Tutorial de Contador Geiger - Placa de sensor de radiación para Raspberry Pi
Contenido
- Manifiesto
- El tablero
- El tubo Geiger
- Tipos de radiación
- Tubos Geiger compatibles
- Fuentes de prueba
- Actuadores
- De CPM a Sieverts
- Código fuente
- Esquema
- Participa
- Comprar
- Enlaces y documentación
Manifiesto
La finalidad principal de la placa del sensor de radiación para Raspberry Pi es ayudar a las personas en Japón a medir los niveles de radiación en su vida cotidiana después del desafortunado terremoto y tsunami que azotaron Japón en marzo de 2011 y provocaron las fugas de radiación nuclear en Fukushima. Queremos dar la posibilidad de medir por sí mismos estos niveles en lugar de confiar en los avisos generales que se emiten. El uso de esta placa de sensores junto con la plataforma Raspberry Pi asequible y fácil de usar ayuda a las personas a obtener valores de radiación de lugares específicos.
Como técnicos, sentimos la responsabilidad de brindar nuestro apoyo en aquellas áreas en las que podemos contribuir. Como resultado, el primer lote se envió a Japón sin cargo al Tokyo Hackerspace y otros grupos de trabajo.
El diseño de la placa es hardware abierto y el código fuente se publica bajo GPL.
El equipo de Libelium. Abril de 2011.
El tablero
La placa de radiación tiene dos partes principales, el circuito de alimentación y el circuito de señal.
La parte de potencia se utiliza para proporcionar el voltaje necesario para el tubo ( 400V - 1000V ) y el circuito de señal se utiliza para adaptar la salida de pulsos del tubo y conectarlo a la entrada del microcontrolador.
Una vez que el tubo está encendido, podemos recibir los pulsos en el microcontrolador y contarlos, luego con un cálculo sencillo podemos obtener el valor de la radiación.
El código que usamos para la placa es contar pulsos durante 10 segundos, luego multiplicamos el número de pulsos por 6, por lo que obtenemos el número de pulsos por minuto (cpm) , luego, según la documentación de los tubos dividimos cpm por el factor de conversión del tubo (360 por defecto) y tenemos el valor de radiación en µSV / h .
Dependiendo del tubo que use, tal vez necesite cambiar el cálculo, debería probar con diferentes valores y comentarnos que el valor está funcionando mejor.
La electrónica utilizada en la placa de radiación se puede dividir en cinco partes:
- Fuente de alimentación de alto voltaje
Para la fuente de alimentación de alto voltaje usamos un circuito basado en un oscilador conectado a un multiplicador de voltaje hecho con diodos, transistores, resistencias y capacitores (ver esquema para detalles). Con este circuito conseguimos una potencia de 500V en el tubo. Hemos agregado una línea de diodos Zener conectados en serie que se pueden usar si necesitamos más de 500 V para alimentar el tubo. Agregaremos como voltios a la salida como voltios en los diodos Zener que agreguemos.
- Circuito de adaptación para la salida Geiger
El circuito de adaptación para la salida se basa en un transistor NPN, este transistor activará el pin de interrupción en el microcontrolador, este transistor también activa / desactiva el parlante piezoeléctrico y el indicador LED que genera la señal de audio / visual.
- Altavoz piezoeléctrico e indicador LED
El parlante piezoeléctrico y el indicador LED están conectados al circuito de adaptación, por lo que el LED parpadeará con cada pulso y el parlante sonará con cada pulso.
- Pantalla LCD
La pantalla LCD está conectada al microcontrolador usando el modo de 4 bits (4 líneas de datos además de las líneas de control RS, Enable y RW).
- Barra de LED
La barra de LED está hecha con cinco LED estándar, 3 verdes y 2 rojos. Estos leds están conectados a los pines digitales del microcontrolador con una resistencia en serie.
Conexión de la placa de radiación a Raspberry Pi
La placa está conectada a Raspberry Pi a través de Raspberry Pi a Arduino Shield Connection Bridge
Si la placa está conectada a Raspberry Pi, la energía se toma del pin de 5V. Los pulsos se pueden contar usando la interrupción en el pin digital 2.
El tubo Geiger
Un tubo Geiger-Müller consiste en un tubo lleno de un gas inerte de baja presión (~ 0.1 Atm) como helio, neón o argón (generalmente neón), en algunos casos en una mezcla de Penning, y un vapor orgánico o un gas halógeno. . El tubo contiene electrodos, entre los cuales hay una diferencia de potencial de varios cientos de voltios (~ 500 V), pero no fluye corriente. Las paredes del tubo son completamente metálicas o tienen su superficie interior recubierta con un conductor para formar el cátodo, mientras que el ánodo es un cable que pasa por el centro del tubo.
Cuando la radiación ionizante pasa a través del tubo, algunas de las moléculas de gas se ionizan , creando iones y electrones con carga positiva. El fuerte campo eléctrico creado por los electrodos del tubo acelera los iones hacia el cátodo y los electrones hacia el ánodo. Los pares de iones obtienen suficiente energía para ionizar más moléculas de gas a través de colisiones en el camino, creando una avalancha de partículas cargadas.
Esto da como resultado un pulso de corriente corto e intenso. que pasa (o cae en cascada) del electrodo negativo al electrodo positivo y se mide o se cuenta.
Tipos de radiación
- Alfa:
La radiación alfa consiste en partículas cargadas positivamente (+2) emitidas desde el núcleo de un átomo en proceso de desintegración. Estas partículas también son muy densas que, con su fuerte carga positiva, les impide penetrar más de una pulgada de aire o una hoja de papel. Debido a esto, las partículas alfa no son un peligro grave para la salud, excepto cuando se emiten desde el interior del cuerpo como resultado de la ingestión, por ejemplo, cuando su alta energía representa un peligro extremo para los tejidos vivos sensibles. Una forma débil de radiación ionizante detectable en algunos modelos de contadores Geiger, generalmente aquellos que incorporan una fina ventana de mica en un extremo del tubo Geiger-Müller.
- Beta:
La radiación beta consiste en partículas cargadas negativamente (-1) emitidas por un átomo en proceso de descomposición. Estas partículas son relativamente ligeras y pueden penetrar algo mejor que una partícula Alfa, aunque en el mejor de los casos solo a través de unos pocos milímetros de aluminio. Si se ingiere, la radiación beta puede ser peligrosa para los tejidos vivos. Una forma relativamente débil de radiación ionizante detectable en muchos contadores Geiger, que generalmente depende del grosor de la pared del tubo Geiger-Mueller o de la existencia de una ventana al final del tubo.
- Gamma:
La radiación gamma representa un extremo del espectro electromagnético, particularmente la radiación con la frecuencia más alta y la longitud de onda más corta. (Ese mismo espectro también incluye los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de radio más familiares, enumerados en orden de frecuencia decreciente y longitud de onda creciente de los rayos gamma). Los rayos gamma pueden atravesar prácticamente cualquier cosa, y están protegidos o absorbidos eficazmente sólo por materiales de alto peso atómico como el plomo. Los rayos gamma son producidos naturalmente por el sol y otros cuerpos en el espacio exterior, y su transmisión a la tierra se conoce como “radiación cósmica”. Un tipo de radiación ionizante muy potente y potencialmente muy peligrosa detectable en prácticamente todos los contadores Geiger.
Para más detalles:Contador Geiger - Tutorial de placa de sensor de radiación para Raspberry Pi
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