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

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.

Методологія тестування

Для проведення вимірювань ми розробили спеціальний тестовий стенд на базі платформи Home Assistant. Центральним елементом системи був контролер Raspberry Pi Pico W з прошивкою ESPHome, який керував роботою модуля GGreg20_V3. Для точного вимірювання споживаної енергії ми використовували сенсор INA219, підключений до контролера NodeMCU / ESP8266 також з прошивкою ESPHome. У якості джерела живлення GGreg20_V3 ми застосували лабораторний блок живлення, який і задавав точний рівень напруги під час тестування. 

Оскільки модуль GGreg20_V3 підтримує широкий діапазон напруг живлення, щонайменше від 3.0 і аж до 5.5В, для того, щоб показати наскільки відрізняється результат тесту, ми взяли три найпоширеніших рівня напруги живлення: 3.3В, 3.7В, 5.0В. Такі напруги дають уявлення про те, яке буде споживання модуля під час живлення від:

• іншого контролера чи джерела з напругою 3.3В;
• літієвої акумуляторної батареї з напругою 3.7В;
• іншого контролера чи джерела з напругою 5В.

Важливо зазначити, що сенсор INA219 вимірював лише енергоспоживання модуля GGreg20_V3, тоді як контролери живилися окремо. Це дозволило отримати максимально точні дані.

Також відмітимо, що рівень напруги живлення з плином часу у межах 60 хвилинного тесту не змінювався. Тому не слід сподіватися, що ми виконали повну емуляцію, наприклад літієвої батареї, що розряджається під навантаженням і відповідно втрачає напругу з 4.2В до 2.5В на протязі тесту. І хоча, це був би дійсно корисний і цікавий дослід, ми вирішили настільки сильно не заморочуватися з цим.

Тестовий стенд

Програмне забезпечення на боці вимірювального сенсора спожитої електричної енергії на базі ESP8266 + INA219 з прошивкою ESPHome:

sensor:
  - platform: ina219
    address: 0x40
    shunt_resistance: 0.1 ohm

    current:
      name: "INA219 Current"
      accuracy_decimals: 5
      id: current_value

    power:
      name: "INA219 Power"
      accuracy_decimals: 5
      id: power_value

    bus_voltage:
      name: "INA219 Bus Voltage"
      accuracy_decimals: 5

    shunt_voltage:
      name: "INA219 Shunt Voltage"
      accuracy_decimals: 5

    max_voltage: 32.0V
    max_current: 3.2A
    update_interval: 1min

  - platform: integration
    name: "Total Energy Consumed"
    id: total_energy
    sensor: power_value
    time_unit: min
    accuracy_decimals: 5
    unit_of_measurement: "Wh"
    filters:
      - multiply: 0.0166666666666667

  - platform: integration
    name: "Total Current Consumed"
    id: total_current
    sensor: current_value
    time_unit: min
    accuracy_decimals: 5
    unit_of_measurement: "Ah"
    filters:
      - multiply: 0.0166666666666667

Цей фрагмент YAML-конфігу забезпечує всі необхідні дані для запланованого нами тестування модуля сенсора радіації GGreg20_V3 з точки зору споживання енергії під час роботи у нормальних умовах фонового випромінювання.

Процес вимірювання

Вимірювання споживання енергії проводилися щохвилини, з накопиченням даних за попередні періоди. Тестування тривало протягом години, що дозволило отримати значення реального споживання модуля GGreg20_V3 за 60 хвилин для кожної з трьох напруг живлення.

Платформа Home Assistant використовувалася для збору та фіксації даних з сенсорів. Вона також надала інструменти для створення наочних графіків споживання електроенергії.

Результати та висновки

Завдяки проведеному тестуванню ми отримали детальні дані про споживання електроенергії модулем GGreg20_V3 при різних напругах живлення. Отримані результати дозволяють користувачам оптимізувати енергоспоживання своїх DIY-проектів з використанням цього модуля.

Живлення напругою 3.3В

Живлення напругою 3.7В

Живлення напругою 5.0В

Узагальнені результати

Тестування споживання енергії модулем GGreg20_V3 проводилося протягом 60 хвилин при різних напругах за нормальних умов. Цикл оновлення вимірів INA219: 1 хвилина

Дата проведення: 27.08. – 31.08.2023

Під час тестування відхилень у вимірах рівня радіації не спостерігалося

Тестування проводилося з налаштуваннями модуля GGreg20_V3 за замовчуванням. Базер включений. Діод захисту Шотткі – встановлений. Синій індикатор живлення світиться постійно. Напруга живлення залишалася незмінною на протязі всього циклу тестування.

Додаток. Теоретичний графік розряду батарей

Ми також вирішили показати наочно теоретичний графік розряду при трьох різних напругах під час живлення модуля GGreg20_V3 від акумуляторних батарей різної хімії та ємності.

За основу для розрахунків ми взяли характеристики батарей, що є в інтернет:

Але звертаємо ще раз увагу, що цей графік є теоретичним припущенням і не враховує розряду реальних батарей під навантаженням у часі та зміни рівня напруги і струму споживання протягом розряду.

Про GGreg20_V3

Модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3 виробництва ТОВ “ІОТ-ДЕВАЙСЕС” (aka IoT-devices, LLC) є флагманським продуктом компанії, що знайшов своїх користувачів у більш ніж 30 країнах світу. 

По всьому світові радіоаматори застосовують GGreg20_V3 – створюють власні DIY проекти, навчаються та ставлять експерименти, пов’язані з вимірюванням радіації. 

Розробляючи цей продукт і удосконалюючи його з 2020 року, ми намагалися зробити модуль компактним, готовим до використання, сумісним з якомога більшою кількістю DIY платформ і систем, невибагливим щодо живлення, простим з точки зору програмування та гармонізованим за робочими характеристиками з різноманітними трубками Гейгера. 

А ще ми розробили низку прикладів та виклали їх на GitHub для різноманітних апаратних та програмних платформ як от Arduino UNO, ESP32, ESP8266, Raspberry Pi Pico W, NodeMCU, ESPHome, Tasmota, MicroPython, Home Assistant.

І ми, у IoT-devices сподіваємося, що наші Клієнти отримують чудовий користувацький досвід та справжнє задоволення, впроваджуючи цей модуль у свої проекти.

А також ми дякуємо кожному, що підтримали та обрали цей розроблений і виготовлений в Україні продукт. Ми це дуже цінуємо!

Ключові слова

Лічильник Гейгера 

GGreg20_V3

Тестування споживання електроенергії

DIY-проекти

Home Assistant

Raspberry Pi Pico W

ESPHome

INA219

NodeMCU

ESP8266

I2C

WiFi

YAML

Перш ніж розпочати

1. На компонентах пристрою небезпечна для людини напруга. Не порушуйте техніку безпеки та правила поводження з електричними установками.

2. Для збереження гарантії на пристрій, користувачам забороняється самостійно регулювати потенціометр. Щоб внести зміни у налаштування модуля, будь-ласка, отримайте спочатку дозвіл та інструкції від служби підтримки.

3. Звертаємо увагу, що у випадку, коли для вимірювання високої напруги на модулі GGreg20_V3 застосовується звичайні вольтметр (не такий, якого вимагає дана інструкція) виміри будуть не точними і небезпечними. Найчастіше, неточний вимір і налаштування призводить пристрій у неробочий стан, або виводить його з ладу. Мультиметр також може вийти з ладу.

Будь-ласка, не намагайтеся виконувати вимірювання високої напруги невідповідними інструментами. 

Звичайний вольтметр може показувати 150В, в той же час, як реальне значення напруги може сягати 600В, що гарантовано виведе модуль чи трубку з ладу. 

Також звичайний мультиметр може не мати необхідної швидкодії перетворення аналогових величин, які вимірюються.

Ну і на сам кінець, зверніть увагу, що вимірювання високої напруги проводиться на конденсаторі, тому не забувайте давати йому час, щоб зарядитися перед черговим виміром.

Початок роботи

1. Від’єднайте модуль від плати MCU та подайте живлення на модуль через відповідний роз’єм на модулі (BAT).

2. Огляньте плату детектора за допомогою лупи на наявність пошкоджених компонентів.

3. Перевірте вхідну напругу постійного струму блоку живлення Upower_supply, що подається на модуль. Вхідна напруга постійного струму повинна бути між 3,0 і 5,5 В. Потужність джерела живлення повинна бути не менше 5 Вт (1 ампер при 5 В).

4. Перевірте, чи правильно встановлена трубка J305 на тримачах. Увага! Електроди трубки та деяких інших компонентів можуть перебувати під небезпечною напругою протягом тривалого часу після вимкнення.

5. Увімкніть модуль датчика GGreg20_V3 без корпусу для доступу до точок діагностики.

6. Синій світлодіод світиться нормально.

7. Червоний світлодіод не блимає (зумер не пищить, імпульсів на виході немає, навіть з перемичкою).

1. Необхідні інструменти

Примітка: В якості альтернативи можна використовувати мультиметр з вищевказаними характеристиками. Однак осцилограф буде набагато ефективнішим для цього завдання.

2. Діагностичні дії

Мета: отримати дані про напруги:

• на точках живлення модуля (низьковольтна частина);
• на елементах високовольтної частини модуля.

2.1 Діагностичні точки

2.2 Вимірювання низької напруги

2.2.1 Переконайтеся, що рівень постійної напруги U5V в точці, показаній на рис. становить 5В +-5%.

2.3 Вимірювання високої напруги

2.3.1 Налаштуйте осцилограф і щуп наступним чином:

– Виберіть вхідний канал, встановіть режим на постійний струм, 10 вольт на поділку.

– Встановіть перемикач на щупі в положення 1:10.

– Частота дискретизації (кількість точок сигналу за одиницю часу): 1 поділка за 1 секунду.

– Увімкніть функцію фіксації миттєвих максимальних значень напруги.

2.3.2 Обережно підключіть вивід GND осцилографа до заземлення модуля. Для цього встановіть щуп GND (або припаяйте дріт) в точку «GND», показану на рис. Виміряйте щупом рівень напруги в точці, показаній на рис.

2.3.3 Зробіть кілька вимірювань U400V. Між вимірюваннями робіть паузу 5-10 секунд, яка необхідна для відновлення рівня заряду конденсатора. Спостерігайте на екрані осцилографа осцилограму розряду конденсатора вхідним опором осцилографі і виміряні максимальні значення напруги. Правильне значення напруги має бути наступним: 380 +- 40 вольт для трубки J305.

Попередження:

а) Напруга 400 вольт є небезпечною для людського організму.

б) Неточне розташування щупа осцилографа в точці вимірювання може призвести до пошкодження інших компонентів.

3. Збір даних спостережень та звітність

Повідомте нам в службу підтримки результати вимірювань (Upower_supply, U5V, U400V). Ми надамо додаткові інструкції.

Книга присвячена теоретичним основам та практичним експериментам з лічильниками Гейгера. В тому числі книга розглядає саме DIY лічильники, які розробляються радіоаматорами і є доволі популярними компонентами для ізноманітних IoT проектів.

Дякуємо за згадку в книзі наших проектів та компанії. Ми раді, що є частиною спільноти DIY-ентузіастів, які зуміли випустити свій власний продукт, що знайшов своїх користувачів у більш ніж 20 країнах по всьому світу.

Ознайомитися з книгою ви можете за посиланням на сайті Springer Nature.

За нашою статистикою, трубка J305 за поширеністю серед DIY проектів лічильників Гейгера поступається лише трубці СБМ20 радянського виробництва.

Втім, час плине, технології удосконалюються, змінюються ланцюжки постачання. Нові товари та компоненти невпинно займають свою нішу на полицях постачальників радіоелектроніки, поступово витісняючи з ринку тимчасові рішення, яким, по суті, була радянська трубка СБМ20 на ринку DIY-електроніки.

Якби нас попросили порівняти трубки СБМ20 та J305, ми б обрали для свого проекту J305, про що ми вже встигли зазначити у окремій публікації. Згадана стаття порівнює трубки J305, СБМ20 і LND712, з якими нам доводилося працювати, та з якими є сумісним за електричними характеристиками модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3.

Ця ж публікація оповідає про трубку J305, як найближчу та найкращу, на наш погляд, альтернативу трубці СБМ20. Ми розглянемо, як розрахувати коефіцієнт перетворення кількості імпульсів на хвилину трубки J305 у значення мкЗв/год – еквівалентної дози радіації, поглинутої тілом людини.

У інтернет масово публікуються дані, що коефіцієнт перетворення для трубки Гейгера J305 дорівнює 0,00812.

0,00812

Як і у випадку з трубкою СБМ20, нам довелося старанно шукати в інтернет першоджерело такої інформації. На відміну від розслідування щодо коефіцієнту для СБМ20, наші пошуки щодо даних на J305 завершилися успішно та привели нас до першоджерела появи поширеного коефіцієнту 0,00812.

Але не будемо забігати далеко вперед і викладатимемо все по-порядку.

Наведемо загальні технічні характеристики трубок, щоб ми могли підглядати, вивчаючи наведені далі за текстом розрахунки.

Трохи формул і розрахунків

Як і для трубки СБМ20, для трубки J305 процедура розрахунку буде такою ж. 

Зробимо розрахунки для J305, спираючись на дані виробника.

Швидкість реєстрації подій трубкою J305 при 1 мкР/год від джерела Co-60, складає 44 імпульси на секунду;

1. Запишемо початкові дані з даташит виробника. Імпульси на секунду при 1 мР/год:

44 імп/с / мР/год

2. Перетворимо в імпульси на хвилину при 1 мР/год:

44 * 60 = 2640 імп/хв / мР/год

3. Перетворимо в імпульси на хвилину при 1 мкЗв/год:

2640 / 10 = 264 імп/хв / мкЗв/год

або

264 імп/хв = 1 мкЗв/год

або

1 імп/хв = 1:264 мкЗв/год

4. Розрахуємо значення одного імпульсу на хвилину:

1 / 264 = 0,00378

Таким чином, якщо нам потрібно перевести імпульси, зареєстровані трубкою J305 протягом хвилини у мкЗв / годину:

Все було б добре, і на цьому можна було б припинити розрахунки. Але щойно отриманий нами коефіцієнт

0,00378

дає нам значення експозиції, яке реєструє лічильник Гейгера. А нас насамперед цікавить, яку еквівалентну дозу радіації поглине людське тіло.

Тому переходимо до наступної частини розрахунків.

Для того, щоб оцінити еквівалентну дозу поглинутої енергії людським тілом у науці застосовують так звану модель фантому людського тіла, для якої розраховують певні коефіцієнти перетворення одних величин в інші.

Якщо вам цікаво прочитати теорію з цього приводу, можемо порадити ознайомитися ось з цією публікацією:

https://web.archive.org/web/20230402162906/https://www.automess.de/en/service/radiation-quantities-and-units

А ми переходимо до виведення коефіцієнту перетворення CPM трубки в еквівалентну дозу поглинутої радіації у мікрозіверт на годину з урахуванням фантомної моделі людського тіла.

Почнемо розрахунок з коефіцієнту, який надає виробник у документації: 44 імп/с на 1 мР/год Co-60.

Чутливість J305 до gamma-променів: 44 CPS / mR/h

1. Перетворимо імп/с у імп/хв при 1 мР/г (у нас вже є це значення, але ми наводимо ще раз його розрахунок для зручності читача):

44 * 60 = 2640 імп/хв / мР/год

2. Перетворюємо імп/хв при 1 мР/г у імп/хв при 1 Р/год:

2640 * 1000 = 2640000

3. Знаходимо значення дози експозиції R/h при 1 імп/хв:

1 / 2640000 = 0,0000003787878788

4. Знаходимо air-kerma (Ka, kinetic energy released per unit mass / in matter):

Рівняння має наступний вигляд: 

Ka [Gy] = 0,00877 [Gy/R] x exposure [R]

де 0,00877 – коефіцієнт поглинання дози радіації людським тілом на фантомній моделі під впливом фотонних енергій 100 keV – 3 MeV 

Примітка. Звідки береться рівняння air-kerma і коефіцієнти, див. за посиланням: https://web.archive.org/web/20230402162906/https://www.automess.de/en/service/radiation-quantities-and-units

0,00877 * 0,0000003787878788 = 0,000000003321969697 Ka[Gy]

5. Перетворимо Ka[Gy] у Ka[uSv] (тобто перейдемо від Грей до мкЗв):

0,000000003321969697 * 1000000 = 0,003321969697 Ka[uSv]

6. Виконуємо перевірку і знаходимо обернене значення:

0,003321969697 ^(-1) = 301,0262258

Таким чином, формула еквівалентної поглинутої дози тілом людини радіації для трубки Гейгера-Мюллера J305 з гамма- чутливістю по Co-60 44 cps / mR/hr наступна:

де 

0,00332 мкЗв/год – ціна одного відліку, імп/хв;

CPM – кількість відліків (подій) за хвилину, зареєстрованих трубкою Гейгера.

Щось тут не так

Добре, скаже пильний читач, а де ж число 0,00812, про яке йшлося на початку розрахунків!?

Ви маєте рацію! Ми теж були здивовані: у результаті обчислень у нас вийшло, що коефіцієнт дорівнює 0,00332, але очікувалося, що розрахунок має вийти на значення 0,00812. Тобто зовсім інше число коефіцієнту перетворення CPM у мкЗв/год. 

Ми почали шукати в інтернет і таки знайшли.

Як виявилося, більшість прикладів налаштувань для трубки J305 просто посилаються одне на одного, та ми таки відшукали звідки взявся цей коефіцієнт.

За посиланням (або ось тут, у PDF на сайті Libelium) ви знайдете документ з наступними даними:

“…The current version of the pack comes with the J305ß Geiger tube which detectes Beta and Gamma radiation.
Specifications:
Manufacturer: North Optic
Radiation Detection: β, γ
Length: 111mm
Diameter: 11mm
Recommended Voltage: 350V
Plateau Voltage: 360-440V
Sensitivy γ (60Co): 65cps/(µR/s)
Sensitivy γ (equivalent Sievert): 108cpm / (µSv/h)
Max cpm: 30000
cps/mR/h: 18
cpm/mR/h: 1080
cpm/µSv/h: 123.147092360319
Factor: 0.00812037037037…”

На цей текст всі посилаються і немає ніякої можливості перевірити зазначені дані, адже сайту такої компанії-виробника як North Optic не існує.

Найбільше дивує те, що респектабельні ресурси також публікують (чи дозволяють це робити) цей коефіцієнт без позначки “Увага! Ніхто не знає, звідки він взявся”.

Примітка. Будь-ласка, якщо у вас є інформація, як зв’язатися з North Optic, або пояснення щодо надійності застосування коефіцієнту 0,00812, напишіть нам. Заздалегідь щиро вдячні.

Як можна бачити, вихідні дані виробника North Optic, дуже сильно відрізняються від тих, які наразі надають разом з трубками китайські виробники.

Наведемо для порівняння наявний у нас даташит для трубки J305 glass. Саме такими трубками ми комплектуємо модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3:

Рис.. Характеристики трубки J305 з даташит виробника

Зважаючи на знайдені нами матеріали, принаймні стає зрозуміло, звідки береться числове значення коефіцієнту перетворення 0,00812.

Ось подивіться, з математичного боку все дуже просто:

[18 CPS / mR/h] x 60 / 8,77 = 123,1470923603193

1 / 123,1470923603193 = 0,0081203703703704

Тут ми одразу застосували швидку формулу і отримали значення коефіцієнту перетворення 0,00812 для трубки, чутливість якої немов би 18 CPS / mR/h. 

І дійсно, якщо прийняти в розрахунках, що трубка має чутливість 18 CPS / mR/h, тоді коефіцієнт має бути саме 0,00812.

Але та трубка J305 випуску 2022 року, яку у 2023 році продають постачальники через Alibaba, і яку ми тримаємо у своїх власних руках, має абсолютно інші властивості, що заявлені виробником у даташит: 44 CPS / mR/h.

Висновки

Ми навели повний алгоритм дій і показали, як розраховується коефіцієнт перетворення CPM у еквівалентну дозу поглинутої людським тілом радіації (uSv/h) для трубки Гейгера, як-от J305.

Також ми розглянули два варіанти значення коефіцієнта перетворення. 

Перший – це той, що ми розрахували, спираючись на дані у даташит: 0,00332. 

Другий – це той, що всі застосовують: 0,00812

Який саме коефіцієнт перетворення вам краще застосовувати – вирішувати вам.

Приклади для ESPHome

Нагадаємо, що модуль GGreg20_V3 є сумісним з обома трубками: SBM20 та J305.

На нашому GitHub ви знайдете кілька прикладів конфіг-файлів побудови прошивки ESPHome, як для трубки SBM20 так і для трубки J305. Відмінність лише у кількох коефіцієнтах цих трубок:

• коефіцієнт перетворення трубки CPM -> uSv/h;
• коефіцієнт компенсації внутрішнього шуму трубки (для випадків, коли вона застосовується).

Наразі ESPHome є доволі поширеною та популярною платформою з широкою підтримкою різноманітних мікроконтролерів, як-от ESP8266, ESP32, RaspberryPi Pico W, та інші. Саме через це, більшість прикладів у наших репозиторіях на GitHub спрямовано та засновується на прошивці ESPHome і сервері Home Assistant.

Де замовити GGreg20_V3

Ви можете замовити модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3 на нашому сайті, а також на одному з наших електронних майданчиків:

• Онлайн магазин: go.iot-devices.com.ua/shop
• Магазин Etsy: go.iot-devices.com.ua/etsy
• Магазин Tindie: go.iot-devices.com.ua/tindie

У випадку замовлення, модуль GGreg20_V3 комплектується кількома додатковими опціями на вибір. Серед яких:

• трубка Гейгера J305
• кабелі для підключення до MCU
• захисний 3д-друкований пластиковий кожух для GGreg20_V3

Також зверніть увагу, що на нашому сайті також можливо замовити модуль універсального контролера ESP12.OLED_V1 (на базі ESP8266).

Обидва ці модулі є достатніми, щоб побудувати саморобний лічильник Гейгера з дисплеєм:

[GGreg20_V3] + [ESP12.OLED_V1] = [DIY Geiger counter]

Сподіваємося, що ця та інші наші публікації були корисними і цікавими.

Бажаємо успіхів!

Team IoT-devices, LLC

Протягом двох місяців ми зібрали і проаналізували статистику для пілотної партії доброчинного продукту GGreg20_ES – Epoxy souvenir Geiger counter та дійшли висновку, що ми можемо значно знизити ціну на цей чудовий виріб. Що ми сьогодні і зробили.

Решта параметрів проекту залишаються незмінними. Нагадаємо, що в рамках проекту ми вилучаємо з ринку неробочі трубки Гейгера та направляємо половину прибутку від продажу GGreg20_ES на оборонні та благодійні проекти в Україні.

Тож запрошуємо замовляти GGreg20_ES за новою ціною на нашому сайті та на майданчику Etsy. Зауважте, що на Tindie замовлення тимчасово недоступне, адже наш магазин Tindie переїжджає в США. Слідкуйте за новинами та оновленнями на нашому сайті з цього приводу.

Також звертаємо вашу увагу, що в наших магазинах до кінця року діють святкові знижки.

Бажаємо успіхів!Команда IoT-devices, LLC

Як учасники ринку DIY IoT ми бачимо, що одні й ті самі несправні чи виснажені трубки Гейгера СБМ-20 перепродаються з рук в руки по кілька разів, адже ніхто не хоче втрачати потенційний прибуток.

Ми нещодавно виклали відео на наш канал на Youtube де показуємо, як працює дефектна трубка СБМ-20.

На жаль, таких трубок на ринку ще є велика кількість. Адже трубки ще радянських запасів розходяться країнами Заходу і потрапляють в пристрої тисячів радіоаматорів.

Саме тому ми взялися робити з них сувенір: сувенірний лічильник Гейгера.

Також ми вирішили передавати половину прибутку, отриманого в рамках цього проекту, на благодійність та підтримку оборонних проектів в Україні.

Тож придбавши собі сувенір, ви допомагаєте очистити ринок від недобросовісних комерційних пропозицій.

Ви приймаєте участь у ініціативі підвищення якості аматорських рішень на глобальному рівні та донатите в Україні.

Замовити сувенір можливо у нас на веб сайті або на Tindie:

Website: go.iot-devices.com.ua/souvenir-geiger-counter

Tindie: go.iot-devices.com.ua/ggreg20_es_tindie

Детальний опис проєкту:

hackaday.io/project/193237-ggreg20es-souvenir-geiger-counter

github.com/iotdevicesdev/GGreg20-EpoxySouvenir

Основні особливості цього прикладу конфігурації в порівнянні з нашими попередніми:

• враховано і підтримується два типи трубок: J305 та SBM20. Користувач може перемикатися між двома типами трубок за допомогою зручного селектора для розрахунку значень безпосередньо під час роботи, через фронтенд, наприклад, через віджет інформаційної панелі “Home Assistant”.
• було враховано та запропоновано режим компенсації внутрішнього шуму трубки Гейгера. Цей режим також можна перемикати безпосередньо під час роботи через фронтенд.
• розрахунок компенсації внутрішнього шуму також враховує ситуацію, коли кількість імпульсів недостатня для компенсації. У цьому випадку компенсація не виконується. Зверніть увагу, що наш приклад містить коефіцієнти, надані виробниками трубок Гейгера: для J305 – 0,2 імпульсу на секунду; для SBM20 – 1 імпульс на секунду.
• конфігурація створює окремий текстовий датчик, який автоматично показує поточний стан відповідно до рівня радіації: нормальний / попередження / небезпека.
• текстовий датчик стану також підтримує ситуацію, коли від модуля GGreg20_V3 не надходять імпульси. У такому випадку цей датчик матиме значення “помилка сенсора”..

https://github.com/iotdevicesdev/RPi-Pico-W_GGreg20_V3-ESPHome