Схема счетчика Гейгера, индикатор радиации SAM-1

Индикатор радиации СБМ-20, счётчик Гейгера

Предлагаю ознакомиться с простой схемой индикатора бета-, гамма- излучений (радиоактивное излучение) SAM-1. Индикатор сигнализирует светодиодом и подаёт звуковой сигнал. По частоте поступающих импульсов можно примерно определить уровень радиации. Питание осуществляется 4 батареями типа АА, общее напряжение 6В, среднее потребление 20-25мА (в зависимости от частоты импульсов). При таком токе устройство может работать непрерывно 4-6 дней. Индикатор имеет два выключателя (тумблера), один для включения питания, второй для выключения зуммера.

Индикатор выполнен на счётчике Гейгера СБМ-20 (датчик V1), имеющий рабочее напряжение 400-430В. SAM-1 не оснащен счётчиком импульсов и значение уровня излучения не отображает, поэтому с помощью импульсов необходимо произвести расчёт уровня радиации самостоятельно. Для СБМ-20 применяют следующую модель: подсчитывается кол-во импульсов за 40 секунд, это значение приблизительно равно мкр/час. Схема индикатора состоит из 2х блоков.

Схема счётчика Гейгера, индикатор радиации

Высоковольтная часть

Первая часть это генератор высоковольтного напряжения: микросхема U2, транзистор Q1 (К561ЛН2), дроссель L1 (2 мГн 25 Ом), умножителя напряжения на диодах и высоковольтных конденсаторах (D2, D3, D4, C6, C7, C8). Резистор R6 управляет частотой генератора на микросхеме U2, необходимое выходное напряжение около 430В (точка измерения - плюсовой контакт V1). Для измерения высоковольтного напряжения необходим высокоомный высоковольтный вольтметр с входным сопротивлением, желательно, не менее 30МОм. Не возможно измерить напряжение с помощью обычных мультиметров, слишком маленькое входное сопротивление мультиметра «просаживает» ток генератора. Возможно изготовить специальный щуп с помощью высоковольтных резисторов, соединенные последовательно, общим сопротивлением на 90МОм. Мною использовались 4 резистора по 20МОм и 10МОм. При условии, что входное сопротивление вашего вольтметра не менее 10МОм, вы получите щуп-делитель 1:10. Показания вольтметра 42-43В будут равны 420-430В. Если ваш мультиметр имеет импеданс 1МОм, щуп должен иметь общее сопротивление 99МОм, то щуп-делитель получится с соотношением 1:100. Транзистор Q1 — MPSA42, подойдет другой высоковольтный NPN-транзистор с максимальным напряжением база-коллектор 300В (MPSA92, MPSA44, 2N6516, KSP42, MPSW42, MPSW42G, ZTX457). Диоды подойдут любые на 600В. Резистор R7 токоограничительный, номинал можно подобрать в пределах 220..600Ом. Конденсаторы керамические на напряжение не менее 1кВ. Микросхему К561ЛН2 возможно заменить на CD4069 (корпуса совпадают). Для CD4049 необходимо изменить печатную плату, если используется 16-контактный корпус микросхемы. Датчик СБМ-20 крепится на два держателя от предохранителя (d6.4мм).

Индикаторная часть

Состоит из моностабильного одновибратора на микросхеме U1 NE555. Микросхема применена для увеличения длительности и усиления сигнала, который поступает через высоковольтный конденсатор С9. Средняя длительность импульса от бета-, гамма- частиц примерно 50-90мкс, микросхема U1 удлиняет значение импульса в 100 раз (до 10 миллисекунд). Это позволяет использовать зуммер и светодиод для индикации. Иначе слишком быстрый импульс не даст зажечь светодиод, зуммер не успевает сработать. Длительность задаётся конденсатором С2 на 1мкФ, в моем устройстве используется 0.47мкФ (керамика). Индикатор сигнализирует о радиации принимаемый датчиком СБМ-20 — чем больше количество частиц, тем чаще сигналы. Для регулировки громкости есть потенциометр (R5), резистор R9 токоограничительный, для отключения звука - тумблер.

Печатная плата

счётчик Гейгера печатная плата

Схема и печатная плата разработаны с помощью KiCAD (версия 5.99). Это бесплатная свободная САПР, вы сможете внести любые исправления в схему. Файлы проекта прикреплены ниже. Размеры платы 128мм на 46мм. Разводка выполнена не совсем оптимально и использовались 2 слоя платы. Нижний слой печатной платы изготовить на одностороннем фольгированном текстолите, верхний слой не используется. Контакты верхнего слоя соединены проводами МГТФ (либо НВ-4 на 0.35мм2). На плате пометки цифрами от 1 до 6 указаны - это точки соединения для этих проводов (паять 1 к 1, 2 к 2, т. д.). После пайки, плату желательно обработать защитным акриловым лаком.

Детали и монтажные работы

Индикатор радиации СБМ-20, счётчик Гейгера 3D модель

Схема счётчика Гейгера, индикатор радиации фото

Схема рассчитана на односторонний монтаж. Коннекторы не использовал, рекомендую использовать для соединения угловые PinHeader`ы 1х2 2.54мм. Конденсаторы танталовые (либо электролитные), керамические. Резисторы и диоды возможны в корпусах 0.25 — 0.5Вт. Батарейный отсек «4хАА». Активный зуммер в устройстве, при подаче напряжения генератор зуммера издаёт звуковой сигнал (зуммер на 3В, возможно подойдет на 5В). Наладка устройства заключается в настройке частоты генератора, остальное работает сразу. Корпус изготовлен «из говна и палок» laugh, методом склейки прозрачным эпоксидным клеем кусков оргстекла.

Список деталей:

BZ1

Buzzer

C1

100nF

C2

1uF 50V

C3

100uF 16V

C4

100uF 16V

C5

2nF

C6

10nF 1kV

C7

10nF 1kV

C8

10nF 1kV

C9

10pF 3kV

D1

LED

D2

HER108

D3

HER108

D4

HER108

J1

PinHeader 1x2, 2.54mm

L1

2.2mH

Q1

MPSA42

R1

11K

R2

1M

R3

100K

R4

100

R5

100*

R6

100K

R7

220

R8

15M

R9

100*

SW1

PinHeader 1x2, 2.54mm

SW2

PinHeader 1x2, 2.54mm

U1

NE555P

U2

К561ЛН2 (4069)

V1

СБМ-20

 

Файлы

Для проекта я создал 3D модель и футпринт датчика СБМ-20 (скачать архив 570кб).

Скачать проект KiCAD (70кб), печатная плата PDF и PS файлы (54кб).

 

Art!P, 2021