Если вам интересно посмотреть на схемотехнику отечественного дозиметра и почитать некоторые размышления о его устройстве, прошу под кат!
Но сначала
Введение
Когда-то давно я наткнулся в сети на форум кавесов с темой о том, что не надо трогать руками, и понеслось.
По работе часто приходилось копаться на складе со старой аппаратурой, да и дома было много всякого из дворового детства, что всегда вызывало некоторое опасливое любопытство.
Так я заразился радиофобией. Везде стали видеться радиоактивные компасы, выключатели с радием, контрольные источники и прочая опасная муть.
Поэтому, после некоторых поисков и борьбы с земноводным, через знакомых был куплен дозиметр-радиометр МКС-05 Терра.
Благодаря ему я успокоил свою фобию, перепроверил всё-всё-всё. В итоге нашелся только один радиоактивный компас и одна, видимо, торированная радиолампа.
И всё бы хорошо, но функционал прибора меня перестал устраивать. Все показатели только на сегментном ЖК-экране, возможности выгрузить данные по накопленной дозе в компьютер нет, да и таскать на себе устройство даже в чехле не очень удобно. Хотелось чего-то более удобного.
И тут я увидел, что Даджет предлагает потестировать в том числе и дозиметр. Чем я и воспользовался.
Если вам не интересны некоторые субъективные впечатления об использовании прибора, то смело пропускайте этот раздел и листайте дальше, к картинкам с печатными платами.
Снаружи
Брелок приехал в немаленькой коробке:
Внутри было обнаружено следующее:
В инструкции рекомендуют пользоваться кабелем из поставки, но отличий в работе с другими кабелями я не нашел.
Есть приложение, которое, собственно, и позволяет смотреть накопленную дозу и управлять брелоком.
Подробно его работа описана вот тут, поэтому останавливаться на описании приложения не буду. Выскажу лишь свои замечания.
У приложения два экрана. На одном устанавливается текущая дата, единицы измерения и пороги.
На другом можно посмотреть графики и накопленную дозу за определенный интервал времени.
И… а вот, собственно, и весь функционал.
Я бы на месте авторов реализовал как минимум возможность экспорта данных хотя бы в CSV (в смысле оставил бы её с первой версии программы), иначе всё это – просто красивая картинка.
Поскольку я улетал в отпуск, то хотел провести измерения дозы и брелоком и МКС-05. Но оказалось, что вернуться в статистике назад невозможно и поэтому данные о полете доступны только в годовом, а не в суточном графике.
Это было по пути туда.
По пути обратно я думал, что сделаю скриншот сразу после полета, но и тут мне не повезло: брелок начал глючить, периодически вырубаясь. Почему – не могу сказать, поскольку домашние замеры напряжения батарейки показали, что она в порядке (измерял под нагрузкой), а аэропортный колхоз:
тоже почему-то не сработал, несмотря на то, что прибор исправно тикал.
Кстати, о тиках. Брелок удобно использовать как ходики, поскольку в ночной тишине он достаточно громко тикает на пятом (максимальном) уровне громкости.
При этом в полете он начал пищать по два раза (пороги были выставлены по умолчанию), чем сильно нервировал жену. Пришлось из кармана шорт переложить его в рюкзак, из которого его было почти не слышно.
Так что если планируете куда-то ехать и при этом мониторить радиационную обстановку, то либо смиритесь, что в случае чего будете ловить на себе взволнованные взгляды (террористы ведь не дремлют, ага?), либо придется вытаскивать батарейку, чтобы брелок заткнулся. Я бы сделал хотя бы одну кнопку, чтобы можно было изменить звуковые пороги без компьютера, всё равно брелок не герметичен.
Свой дозиметр я покупал давно и с тех пор ни разу не поверял (когда узнавал цену поверки, она была чуть выше стоимости нового поверенного прибора). Поэтому судить о том, насколько он врет, с полной уверенностью я не могу.
Однако, как видно на следующем фото (да-да, вы не ошиблись, 15 мкЗв и 0,008 мЗв (Терра показывает эквивалентную дозу в мЗв) совпадают, об этом далее), показания брелока и МКС-05 практически идентичны (к слову, включены приборы были в одно и то же время и МКС-05 был установлен в режим измерения накопленной дозы):
Я наивно думал, что просто вытащив батарейку, я обнулю показания. Не тут то было:
Пик на годовом графике — как раз полет на самолете (жаль, что к показаниям определенного дня нельзя вернуться). Просто до этого, видимо, была калибровка брелока. 9,3 мкЗв — это то, что выделено справа (более темная область). Поэтому условно можно считать, что 9,3 почти равно 8 :)
Друзей с контрольными источниками у меня нет, поэтому подтвердить точность измерений брелока не могу.
Кишочки
Вскрывается брелок достаточно легко. Первоначально я думал, что будут обычные боковые защелки, но в действительности половинки корпуса держатся на пластиковых штифтах, входящих в соответствующие им цилиндры.
Не сказал бы, что это наиболее ремонтопригодное исполнение, поскольку при вскрытии очень велика вероятность поломать штифты и тогда корпус уже не собрать без
При вскрытии обнаруживаются махонькая платка и крепеж батарейного отсека (когда вспомнил, что надо бы показать это хозяйство отдельно, было уже поздно, поэтому далее фото только разобранного девайса).
На лицевой стороне ничего примечательного:
поэтому попробуем отковырнуть плату и посмотреть, что же внизу.
Просто так плату изъять из корпуса не получилось, пришлось немного погреть его обычной зажигалкой.
Компаунд плохо отдирался в холодном состоянии, поэтому я опять же грел его немного пламенем и отколупывал пинцетом (на заметку разработчикам: товарищи, на вашем месте я бы залил всё чем-нибудь неотковыриваемым, чтобы реверсирующему брелок пришлось бы сошлифовывать компаунд по слоям, чтобы добраться до печатной платы).
После очистки плата предстает в нормальном виде:
Немного потыкавшись в плату осциллографом и мультиметром в режиме прозвонки стало очевидно, что источником высокого напряжения, необходимого для работы счетчика является не что иное, как генератор Кокрофта — Уолтона. Вооон та чудесная цепочка из конденсаторов и диодов сверху — он самый. Всё остальное — элементы схемы детектирования импульса.
Вот отдельно генератор:
А вот так выглядит его схема
Кстати о генераторе. Он, по всей видимости, рассчитан на очень малый ток потребления, поэтому даже обычный щуп осциллографа с мегаомным входом заметно его просаживает. Поэтому вместо максимальной амплитуды посмотрим на качество сглаживания напряжения:
Полвольта пульсаций при высоком выходном — очень даже неплохо!
К сожалению (или к счастью для разработчиков) отыскать, что же является генератором импульсов для генератора Кокрофта — Уолтона, мне не удалось. Но это точно не микроконтроллер. Он всего лишь подсчитывает количество импульсов (сигнал с СБМ-а проходит через конденсаторную развязку и далее через несколько транзисторов, после чего попадает на два входа, к которым внутри микроконтроллера подключены компараторы). Зачем входа два и почему они запараллелены — я лично не понял. Возможно, гуру MSP430 могут подсказать.
Можно сделать предположение, что повышающий стабилизатор сделан на чем-нибудь типа LM2733, поскольку корпус похож, да и по другим косвенным признакам это он, но вот маркировка на микросхеме (плюс у первой ноги и далее ABW) не позволяет говорить, что это именно LM2733. Вполне возможно, что это какой-то очень китайский аналог, который стоит в разы дешевле.
Сама схема детектирования импульса, по всей видимости, конструктивно схожа со схемой из этой статьи.
Вот так выглядит импульс с датчика после конденсаторной развязки:
Источником излучения служил родной светящийся компас:
Мне было интересно, чем же именно брелок обменивается с программой, поэтому я использовал USBPCap и WireShark:
Но, поскольку в предыдущей статье была дана ссылка на протокол, разбирать посылки уже не имеет смысла.
Ну и напоследок, пара мыслей касательно брелока и его производства.
Плата четырехслойная. Судя по косвенным признакам, трассировка выполнена в P-CAD, хотя могу и ошибаться. На плате сверху и снизу присутствуют так называемые fiducials, или, по-нашему, реперные точки. Они нужны для автоматического монтажа. Их по три штуки с каждой стороны платы. Соответственно, набивка платы комплектующими — машинная, и далее пайка в конвекционной печи. К качеству пайки претензий нет, в трассировке тоже очевидных косяков не видно. СБМ-10, судя по всему, припаян вручную и лежит на токопроводящей губке. Провода (МГТФ-0,07, видимо) от батарейного отсека также ручной пайки, но это нормально (при ковырянии тоже отвалились, пришлось для питания припаять свои). Не знаю насчет заливания платы лаком — такого не замечено. В процессе мучения меня пару раз тряхнуло током, благо мощность совсем маленькая.
Очень радостно, что это именно отечественная разработка и у нас не разучились делать интересные и полезные вещи.
По моему мнению прибор имеет право на существование (ну да, допилить некоторые спорные моменты и будет вообще супер) и безусловно полезен! К тому же для читателей Geektimes Даджет дает 10% скидку по промокоду GEEKT-BR.
Спасибо, что дочитали этот небольшой обзор-разбор!
P.S.: Прошу прощения за качество многих фотографий, подчас мне была доступна только несколько, по-видимому, запотевшая камера моего телефона, о чем я узнал сильно позже выполнения фотографий. Также я делал фотографии платы через микроскоп и камеру Levenhuk, но их качество из-за объектива нашего МБС-10 еще хуже. Возможно, когда ко мне приедут макрокольца, я смогу сделать более адекватные фотографии платы.
Обо всех замеченных ошибках прошу писать в личку!
Комментарии (46)
KbRadar
18.08.2015 15:08Отмечусь здесь пожалуй. Если у кого-то будут вопросы к разработчику — вы знаете что делать.
ploop
18.08.2015 15:13То есть вам задавать? Ну тогда расскажите, что там за генератор импульсов, а то автор запутался :)
Karlson_rwa
18.08.2015 15:35Почему же запутался? Очевидно, что используется каскадный умножитель. А вот что для него является источником импульсов — не понятно. Я перебрал много вариантов по маркировке микросхемы, но ни один не подошел.
ploop
18.08.2015 15:54Так про умножитель понятно, я про генератор импульсов спрашивал.
Кстати, а какое там напряжение после умножителя? Или не удаётся измерить?Karlson_rwa
18.08.2015 16:12Мой ригол показывает 230В, но я не уверен, что брелок при этом в адеквате, поскольку если смотреть мультиметром, то брелок явно ресетится, а вот с осциллографом то ресетится, то нет.
sguwenka
18.08.2015 15:48+3Партия большая, хорошо продаются такие брелки? На операционную прибыль вышли, или пока в убыток работаете? Или же, прибор был сделан под конкретного крупного заказчика? А остальное — дополнительный доход?
tnenergy
18.08.2015 17:23+3Мы разработчики, поэтому с торговлей у нас не очень, хотя конкретно этот проект окупился. Об операционных показателях говорить не буду, простите. Очень рады сотрудничеству с Даджетом, это полезно для всех участников. Прибор был разработан для себя, как spin-off конкретного заказа дозиметра.
Alexeyslav
18.08.2015 21:51обычный щуп осциллографа с мегаомным входом заметно его просаживает.
После него идет резистор на 5МОм, сразу можно было понять что лезть туда щупом не имеет смысла. Даже щупом 1:10(у вас разве его нет?) будет всего 10МОм, тут нужен щуп 1:100 или кучка резисторов на десятки мегаом, или даже специальный на 100МОм.
Что можно сказать про преобразователь. Умножитель повышает напряжение в 8 раз, значит на входе порядка 400В/8 = 50В, вероятно получено из 3-х вольт индуктивным резонансным(может и нет?) преобразователем. Вон та серенькая деталька на плате, не индуктивность случаем?
stalinets
18.08.2015 22:01СБМ-10 — малочувствительная трубка. Лучше бы брелок был побольше размером, но был бы на СБМ-20.
Ну и экранчик, хотя бы 7-сегментный на 3 знакоместа, показывающий в мкЗв фон, не помешал бы.KbRadar
19.08.2015 11:10На СБМ20 есть AtomTag. А с индикатором давно думали сделать, что-то типа air counter но постоянно работающий и на счётчике Гейгера. Пока руки не дошли.
dimas
20.08.2015 00:33А не собираетесь еще совместить датчик с GPS-треккером?
KbRadar
20.08.2015 00:41Нет. GPS очень энергоёмок, а главное что он есть в смартфоне. Но если вам нужен датчик с нестандартными возможностями — всегда готовы к сотрудничеству.
dimas
20.08.2015 00:48Спасибо, я так и предполагал что дело упрется в батарейку.
Смартфон не всегда хочется таскать туда, где хочется погулять, плюс лишняя заморочка с синхронизацией данных. А вот убедить себя купить gps-треккер c датчиком куда проще, чем только датчик :)
Но ненастолько, чтобы заказывать заказное устройство :)KbRadar
20.08.2015 00:50GPS — примерно в десять тысяч раз более прожорливое устройство чем этот дозиметр. Поэтому придётся запасаться батарейками или увеличивать размер\массу.
Alexeyslav
21.08.2015 21:01+1Сами посудите, GPS модуль при своей работе потребляет 40мА когда ведет спутники и 70мА когда их ищет. Какую батарейку надо чтобы гарантировать работу устройства в течение суток? задача на арифметику…
1680мА*ч и это оценка снизу.
Alexeyslav
19.08.2015 15:37А смысл, если брелок работает на широких временных интервалах, а аварийные уровни излучения детектируются и меньшим датчиком?
Более чувствительный датчик нужен только для повышения точности на малых уровнях или уменьшения времени измерения.
PapaBubaDiop
18.08.2015 23:57СБМ 21 показывает в стандартном полете на высоте 10000-11000 метров уровень 3.1-3.6.
ColorPrint
19.08.2015 13:25Cофт к брелку только под windows? :(
ColorPrint
19.08.2015 13:29Вообще к такому девайсу напрашивается встроенный блютуз и мобильные приложения.
KbRadar
21.08.2015 18:15Такой вариант практически готов но батарейки в нём хватит примерно на полгода.
AlexanderG
08.09.2015 12:27Можно попробовать воткнуть никель-металлгидридный аккумулятор и/или вообще буферный ионистор. Саморазряд и потребность в стабилизации да, но с другой стороны, зарядка почти мгновенная.
SpiritOfVox
21.08.2015 12:10На Kickstarter собирали деньги на StormTag, это «погодная станция» (термометр, барометр, гигрометр и УФ датчик) с BlueTooth LE, памятью на измерения и солнечной батарейкой. Идея была интересная, но похоже всех там кинули. Полагаю такое комбинированное с дозиметром устройство могло бы быть более востребовано чем один дозиметр. Особенно если термометр на -40°.
Причём людям требовалось бы несколько. Один с собой, другой на работе, третий в машине и когда там находишься датчик по BLE скачивает историю измерений.
Туристам с палатками, думаю, было бы интересно отдельное устройство пищащее при превышении концентрации CO и CO2.
KbRadar
21.08.2015 14:59+2По ссылке с кикстартера есть даже возможность заказа но заявленные технические характеристики выглядят невероятно, во всяком случае при использовании существующих на этой планете комплектующих. На фото нигде не видно солнечных элементов, на плате не видно датчиков и блютуса, наличие USB-зарядки сложно совмещается с герметичностью.
У нас есть в проекте такая штучка с дозиметром. Железка была готова ещё в марте, запуск затянулся из-за найденной ошибки в блютус-стеке от Texas instruments. Проблема обсуждалась на их форуме, возникла она не только у нас.SpiritOfVox
21.08.2015 18:52+1Этот вариант с кикстартера скорее всего закончится ничем. Гражданин затеявший проект имеет в своём активе ещё несколько проваленных устройств, а в прессе была информация о его больших проблемах с деньгами. Существующие аналоги несколько дороже и обычно только температура и влажность.
Полагаю солнечная батарея это вообще больше фантазия автора была т.к. живого образца никто не видел. Хотя часы Casio могут значительно продлять свою жизнь батареями встроенными в циферблат.
В фонариках Fenix, насколько помню, сделали порт отдельно от печатной платы и хорошо облили герметиком прочно установив в корпус. Но индукционная зарядка конечно надёжней в этом плане.
Важно само устройство аналогичного назначения которое может как передавать актуальные данные на смартфон, так и накапливать их что бы потом выгрузить при возможности. Идеально если оно может выжить в мороз и сырость.KbRadar
21.08.2015 23:59Ну, судя по собранным суммам и результатам целью данного кикстартера было весело провести время и посмеяться ибо для проведения соответствующей разработки с лихвой хватит и пятой части собранных средств. И таких примеров довольно много, в том числе и в направлении дозиметрии.
DmitrySpb79
21.08.2015 22:39+3Выскажу свое имхо на правах человека, слегка интересующегося всем радиоактивным, и собиравшего тоже свой дозиметр.
Идея и исполнение в виде брелка действительно прикольные. «Зачет» инженерам.
А вот с точки зрения маркетинга и полезности — полный незачет.
Разберем по порядку:
— брелок позиционируется как «средство от паранойи» для страдающих радиофобией.
— но СБМ-10 — трубка малочувствительная и медленная. Сами разработчики признали, что прибор работает небыстро, т.е. по своему прямому назначению — быстро просигнализировать если человек вдруг попал в зараженное место, брелок использовать нельзя. Как метко подметил Олег Айзон в соседней статье про СБМ-10, такой датчик пригодится разве что если рядом запустят атомный реактор.
— я уже не говорю про то, что простому обывателю вероятность попасть в зараженную зону — 0.0001%. А тем кто специально лазает где-то (диггеры и пр), захочется иметь приборчик с временем отклика побыстрее.
— для чего может реально пригодиться дозиметр который всегда с собой — померить найденные в лесу грибы, стройматериалы и пр. Тут время реакции неважно, минуту я могу и подождать. Но — экранчика (даже самого простого текстового) у брелка нет. Да, можно запомнить время, слить дома лог — но никто в здравом уме этого для стройматериала делать не будет. Мне проще положить брелок на стройматериал и через минуту посмотреть на экране, вырос фон или нет.
В итоге вывод напрашивается такой — брелок позиционируется как девайс для радиофобов, причем тех которые «не в теме» как эти приборы работают, и в реале такой брелок человеку его купившему, не пригодится никогда. Даже если человек пройдет прямо над ИИ с таким брелком в кармане, брелок просто не сработает, не успеет. И зачем в итоге тратить 7тыс?
Категорически рекомендую добавить экранчик, обычный текстовый, это сделает устройство вполне полезным для быта. Идея карманного дозиметра действительно хороша, но в текущем исполнении я например вообще не вижу смысла его покупки. С экраном купил бы.KbRadar
22.08.2015 00:16+2Да, прибор работает небыстро. Мы просто реально на вещи смотрим а не с позиции маркетинга. Примерно в полтора раза более чувствительный датчик производители «лапки» называют чуть ли не самым быстрым в мире из соображений маркетинга. Пользователю такого датчика вполне достаточно для предупреждения об опасности, особенно если учесть что при мощности дозы более 1 мР\ч время реакции приборчика укладывается в секунду.
А вот что касается измерения активности радионуклидов в продуктах питания — тут никакой простой прибор который можно таскать в кармане или сумке не поможет. Для обнаружения активности на уровне ПДК за единицы минут нужен спектрометр в свинцовой защите от естественного фона, а это совсем другая история…DmitrySpb79
22.08.2015 10:27+1Вы же прекрасно понимаете, что вероятность обычному человеку попасть в зону с 1мР/ч (1000мкР/ч) в общем-то ничтожно мала. С тем же успехом можно в каске по улице ходить, а вдруг кирпич упадет, вероятность сопоставима :)
А вот с экранчиком была бы какая-то реальная польза. В принципе даже интересно иметь в виде брелка дозиметр, чтобы можно было глянуть, какой сейчас фон.
Но дело ваше конечно, я не настаиваю, раз девайс окупается то и ладно.KbRadar
22.08.2015 11:49+1У нас есть такая вещь в планах, и не только такая. К сожалению пост-фукусимская истерика сошла на нет, активность покупателей не так высока и кроме оригинальных дозиметров приходится заниматься другими проектами для поддержания штанов.
AlexanderG
08.09.2015 12:32Из зон с МЭД меньше 1 мР/ч срочно валить, в общем-то, тоже не нужно, и тут время реакции прибора не сыграет роли.
KbRadar
22.08.2015 12:37+1Кстати, а можно численно охарактеризовать вот это «быстро просигнализировать если человек вдруг попал в зараженное место»? Если 50-100 мкР/ч обнаруживаются за полминуты-минуту а 1 мР/ч за секунду-две — разве этого недостаточно для своевременного предупреждения? Конечно в идеальном случае лучше чтобы всё было мгновенно но если смотреть сквозь призму имеющихся типов датчиков и компонентов то результат весьма неплох для устройства весом 15 грамм. Я сейчас делаю экспериментальный детектор на CsI(Tl) и твердотельном ФЭУ размером с СБМ10 (кристалл 6*6*30мм) — чувствительность к гамма-излучению получается поразительной (от естественного фона вижу 5-8 импульсов в секунду!), но стоимость одного такого детектора уже солидно превысила розничную стоимость брелока Гейгера. Много ли людей захочет иметь такой, пусть и уникальный, прибор за такую цену?
Ещё совсем недавно делал ради эксперимента сцнтилляционный поисковый приборчик размером со спичечный коробок, CsI(Tl) детектор занимает примерно половину объёма корпуса (около 12 см3). Этот детектор по чувствительности практически такой же как в известном поисковом приборе СРП68-01, прогулявшись с ним по городу и поставив сигнализацию на двукратное превышение среднего фона можно найти массу интересных мест не останавливая шаг для проведения измерений. Гранитные ступеньки старого здания, кафельная плитка у рабочих, гранитный щебень в яме грунтовой дороги и прочие подобные вещи практически мгновенно привлекают внимание такого приборчика. Вот такой бы в серию вывести! Но даже постфукусимская истерика показала что большинство покупателей пользуется правилом левой руки: левой рукой закрывает название, смотрит цену и решает покупать или нет.
Karlson_rwa
22.08.2015 13:06А можете показать, как выглядит сам датчик и что внутри у приборчика на фото?
KbRadar
22.08.2015 14:13+3Да, могу.
Пластина CsI(Tl) для датчика:
Датчик в сборе:
Внутренности приборчика:
Alexeyslav
22.08.2015 22:04+1Очень здоровская чувствительность! Хочу такой.
А индикатор, заказной и с чипом на стекле(судя по количеству контактов)… это тоже ведь не дёшево обходится.
DmitrySpb79
22.08.2015 22:21+1Кстати, а можно численно охарактеризовать вот это «быстро просигнализировать если человек вдруг попал в зараженное место»? Если 50-100 мкР/ч обнаруживаются за полминуты-минуту
Да, в том и дело что всякие СБМ — не поисковые приборы, и реагируют медленно. Время реакции в минуту много или мало? Получается что если я иду по лесу и вдруг попал в зараженное место, я уже давно выйду из него, а прибор так ничего и не покажет. Зачем мне тогда вообще нужен брелок — вопрос философский, лично я не могу придумать себе сценарий его использования. Но раз берут, то и ладно, может кому-то с ним спокойнее :)
Сцинтилятор это весьма интересно, и у такого прибора была бы кстати определенная ниша — посетители Кавеса и прочих аналогичных ресурсов, любящие погулять по интересным местам. Только вот выложить килобакс из них смогут единицы. Хотя девайс действительно интересный, здорово что успеваете заниматься такими штуками. Приятно когда хобби совмещается с работой :) Желаю удачи, надеюсь напишете статью здесь о приборе и о результатах.
А только датчик в виде DIY-комплекта не думали продавать? Хотя конечно не окупится явно…KbRadar
23.08.2015 10:10+2Если заражённое пятно было таким небольшим что область мощности дозы в, например, 100 мкР/ч человек прошёл меньше чем за полминуты то и сигнализировать об этом необязательно: опасности никакой оно скорее всего не представляет. Брелок — сигнализатор опасности а не поисковый прибор.
Про DIY: не думаю что это окупится, поддержка потребует массу времени и сил. Думается что те у кого есть знания и опыт работы со сцинтилляторами имеют и соответствующие детали, новичку же с первого раза всё правильно сделать не так просто.
ploop
Karlson_rwa
Не-не-не. Вы не подумайте плохого. Мне просто хотелось замерить, какую ЭД я получу в трехчасовом полете, только и всего.
По пути туда через рентген брелок и Терра ехали выключенными, а вот обратно я их включил.
Брелок не работал, как потом выяснилось, а вот Терра показала 2 мкЗв прибавки после аппарата :)
ploop
Что же плохого слетать в отпуск на МКС? :)