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特殊工作:ガイガーカウンタやっと完成

昨年夏に手に入れてあった、ロシア製GM管SI-22G(СИ-22Г)を使ってガイガーカウンタっぽいものをやっと完成させた。今さら感あり。

ガイガーカウンタのようなもの1

ガイガーカウンタのようなもの2

回路図
自作ガイガーカウンタ回路図
※この回路図を参考にした場合の事故や事件など、いかなる結果について一切関知いたしません。
※部品の入手先や価格、製作の手法など、個別の質問にはお答えしかねる場合があります。

ソースコード(HITECH PICC Lite版)
…ソースコードの貼り方わからないし恥ずかしいので省略

コンセプト:
・大型GM管を複数駆動して高感度にする(主にホットスポット検知用とする)
・PICマイコンを使ってLCDキャラクタディスプレイ表示(勉強を兼ねて)
・部品点数が出来るだけ少なめになるようにする(動作の確実性につながる)
・部品の入手性もなるべく良いものにする(GM管を除く)
・電源は単三電池もしくは単三型NiMH充電池両用可能にする

仕様:
検出方式:GM管SI-22G×2
駆動電圧:プラトー電圧400V
高電圧発生:チョッパ昇圧PWM制御
表示:LCDキャラクタディスプレイ16×2行
測定範囲:0.01μSv/h~99.99μSv/h のつもりだけどテストしてません
換算方法:
 ①16pul. パルスを16回入感するまでの時間からCPMを算出(ホットスポット探し向け)
 ②10sec. 過去10秒間のパルス入感個数を平均してCPMを算出
 ③1min. 過去1分間のパルス入感個数を平均してCPMを算出
 ④3min. 過去3分間のパルス入感個数を平均してCPMを算出(精度向上)
電源:単三電池×2本または単三型充電池×2本直列DC2.4~3V 実働2.0Vくらいまで可能
高線量アラート、異常電圧アラート機能
ビープ音・LEDによるカウントモニター機能

雑記と感想:

・回路図ではSI-22Gが一本しか書いてないけど実際には単純に並列で2本。BGで約100cpmくらい出てる。

・最初に書いた回路図にはPICのI/Oアサインに致命的なミスがあり(恥ずかしくて言えない)いざファームを書こうとしたときに愕然として慌てて配線をしなおしたりした。データシートは良く読もう。

・そんなわけで回路図は現物にパッチを当てたものなので雑然としているし、特におかしいのが後から追加したバックライトON/OFF用のI/OがPICKit用のPGDと共用になってしまっているので、ファーム書き込みの時にバックライトがピカピカ点滅する(笑)

・LCDのバックライトの電力消費がはんぱない。SC162Bは文字が大きい分盤面も広いせいだろうか。バックライトをONにすると高圧も一瞬下がるし電池電圧も0.2Vくらい下がる。ぬふぅ

・高圧測定用の分圧高抵抗は本来高精度の金属皮膜100MΩなどを使うべきだが、入手性と価格を考慮して今回は精度より分圧比さえ満たせばいいと考えて、たまたまaitendoの通販で入手できた22MΩ5%のカーボン抵抗を使った。安い22MΩのカーボン抵抗はサトー電気でも取り扱いがある。5%も誤差があるのであらかじめ高抵抗が測れるテスターで現物を測定する必要がある。

・GM管のパルス検出はアノード側で行っている。若松で販売されているキットのようにオペアンプで検出するとさらに部品点数を減らせると思うけど、今回は実績のあるPNPトランジスタで検出した。どちらにせよ高耐圧の10pF程度のセラミックコンデンサが必要で、意外と入手は面倒(秋月・千石に通販取り扱いが無い。マルツとかサトー電気他ならば。)今回は手持ちから18pF/500Vを使ったけど耐圧に余裕がない…

・PIC16F1827はプログラムメモリが4kBしかないので、計算精度をあげるためにmathライブラリを組み込むと、HITECH PICCのLite版では最適化が無いのでメモリが大幅に食われてしまい、ギリギリまで手動最適化を行う必要があったので「楽しかった」…現状プログラムメモリ仕様率が99.2%。

・PICのA/D変換で取得できる値のふらつきが激しいので、ノイズ除去とかプルアップとか色々検討してみたけど、高圧に関してはPWM周波数を1kHzから2kHzに変更したら安定したので現状それを採用。また、A/D変換回数を16回連続にしてその平均値を出して使うことにした。

・電圧監視用にボルテージフォロワとしてしか使ってないオペアンプ、当初はNJU7062Dを使用しようとしたら出力ドライブ能力不足(PICのA/Dポートは10kΩ程度のインピーダンスだそうで、NJU7062Dはマイクロアンペアオーダーの出力電流しかとれない)でぜんぜんダメだったのでとりあえずLM358にした。LMC662CNで試したら高圧のほうはうまく行ったのに電池電圧のほうがフラフラになってダメだった。こっちはドライブ能力不足かノイズによるものかは℃素人なのでわからない。


部品の入手について

▲GM管…ヤフオク
○高圧セラミックコンデンサ…東京ラジオデパート・シオヤ無線電機商会(ラジオセンターやその他の店でも取り扱いあり)
△高抵抗…金属皮膜100MΩ1%とかは千石でも扱いがあるけど高い。今回は22MΩ5%のものをaitendoで入手した。
△高耐圧FET FQPF3N90…秋月電子通商 ※在庫限りなので要注意
△DC-DCユニット…ジャンク品のPDC携帯充電器の中身。あきばおーの店頭で5円で売ってたもの(笑)同様の品で代用可能というか、綺麗なDC5Vさえ用意できればなんでもいい。
○ケース…ザ・ダイソーで売ってた「書道用具入れ」筆を納めるスペースがGM管にぴったりだった(笑)
◎その他…秋月電子通商や千石電商などで容易に入手可能

ありがたく参考にしたサイト(順不同)
e電子工房
air variable
趣味の工作-ガイガーカウンタの製作
その他たくさんのPIC関係・電子工作関係のサイトの情報を参考にさせていただきました。ありがとうございました。
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