции вызовет в нашем фотодиоде – всего лишь несколько наноампер!

Мне почему-то кажется, что несколько миллиампер.
Это я уже на секунду пересчитал. А вы еще раз это делаете. За импульс, то есть за 1 мкс, фотоэлектронов 40000.
Интересно, а кроме KbRadar кто-нибудь продаёт такие датчики? Digikey, mouser и прочие компэлы не знают подобных датчиков (либо я не нашел).
Их даже мы не продаём: изготавливаем для встраивания в наши приборы. Но иногда можно, если написать мне например :).
К вопросу Гейгер vs сцинтилляционный.

В ситуации радиоактивного заражения на грунте и воде навскидку насколько (порядков?) будет разница между используемым в видео RADEX RD1503+ и данным сцинтилляционный радиометром?
Замер радиации в Нёноксе TV29.RU (Северодвинск)
К тем замерам вообще много вопросов. Образцов бы оттуда.
Решил собрать это устройство. При экспорте BOM в 9м орле (если это вообще проблема в Eagle) у большое части деталей нет номиналов. На схеме в Eagle тоже не отображаются (в отличие от схемы к статье). Может у кого-то есть уже готовый BOM?
Еще один вопрос (а может и не один): по дадатшиту MicroFC 30035 у него самая высокая чувствительность на 420 нм. У CsI(Tl) пик на 550 нм. В то время как у NaI(Tl) 415 нм, не лушче ли его использовать?
Если есть подходящего размера корпусированный то да. Натриййод крайне гигроскопичен и хрупок, его обработка сильно затруднена.
да-да, я в курсе — устройство получится побольше и более хрупкое. Интересно, насколько оно будет чувствительнее и стоит ли игра свеч. CsI(Tl) в этом плане значительно удобнее
Чувствительнее точно не будет: плотность и атомный номер натриййода ниже. А вот соотношение сигнал-шум на выходе сиФЭУ будет повыше, но оно там и так очень высокое.
Сейчас карантин, появилось время и решил собрать себе это устройство.
Заказал платы на JLCPCB и PCBWAY, что б сравнить качество. И вот что пришло от JLCPCB:

Различный брак на 3-х платах из пяти. И конечно же, заметил я это уже после пайки. Две платы вроде без брака, но это не точно.

Самое интересное, PCBWAY честно прислали письмо, что 3 платы из 5 не прошли контроль. — Отправлять так и вернуть 3 бакса бонусами или переделать? Попросил слать так, пока еще в пути, жду.

А пока разбираюсь, почему у меня не заработал источник на 5в (вроде в схеме ошибок нет) и на 28в (прочитал в комментариях про ошибку, буду переделывать).
Вижу криво нанесённую маску, это ли имелось в виду под браком?
нет, я красным выделил — там же отверстия не просверлили. Соответственно, POWER_ON сигнал от проца не дойдет никуда ))
Как их могли не просверлить, если все 5 плат пачкой в станок закладываются и во всей пачке сверлятся отверстия? Очень странно…
ага, причем проблема вышла у двух разных контор. Хороший проект оказался для теста софта по изготовлению плат
На фото непонятно. Я обычно заказываю чтобы переходные отверстия закрывали маской, и там наличие отверстия можно увидеть только напросвет.
Ну, ради одного прибора можно и самому просверлить и проволочку вставить…
я тестером проверял — контакта нет. Возможно, отверстие и просверлили, но не металлизировали. Сверху залито маской, не видно, да.
Две платы мне хватит пока. Просто пример брака у китайцев. И странное совпадение, что 3 из 5 плат вышли с браком у двух разных контор. Но PCBWAY хоть тестируют как-то. Когда-то заказывал платы для ультра-микрона на OSHPARK и все было идеально. Но для этого проекта там выходило очень дорого.
Вы были правы, это кривая маска, не более. Почему с первого раза сигнала на щупе не было не знаю. Все там ок оказалось.
уточнение: судя по всему отверстия просверлили, но не металлизировали. Сути это не меняет, контакта нет.
Редактировать коммент нельзя. Должен написать еще апдейт, внимательно проверил все щупом (не знаю как я это делал в первый раз, вроде не пью :) ) — контакт таки есть. JLCPCB все сделали хорошо, просто маска по-разному на платы легла и визуально кажется, что отверстий нет.

Почти собрал устройство (экран и плата для клавиатуры до сих пор в пути). Без экрана пришлось осваивать программирование под STM32, чтобы посмотреть, что же там происходит внутри. Спасибо автору за исходники. Жаль, что Coocox IDE давно заброшен и не поддерживается. Написал код для UART1, который заботливо разведен на плате.


void initUSART1()
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No ;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

Сенсор припаял на кусок макетки, там как раз контакты по углам квадрата 3x3. Вот, что получилось. Кабель к сенсору МГТФЭ, между платами два МГТФЭ, что бы линии TRIG и SP раздельно экранированы, как писал автор.



Разбираюсь дальше. Из первого моего фейла — это изоляция кабеля к сенсору каптоновым скотчем. Он работает как стекловолокно и проводит какой-то мизер света.

Исходники к проекту написаны в нем. Как их портировать?

Если весь пользовательский код написан в main.c то проще переписать. Создаете проект в STM32CubeMX, настраиваете периферию, генерируете проект со всем необходимым кодом и перетаскиваете свой код из main.c.

Согласен. На самом деле единственное, что хотелось бы добавить — это UBS CDC, все остальное — это чистая математика (добавить спектр) и работа с периферией, которая уже сделана.

Подскажите, при подключении дисплея возникают помехи и число импульсов возрастает. Если отключить Tx к дисплею, то помех меньше, но все равно есть. Что можно сделать?

Судя по фото к статье, у автора тоже были с этим проблемы. Отключение только Tx не избавляет от всех наводок… ((

Поигрался немного с АЦП. Видимо, разрешение получилось так себе.
Слева на право: естественный фон (а фактически дым с Чернобыля), бананы, датчик дыма HIS-07


Чтобы увидеть калий в бананах за несколько часов берите как минимум кристалл размером с кулак и свинцовую защиту весом в сотню кг.

аха-ха, да, это я уже понял. Кристалл у меня большой оказался, 40x60 — явно перебор для маленького сенсора SiPM

Вакуумные есть, и их много в своё время наделали. Надолго хватит.
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.