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盖格计数器电路


这个项目, 盖格计数器电路 from 1986, 

这项项目是一家Geiger计数器电路,从1986年显示了如何构建4000系列芯片的计数器。它的设计简单易于制作。

当然,您可以使用微控制器更换4000系列IC,并保持模拟高压部件,以实现非常紧凑的项目。

警告:此盖格计数器电路产生高电压(〜400V),这是极其危险的,因此不要尝试创建它,除非您在高电压中称职并知道如何处理它。



盖格计数器电路的执行摘要

提供了用于人体职业场所的离子化辐射水平的装置,包括在要监测的房屋的位置,外壳内的电离辐射传感器以及响应于辐射事件的响应,电源连续提供对所述辐射换能器的操作电位,定义监视间隔至少约5秒的时基,用于在连续的监测间隔期间累积计数的计数器,并且报警装置响应于监视间隔期间的累积计数超过表示a的预定阈值。如果在延长的时间内持续的情况下,电离辐射水平将使人类暴露于累积剂量超过被认为可接受的水平的累积剂量。

盖革计数器电路的背景

该设计涉及用于核辐射的监测装置,更具体地涉及用于监测α和β颗粒和γ辐射的人的暴露的装置。

核辐射检测仪器长期以来,并落入两个主要类别,利用电离和闪烁传感器。电离换能器又取决于入射辐射,导致气体或固体的电离,特别是在半导体中。最着名的电离检测器是岩土式电离管或地革命器,其是成比例的改性形式(含有电离室的气体,使得由入射辐射引起的电离导致雪崩效应由入射辐射引起的传导通过存在淬火蒸汽迅速淬火。

因此,与辐射有关的入射电离颗粒或电离事件将导致管道短暂地进行,产生电流脉冲或计数。可以测量通常持续几微秒的这种计数的生产速率,以提供辐射强度的指示。

这种计数器可以对整个电离核辐射的整个光谱敏感,无论是颗粒状还是电磁,还提供了辐射事件导致离子对的产生,所产生的输出与产生电离的辐射事件的类型和能量无关。

此外,这种管在辐射事件之后的“死亡时段”不起作用,哪个时段长于事件产生的脉冲。这些特性限制了可以通过这种装置测量的最大辐射水平,并且测量精度,因为随着辐射强度的增加,将错过越来越多的事件,并且设备最终将饱和。

此外,没有任何对能量或辐射类型的评估限制了许多应用中器件的有用性。由于能够提供更准确地表征入射辐射的电离室和闪烁计数器,因此传统的地革命器计数器倾向于除了作为升高水平升高水平的源的相当粗的便携式探测器之外的脱落。

盖尔橡胶管的另一个缺点是它需要一个相当井的调节的高压源来进行操作,并且这种源可以相当容易地设计成用于便携式操作的电池,而电池通过这种源漏极电池上的电流漏极是显着的。

辐射探测器通常用于应用相对昂贵和复杂的仪器的应用是必要的并且可以接受的应用,但是长期以来需要一种用于检测国内和商业环境中的升高水平的装置,其中放射性在任何内容高于正常背景水平是高度不受欢迎的。

在多年来,有各种方式的意识越来越多,在没有生活或在特定环境中工作的人意识的情况下可能发生这种升高的水平。例如,天然存在的氡气可以在不充分的通风地下室和低于等级水平的其他结构中累积,或者其他放射性物质可能在环境中由于缺陷的废物处理实践,天然存在的矿物质或来自远程核事件的空中辐射而导致的环境。

因此需要一种功能,类似于功能范围和具有与国内或商业烟雾探测器的功能相当的设备,可以永久地安装在国内或商业场所,以提供异常升高的辐射水平的警告,其维护可能构成使用房屋延长时期的人员健康危害。

目前可用的辐射检测装置并不适用于此目的。可用的仪器过于昂贵和复杂的是作为永久监视器,有希望成为远程可能性的,以及这种文书与传统的地理团柜台,如果自我供电,可以以这种方式完全不充分的电池寿命。 。

众所周知,各种辐射剂量计是众所周知的,但这些辐射剂量计是它们本身经常简单,仅在延长间隔内监测累积剂量,并且在大多数情况下需要定期更换和使用所用单元的特殊处理以恢复有用的信息。它们不会在特定位置提供升高辐射水平的任何直接指示。

令人惊讶的是,我发现在这种应用中非常有效的装置可以基于Geiger-Mueller管的使用,并且认为该技术的缺点是可以使不重要或成为积极的优势。由于仪器的主要目标是检测辐射水平,只有在正常背景水平上高于正常的背景水平,由于计数之后的“死亡”时期由于伯爵的次数不重要而存在的问题,而该管的能力是不分青红皂吐的能力。监测参数的积极优点是人类居住的适应性,仪器的目的是警告潜在的危险状态,而不是进行准确的测量。

响应的一致性和稳定性在这些条件下比绝对精度更重要,特别是由于电流辐射曝光限制基于最佳估计值。

盖格计数器电路的概述

根据该设计,提供了用于在人类占用的场所的房屋内的电离辐射水平的连续监测装置,包括在要监测的房屋内的位置,外壳内的电离辐射传感器以及响应于辐射事件的计数。 ,电源连续向所述辐射换能器提供操作电位,计数监视间隔至少约5秒的时间基,用于在连续的监测间隔期间累积计数的计数器,并且在监控间隔期间响应于累积计数的报警装置。代表电离辐射水平的预定阈值,如果在延长的时间内持续将暴露于超过认为可接受的水平的累积剂量的人。

优选地,电离辐射换能器是冰泥橡胶管,提供诸如数字读出的装置,用于指示最近的监控间隔期间入射辐射水平,并且监控间隔约为30秒。通过由缝合振荡器供给的升压变压器的输出的峰值整流提供了Geiger-Mueller管的有效电源。


图3:物理实现:通过监视器对于Geiger计数器电路的监视器的示意性剖视图



盖格计数器电路的描述

参考图1。图3是承载图1和图2中所示的部件的电路板2。如图1和2所示的小盒子4安装在一个小盒子4中,该小盒子4被紧固件5安装在待监测的位置,该盒具有用于多数七个段显示器8的窗口6。


图1:Geiger计数器电路的模拟电路

View larger image 这里.



图2:Geiger计数器电路的逻辑电路

View larger image 这里.


该系统的心脏是冰泥板GM(参见图2),其一个电极10施加来自图1所示的电源的400伏电位。另一电极通过电阻R4和R5形成的潜在分频器连接到地。当通过辐射事件形成离子对之后发生雪崩传导时,该潜在分频器限制在管GM中流动的电流,并且在通过辐射事件形成离子对,并且还使该电流在R5中产生足够的电压以触发A的时钟输入。多级计数器UL。

计数器UL可以是在CMOS技术中制造的集成电路,通常是行业标准4020.在图1的电路中使用的其他集成电路。 2也是4000系列CMOS单元。应当理解,可以使用提供等同功能的替代部件,但是CMOS逻辑的低功耗,便宜性和随机可用性的低功耗,便宜性和随机性是有利的。

级联另外两个类似的计数器U6和U8以形成与由晶体X1形成的时钟产生各种定时信号的时基,与栅极U5A和两个低值电容器C7和C8一起形成各种定时信号。门U7A,U2B和U7B位于计数器U6的输出之间和计数器U8的时钟输入,以便通过复位计数器U6提供适当的分割比。

在所示的示例中,其中晶体X1的谐振频率为3.2768MHz,计数器U8的输出Q14每半分钟大约一下一次,产生锁存使能和复位信号。复位信号不仅重置计数器U8,还重置了三十年计数器U3,以便重置显示器8。

后者从计数器UL接收到由管GM的后32个计数器的计数器UL的时钟信号,并通过连接到数字段的公共阴极的晶体管Q3,Q3和Q5驱动显示器8的数字DG1,DG2和DG3并且通过电阻器阵列RAL提供的适当负载电阻,通过BCD到七个段解码器U4连接到段阳极。

由栅极U5B产生的锁存使能信号是定时的,以便在栅极U7C生成的复位信号之前,其充分地使得从计数器U3能够在重置计数器U3和U8之前将计数从计数器U3传送到显示器。因此,显示器8在预定时段期间显示与管GM的计数相关的图。

这种形式的显示更新通常用于数字仪表,并且可以替换等效功能的任何排列。特别地,由于它们的低功耗,因此可以优选使用液晶显示器显示发光二极管显示器,并且这些是需要稍微不同的驱动电路。

选择更新间隔,也如下所述,监视间隔是一些重要的。间隔太短是不可取的,因为由于背景辐射的稍微随机性,并且存在短期辐射事件的可能性导致偶尔的高读数可能会导致可能触发误报的辐射发生的可能性不稳定的变化。

我相信监测间隔应至少约5秒,并且需要更长的间隔。另一方面,由于仪器的一个目的是提供保证,而且长时间都使得将仪器展示到潜在买家的仪器极其困难,并且可以为潜在买家展示这一点,并且可能为设备的印象提供极大的间隔没有做任何事情。

对于演示目的,三十秒间隔足够短,并且对于正常背景辐射波动,以提供仪器的读数的变化,这将提供仪器运行的保证。在一分钟内的间隔提供了用户对辐射危害的存在过度缓慢的反应。

来自栅极U7C的复位信号也应用于复位计数器UL和触发器U9A。 A和栅极U2A用于检测计数器U1的特定计数状态的验证,并响应于获得这样的计数以应用信号以设置触发器U9C。在该设置状态下,触发器在终端Q处产生输出,该输出在栅极U5C中,具有来自计数器U8的信号,以使其间歇性。

该间歇信号由PNP晶体管Q6放大,以驱动具有串联电阻器R6的发光二极管LED 1,以提供闪烁的警告信号,并且通过栅极U10a和U10b施加到由栅极U10C形成的振荡器施加到由栅极U10C形成的振荡器。陶瓷谐振器X2以便提供可听警告,可听警告通过从计数器U8导出并施加到栅极U10B的附加信号进一步调制。

Tute GM的电源如图2所示。通常,用于电池供电设备的高压电源利用利用铁氧体磁芯变压器的阻塞振荡器电路,通过整流变压器上的次级绕组的输出来获得高电压。

由于铁氧体磁芯变压器的尺寸小,并且需要大的匝数比,因此只能使用少数初级匝数。这导致高Q,低电感绕组,在兴奋时环。当次级上的电流绘制为低电平时,主要的高Q导致振荡器连续产生正弦波,该正弦波比输出传递更多的功率,导致操作效率低。

为了克服这一点,通过应用受控的反馈来实现对阻塞振荡器的类似效果,使振荡器以受控速率使振荡器使振荡器置于受控速率,其接通时间足够长,以便以所需的电压维持高压存储电容器。通过选择性反馈实现该控制。

晶体管Q2的集电极载荷是变压器Tx的初级绕组的一半,其匝数为约1:50。在接通时,少量基电流通过电阻器R3流到晶体管Q2。这导致晶体管接通和集电极电位以向地移动。

初级绕组的另一端处于对集电器的反相,通过电容器C4和电阻器R2反馈到Q2的基极,初级绕组设置在振荡中。振荡的频率是由来自次级电路的反射电容和电容器C4的效果改变的初级的自然频率,其阻挡反馈电路中的直流电流,而电阻器R2将反馈电流限制为节省能量的电平并限制振荡器振幅的构建速度。

Q2集电极处的振荡耦合到由二极管D2和D3形成的D.C.恢复器/峰值检测器电路。在负半周期期间,电容器C3通过D3充电到负峰值。在正半循环期间,电容器C3上的电荷升压正半周期,以便通过二极管D2对电容器C2充电到峰值到峰值。

虽然电容器C2充电到峰值,但电容器C4也在反馈线圈上产生的信号的平均值上充电,在使用6伏电源的示例中,在示例中,在6V上方稳定。输入级别。同时,电容器C2上的电荷构成,直到其上的电压超过齐纳二极管D1的齐纳电压。

一旦达到该电压,齐纳二极管导通,导致电流流到晶体管Q1的基部,这导致并因此禁用Q2。

电容器C4上的电荷驱动晶体管Q2负极的基部,使其关闭直到通过电阻器R2和R3衰减到晶体管Q2可以再次进行的点,导致进一步的循环开始。电阻器R1使电容器C2降低到D1的齐纳电压以下,直到从晶体管Q1移除底电流,从而将其切断并允许电流通过R2和R3返回到晶体管Q2的基极。

电容器C1允许平滑过渡。反馈电路将峰值保持振荡器常数的峰值峰值与作为参考作用的齐纳二极管保持峰值。齐纳二极管仅承载晶体管Q1的基电流,从而保持低电路的总功耗。

在辅电路中,电容器C5和C6和二极管D4和D5形成电压倍增器电路,该电压在该示例中产生所需的D.C。电位,400伏。选择C5的值作为高电压和良好调节之间的折衷。电容器C5的值越小,输出电压越高,反之亦然,而电容器C6的值越大,输出电压越高,电路中的功率损耗越大。

在使用中,仪器设有电源;通常,将使用电池,具有用于电源适配器PS的插头的传统规定,以避免电源供电时避免电池漏极。电源将启动并在C6上产生约400伏的电位,该电位施加到管GM。

通过将脉冲施加到计数器U1,管响应其在其包络内发生的辐射事件,这又向计数器U3提供缩放脉冲,并将预定计数的信号达到触发器U9a的设置输入,该触发器U9a被复位从栅极U7C复位信号。

通常,在实现预定计数之前将重置触发器和计数器U1,触发器U9a将不会达到设定条件,因此不会被激活发光二极管LED 1和蜂鸣器X2。当监测期间在管GM上电离辐射的平均发生率超过每年5个em的年度剂量等效于每年的5次的水平时,设置该装置使得计数器U1将达到设置触发器所需的计数在后者通过复位信号重置之前U9A。

在介入时段中,二极管LED1将闪烁,并且蜂鸣器X2将蜂鸣声,随着辐射水平的增加而变得越来越长。假设监测期为30秒,然后对于使用的管(APTEC(商标)eWh10),计数在5秒的时间相当于5 em的年度曝光为1856,并且显示器显示8将显示毫欧姆/小时的剂量率,0.57毫米尔/小时相当于5个REM /年。

虽然所描述的电路利用离散组件,但是应该理解,除了显示和报警指示的立即驱动器之外的所有功能可以通过适当编程的微型计算机芯片容易地实现。可以实现进一步的功能,例如多年期间的剂量累计,而是时间基数和显示器的存在意味着可以容易地实现时钟指示;事实上,该装置可以内置在壁钟中。

当仪器代表时,既不与常规仪器均衡辐射水平的常规仪器,也不是测量受试者累积辐射暴露的剂量计:相反,它提供了存在辐射水平的存在,如果持续,这可能导致受到监测房屋的人吸收过量的累积剂量。

通过添加累积计数器,可以将设备变成仪器测量累积曝光的仪器,在连续占用的长时间内,或者在便携式版本中,它可以用作个人剂量计。


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