Наш сайт доступен

на

52 языках

 

Visual Basic Рейтинг сайтов Наука / Образование

Техника и приборы

Дозиметр с радиоканалом.

 

Эффективность радиационного контроля будет зависеть от размещения контролирующего дозиметра и, прежде всего, от его близости к месту возможного радиационого выброса. А потому по своим параметрам и конструктивному оформлению он должен удовлетворять ряду довольно жестких требований. Первое — прибор должен быть всепогодным. Ни дождь, ни снег, ни температурные перепады, ни естественные механические воздействия не должны выводить его из рабочего состояния. Второе — энергопотребление. Лишь предельной его минимизацией, и особенно в дежурном режиме, может быть обеспечена длительная автономная работа прибора. Ведь электрическая емкость его собственного источника питания редко превышает 1 А•ч. Конечно, этот источник должен сохранять свою работоспособность во всем диапазоне возможных температур. Третье — габариты. Прибор должен быть небольшим, его размещение и камуфляж не должны вызывать особых проблем. Четвертое — дозиметр должен иметь канал адресной передачи тревожного сигнала. Даже в тех редких случаях, когда удается проложить проводную линию, она остается ненадежной, подверженной случайным и намеренным обрывам. И конечно, демаскирующей всю систему наблюдения. И притом прибор должен быть недорогим: безнадзорное у нас принято присваивать. Не говоря уж об особом «интересе» к этой технике администрации контролируемого предприятия. Принципиальная схема дозиметра, при конструировании которого были учтены перечисленные факторы, приведена на рис. Здесь BD1 — датчик ионизирующей радиации — счетчик Гейгера типа СБМ20. Высокое напряжение на его аноде формирует блокинг-генератор. Периодически возникающие на обмотке I его трансформатора импульсы высокого напряжения через диоды VD1 и VD2 заряжают конденсатор С1, который и становится, таким образом, источником питания счетчика Гейгера. Частота подпитки конденсатора С1 не остается постоянной. Она очень невелика (F ≈ 1/1,4 • R8 • С5 = 1/1,4 • 107 • 0,033 • 10-6= 2 Гц) в фоновых радиационных полях, обеспечивая тем самым чрезвычайно малое энергопотребление прибора в дежурном режиме. Но при каждом срабатывании счетчика Гейгера «нулевой» импульс на входе 2 DD1.4 переводит одновибратор, выполненный на элементах DD1.3, DD1.4, в состояние, которому соответствует напряжение высокого уровня на выходе DD1.4, и тут же срабатывающий блокинг-генератор формирует внеочередной импульс подпитки конденсатора С1. Такая «следящая» подпитка С1 позволяет держать напряжение на аноде счетчика Гейгера неизменным практически в любых радиационных полях. Резистор R1 — нагрузка счетчика. С нее снимается импульс напряжения, который приводится к цифровому «стандарту» одновибратором, выполненным на элементах DD1.1, DD1.2. При каждом элементарном возбуждении счетчика Гейгера на выходе DD1.2 возникает «нулевой» импульс, поступающий на счетный вход С (выв. 10) счетчика DD4. Каждый такой импульс увеличивает хранящееся в DD4 число на единицу. Но время от времени этот счетчик возвращается в нулевое состояние импульсами сброса, поступающими на его вход R. Их источник — микросхема DD3, работающая в режиме генератора инфранизкой частоты. Период следования импульсов на ее выходе 15 (выв. 5) - TR(C) = R9(MOм) • С9(пФ)/7 • 103 = 15 • 0,033 • 106/7 • 103 = = 70 с. Длительность импульсов сброса, возникающих на выходе DD2.1, — tR ≈ 0,7 • R7 • C7 = 0,7 • 20 • 103 • 1000 • 1012 ≈ 14мкс. Порог включения тревожного сигнала зависит от того, к какому из выходов счетчика DD4 будет подключен вход DD2.2. Если это 2n, а за время t < TR счетчик DD4 успеет набрать число N = 2n, то возникшее на этом выходе напряжение высокого уровня снимет запрет на возбуждение низкочастотного мультивибратора (DD2.5, DD2.6 и др.). Этот мультивибратор, формируя импульсы с частотой Fнч ≈ 1/1,4 • R13 • С11 = 1/1,4 • 3 • 106 • 0,1 • 10-6 ≈ 0,3 Гц, начинает периодически включать—выключать питание радиопередатчика (ключ — транзистор VT2) и звуковой мультивибратор (DD2.3, DD2.4 и др.), формирующий сигнал с частотой Fнч ≈ 1/1,4 • R11 • С10 = 1/1,4 • 51 • 103 • 0,01 • 106 ≈ 1400 Гц. Радиопередатчик собран на транзисторах VT4 (задающий генератор) и VT5 (усилитель мощности). Частота его несущей задана кварцевым резонатором ZQ11, а ее девиация (используется частотная модуляция несущей) зависит от изменения напряжения на варикапе VD7, то есть от напряжения на выходе звукового мультивибратора. Печатную плату прибора изготавливают из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. На рис. показана разводка проводников и расположение деталей. Почти все резисторы здесь типа МЛТ-0,125 (R1 и R8 — КИМ-0,125). Конденсаторы: С1 - К73-9; С2 - КД-2б; СЗ - К53-30; С4 - С7, С9 - СП, С13, С17 - КМ-6 или К10-17-2б; С12, С14 - С16 - КД-1; С8 — Gloria или любой другой габаритами 0 6x13 мм. Трансформатор Т1 наматывают на ферритовом кольцевом магнитопроводе М3000НМ типоразмера К16 х 10 х 4,5 мм. Первой наматывают обмотку I, она содержит 420 витков провода ПЭВ-2-0,07. Намотку ведут почти виток к витку, в одну сторону, оставляя между ее началом и концом промежуток в 1,5...2 мм. Обмотку I покрывают слоем изоляции и поверх нее наматывают обмотку II — 8 витков провода диаметром 0,15...0,2 мм в любой изоляции — и обмотку III — 3 витка тем же проводом. Обмотки II и III должны быть распределены по сердечнику возможно равномернее, с учетом рисунка печатной платы. Фазировка обмоток должна соответствовать указанной на принципиальной схеме: синфазные выводы обмоток (входящие в отверстие сердечника с одной стороны) обозначены точками. Изготовленный трансформатор обматывают узкой полоской липкой изоленты ПВХ и крепят на плате винтом МЗ между двумя эластичными шайбами. Габариты каркаса, на котором намотаны катушки L2 и L3, и их монтаж на плате показаны на рис. Катушку L1 наматывают в ряд проводом ПЭВ-2-0,07, она имеет 60 витков. Катушку L2 наматывают проводом ПЭВ-2-0,45, она имеет 14 витков с отводом от середины. Катушку связи L3 — 3 витка, провод ПЭВШО 0,15...0,2 наматывают поверх L2 у «холодного» (по в/ч) ее конца. Катушки подстраивают карбонильными сердечниками М3 х 8 мм. Для подключения антенны на печатной плате монтируют металлический уголок под гнездо разъема СР-50-73Ф, в которое будет включаться либо антенна от портативной Си-Би радиостанции (Dragon SY-101 и др.), либо вилка разъема СР-50-74Ф, смонтированная на конце фидера полноразмерной Си-Би антенны. Для настройки передатчика потребуется частотомер и высокочастотный (>30 МГц) вольтметр со шкалой до 3 В, а в заключительной фазе — Си-Би радиостанция, имеющая канал с частотой fZQ1 и FM детектор. Передатчик переводят в режим настройки: соединяют проволочной перемычкой эмиттер и коллектор транзистора VT2 (тем самым подают на передатчик постоянное питание); соединяют с «землей» левый вывод кварцевого резонатора ZQ1, исключая тем самым «увод» его частоты еще не настроенными элементами VD7, С12 и L1 и подключают к L3 эквивалент антенной нагрузки — резистор МЛТ-1 сопротивлением 51 Ом. Включив питание, убеждаются в том, что сигнал на антенном эквиваленте имеет частоту кварцевого резонатора (терпимо отклонение в 200...300 Гц, в противном случае меняют резонатор), а его мощность Рвых = U2/50 после настройки контура L2C16 на частоту задающего генератора близка к Рвых (табл.). U пит, В Рвых, мВт I потр. тр. мА I потр. деж. мА 10 10,5 10 41 9 8,2 8 35 8 5,4 6 30 7 3 4,5 24 6 1,2 3,6 20 Если мощность передатчика оказалась недостаточной, уточняют емкость конденсатора С14 — существует такое ее значение, при которой Рвых достигает максимума. Затем снимают перемычку с кварцевого резонатора, и сместившуюся из-за этого частоту задающего генератора возвращают к прежнему значению подстройкой индуктивности L1 (если ZQ1 возбуждается на основной гармонике, число витков в L1 уменьшают до 20...25). Для того чтобы передатчик работал в режиме генерации тревожного сигнала, снимают перемычку с транзистора VT2, а вход 3 DD2.2 подключают к шине +9 В. Качество излучаемого сигнала контролируют Си-Би радиостанцией, имеющей FM-детектор и канал с частотой несущей fZQ1, — по наилучшему качеству звучания уточняют окончательное положение подстроечного сердечника в катушке L1. Для контроля режима работы к шине питания передатчика можно подключить светодиод HL1 (на рис. показан штриховой). Работа самого дозиметра зависит от tизм — временного интервала между импульсами сброса счетчика DD4 (то есть от номиналов R9 и С9 в генераторе инфранизкой частоты) и 2n — того выхода счетчика DD4, к которому подключен вход элемента DD2.2. Поскольку этот прибор рассчитан на обнаружение относительно медленно изменяющихся уровней радиационного загрязнения, измерительный интервал tизм в нем может быть значительно более длительным, нежели в описанных выше приборах. Здесь принят tизм = TR = 70с. Такой относительно большой измерительный интервал позволил увеличить радиационную чувствительность прибора. В дозиметре с большим tизм может быть выставлено Nпор — пороговое число импульсов в счетчике DD4, — лишь ненамного превышающее число фоновых импульсов NФ). Причина в том, что по мере увеличения tизм измерение NФ, становится все более точным (ΔNФ ≈ K√NФ) и соответственно все меньшей становится вероятность ложной тревоги — выхода прибора, находящегося в поле фоновой радиации, в тревожный режим. При NФ = 20 имп/мин (счетчик СБМ20) за время tизм = 70 с счетчик DD4 будет выводиться фоновыми импульсами в состояние, близкое к «23» (20 • 70/60 = 23). Этот счетчик будет лишь изредка оказываться в состоянии 32 (100000 — лог. 1 на выходе 25, на других его выходах — лог. 0 ), чрезвычайно редко — в 64 (1000000 — лог. 1 на выходе 26) и практически никогда не окажется в состоянии 128 (10000000 - лог. 1 на выходе 27 DD4). Какой из выходов счетчика DD4 следует задействовать? Если 25, то время от времени прибор будет подавать сигнал тревоги без каких-либо на то оснований. Правда, отличить такую тревогу от настоящей несложно: при появлении реального загрязнения тревожные сигналы будут следовать один за другим. Преимущество же такого включения в том, что прибор будет реагировать даже на относительно небольшое превышение наведенного радиационного поля над фоновым: D/Dф ≈ 32/23 ≈ 1,4. Если будет задействован выход 26 DD4, то порог тревожной сигнализации увеличится до D/DФ ≈ 64/23 ≈ 2,8, но зато ложные срабатывания прибора будут чрезвычайно редкими. А закоммутировав выход 27, получим порог D/Dф ≈ 128/23 ≈ 5,7. Но сигнал ложной тревоги в таком приборе не возникнет, скорее всего, никогда. Дозиметр может быть скомпонован так, как показано на рис. Его корпус можно склеить из ударопрочного полистирола неброского цвета. Во избежание последствий возможных протечек источник питания («Корунд» и т. п.) размещают в нижней части прибора. В стенке корпуса, примыкающей к счетчику Гейгера, нужно сделать вырез, который можно затянуть фольгой или пластиком толщиной не более 0,05 мм. В боковой части корпуса могут быть сделаны проушины для крепления прибора к стволу дерева. В «донной» его части может быть укреплен металлический штырь длиной 20...25 см; такой прибор можно просто воткнуть в землю. Конечно, должны быть приняты меры для защиты от влаги. Весь прибор может быть полностью заварен в тонкий полиэтилен (внутрь его можно положить мешочек с силикагелем). Для приема радиосигналов дозиметра годится любая Си-Би радиостанция с FM детектором, имеющая радиоканал с несущей fZQ1. Если станция будет снабжена полноразмерной антенной (GP, полуволновый штырь или др.), а к корпусу антенного разъема дозиметра будет подключен кусок монтажного провода длиной 1...1,5 м (он может быть просто брошен на землю), то дальность связи и при такой «игрушечной» мощности его передатчика может достигнуть 1 – 1,5 км. Дальность связи увеличится еще больше, если к дозиметру будет подключена полноразмерная Си-Би антенна. Источник: Ионизирующая радиация: обнаружение, контроль, защита / Ю. А. Виноградов. Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.