Что внутри у отечественного дозиметра?

Если вам интересно посмотреть на схемотехнику отечественного дозиметра и почитать некоторые размышления о его устройстве, прошу под кат!

Но сначала краткое

Введение

Когда-то давно я наткнулся в сети на форум кавесов с темой о том, что не надо трогать руками ^[1], и понеслось.

По работе часто приходилось копаться на складе со старой аппаратурой, да и дома было много всякого из дворового детства, что всегда вызывало некоторое опасливое любопытство.
Так я заразился радиофобией. Везде стали видеться радиоактивные компасы ^[2], выключатели с радием ^[3], контрольные источники ^[4] и прочая опасная муть.
Поэтому, после некоторых поисков и борьбы с земноводным, через знакомых был куплен дозиметр-радиометр МКС-05 Терра ^[5].
Благодаря ему я успокоил свою фобию, перепроверил всё-всё-всё. В итоге нашелся только один радиоактивный компас и одна, видимо, торированная радиолампа.

И всё бы хорошо, но функционал прибора меня перестал устраивать. Все показатели только на сегментном ЖК-экране, возможности выгрузить данные по накопленной дозе в компьютер нет, да и таскать на себе устройство даже в чехле не очень удобно. Хотелось чего-то более удобного.

И тут я увидел, что Даджет предлагает потестировать в том числе и дозиметр. Чем я и воспользовался.
Если вам не интересны некоторые субъективные впечатления об использовании прибора, то смело пропускайте этот раздел и листайте дальше, к картинкам с печатными платами.

Снаружи

Брелок приехал в немаленькой коробке:

Внутри было обнаружено следующее:

^[6]

В инструкции рекомендуют пользоваться кабелем из поставки, но отличий в работе с другими кабелями я не нашел.
Есть приложение, которое, собственно, и позволяет смотреть накопленную дозу и управлять брелоком.
Подробно его работа описана вот тут ^[7], поэтому останавливаться на описании приложения не буду. Выскажу лишь свои замечания.

У приложения два экрана. На одном устанавливается текущая дата, единицы измерения и пороги.
На другом можно посмотреть графики и накопленную дозу за определенный интервал времени.
И… а вот, собственно, и весь функционал.
Я бы на месте авторов реализовал как минимум возможность экспорта данных хотя бы в CSV (в смысле оставил бы её с первой версии программы), иначе всё это – просто красивая картинка.

Поскольку я улетал в отпуск, то хотел провести измерения дозы и брелоком и МКС-05. Но оказалось, что вернуться в статистике назад невозможно и поэтому данные о полете доступны только в годовом, а не в суточном графике.
Это было по пути туда.

По пути обратно я думал, что сделаю скриншот сразу после полета, но и тут мне не повезло: брелок начал глючить, периодически вырубаясь. Почему – не могу сказать, поскольку домашние замеры напряжения батарейки показали, что она в порядке (измерял под нагрузкой), а аэропортный колхоз:

^[8]

тоже почему-то не сработал, несмотря на то, что прибор исправно тикал.

Кстати, о тиках. Брелок удобно использовать как ходики, поскольку в ночной тишине он достаточно громко тикает на пятом (максимальном) уровне громкости.
При этом в полете он начал пищать по два раза (пороги были выставлены по умолчанию), чем сильно нервировал жену. Пришлось из кармана шорт переложить его в рюкзак, из которого его было почти не слышно.

Так что если планируете куда-то ехать и при этом мониторить радиационную обстановку, то либо смиритесь, что в случае чего будете ловить на себе взволнованные взгляды (террористы ведь не дремлют, ага?), либо придется вытаскивать батарейку, чтобы брелок заткнулся. Я бы сделал хотя бы одну кнопку, чтобы можно было изменить звуковые пороги без компьютера, всё равно брелок не герметичен.

Свой дозиметр я покупал давно и с тех пор ни разу не поверял (когда узнавал цену поверки, она была чуть выше стоимости нового поверенного прибора). Поэтому судить о том, насколько он врет, с полной уверенностью я не могу.
Однако, как видно на следующем фото (да-да, вы не ошиблись, 15 мкЗв и 0,008 мЗв (Терра показывает эквивалентную дозу в мЗв) совпадают, об этом далее), показания брелока и МКС-05 практически идентичны (к слову, включены приборы были в одно и то же время и МКС-05 был установлен в режим измерения накопленной дозы):

^[9]

Я наивно думал, что просто вытащив батарейку, я обнулю показания. Не тут то было:

^[10]

Пик на годовом графике — как раз полет на самолете (жаль, что к показаниям определенного дня нельзя вернуться). Просто до этого, видимо, была калибровка брелока. 9,3 мкЗв — это то, что выделено справа (более темная область). Поэтому условно можно считать, что 9,3 почти равно 8 :)

Друзей с контрольными источниками у меня нет, поэтому подтвердить точность измерений брелока не могу.

Кишочки

Вскрывается брелок достаточно легко. Первоначально я думал, что будут обычные боковые защелки, но в действительности половинки корпуса держатся на пластиковых штифтах, входящих в соответствующие им цилиндры.
Не сказал бы, что это наиболее ремонтопригодное исполнение, поскольку при вскрытии очень велика вероятность поломать штифты и тогда корпус уже не собрать без бубна клея.

При вскрытии обнаруживаются махонькая платка и крепеж батарейного отсека (когда вспомнил, что надо бы показать это хозяйство отдельно, было уже поздно, поэтому далее фото только разобранного девайса).

На лицевой стороне ничего примечательного:

^[11]

поэтому попробуем отковырнуть плату и посмотреть, что же внизу.

Просто так плату изъять из корпуса не получилось, пришлось немного погреть его обычной зажигалкой.

^[12]

Компаунд плохо отдирался в холодном состоянии, поэтому я опять же грел его немного пламенем и отколупывал пинцетом (на заметку разработчикам: товарищи, на вашем месте я бы залил всё чем-нибудь неотковыриваемым, чтобы реверсирующему брелок пришлось бы сошлифовывать компаунд по слоям, чтобы добраться до печатной платы).

После очистки плата предстает в нормальном виде:

^[13]

Немного потыкавшись в плату осциллографом и мультиметром в режиме прозвонки стало очевидно, что источником высокого напряжения, необходимого для работы счетчика является не что иное, как генератор Кокрофта — Уолтона ^[14]. Вооон та чудесная цепочка из конденсаторов и диодов сверху — он самый. Всё остальное — элементы схемы детектирования импульса.

Вот отдельно генератор:

^[15]

А вот так выглядит его схема (да, печально, я знаю, что не умею пользоваться GIMP-ом):

^[16]

Кстати о генераторе. Он, по всей видимости, рассчитан на очень малый ток потребления, поэтому даже обычный щуп осциллографа с мегаомным входом заметно его просаживает. Поэтому вместо максимальной амплитуды посмотрим на качество сглаживания напряжения:

^[17]

Полвольта пульсаций при высоком выходном — очень даже неплохо!

К сожалению (или к счастью для разработчиков) отыскать, что же является генератором импульсов для генератора Кокрофта — Уолтона, мне не удалось. Но это точно не микроконтроллер. Он всего лишь подсчитывает количество импульсов (сигнал с СБМ-а проходит через конденсаторную развязку и далее через несколько транзисторов, после чего попадает на два входа, к которым внутри микроконтроллера подключены компараторы). Зачем входа два и почему они запараллелены — я лично не понял. Возможно, гуру MSP430 могут подсказать.

Можно сделать предположение, что повышающий стабилизатор сделан на чем-нибудь типа LM2733 ^[18], поскольку корпус похож, да и по другим косвенным признакам это он, но вот маркировка на микросхеме (плюс у первой ноги и далее ABW) не позволяет говорить, что это именно LM2733. Вполне возможно, что это какой-то очень китайский аналог, который стоит в разы дешевле.

Сама схема детектирования импульса, по всей видимости, конструктивно схожа со схемой из этой статьи ^[19].

Вот так выглядит импульс с датчика после конденсаторной развязки:

^[20]

Источником излучения служил родной светящийся компас:

^[21]

Мне было интересно, чем же именно брелок обменивается с программой, поэтому я использовал USBPCap ^[22] и WireShark:

^[23]

^[24]

Но, поскольку в предыдущей статье была дана ссылка на протокол, разбирать посылки уже не имеет смысла.

Ну и напоследок, пара мыслей касательно брелока и его производства.

Плата четырехслойная. Судя по косвенным признакам, трассировка выполнена в P-CAD, хотя могу и ошибаться. На плате сверху и снизу присутствуют так называемые fiducials, или, по-нашему, реперные точки. Они нужны для автоматического монтажа. Их по три штуки с каждой стороны платы. Соответственно, набивка платы комплектующими — машинная, и далее пайка в конвекционной печи. К качеству пайки претензий нет, в трассировке тоже очевидных косяков не видно. СБМ-10, судя по всему, припаян вручную и лежит на токопроводящей губке. Провода (МГТФ-0,07, видимо) от батарейного отсека также ручной пайки, но это нормально (при ковырянии тоже отвалились, пришлось для питания припаять свои). Не знаю насчет заливания платы лаком — такого не замечено. В процессе мучения меня пару раз тряхнуло током, благо мощность совсем маленькая.

Очень радостно, что это именно отечественная разработка и у нас не разучились делать интересные и полезные вещи.
По моему мнению прибор имеет право на существование (ну да, допилить некоторые спорные моменты и будет вообще супер) и безусловно полезен! К тому же для читателей Geektimes Даджет дает 10% скидку по промокоду GEEKT-BR ^[25].

Спасибо, что дочитали этот небольшой обзор-разбор!

P.S.: Прошу прощения за качество многих фотографий, подчас мне была доступна только несколько, по-видимому, запотевшая камера моего телефона, о чем я узнал сильно позже выполнения фотографий. Также я делал фотографии платы через микроскоп и камеру Levenhuk, но их качество из-за объектива нашего МБС-10 еще хуже. Возможно, когда ко мне приедут макрокольца, я смогу сделать более адекватные фотографии платы.

Обо всех замеченных ошибках прошу писать в личку!

Автор: Karlson_rwa

Источник ^[26]