Homo habilis. Журнал для умелых людей

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 
Приставка-счетчик к дозиметру ДП-5

Приставка-счетчик к дозиметру ДП-5, homo-habilis.ru

Измерители мощности дозы (рентгенметры) ДП-5 различных модификаций, по привычке называемые дозиметрами, широко распространены в России. Приборы эти простые и надежные, но для измерения околофоновых значений мало приспособлены. Приставка-счетчик поможет решить эту проблему и усовершенствовать дозиметр.

Полевые дозиметры-рентгенметры ДП-5 (ДП-5А, ДП-5Б, ДП-5В, ДП-5ВБ) предназначены для измерения уровней гамма-радиации и радиоактивной зараженности различных предметов по гамма-излучению, кроме того, имеется возможность обнаружения бета-излучения. Используемые датчики - СБМ-20 (СТС-5) и СИ-3БГ. Дозиметры могут работать в диапазоне температур от -50 до +50 градусов, имеют пыле- и брызгозащиту, а зонд выдерживает погружение в воду на глубину до 0,5 метра. Словом, настоящие военные приборы для самых суровых условий эксплуатации.

дозиметр-рентгенметр ДП-5В

Предел измерения тоже соответствующий – максимум 200 Р/час! Среди доступных обычному человеку приборов это абсолютный рекорд, большинство бытовых дозиметров имеют верхний предел измерения не более 10 мР/час, что в 20000 раз меньше. Конечно, если вы не собираетесь гулять в эпицентре ядерного взрыва или под саркофагом ЧАЭС, то такие уровни радиации никогда не встретите, но все же душу греет.

К сожалению, для измерения околофоновых значений дозиметры ДП-5 мало приспособлены. В соответствии с инструкцией по эксплуатации на самом чувствительном диапазоне х0,1 пределы измерений составляют от 50 до 500 мкР/час. На обычных значениях фона 10-15 мкР/час отклонения стрелки невелики, да и «гуляет» она довольно сильно. Ни о какой точности измерений при этом и речи быть не может.

И дело здесь отнюдь не в самом приборе. Гамма-фон обуславливается гамма-частицами, пролет которых в данной точке пространства – процесс случайный. Для примера показаны результаты измерения гамма-фона с усреднением значений по двадцатисекундным интервалам.

естественный гамма-фон

Видно, что полученные значения могут отличаться почти в два раза! Более того, если при измерении фона слушать щелчки в телефонах ДП-5 можно заметить, что иногда за десять секунд нет ни одной частицы, а за следующие пять секунд могут прилететь сразу 5-7. Построить для усреднения таких величин аналоговую схему приемлемой сложности просто невозможно.

Из этого можно сделать еще один интересный вывод. Производители бытовых дозиметров на базе одного датчика СБМ-20, заявляющие о возможности точных измерений околофоновых значений за несколько секунд или даже десятков секунд с помощью хитрых алгоритмов – мягко говоря, лукавят. Высокую скорость измерений могут обеспечить разве что приборы со слюдяными торцевыми датчиками или сцинтилляционными кристаллами, но их цена в разы выше бытовых.

Тем не менее, в дозиметре ДП-5 есть сам датчик СБМ-20, а также схема высоковольтного питания, и если подключить внешний счетчик – можно получить дозиметр-радиометр с характеристиками не хуже любого бытового дозиметра стоимостью до десяти тысяч рублей.

Построить такую приставку-счетчик можно на любом микроконтроллере, даже самом простейшем, например из семейства ATtiny, лишь бы хватило ножек для подключения необходимой периферии. Однако сборка схемы из отдельных элементов требует изготовления печатной платы, а также наличия программатора для прошивки программы в микроконтроллер.

Более доступно собрать приставку-счетчик к дозиметру ДП-5 на базе популярной платформы Arduino. У меня под рукой была плата Arduino Uno.

Arduino Uno

Для подключения дозиметра к плате Arduino Uno первоначально была использована схема сопряжения для подключения к линейному входу звуковой карты компьютера.

схема подключения дозиметра к звуковой карте

После экспериментов выяснилось, что можно воспользоваться упрощенной схемой подключения через развязывающий конденсатор.

Загрузка...

упрощенная схема подключения дозиметра к звуковой карте

В крайнем случае можно просто подключить выход наушников дозиметра ДП-5 к плате Arduino напрямую. Любая из этих схем, а также прямое подключение не позволяют четко регистрировать более 8-10 импульсов в секунду, что ограничивает верхний предел измерения на уровне 400 мкР/час. Если этого достаточно, то дальше можно не заморачиваться.

Для расширения пределов счета приставки подключение производится через формирователь импульсов на микросхеме К155АГ1 или импортный аналог 74121.

Схема формирователя импульсов приставки-счетчика ДП-5

Микросхема К155АГ1 содержит одноканальный ждущий мультивибратор, который формирует импульсы заданной длительности. Длительность определяется параметрами RC-цепочки из конденсатора С2 и внутреннего резистора сопротивлением 2 кОм, и рассчитывается по формуле Т = 0,7 х C х R. В данном случае Т = 0,7 х 0,0000001 х 2000 = 0,00014 сек или 140 мкс.

Максимальный предел счета при указанных параметрах деталей составляет 7100 импульсов в секунду, что соответствует верхнему пределу измерения более 300 мР/час. Если этого мало, то можно попробовать уменьшить емкость конденсатора С1. Однако мне кажется, что 300 мР/час для бытового применения более чем достаточно.

Для отображения информации использован жидкокристаллический индикатор 16х2. Можно также применить любой другой индикатор на контроллере HD44780. Схема подключения стандартная.

схема подключения LCD к Arduino

Распайка контактов ЖК-индикатора производится следующим образом:

  • 1 – GND Arduino
  • 2 – питание +5В
  • 3 – контрастность, к среднему выводу подстроечного резистора 10 кОм
  • 4 – RS, вывод 8 Arduino
  • 5 – GND Arduino
  • 6 – E, вывод 9 Arduino
  • 7 – D0, не подключается
  • 8 – D1, не подключается
  • 9 – D2, не подключается
  • 10 – D3, не подключается
  • 11 – D4, вывод 10 Arduino
  • 12 – D5, вывод 11 Arduino
  • 13 – D6, вывод 12 Arduino
  • 14 – D7, вывод 13 Arduino
  • 15 – подсветка, питание +5В
  • 16 - подсветка, GND Arduino

На других индикаторах расположение выводов может незначительно отличаться, для правильного подключения необходимо использовать описание конкретного индикатора. Также можно использовать другие выводы платы Arduino с соответствующим изменением программы.

Выход формирователя импульсов (вывод 1 микросхемы к155АГ1) подключается к входу 2 платы Arduino. Кнопка сброса счета подключена к входу 3 платы Arduino, но можно обойтись и без нее, перезапуская счет отключением питания.

подключение кнопки к Arduino

Вся схема сопряжения смонтирована на макетной плате Prototype shield v.5 для Arduino Uno.

приставка-счетчик к ДП-5 на Prototype shield v.5

Расположение деталей произвольное, места хватает с избытком. Все соединения, в том числе жгут подключения LCD-индикатора, выполнены отрезками провода МГТФ.

монтаж приставки-счетчика к ДП-5 на Prototype shield v.5

Готовая макетная плата устанавливается сверху на Arduino Uno с использованием стандартных разъемов.

готовая приставка-счетчик к ДП-5

Общий вид готовой приставки-счетчика к дозиметру ДП-5 показан на фотографии.

приставка-счетчик к ДП-5, общий вид

Питание приставки-счетчика для ДП-5 осуществляется от батареи «Крона», подключаемой через стандартную колодку к входу внешнего питания платы Arduino. Устройство размещено в заказанном на AliExpress корпусе размерами 118х78х33 мм с отсеком для батареи питания. Вся начинка закреплена термоклеевым пистолетом.

приставка-счетчик к ДП-5 в корпусе

Устройство получилось в лучших традициях китайской промышленности – будь начинка хотя бы на миллиметр больше или корпус меньше, закрыть крышку уже бы не получилось. Так как подходящую кнопку подобрать не удалось, вместо кнопки сброса использован малогабаритный тумблер, аналогичный тумблеру включения питания.

приставка-счетчик к дозиметру ДП-5

Подключение к гнезду головных телефонов осуществляется двухпроводным кабелем. Вилку для подключения можно взять от неисправных наушников или изготовить самостоятельно. Обратите внимание, что приставка чувствительна к полярности подключения к дозиметру. Если при увеличении скорости счета более 15-20 импульсов в секунду устройство пропускает импульсы, переверните вилку другой стороной. Для исключения ошибок вилку можно промаркировать.

Скетч для загрузки в плату Arduino Uno, приведенный ниже, является простейшим и выполняет следующие функции: подсчет поступающих импульсов от дозиметра, пересчет количества импульсов в мощность экспозиционной дозы, сброс счета при переключении тумблера сброса. На индикатор выводятся: количество импульсов, время счета, мощность дозы. Единицы измерения в зависимости от значения мощности дозы (мкР/час, мР/час) подбираются автоматически. На фотографии показан индикатор при измерении естественного радиационного фона.

экран приставки к дозиметру ДП-5

Интервал времени, количество импульсов за который для данного счетчика равно мощности дозы в микрорентгенах, указывается в константе tm_int.

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13);
const float tm_int = 46; // время счета
volatile unsigned long k=0;
float rad;
volatile int s=0;
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 1000;
char lcd_buffer[16];

void setup()
{
attachInterrupt(0, trig, RISING);
attachInterrupt(1, reset, RISING);
lcd.begin(16, 2);
}

void loop()
{
unsigned long currentMillis = millis();
if(currentMillis - previousMillis >= interval)
{
previousMillis = currentMillis;
s++;
if (s>9999) {s=0;}
sprintf(lcd_buffer,"P:%-7u",k);
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(lcd_buffer);
sprintf(lcd_buffer,"T:%04u",s);
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print(lcd_buffer);

char char_buf[6];
rad = tm_int/float(s)*float(k);
if (rad < 1000)
{
dtostrf(rad, 6, 2, char_buf);
sprintf(lcd_buffer,"R:%6s mkR/h", char_buf);
}
else if (rad < 1000000)
{
rad = rad / 1000;
dtostrf(rad, 6, 2, char_buf);
sprintf(lcd_buffer,"R:%-6s mR/h", char_buf);
}
else
{
rad = rad / 1000000;
dtostrf(rad, 6, 2, char_buf);
sprintf(lcd_buffer,"R:%-6s R/h", char_buf);
}
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(lcd_buffer);
}
}

void trig() {
k++;
}

void reset() {
k=0;
s=0;
}

При необходимости скетч может быть дополнен необходимыми функциями, например: подсчет суммарной накопленной дозы, вывод результатов в различных единицах измерения, расчет статистической погрешности измерения, сервисные функции. Также возможно подключение к Arduino Uno дополнительных кнопок с организацией полноценного экранного меню.

Приставка-счетчик может работать при положениях переключателя диапазонов дозиметра х0.1, х1, х10. Наилучшие результаты получены на диапазоне х10, при этом предел счета приставки практически от нуля до 300 мР/час. Регулировка приставки производится на естественном радиационом фоне следующим образом:

  • приставка и головные телефоны подключаются к дозиметру;
  • на дозиметре устанавливается диапазон х10;
  • резистор R1 приставки устанавливается в положение максимальной чувствительности (верхнее по схеме);
  • прослушивая щелчки в телефоне, отмечают изменение значения счетчика импульсов на экране приставки;
  • если на каждый щелчок приставка регистрирует не один, а 2 или 3 импульса, чувствительность уменьшают, перемещая движок R1 к нижнему выводу до четкого соответствия "один щелчок = один импульс".

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Интеллектуальный калькулятор для расчета сечения электрических проводов и кабелей

Калькулятор схем разведения водных растворов (уксус, спирт, кислота)

Калькулятор единиц жесткости воды

Homo habilis - журнал для умелых людей всегда открыт для новых авторов и читателей. Если вы умеете делать что-то лучше, чем другие, если вы знаете секреты, помогающие делать жизнь легче и удобнее - поделитесь этим с читателями. Рекомендации для авторов журнала помогут вам в этом.

Homo habilis (человек умелый) — первый представитель рода Homo, живший на Земле 2,5 - 1,5 млн. лет назад. Homo habilis является предком современного Homo sapiens и первым живым существом, освоившим сознательное преобразование окружающей его природы в соответствии со своими потребностями.

К сожалению, в начале ХХI века наметился выраженный регресс, в ходе которого наблюдается постепенное превращение Homo sapiens в Homo consumens – человека потребляющего. Homo habilis - журнал для умелых людей, не желающих становиться  Homo consumens.