Как сделать счетчик своими руками

Обновлено: 02.07.2024

Привет всем! Как ваши дела? Сегодня я хочу показать вам, как сделать счетчик Гейгера своими руками. Я начал создавать этот прибор примерно в начале прошлого года. С тех пор он претерпел мою лень и три полных переосмысления.

Идея сделать бытовой дозиметр появилась в самом начале моего увлечения электроникой, идея радиации всегда интересовала меня.

Шаг 1: Теория

Итак, дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.

Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.

Шаг 2: Дизайн

Давайте перейдём к практике. В качестве мозгов я выбрал Ардуино нано, программа очень проста, она считает пульс в трубке за определенное время и отображает его на экране, также она показывает милый значок-предупреждение о радиационной опасности и уровень заряда батареи.

В качестве источника энергии я использую батарейку 18650, но Ардуино нужно 5V, поэтому я встроил повышающий преобразователь DC-DC и литий-ионный аккумулятор, чтобы сделать устройство полностью автономным.

Шаг 3: Высоковольтный DC-DC

Я хорошо потрудился над высоковольтным источником питания, сделав его вручную, намотав трансформатор примерно на 600 витков на вторичной катушке, упаковав его с МОП-транзистором и PWM на Ардуино. Всё работает, но мне хотелось, чтобы вещи оставались простыми.

Всегда лучше, когда ты можешь просто купить 5 модулей, припаять 10 проводов и получить рабочий девайс, чем наматывать катушки и прикручивать PWM, ведь я хочу, чтобы каждый мог повторить моё устройство. Так что я нашел высоковольтный повышающий конвертер DC-DC, очень странно, но его оказалось очень трудно найти и самые популярные модули имели всего по 100 продаж.

Я заказал его, сделал новый корпус, но когда начал тестирование, он выдавал максимум 300V, в то время как в описании говорилось, что он выдаёт до 620V. Я попытался починить его, но проблема, скорее всего, была в трансформаторе. В любом случае, я заказал другой модуль, и он был другого размера, хотя описание было одинаковым… Я вернул свои деньги за первый модуль, но сохранил его, потому что он давал 400V, которые нам нужны, может быть максимум 450V, вместо 1200 (в китайских измерительных приборах что-то работает совсем неправильно…) В общем, я просто заново открыл спор…

Шаг 4: Компоненты

Итак, в итоге дизайн счетчика Гейгера Мюллера почти полностью состоит из этих модулей:

Высоковольтный повышающий конвертер DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Зарядник (Aliexpress или Amazon)
5V повышающий преобразователь DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Ардуино нано (Aliexpress или Amazon)
OLED—экран на этих фотографиях 128*64, но в итоге я использовал 128*32 (Aliexpress или Amazon)
Также нам нужен транзистор 2n3904 (Aliexpress или Amazon)
Резисторы 10M и 210K (Aliexpress или Amazon)
Конденсатор 470pf (Aliexpress или Amazon)
Кнопка-переключатель (Aliexpress или Amazon)

Аккумулятор, опциональную активную пьезо-трещалку и сам счетчик Гейгера я использовал старые советские. Модель STS-5 довольно дешевая и её легко найти на Ибэй или Амазоне, она также совместима с трубкой SBM-20 или любой другой, вам нужно просто задать параметры в программе, в моём случае количество микрорентген в час равно количеству импульсов трубки за 60 секунд. И да, вот модель кейса, напечатанного на 3Д-принтере: ссылка.

Также есть довольно дешевые наборы для создания счетчика Гейгера, которые могут вас заинтересовать: (Aliexpress или Amazon)

Шаг 5: Сборка

Давайте начнём сборку. Первое, что нужно сделать, это настроить вольтаж на высоковольтном DC-DC с потенциометром. Для STS-5 нам нужно примерно 410V. Затем просто спаяйте все модули по схеме, я использовал однопроволочные провода, это повышает стабильность конструкции и даёт возможность собрать устройство на столе, а затем просто поместить его в кейс.

Важный момент состоит в том, что нам нужно соединить минус на входе и выходе высоковольтного конвертера, я просто припаял штекер. Так как мы не можем просто присоединить Ардуино к 400V, нам понадобится простая схема с транзистором, я просто спаял их навесным методом и обернул в термоусадочную трубку, резистор 10MΩ от +400V был закреплен прямо на коннекторе.

Лучше сделать медный кронштейн для трубки, но я просто накрутил провод по кругу, всё работает нормально, не меняйте плюс и минус счетчика Гейгера. Я подсоединил дисплей к съемному кабелю, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю. Немного горячего клея. И сборка завершена!

Шаг 6: Финал

Помещаем всё в кейс, и мы готовы к тестам. Но у меня нет ничего для тестов в домашних условиях, но, кстати, фоновая радиация должна сработать. Что я могу сказать? Девайс работает. Да, всё верно. Но я вижу множество способов улучшить его, например больший дисплей, чтобы можно было отображать графические элементы, модуль Bluetooth, или использовать Зиверты вместо Рентгена.

Меня девайс устраивает, но если вы улучшите его, пожалуйста, поделитесь вашим устройством! Спасибо за просмотр, увидимся в следующий раз!

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Распаял схему и разместил в корпус:

Проверил работу, замыкая отверткой контакты разъема входного герконового датчика. Схема работает нормально.

Теперь осталось изготовить лицевую панель. Ее я делал в программе FrontDesigner. Распечатал на цветном принтере в масштабе 1:1, заламинировал, обрезал в размер и наклеил на цианоакрилатный клей. Вот, что получилось:

Замыкающий геркон закрепил вертикально на корпусе приспособления со стороны ручки. В ручку с внутренней стороны вклеил маленький ( диаметром 6мм) плоский постоянный магнит. Магнит проходит над герконом при вращении ручки с зазором примерно 3 — 4 мм, сигнал поступает на микроконтроллер и происходит смена значения индикатора младшего разряда на 1 единицу в сторону увеличения или уменьшения, в зависимости от того, какой был выбран режим счета. Вот приспособление в окончательном виде:

Уровень радиации можно измерить с помощью самодельного счетчика Гейгера, работающего с Arduino Shield или Arduino Nano. Он может определять ионизирующие частицы альфа-, бета- и гамма-излучения. Когда они проходят через активный объем детектора, то ускоряются электрическим полем, создавая импульс тока, который сигнализирует о прохождении излучения. Контролируемые небольшие дозы излучения используют в медицинских целях. Неконтролируемые большие дозы радиоактивного излучения очень опасны, они убивают все живое на планете.

Что такое счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера, а если быть более точным, то Гейгера-Мюллера — это измерительное устройство, применяемое для измерения уровня радиации в окружающем пространстве. Он входит в группу детекторов излучения, подгруппу детекторов газа.

Как следует из названия, они имеют измеритель, заполненный инертным газом при низком давлении 0.1 атм. В центре камеры расположен электрод, между электродом и металлической стенкой создается электрическое напряжение.

Как работает счетчик Гейгера

Детектор, заполнен газом, к которому приложено электрическое напряжение. В тот момент, когда излучение взаимодействует с газом, оно вызывает ионизацию, и этот небольшой сигнал усиливается. Коэффициент усиления зависит от напряжения.

В то время, когда излучение проникает в газовую среду, молекулы газы в трубке под действием процесса ионизации, начинают отдавать частицы. Электрон притягивается положительным зарядом анода, а положительно заряженные ионы отбрасываются к стенке трубки. После этого электрон проходит по проводам, образующим электрическую цепь, и рекомбинируется с ионом. Измерительная часть счётчика Гейгера — это устройство, которое измеряет этот поток электронов.

Когда электрон и ион ускоряются по направлению к электроду, на стенках камеры создается энергия из-за высокого напряжения, в результате чего они сталкиваются с другими атомами и подавляют электроны в процессе вторичной ионизации, что многократно усиливают исходный сигнал до уровня, который может быть измерен.

Важно! В счетчике Гейгера напряжение настолько велико, что ионизируется весь газ в газовой камере, что обеспечивает очень высокую чувствительность к поступающему излучению.

Допустимые области измерения счетчиков Гейгера

Если счетчик Гейгера откалиброван для измерения мощности дозы радионуклида Cs-137, он будет полезен только при этом виде измерения. Но если пытаться измерить таким прибором, например, излучение кобальта 60 (Co-60), результат будет неточным. Поскольку этот измеритель сможет зафиксировать только половину фактической дозы излучения, в связи с тем,что Co-60 излучает в два раза больше энергии, чем Cs-137. В тех случаях, когда радионуклиды обладают меньшей энергией, детектор, наоборот, покажет более высокую мощность дозы, чем она есть на самом деле.

Важно! Счетчик Гейгера будет давать точное показание мощности дозы излучения только в том случае, когда он измеряет тот радиоактивный материал, по которому он был откалиброван. Следовательно, счетчики Гейгера не во всех случаях являются подходящими приборами для измерения дозы облучения.

Для более широкого диапазона измерения уровня радиации применяют счетчики Гейгера с компенсацией энергии. Они позволяют установить точные дозы излучения в широком диапазоне.

Области измерения счетчиков Гейгера в мР/ч или мкР/ч:

Альфа-излучение — заряженные частицы, которые образуются в результате радиоактивного распада ядра. Их проникновение невелико и останавливается простым листом бумаги.
Бета-излучение — это электроны или позитроны, заряженные частицы со средним уровнем проникновения. Их останавливает алюминиевая пластина.
Гамма-излучение — самый опасный вид излучения, их возможно остановить слоем свинца различной толщины.
Можно также при измерении альфа- или бета-излучения определить количество импульсов в минуту (cpm), либо количество импульсов в секунду (cps), в зависимости от типа используемого измерителя.

Самостоятельное изготовление счетчика Гейгера от А до Я

В этом варианте предлагается изготовить детектор радиации с использованием комплектующих, которые можно найти в свободном доступе в торговой сети. Для того чтобы такой детектор заработал, потребуется чувствительный элемент — трубка Гейгера, с питанием около 400 В постоянного тока и индикатор, или простой динамик. Когда ионизирующее излучение воздействует на газ в счетчике Гейгера , начинается движение электронов, газ в трубке становится проводящим, напряжение подается на динамик, и он начинает щелкать.

Для более эффективного контроля уровня радиации предлагается использовать программу Arduino Nano, которая подсчитывает импульс в трубке в течение определенного времени и ЖК-дисплей, на котором будет отражаться предупреждение об уровне радиации и заряде батареи. В качестве источника питания используется батарея 18650. Поскольку для Arduino требуется 5 В, необходимо установить преобразователь постоянного тока и литий-ионное зарядное устройство, чтобы детектор был полностью автономным.

Необходимые компоненты схемы детектора

Для того чтобы собрать представленную схему потребуются приобрести следующие детали:

Важно! Также потребуется аккумулятор, дополнительный активный пьезозуммер и сам счетчик Гейгера. Для него можно применить старую лампу, сделанную в СССР, под названием STS-5 и подобрать корпус. В данном примере он распечатан на 3D принтере.

Пошаговая инструкция изготовления счетчика Гейгера на Arduino Nano своими руками

Первое, что нужно сделать, это установить с помощью этого потенциометра напряжение на высоковольтном DC-DC, для STS-5 это примерно 410 V. Затем просто соединяют все модули по этой схеме.

Важно! Лучше использовать готовые провода, это повысит устойчивость конструкции и можно будет собрать устройство на рабочем столе, а затем просто вставить его в корпус. Потребуется также подключить минус высоковольтного преобразователя и вывести его, просто припаяв перемычку.

Поскольку Arduino Nano нельзя подключать к 400 В, выполняют простую транзисторную схему: двухточечная проводка помещается в термоусадочную трубку и прямо в разъем вставляется резистор 10 МОм от + 400 В.

Дальше подключают дисплей к подсоединяемому кабелю, тщательно изолируют, поскольку он очень близко расположен к высоковольтному модулю.

После того как сборка сделана, устройство размещают в футляр, и проверяют работоспособность. Скорее всего, он покажет допустимый уровень радиации.

Такая схема с Arduino Nano имеет большие возможности для реконструкции, например, можно добавить большой дисплей, чтобы рисовать графику, и использовать модуль Bluetooth, чтобы передавать информацию дистанционно.

Как сделать счетчик Гейгера из готового комплекта

Практически на всех крупных международных торговых онлайн-площадках можно заказать готовые наборы для изготовления счетчика Гейгера стоимостью от 2500–5000 руб. В каждом наборе проверенные детали и платы, а также подробная инструкция сборки.

Наиболее популярные модели комплектов счетчиков Гейгера:

KKmoon для обнаружения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, STS-5, SBM20, J305. Имеет звуковую и световую сигнализация, может подключиться к микроконтроллеру, а затем отобразить на ЖК-дисплее. Совместим с компьютером (ПК) MatLab для сбора, анализа и обработки данных.
Baugger имеет модуль детектор ядерного излучения с ЖК-дисплеем, для обнаружения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, Sts-5, Sbm 20, J305. Оборудован звуковой и световой сигнализацией может подключиться к микроконтроллеру, а затем отобразить на ЖК-дисплее. Совместим с компьютером (ПК) MatLab для сбора, анализа и обработки данных.
Kshzmoto, набор деталей счетчика Гейгера с ЖК-дисплеем. Имеет блок питания 5 В или аккумулятор 3×1.5 В. Батарея 4×1.2 В, ток: 30–120 мА. Диапазон измерения 20–120 мР/ч гамма-лучей и 100–1800 мР/ч бета-лучей. Оснащен звуком и световой сигнализацией. Может поддерживаться рабочее напряжение трубки Гейгера 330–600 В.
YINCHIE Mukuai54 DIY — модуль детектора ядерного излучения с ЖК-дисплеем DIY. Поддерживает большинство трубок Гейгера: M4011, STS-5, SBM 20, J305. Оборудован звуковым и световым звуком, может работать с ПК.

Таким образом, сделать счетчик Гейгера своими руками на Arduino Nano несложно. Можно самому подобрать комплектующие, и собрать измеритель по проверенной работоспособной схеме, а можно просто купить готовый набор и подключить его схему. Такие дозиметры работают ничуть не хуже тех, которые собираются на промышленных площадках. В сегодняшнее время иметь такое устройство в доме не будет лишним, особенно, отправляясь в путешествие, чтобы найти безопасное место для отдыха или на рынок, чтобы купить экологически чистые продукты.

В наш век техногенных катастроф необходимо защитить себя от их последствий в виде радиоактивного заражения. А для этого ионизирующее излучение необходимо обнаружить. Поэтому при отсутствии промышленных приборов любой радиолюбитель может попытаться изготовить счетчик Гейгера своими руками.

Что такое счетчик Гейгера?

Для измерения радиоактивного фона учеными и инженерами разработаны приборы - счетчики Гейгера. В качестве датчика альфа-, бета- и гамма-излучений используется герметичная газоразрядная трубка, наполненная смесью инертных газов, названная в честь ученых-изобретателей счетчиком Гейгера - Мюллера. Но профессиональные приборы мало доступны современному обывателю и довольно дороги.

Разработано несколько разновидностей подобных конструкций. Счетчик Гейгера своими руками из неоновой лампы может изготовить даже самый неподготовленный сталкер для выживания в постапокалиптическом мире.

Разновидности конструкций самодельных счетчиков Гейгера

Счетчик Гейгера своими руками разработали и изготовили уже многие конструкторы-любители. Вариантов конструкций много. Известны наиболее распространенные схемы самодельных разработок:

Радиометр, с использованием стартера от лампы дневного света или неоновой лампы в качестве датчика бета- и гамма-излучения.
Простой самодельный индикатор радиации на базе датчика СТС-5.
Простейший дозиметр с датчиком СБМ-20.
Малогабаритный радиационный индикатор на базе датчика СБТ-9.
Индикатор ионизирующего излучения на базе датчика из полупроводникового прибора - диода.
Простейший индикатор радиации с самодельным разрядником, изготовленным из ПЭТ-бутылки и консервной банки.

Преимущества и недостатки конструкций

Конструкции самодельных дозиметров и индикаторов радиации с использованием датчиков СБМ-20, СТС-5, СБТ-9 достаточно просты, имеют высокую чувствительность. Но у них есть очень важный недостаток - это промышленные датчики ионизирующего излучения, которые труднодоступны и дороги для покупки.

Индикатор радиации с датчиком из полупроводникового прибора дешев, но, в связи с нелинейностью характеристик полупроводников, труден в настройке, чувствителен к изменению температуры и напряжению питания.

Прибор с самодельным датчиком из ПЭТ-бутылки предельно прост, но требует схемы с полевым транзистором, который не всегда доступен для самодельщика. Кроме того, полевые транзисторы склонны к пробою в условиях сильной радиации.

Наиболее доступными являются конструкции с датчиками на базе стартера от неисправных ламп дневного света или неоновой лампы. К недостаткам датчика из стартера, как и неоновой лампы, необходимо отнести чувствительность к изменению температуры и напряжения питания, необходимость экранирования датчика от света и электромагнитного излучения. К преимуществам относится простота изготовления и настройки счетчика Гейгера своими руками.

Схема индикатора радиации c неоновой лампой в качестве датчика

Изготовление счетчика Гейгера своими руками следует начинать с изучения принципиальной схемы устройства. В этой схеме в качестве датчика гамма- и бета-излучения используется неоновая лампочка.

Рассмотрим принципиальную схему.

Чтобы выпрямить переменный ток, применен диод D1. Для обеспечения постоянного напряжения 100 В использована стабилизационная схема на основе стабилитрона D2. Параметры резистора R1 находятся в зависимости от питающего напряжения Vac и рассчитываются по формуле

Переменным сопротивлением R2 устанавливается напряжение на неоновой лампочке немного ниже напряжения поджигания. Неоновая лампа в режиме ожидания не должна гореть. При пролете радиоактивных частиц через стеклянную колбу, происходит ионизация инертного газа и вспышка лампы.

В момент вспышки лампы на сопротивлении R3 произойдет падение напряжения, а на неоновой лампе появится напряжение, меньше напряжения удержания. На лампе не будет прохождения тока до момента зажигания ее ионизирующей частицей. В момент краткого протекания тока через лампу в громкоговорителе прозвучит громкий щелчок. После сборки счетчика Гейгера своими руками из неоновой лампы можно приступать к его настройке.

Настройка и калибровка счетчика Гейгера

Разработанная модель постапокалиптического счетчика Гейгера своими руками настраивается просто. Переменным сопротивлением R2 прибор переводится в режим ожидания, на грани срабатывания датчика из неоновой лампы. Далее для эксперимента, к индикатору радиоактивности приближается пыльная тряпка и регулирующим резистором R2 подстраивается чувствительность прибора. Так как в пыли полно радиоактивных изотопов, неоновая лампочка индикатора радиоактивности при правильной настройке должна периодически вспыхивать, головка громкоговорителя должна издавать стрекочущие звуки и щелчки.

Для более точной калибровки прибора необходимо применить доступный источник радиации. Им может быть тумблер от военной радиоаппаратуры с нанесенным на него светящимся радиоактивным люминофором. Калибровка осуществляется с помощью образцового стандартного дозиметра. Частота срабатывания самодельного счетчика Гейгера подстраивается под частоту подсчета уровня радиации промышленного дозиметра. Для калибровки также может применяться стандартный источник радиации, которым, как правило, укомплектован военный дозиметр.

Материалы и инструменты для сборки счетчика Гейгера

При сборке своими руками счетчика Гейгера материалы могут применяться любые, доступные радиолюбителю. Главное, чтобы номиналы радиодеталей соответствовали приведенной схеме. Необходимо правильно подобрать в качестве датчика неоновую лампу, чтобы напряжение зажигания примерно соответствовало 100 В. При этом радиодетали могут быть как импортные, так и отечественные. Параметры деталей необходимо подобрать, используя справочную литературу.

Важно отметить, что в приведенной принципиальной схеме использовано переменное напряжение питания от сети Vac =220 В по бестрансформаторной схеме, а это опасно поражением организма электрическим током. Для предотвращения электрической травмы, следует изготовить корпус прибора из электроизоляционного материала. Для этой цели подойдет плексиглас, гетинакс, стеклотекстолит, полистирол, другие слоистые пластики.

При сборке счетчика Гейгера своими руками инструмент применяется самый разнообразный:

Электрический паяльник мощностью 60 Вт необходим для пайки радиодеталей.
Ножовка по металлу широко используется для распиливания фольгированного стеклотекстолита, при изготовлении печатной платы. Применяется для раскройки и разрезания пластиковых деталей корпуса.
Электродрель применяется для сверления отверстий в печатной плате, сборки корпуса на уголках.
Пинцет крайне необходим для работы с мелкими деталями при пайке и монтаже электрической схемы.
Бокорезы рекомендуются для обрезки выступающих выводов радиодеталей.
Для пуско-наладки прибора совершенно необходим элементарный тестер, с помощью которого потребуется провести замеры напряжения в контрольных точках, а также других электрических параметров.
Для автономного электропитания подлинно постапокалиптического счетчика Гейгера желательно подключить аккумуляторную батарею напряжением 4,5-9 В, для чего применить любую простейшую схему преобразователя напряжения до 220 В переменного тока.

При работе с электричеством и радиоактивными материалами следует выполнять требования техники безопасности.

Читайте также: