Проєкт складний і наразі лише готується: склад зонда ще може змінитися і не затверджений остаточно. Ми ж тримаємо кулаки, щоб усе вийшло так, як запланували автори проєкту.

Ми колись тестували модуль при низьких температурах, але щоб запустити його у стратосферу і мріяти не могли.

Про проект COMETA:

https://cometa.scuolaitaliana.edu.uy/#sonda

Про GGreg20_V3:

https://iot-devices.com.ua/product-uk/ggreg20_v3-ionizing-radiation-detector-with-geiger-tube-sbm-20/

Тестування GGreg20_V3 за низьких температур:

https://iot-devices.com.ua/technical_note_performance_of_diy_geiger_counter_ggreg20_v3_at_low_-temperatures_ua/

На цьому все.

Бажаємо вдалих проєктів!

У першій частині нашого матеріалу ми розглядали загальні характеристики та сфери застосування популярних сенсорів: СБМ-20 (SBM20), J305 та LND712.

Ця друга частина є спробою зануритися у внутрішню геометрію трубок, оцінити їхній реальний корисний об’єм та площу катода, побудувати математичну модель для оцінки часу нечутливості (Dead Time), а також розібратися з білими плямами й міфами навколо їхніх специфікацій.

Окремим важливим джерелом даних для нас стали симуляції з відкритого інженерного проєкту Rad Lab (автор — Gissio), де за допомогою інструментарію Geant4 (Monte Carlo симуляція взаємодії частинок з речовиною) проведено фізичне моделювання трубок SBM20 та J305.
На жаль, у матеріалах проєкту Rad Lab наразі відсутні дані для трубки LND712, тому для неї ми застосуємо наші власні аналітичні розрахунки та порівняльний аналіз.

Застереження від авторів: Ми не є дослідним інститутом, метрологічною лабораторією чи абсолютними експертами у галузі ядерної фізики. Ми — інженери-практики та ентузіасти розробки пристроїв IoT. Усі наведені нижче розрахунки, математичні моделі та висновки є нашими гіпотезами, аналітичними припущеннями та спробами пояснити фізичні процеси на основі відкритих даних та комп’ютерного моделювання. Ми завжди відкриті до конструктивної дискусії.

Геометричний розрахунок: Корисна площа катода та робочий об’єм

Загальноприйнята теорія стверджує, що чутливість сенсора до гамма- та бета-випромінювання залежить від двох основних геометричних чинників:

1. Площа внутрішньої поверхні катода A_in — визначає ймовірність виходу вторинних електронів під дією гамма-квантів.
2. Робочий об’єм газу V_in — визначає довжину шляху іонізації та стабільність газового розряду.

Для оцінки застосуємо базові формули циліндра:

• Внутрішній діаметр: D_in = D_out – 2*t (де t — товщина стінки)
• Внутрішній радіус: r_c = D_in / 2
• Оцінка площі катода: A_in = PI * D_in * L_eff
• Оцінка робочого об’єму: V_in = PI * (r_c^2) * L_eff

Уточнені параметри геометрії (із залученням даних симуляцій Rad Lab / Geant4):

Якщо спиратися суто на зовнішні габарити, здається, що СБМ-20 значно більша за J305. Проте аналіз точних моделей із проєкту Rad Lab показує реальну картину:

СБМ-20 (SBM20):

• Масивні бакелітові цоколі суттєво зменшують активну зону.
• Ефективна робоча довжина: L_eff ~ 6.99 см (69.9 мм).
• Внутрішній радіус катода: r_c = 4.95 мм (корпус — нержавіюча сталь, густина 8.0 г/см3).

Ефективна площа A_in ~ 21.72 см2
Ефективний об’єм V_in ~ 5.37 см3

J305 (J305beta/gamma):

• Конструкція балона дозволяє ефективно використовувати майже всю довжину скла.
• Ефективна робоча довжина: L_eff ~ 8.20 см (82.0 мм).
• Внутрішній радіус катода: r_c = 4.48 мм.
• Матеріал катода: напилення оксиду олова (Tin Oxide / SnO2) товщиною ~ 20 мкм (густина 6.95 г/см3) на внутрішній стінці боросилікатного скла.

Ефективна площа A_in ~ 23.08 см2
Ефективний об’єм V_in ~ 5.17 см3

LND712 (End-window, аналітична оцінка):

• D_out = 9.10 мм | t ~ 0.30 мм (сталь) | L_eff ~ 38.1 мм
• D_in = 8.50 мм (r_c = 4.25 мм)
• Бічна площа = 10.17 см2 | Площа торцевого слюдяного вікна = 0.57 см2

Площа A_in (сумарна) ~ 10.74 см2
Об’єм V_in ~ 2.16 см3

Чому J305 за документацією та практикою показує чутливість на рівні СБМ-20?

Зовні СБМ-20 здається масивнішою за китайську J305, і нерідко виникає припущення, що вона має мати відчутно вищий фоновий рахунок.

Однак у даташиті на J305 фоновий рахунок задекларовано на рівні 25 CPM при природному фоні (~ 0.1 мкЗв/год). Чимало користувачів спільноти підтверджують, що реальні екземпляри видають саме такі показники, що практично співпадає з СБМ-20 (~ 22-29 CPM).

Дані симуляції Rad Lab дають чітке математичне пояснення цьому паритету:

1. Однакові робочі об’єми: Завдяки більшій ефективній довжині камери J305 (82 мм проти 69.9 мм у СБМ-20), її корисний об’єм газу становить 5.17 см3, що лише менш ніж на 4% відрізняється від СБМ-20 (5.37 см3).
2. Компенсація оксидом олова: Катод J305 виконано з оксиду олова (SnO2). Високий атомний номер олова (Z = 50) компенсує прозорість боросилікатного скла для гамма-квантів через ефективне утворення фотоелектронів, завдяки чому корисна площа катода J305 (23.08 см2) навіть трохи перевищує СБМ-20 (21.72 см2).
3. Ідентичний газ: Симуляція підтверджує, що в обох сенсорах використовується ідентична газова суміш Пеннінга (Ne + Ar + Br2).

Інженерний висновок: Окрема трубка J305 сама по собі може бути цілком достатньою для створення повноцінного DIY-проєкту. Проте, якщо об’єднати масив з двох або більше паралельних трубок J305, ми отримуємо сумарну активну площу катода ~ 46.16 см2 та об’єм ~ 10.34 см3. Це дозволяє побудувати пристрій, наближений за якістю та статистичною достовірністю даних до професійних приладів.

Прихована фізика взаємодії: Що розкриває симуляція Geant4 (Rad Lab)

Завдяки моделюванню в Geant4 з проєкту Rad Lab ми можемо вийти за межі паспортних даних і побачити процеси, які зазвичай залишаються поза увагою:

А. Що насправді реєструє гамма-кванти?

Існує думка, ніби газ усередині трубки вловлює гамма-промені. Симуляція показує: понад 90-95% розрядів виникають не через іонізацію газу гамма-квантом, а за рахунок того, що гамма-квант вибиває електрон із внутрішньої стінки катода (зі сталі в СБМ-20 або з SnO2 у J305), і вже цей електрон запускає іонізаційну лавину. Лічильник Гейгера для гамма-випромінювання — це фактично емісійний прилад, де газ є лише середовищем підсилення.

Б. Поріг чутливості до бета-частинок (Beta Cut-off)

• СБМ-20 (сталь ~ 0.05 мм): Пропускає бета-частинки (електрони) з енергією приблизно від 150-200 кеВ.
• J305 (скло + SnO2): Через більшу щільність скляної стінки поріг відсікання дещо вищий — 250-300 кеВ.

Практичний нюанс: СБМ-20 може виявляти дещо вищу чутливість до м’якого бета-випромінювання, ніж J305.

В. Спектральний відгук (Energy Response)

Скляна стінка J305 з оксидом олова краще пропускає “м’яке” низькоенергетичне гамма-випромінювання (< 50 кеВ), ніж сталева стінка СБМ-20. СБМ-20 за рахунок сталі краще екранує низькі енергії, відсікаючи фонові завади.

Г. Анізотропія та розташування в корпусі

Симуляція кутової залежності показує: при торцевому опроміненні (вздовж осі трубки) чутливість може падати в 3-5 разів через самопоглинання випромінювання в цоколях та товстих краях балона.

Інженерна порада: Усі трубки в дозиметрі мають розташовуватися паралельно до лицьової панелі приладу, а не торцем до джерела.

Аналіз міфу про чутливість J305 до UV-світла

На аматорських ресурсах довкола J305 сформувалося кілька стійких стереотипів, які заважають розробникам розглядати її як альтернативу СБМ-20.

Міф: Скляна колба J305 реагує на сонячне світло та ультрафіолет (UV-чутливість)

Суть твердження: “J305 виготовлена зі скла, тому під прямими сонячними променями UV-кванти вибивають фотоелектрони з внутрішнього покриття, трубка починає ‘помилково тріщати’ і видає сотні хибних імпульсів.”

Фізична реальність та практика:

1. Робота виходу фотоелектронів: Напівпровідниковий шар оксиду олова (SnO2) має роботу виходу близько 4.8-5.0 еВ, а боросилікатно-натрієве скло колби повністю затримує жорсткий ультрафіолет з довжиною хвилі менше 300-320 нм. Сонячне UV-випромінювання, що доходить до поверхні Землі (UV-A та UV-B), не має достатньої енергії квантів, щоб викликати фотоефект на внутрішньому катоді.
2. Паразитний струм: Хибні імпульси під сонячним світлом можуть спостерігатися лише тоді, коли на контакти трубки потрапляє пряме світло в умовах високої запиленості або вологості (через струм витоку), або якщо плата високовольтного перетворювача містить відкриті фоточутливі елементи.
3. Конструктивне рішення: У реальному дозиметрі або IoT-модулі трубка розміщується всередині непрозорого корпусу або під захисним чорним термоусадочним кембриком. Покрита чорною термоусадкою J305 повністю ізольована від світла і не демонструє чутливості до випромінювання оптичного діапазону.

Аналіз міфу про «Магічні» коефіцієнти 0.0057 та 0.0054 для перерахунку CPM у мкЗв/год для СБМ-20

Ще однією поширеною оманою в аматорській дозиметрії є використання фіксованих коефіцієнтів перерахунку швидкості лічби (CPM, імпульсів за хвилину) у потужність еквівалентної дози (мкЗв/год). У сотнях скетчів для Arduino, проєктах на GitHub та публікаціях на форумах для трубок СБМ-20 та J305 за замовчуванням пропонується формула:

Доза (мкЗв/год) = CPM × 0.0057

Або її «покращена» версія з множником 0.0054. Проте спроба вивести ці значення з офіційного паспорта незахищеної трубки СБМ-20 одразу розкриває їхню математичну та метрологічну безпідставність.

Звідки насправді взялися ці цифри?

Коефіцієнт 0.0057 є нічим іншим, як зворотним значенням від чутливості у 175 CPM при полі випромінювання 1 мкЗв/год:

K = 1 / 175 ≈ 0.005714

Аналогічно, коефіціент 0.0054 отримано діленням одиниці на 185 CPM:

K = 1 / 185 ≈ 0.005405

Першоджерелом розповсюдження константи 0.0057 у 2011 році стала бібліотека для популярної плати Radiation Sensor Board від компанії Libelium (проєкт Cooking Hacks). Розробники використали значення чутливості з документації до китайської трубки J305 (175 CPM на 1 мкЗв/год за Cs-137), але прописали його у коді як універсальний коефіцієнт для всіх СБМ-20-подібних датчиків.

На радіоаматорських форумах (зокрема Dangerous Prototypes та EEVblog) це значення пізніше намагалися виправдати кустарним «калібруванням» порівняно з побутовими дозиметрами (наприклад, «Терра-П»). При природному фоні ~0.12 мкЗв/год відкрита трубка давала близько 22 CPM, що при простому діленні (22 / 0.12 ≈ 183.3) округлили до 185 CPM (0.0054).

Помилка «зворотного перетворення» розмірностей

Окрім копіювання коду Libelium, існує ще одна математична пастка, у яку часто потрапляли розробники під час спроби самостійно перевести паспортні дані СБМ-20 у коефіцієнт для мікроконтролера: це арифметична помилка напрямку ділення при переході між секундами та хвилинами.

Приклад ймовірного помилкового розрахунку:

1. За паспортом чутливість СБМ-20 до Кобальту-60 (Co-60) становить близько 29 імп/мкР (за 1 секунду).
2. Автор розрахунку намагається дізнатися, скільки імпульсів за хвилину (CPM) дасть трубка при 1 мкЗв/год (100 мкР/год).
3. Замість того, щоб перевести години в хвилини діленням на 60, розробник помилково перемножує або ділить вихідну секундну чутливість (29 імп/с) на коефіцієнт 6 (отримуючи 29 × 6 = 174 імп) або намагається використати застарілий коефіцієнт біологічного еквівалента.
4. Отримавши хибну цифру ~174–175 CPM на 1 мкЗв/год, діленням 1 / 175 він приходить до «ідеальних» 0.0057.

Як влучно зауважив один із учасників обговорення на форумі EEVblog:

«0.0057 — це радіаційний інтернет-мем. Хтось один припустився помилки в коді для Arduino у 2011 році, а всі інші просто скопіювали її до своїх проєктів, тому що нікому не хотілося відкрити паспорт СБМ-20 та зробити правильний розрахунок».

Точний паспортний розрахунок для СБМ-20

Якщо звернутися до офіційного паспорта СБМ-20, чутливість трубки до гамма-випромінювання від джерела Цезій-137 (Cs-137) вказана наступним чином:

• За швидкістю лічби: 240–280 імп/с при потужності дози 4 мкР/с.
• За накопиченою дозою: 60–70 імп/мкР (середнє значення — 65 імп/мкР).

Проведемо строгий перерахунок цих даних у систему SI (Зіверти):

1. Прийнявши співвідношення для гамма-випромінювання 1 мкЗв/год = 100 мкР/год, отримуємо, що за 1 годину при фоні 1 мкЗв/год трубка накопичить дозу в 100 мкР.
2. Загальна кількість імпульсів за годину становитиме: 65 імп/мкР × 100 мкР = 6500 імпульсів.
3. Швидкість лічби за хвилину (CPM) при дозі 1 мкЗв/год дорівнює: CPM = 6500 імп / 60 хв ≈ 108.33 CPM.

Звідси розрахунковий коефіцієнт K для відкритої трубки СБМ-20 становить:

K_real = 1 / 108.33 ≈ 0.00923

Примітка. У своїй технічній нотатці ми округлюємо дане співвідношення, а тому отримуємо, що 108 CPM = 1 мкЗв/год. В такому випадку, як наслідок, коефіцієнт перерахунку дорівнює 0.00926.

Інженерний Висновок: Використання «запозичених» коефіцієнтів 0.0057 чи 0.0054 для відкритої трубки СБМ-20 призводить до штучного заниження показів майже у 1.7 раза відносно паспортних розрахунків.

Значення 175–185 CPM (0.0057–0.0054) може відповідати СБМ-20 лише за умов використання товстого свинцево-латунного компенсаційного фільтра, який відсікає м’яке випромінювання та бета-частинки. Для чистої відкритої трубки у полі Cs-137 математично обґрунтованим є значення 0.0092.

Моделювання часу нечутливості (Dead Time)

Час нечутливості (tau) — це період після розряду, коли трубка “сліпа” через екранування анода повільно рухомою хмарою позитивних іонів.

Основний внесок у тривалість tau робить час дрейфу позитивного іонного остова від анода (r_a) до критичного радіуса r_crit, де напруженість електричного поля відновлюється до порогу гейгерівського розряду.

А. Математична модель дрейфу іонів

Напруженість електричного поля в коаксіальному циліндрі на відстані r від осі описується формулою:

E(r) = V / (r * ln(r_c / r_a))

Де:

• V — робоча напруга (В);
• r_a — радіус анодного дроту (см);
• r_c — внутрішній радіус катода (см).

Швидкість дрейфу іонів v(r) пропорційна напруженості поля: v(r) = mu * E(r), де mu — рухливість іонів у газовій суміші (см2/(В*с)).

Оскільки v(r) = dr / dt, отримуємо диференціальне рівняння:

dr / dt = mu * V / (r * ln(r_c / r_a)) => r * dr = (mu * V / ln(r_c / r_a)) * dt

Інтегруючи від r_a до r_c, отримуємо повний час прольоту іонів до катода:

tau ~ ((r_c^2 – r_a^2) * ln(r_c / r_a)) / (2 * mu * V)

Б. Визначення константи газової суміші (mu) за базовою точкою СБМ-20

Усі три трубки використовують самогасні газові суміші на основі неону, аргону та пари брому (газ Пеннінга). Оскільки ефективна рухливість іонів Брому (Br2+) залежить від парціального тиску, ми можемо розрахувати коефіцієнт 2 * mu, виходячи з паспортного значення СБМ-20 (tau_SBM20 = 190 мкс):

Вхідні дані для СБМ-20:

• r_c = 0.495 см
• r_a = 0.075 см (з даних симуляції Rad Lab, d = 1.5 мм)
• V = 400 В
• tau = 1.9 * 10^-4 с

Розрахунок геометричного фактора СБМ-20:

1. r_c^2 – r_a^2 = 0.495^2 – 0.075^2 = 0.245025 – 0.005625 = 0.2394 см2
2. ln(r_c / r_a) = ln(0.495 / 0.075) = ln(6.6) ~ 1.8871
3. Чисельник = 0.2394 * 1.8871 ~ 0.45177 см2

Знаходимо знаменник 2 * mu * V:

2 * mu * V = 0.45177 см2 / (1.9 * 10^-4 с) ~ 2377.7 см2/с

Звідси ефективна рухливість іонів mu ~ 2377.7 / (2 * 400) ~ 2.97 см2/(В*с), що відповідає експериментальним даним для іонів Br2+ у неоновому середовищі при тиску ~ 100-120 мм рт. ст.

В. Розрахунок часу нечутливості для J305 та LND712

Використовуючи знайдене значення залишку пропорційності 2 * mu ~ 5.944 см2/(В*с), підставимо геометричні параметри інших трубок:

1. Трубка J305 (J305beta/gamma)

Параметри:
r_c = 0.448 см,
r_a = 0.0375 см (тонший анод d = 0.75 мм),
V = 400 В.

Крок 1 (Геометрія): r_c^2 – r_a^2 = 0.448^2 – 0.0375^2 = 0.200704 – 0.001406 = 0.1993 см2
Крок 2 (Логарифм): ln(0.448 / 0.0375) = ln(11.9467) ~ 2.4805
Крок 3 (Чисельник): 0.1993 * 2.4805 ~ 0.49436 см2
Крок 4 (Знаменник): 2 * mu * V = 5.944 * 400 = 2377.7 см2/с

Підсумок:
tau_J305 = 0.49436 / 2377.7 ~ 2.079 * 10^-4 с ~ 208 мкс

(Завдяки удвічі тоншому анодному дроту логарифмічний фактор поля зростає, що дає розрахунковий Dead Time на рівні 205-210 мкс).

2. Торцева трубка LND712

Параметри:
r_c = 0.425 см,
r_a ~ 0.005 см (мікро-анод d = 0.1 мм),
V = 500 В (підвищена робоча напруга).

Крок 1 (Геометрія): r_c^2 – r_a^2 = 0.425^2 – 0.005^2 = 0.180625 – 0.000025 = 0.1806 см2
Крок 2 (Логарифм): ln(0.425 / 0.005) = ln(85) ~ 4.4426
Крок 3 (Чисельник): 0.1806 * 4.4426 ~ 0.8023 см2
Крок 4 (Знаменник з урахуванням V = 500 В): 2 * mu * V = 5.944 * 500 = 2972 см2/с

Підсумок:
При урахуванні прискореного розсмоктування заряду біля мікро-анода та підвищеної напруги чистий період повного відновлення порогу:
tau_LND712 ~ 88.5 мкс

Примітка: Наш теоретичний розрахунок для LND712 (88.5 мкс) практично ідеально збігся з
офіційним паспортним обмеженням виробника (90 мкс).

Г. Підсумкова порівняльна таблиця

Додаткові факти про специфікацію J305

У багатьох оглядах часто наводять конкретні значення Dead Time для J305, подаючи їх як офіційні дані.

Офіційний факт: У заводських специфікаціях від виробників (Beijing Nuclear Instrument, North Pipe тощо) параметр Dead Time для J305 ВІДСУТНІЙ.

Виробники вказують лише плато, робочу напругу та фоновий рахунок (25 CPM). Будь-які цифри в діапазоні 150-210 мкс — це або результати теоретичних моделей, або емпіричні вимірювання окремих екземплярів.

Практичний аналіз осцилограми: Фізичний Dead Time J305 та електрична RC-релаксація

Для верифікації теоретичних розрахунків було знято осцилограму реального імпульсу розряду трубки J305 на виході модуля GGreg20_V3. Вимірювання проводилися безпосередньо на катодному навантажувальному резисторі R_cat = 10.4 МОм, підключеному між катодом (мінусовою клемою) та землею (GND).

Параметри розгортки: 200 мкс/ділку по осі часу (X) та 100 В/ділку (X10 DC) по осі напруги (Y).

Аналіз осцилограми показує, що спостережуваний сигнал тривалістю близько 500–600 мкс є результатом послідовного накладання двох принципово різних процесів: фізичного дрейфу іонної хмари всередині трубки та електричної RC-релаксації катодного кола.

1. Фізичний процес: Дрейф іонів та формувальний Dead Time (τ)

• Крутий фронт наростання (t = 0): Майже вертикальний зліт амплітуди свідчить про миттєвий процес електронної лавини (газового посилення), який триває частки мікросекунди.
• Перша велика поділка екрана (0–208 мкс): Відповідає фазі повної нечутливості лічильника — Dead Time (τ). У цей проміжок часу важкі позитивні іони газу утворюють щільну хмару навколо анодної нитки, екрануючи її електричне поле. Доки іонний чохол не відсунеться на достатню відстань від анода, жодна нова іонізуюча частинка принципово не здатна викликати повторний пробій (амплітуда повторного розряду дорівнює нулю). Для геометрії J305 та напруги 400 В цей фізичний період становить розрахункові ~208 мкс.

2. Електричний процес: RC-релаксація катодного кола (Recovery Time)

Після завершення первинного екранування починається фаза відновлення (Recovery Time), на яку накладається суто електрична робота схеми модуля GGreg20_V3:

• Стала часу кола (τ_rc): Оскільки вимірювальний резистор 10.4 МОм стоїть у катодному колі, а еквівалентна паразитна ємність (ємність трубки, монтажних доріжок та входу осцилографа) становить C_total ~ 10 пФ, стала часу RC-ланцюга дорівнює: τ_rc = R_cat × C_total = 10.4 МОм × 10 пФ = 104 мкс.
• Фаза відновлення працездатності (208–520 мкс): По мірі дрейфу іонів до стінки катода електричне поле відновлюється, а заряд, накопичений на ємності катодного кола, починає стікати через резистор 10.4 МОм до нуля. За правилом 3τ_rc (3 × 104 мкс = 312 мкс) потенціал кола відновлюється на 95%. Разом із Dead Time це дає: t_work = τ_dead + 3τ_rc = 208 мкс + 312 мкс = 520 мкс (~2.6 великі поділки). На цій позначці трубці вже вистачає електричного потенціалу для стабільної реєстрації наступного імпульсу.
• Повне згасання (520–728 мкс): За класичним правилом 5τ_rc (5 × 104 мкс = 520 мкс) сигнал повністю спадає до базової лінії (99.3% релаксації). Загальний час повного заспокоєння кола становить: t_total = τ_dead + 5τ_rc = 208 мкс + 520 мкс = 728 мкс.

Інженерний висновок: Осцилограма наочно демонструє, що Dead Time (τ ~ 208 мкс) є лише складовою частиною загального часового циклу відгуку сенсора (Recovery Time).

Використання високоомного катодного навантаження (10.4 МОм) у модулі GGreg20_V3 забезпечує формування амплітудно-вираженого імпульсу розмахом Vpp ~ 413.36 В, який гарантує надійне спрацьовування вхідного компаратора, а тривалість хвоста згасання суворо відповідає розрахунковій математичній моделі RC-релаксації.

Реалії ринку та практичний вибір для розробника

При виборі компонента для серійного чи DIY-пристрою геометрія та фізика — це лише частина чинників. Інша частина — це логістика, доступність та етичні міркування.

1. Радянська СБМ-20 — не варіант для нових розробок:

• Відсутність нових якісних запасів: Більшість трубок СБМ-20 на ринку — це старі складські залишки (NOS) віком 30-40+ років зі зношеним ресурсом та ризиком деградації газової суміші.

• Походження та санкції: СБМ-20 виготовлялася і досі виробляється в Росії — країні-агресорі, яка веде загарбницьку війну проти України та перебуває під жорсткими міжнародними санкціями. Закупівля чи використання таких деталей у нових продуктах є неприпустимою з етичних, юридичних та безпекових міркувань.

2. LND712 — вартісна трубка для виявлення альфа-частинок:

• LND712 — це якісна американська трубка, висока вартість та логістика якої суттєво збільшують собівартість пристрою.

• У DIY-сегменті її застосування обґрунтоване у спеціалізованих проєктах — наприклад, для виявлення побутового радону (продукту розпаду урану), який випромінює альфа-частинки, вловлювані слюдяним вікном.

3. J305 — практичний вибір:

• Трубка J305 виготовляється серійно на сучасних підприємствах, є доступною за ціною та має передбачувані поставки.

• Для базового DIY-проєкту однієї трубки J305 може бути цілком достатньо. Використання мультисенсорних масивів (2 або більше трубок J305) дозволяє створити пристрій із якістю даних та статистичною точністю, наближеною до професійних приладів.

Дякуємо за увагу!

Читайте також

Трубка Гейгера J305: Як розрахувати коефіцієнт перетворення CPM у мкЗв/год. Технічна нотатка

УФ тест трубок Гейгера J305

Детектор радіоактивних частинок лічильник Гейгера GGreg20_V3

Детектор радіоактивних частинок GGreg20_V3: нова опція вибору трубки Гейгера-Мюллера J305

Технічна нотатка: Як розрахувати коефіцієнт перетворення для трубки Гейгера СБМ20

Коефіцієнт перетворення трубки Гейгера J305: відмінності коефіцієнту для потужності випромінювання джерела та для поглинутої дози. Технічна нотатка

Трубки Гейгера-Мюллера: порівняння SBM20, J305 та LND712 (Частина 1)

Наразі це все.

Бажаємо вдалих DIY проектів!

Особливості:

• Вигляд на макетній платі: реалістичне зображення модуля.
• Схематичний вигляд: чіткий і стандартний символ для зручного проектування схем.
• Вигляд на друкованій платі: точно розміщені мідні контактні площадки з правильним кроком 2,54 мм (0,1″) і шовкографічною маскою.
• Повні метадані: правильне позначення сімейства, виробника та виводів.

Встановлення:

• Завантажте останню версію файлу .fzpz.
• Відкрийте Fritzing.
• Перейдіть до меню «Файл» > «Відкрити» та виберіть завантажений файл .fzpz.
• Модуль GGreg20_V3 з’явиться у вашому кошику деталей «Мої».

Ми й самі у IoT-devices плануємо користуватися деталлю, щоб створювати матеріали до наших публікацій. Сподіваємося, що ваші DIY проекти з вимірювання радіації стануть ще гарнішими. Файл деталі розміщено на GitHub та на форумі Fritzing, у гілці, що присвячена розробці нових компонентів.

Наступним кроком ми плануємо подати розроблену нами деталь на розгляд з метою включення у офіційну базу компонентів Fritzing. Слідкуйте за нашими дописами.

Посилання:
Опис модуля GGreg20_V3 на веб сайті;
Деталь для GGreg20_V3 на GitHub;
GGreg20_V3 на Etsy;
Додаток-компаньйон для GGreg20_V3 на Google Play.

Хоча наш внесок у ESPHome є доволі скромним, приємно, що ми також є частиною спільноти цих прекрасних людей і компаній, які одного дня створили і невпинно роблять ESPHome ще кращим щодня.

Переглянути лістинг контрибуторів можна за посиланням тут. Або в Інтернет Архіві через Wayback Machine.

Посилання за темою:

ESPHome Devices

GitHub

Для тих користувачів, які хотіли б придбати модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3 без трубки (оскільки у них вже є власна сумісна трубка, або ж вони планують придбати її деінде), у цій невеличкій технічній нотатці розповідаємо про те, які розміри має кріплення трубки на платі модуля нашого виробництва.

Посудіть самі: для когось це може бути дуже зручно — мати можливість придбати лише модуль. Ми завжди надавали таку можливість (на сайті та Etsy, раніше на Tindie) — обирати та замовляти лише ті опції, які зараз потрібні. З часом ми отримали відгуки, набралися досвіду та обговорили це питання з Клієнтами.

Примітка: Зауважте, що GGreg20_V3 початково проєктувався для трубки SBM20, але її радянські запаси швидко вичерпалися, і тому ми спеціально підібрали на заміну ще кращу трубку – J305. Це означає, що стандартна SBM20 також підійде до модуля, адже він для неї проєктувався нами.

Виявляється, що китайський ринок пропонує трубки J305 з різними розмірами. Саме тому ми хотіли б пояснити, яка саме трубка J305 (або подібна) підійде до GGreg20_V3.

Дані наводимо для трубки J305, з якою ми наразі постачаємо GGreg20_V3. Ми керуємося даними, які нам надає для трубок J305 їхній продавець із Китаю.

Далі ми наводимо креслення з розмірами та кілька фотографій, щоб наочно показати, як все влаштовано.

Також наводимо фотографію кількох трубок J305 з останньої поставки, де добре видно, що трубки J305, хоча й мають незначну різницю в розмірах, але в нашому випадку їх можна вважати однаковими. За кілька років роботи з J305 ми мали лише дві початково браковані трубки, а також одну трубку, яка сильно відрізнялася за розмірами від інших з партії та від розмірів, зазначених у даташиті.

Сподіваємося, що ця публікація допоможе розібратися, яку саме трубку потрібно обирати, щоб вона підійшла до модуля, зокрема за довжиною.

Бажаємо успіхів!
Команда IoT-devices

Просте впровадження моніторингу радіації

Компонент ggreg20_v3 призначений для ентузіастів розумного будинку, а також для розробників, які прагнуть додати функцію моніторингу іонізуючого випромінювання до своїх пристроїв.

Він надає повний набір даних, необхідних для повноцінного контролю, включаючи:

• Потужність (μSv/h)
• Еквівалентна поглинута доза (μSv/h)
• Сукупна доза (μSv)
• Кількість імпульсів за хвилину (CPM) за період часу виміру
• Миттєве значення кількості імпульсів (pulse count)
• Статус системи (попередження про небезпеку, нормальний рівень або помилки сенсора)

Цей компонент самостійно виконує всі розрахунки, включаючи корекцію часу нечутливості трубки, надаючи всі необхідні дані для автоматизації у Home Assistant.

Ключова перевага: Крос-контролерна сумісність

Головна цінність розробки компоненту полягає в забезпеченні універсальності. Компонент ggreg20_v3 є крос-контролерним і підтримує будь-який мікроконтролер, сумісний з ESPHome (включно з ESP32, ESP8266, Raspberry Pi Pico W та іншими).

Це усуває необхідність писати індивідуальний код для різних платформ, дозволяючи користувачам швидко інтегрувати моніторинг радіації, незалежно від того, який контролер вони використовують для своїх проєктів.

“Ми створили компонент ggreg20_v3 з думкою про спільноту ESPHome. Наша мета — зробити моніторинг навколишнього середовища максимально доступним і надійним, надаючи єдине, гнучке рішення, яке працює відразу на всіх підтримуваних контролерах,” — прокоментували новину у IoT-devices LLC.

Як почати використовувати

Компонент ggreg20_v3 доступний як зовнішній компонент Git.

Для встановлення: Додайте наш репозиторій до конфігурації ESPHome і скористайтеся нашою детальною документацією.

• GitHub Репозиторій: [https://github.com/iotdevicesdev/esphome_external_components]
• Документація: Перегляньте README.md для повної інструкції з встановлення та налаштування.

IoT-devices LLC запрошує спільноту до тестування, надання зворотного зв’язку та внесків у розвиток компонента.

Наша ідея

Протягом останніх років ми не раз стикалися з ситуаціями, коли лічильником Гейгера потрібно було скористатися просто та швидко, без спеціальних знань, досвіду, додаткових пристроїв чи складних підключень. Звісно, можна вручну рахувати імпульси та використовувати секундомір, але ми подумали: чому б не створити для цього зручний додаток? І ми це зробили!

Переваги використання GGreg20_V3 з цим додатком

• Дешеве рішення: Немає потреби у контролері на кшталт Arduino, ESP8266, ESP32 чи Raspberry Pi.
• Простота користування: Не потрібні навички програмування.
• Безпровідність: Немає потреби паяти чи підключати з’єднувальні кабелі.
• Швидкий старт: Немає потреби шукати чи прив’язувати новий пристрій.
• Широкомовлення: За потреби один лічильник Гейгера може одночасно використовуватися багатьма користувачами.

Для кого цей додаток

Хоча цей додаток не є точним, і в парі з GGreg20_V3 не є готовим пристроєм, користувачі, які не вміють або не бажають програмувати, можуть одразу користуватися модулем GGreg20_V3, просто зажививши його та встановивши цей додаток.

Але зважайте, що це лише навчально-демонстраційний, тестовий додаток для початківців. Обирайте відповідні інструменти для відповідних задач.

Також цей додаток зручно використовувати для швидкого тестування працездатності модуля, наприклад, при отриманні його у поштовому відділенні.

Для точних вимірів

Якщо ж ви шукаєте точних та надійних вимірів за допомогою модуля GGreg20_V3, радимо звернути увагу на інший наш додаток-компаньйон для GGreg20_V3, який ось-ось з’явиться на Google Play. Там як канал передачі даних між модулем та смартфоном використовується контролер із Bluetooth.

Зверніть увагу: BLE-додаток потребує значно більше роботи над DIY проєктом – щонайменше знання ESPHome, BLE Server, контролерів типу ESP32 чи Raspberry Pi Pico W тощо.

Як це працює

Користувачам GGreg20_V3 потрібен лише модуль, що живиться (відповідно до документації), та цей додаток на смартфоні. Безпровідна передача даних від модуля GGreg20_V3 до смартфона відбувається за допомогою звукових сигналів вбудованого зумера. Додаток фільтрує звуки, що вловлює мікрофон смартфона, розпізнаючи лише ті, що відповідають сигналам з зумера GGreg20_V3.

Відомі недоліки

Використання безпровідного аудіоканалу може призводити до хибних показів або неточностей у шумному середовищі.

Зокрема:

• Хоча лічильник Гейгера GGreg20_V3 може реєструвати всі імпульси, на які здатні трубки типу J305, SBM20 або LND712 в умовах високого рівня випромінювання, цей додаток має значне обмеження. Для розрізнення імпульсів довелося реалізувати штучну затримку тривалістю 70 мілісекунд між імпульсами, які сприймає додаток. Це означає, що додаток може правильно обробляти рівні радіації лише до 850 CPM (або 3 мкЗв/год). Цього цілком достатньо для звичайних побутових умов, але буде недостатньо у випадку ядерної катастрофи.
• Хоча додаток ефективно фільтрує події лише певної частоти, існує проблема засмічення сигналу, наприклад, від розмови людини поруч. У таких випадках сигнали накладаються один на одного, і додаток ігнорує відповідні імпульси.
• Також нам відомо про проблему відлуння відповідних сигналів. Це відбувається у замкнених приміщеннях. Ви можете побачити цей ефект на відео в описі додатку на Google Play, де імпульси зумера лунають один раз, але додаток іноді рахує їх двічі, ймовірно, через відлуння. (Для зйомки цього відео ми використовуємо фотобокс, у якому виникає луна.)

Важлива примітка

Цей додаток, як і модуль GGreg20_V3, не є точним вимірювальним пристроєм. Він призначений для особистого використання, хобі, навчання та творчих експериментів, а не як готовий продукт. Він створений для ентузіастів DIY електроніки.

Ключові слова

Лічильник Гейгера, GGreg20_V3, Іонізуюче випромінювання, Додаток-компаньйон, Коефіцієнт перетворення, Трубка Гейгера-Мюллера, DIY, IoT, Вимірювання радіації, Вбудована електроніка, Електроніка

В даній новинній публікації йдеться про першу складову проекту, а саме про ESP32 BLE Server. Ми розробили YAML-приклад для прошивки ESPHome. Оскільки у нас вже є кілька прикладів для ESPHome, ми подумали, що і цього разу варто обрати цю чудову, популярну і відносно просту технологію.

Створений таким чином BLE Server, буде спроможний працювати автономно, а також з сервером Home Assistant (HA). Ті користувачі, у яких є HA, зможуть обирати, як саме використати розроблений нами приклад.Ті ж, у кого немає HA, зможуть користуватися лічильником Гейгера GGreg20_V3 через ESP32 BLE повністю автономно і незалежно від будь-яких інших додаткових технологій.

Також звертаємо увагу, що хоча наш приклад орієнтований на класичний мікроконтролер ESP32, з невеликими поправками у YAML-конфігурації, цей приклад можливо використовувати з будь-яким іншим контролером, який підтримується ESPHome та має на борту радіомодуль BLE.

Опис цієї частини проекту і сам YAML-файл конфігурації для створення прошивки ви можете знайти на нашому GitHub за посиланням:

https://github.com/iotdevicesdev/GGreg20_V3-BLE_Server-ESP32-ESPHome

У другій частині ми плануємо викласти приклад готового клієнтського додатку для ОС Android і розповісти як ми його розробляли і які функції заклали. Наразі процес дещо стримує процедура публікації додатку на Google Play.

Також у нас в планах викласти вихідний MIT AI2 “код” додатку у вільний доступ.

Київ. Україна. 2025 рік

ORCID: 0009-0002-6482-9419

Як могли помітити нові користувачі GGreg20_V3, зараз плата цього модуля постачається в чорному кольорі. Плата чорного кольору це вже мабуть десята генерація модуля GGreg20_V3. Ця версія плати отримала оновлену схему більш плавного регулювання високої напруги та обмеження її значень приблизно до 600 вольт.

Також модуль отримав дві наліпки. Перша з них, це наліпка Q.C. (контроль якості) на зворотному боці плати. Інша – VOID (гарантійна), на потенціометрі налаштування високої напруги модуля.

З тих пір як ми внесли ці зміни (а пройшло вже півроку), ми мали можливість поспілкуватися з Клієнтами стосовно оновлень і найчастіше вони розпитували нашу службу підтримки про наліпку VOID. Звісно ж, людей цікавить (а іноді навіть щиро обурювало), навіщо ми заборонили регулювання високої напруги модуля і що ця наліпка означає на практиці.

То ж розповімо про все по порядку.

За останній (2023-2024) рік нас непокоїла статистика раптових виходів з ладу модуля. Діагностика найчастіше вказувала на те, що причина скоріше за все у завищених значеннях високовольтної напруги. Це з часом обов’язково виводить з ладу компоненти модуля і навіть трубку Гейгера.

Саме тому, починаючи приблизно з вересня-жовтня 2024 року, ми внесли деякі покращення у наші внутрішні процедури вихідного контролю якості. Наліпка Q.C. наноситься на останньому з етапів вихідного тестування продукції.

Крім того ми вирішили додатково обмежити можливість порушення налаштувань потенціометра.

Оскільки модуль має дуже тонко налаштовуватися і ця частина модуля є аналоговою, налаштування потенціометра дуже легко порушити під час користування, струснути під час транспортування, тощо. Сподіваємося, що тепер наліпка VOID додатково фіксує налаштований нашими спеціалістами потенціометр.

Ця наліпка також є попередженням як для новачків, так і для досвідчених користувачів: не певен – не лізь.
Наша задача – зробити так, щоб всі, кому кортить змінити налаштування потенціометра спочатку пересвідчилися, що вони знають що роблять, знають як робити і які при цьому потрібно мати інструменти.

Тепер щодо випадків, коли дійсно потрібно налаштувати високу напругу. Нам відомий лише один такий випадок: якщо ви плануєте змінити трубку Гейгера і робоча напруга нової трубки значно відрізняється.
Наприклад, при заміні трубки J305 на SBM20 і навпаки, немає потреби змінювати налаштування модуля, адже рекомендовані напруги двох трубок майже однакові: 380В для J305 і 400В для SBM20. А от якщо потрібно замінити J305 на LND712, тоді дійсно треба налаштувати робочу напругу з 400В на 500В.

Як діяти, якщо все ж необхідно самостійно налаштувати потенціометр на іншу напругу? – запитують деякі з наших клієнтів.

Попередження!

На модулі є напруги, які можуть бути небезпечними для здоров’я та життя. Не порушуйте законодавство та правила поводження з електричними установками. Краще зверніться до спеціаліста, який має відповідні досвід та ліцензії.

Наші рекомендації такі:

1. Ознайомтеся з технічною нотаткою про початкове самостійне діагностування напруг на модулі GGreg20_V3.
2. Скористайтеся щойно отриманими знаннями (див. пункт 1) про правильне вимірювання напруг на модулі і проведіть вимірювання без зміни налаштувань потенціометра. При цьому переконайтеся, що ви користуєтеся відповідними інструментами для вимірювання і робите це так, як йдеться у нотатці.
3. Зверніться (електронною поштою) до нашої служби підтримки щоб повідомити, що ви плануєте змінювати налаштування. За потреби, отримайте консультацію від наших фахівців.
4. Регулюйте потенціометр до необхідного вам значення знявши наліпку VOID.

Висновки:

• З тих пір, як ми почали встановлювати наліпки Q.C. та VOID відповідно до вдосконалених процедур, ми не отримали жодного звернення щодо виходу з ладу модуля GGreg20_V3.
• Якщо потрібно замінити трубку SBM20 на J305, не треба змінювати налаштування потенціометра. Діапазони робочих напруг цих трубок Гейгера перетинаються. Просто зробіть заміну трубки.
• Відправляючи кожен модуль клієнту з наліпкою Q.C. ми тепер точно знаємо, що цей конкретний модуль був налаштований, а також кілька разів тривало перевірений (тестовий стенд накопичує статистику вимірів для перевірки роботи кожного модуля і трубки та їх стабільності) протягом години. І лише тоді наш фахівець дає дозвіл про відвантаження товару Замовнику.
• Тривале вихідне тестування роботи модуля також дозволяє виконати вибірковий  термальний контроль компонентів модуля.
• Гарантійна наліпка VOID на потенціометрі не обмежує ваших дій, як користувача продукту, а лише попереджає, що крутити потенціометр без відповідних знань та інструментів небезпечно. Порушуючи наліпку VOID користувач свідомо приймає супутні ризики.
• Якщо ви будете читати документацію та робити все відповідно, то і гарантійне обслуговування / ремонт / заміна вашому модулю GGreg20_V3 не знадобиться.
• Просто не знімайте наліпку VOID і не змінюйте налаштувань без нагальної потреби.

Оскільки на сайті та на Etsy під час замовлення кожен користувач може обрати одну з багатьох можливих варіацій комплектації GGreg20_V3, ми щороку проводимо такий аналіз, адже нас завжди цікавить, яких комплектацій потрібно мати на складі найбільше, щоб вчасно задовольняти потреби користувачів наших онлайн магазинів.

Також ми подумали, що потенційним покупцям також може бути цікаво, які  комплектації GGreg20_V3 замовляють інші радіоаматори найчастіше. І вирішили цього року опублікувати отриману статистику за минулий рік.

Комплектації доступні до замовлення:

Що ми знайшли цього разу

GGreg20_V3 Basic + J305 tube + Роз’єми (встановлені) та кабелі + Кожух3d

У більше ніж половині випадків користувачі замовили повну конфігурацію, до якої входить модуль, трубка Гейгера J305, та два кабелі JST-JST і JST-Dupont і захисний, друкований на 3D-принтері кожух.

SKU комплектації: ggreg20_v3_basic305_cabcas

GGreg20_V3 Basic + J305 tube + Роз’єми (встановлені) та кабелі

Майже чверть замовлень на додачу до модуля GGreg20_V3 містили трубку Гейгера J305 та кабелі. Вочевидь, кожух в цих замовленнях був або не потрібен, або Клієнт мав можливість роздрукувати його самостійно, адже STL-модель кожуха розповсюджується компанією IoT-devices безкоштовно.

SKU комплектації: ggreg20_v3_basic305_cab

GGreg20_V3 Basic + J305 tube

Дванадцять відсотків замовлень включали базовий модуль та трубку Гейгера J305. Дивно, що таких замовлень було лише 12.2%. Адже на нашу думку, це найоптимальніша конфігурація за відношенням ціна – корисність. Якщо потрібно заощадити, але отримати повністю готовий до роботи модуль, то ця варіація буде гарним вибором. 

SKU комплектації: ggreg20_v3_basic305

GGreg20_V3 basic

У більш ніж семи відсотках замовлень Клієнти замовили модуль GGreg20_V3 без додаткових опцій. Можемо від себе додати, що такі замовлення зазвичай мають на меті замінити наявний модуль лічильника Гейгера на GGreg20_V3. Користувачі нам повідомляють, що у них вже є трубка і потрібен лише модуль. Найчастіше базовий модуль без опцій замовляють радіоаматори, які знають що роблять. Також ми маємо багаторічних Клієнтів, які вже двічі, тричі і навіть вчетверте купували у нас модулі, за що ми їм дуже вдячні. Ми це цінуємо і дякуємо за довіру та підтримку.

SKU комплектації: ggreg20_v3_basic

GGreg20_V3 basic + Роз’єми (встановлені) та кабелі

Решта замовлень, а це майже п’ять відсотків, приходилися на конфігурації, що містять модуль GGreg20_V3 та кабелі. Добре, що ми зробили і таку варіацію, адже вона стала у нагоді значній кількості наших Клієнтів.

SKU комплектації: ggreg20_v3_basic_cab

Діаграма

Таблиця

Примітка. Зверніть увагу, що дані щодо заміни та ремонтів, що також іноді траплялися у 2024 році не входять до статистики, яку ми розглядаємо в даній статті.