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MTM07に出展されていた、ガイガーカウンターたち

 Make: Tokyo Meeting 07 では放射線測定器を中心に見て回りましたが、記憶の整理を兼ねて内容をまとめてみました。

 順序は原則撮影順、敬称は省略させていただきました。また、フォトダイオード(PD)を使っているものをガイガーカウンターと呼ぶのは、はばかられるのですが、そのへんはご容赦下さい。また、写真の下のURLは、原則としてMakeのプログラムに記載されていたものです。

▼radiation-watch.org
radiationwatch.orgさんのフリスク入り
http://www.radiation-watch.org
 フリスクのケースにPDで作ったセンサーを入れ、iphoneで表示するタイプ。ポケガという名前で販売されているようです。
 中央のアルミケースには、動作確認のデモ用に1μSv/hくらいの線源が入っているようです。(後で他のサイトを見たら、3μSv/hくらいの汚染土壌でした)

▼水島 徹
水城 徹さんのPD式
http://www2a.biglobe.ne.jp/mizuki/lifelog/
 こちらもPinフォトダイオードを使った物。マイクロコントローラを使ってとても小型に作られています。
 持参したバックグラウンドより3倍くらいの線量のウランガラスを測定してもらっているところです。

▼桜パーツ
桜パーツさんのガイガーカウンタ
http://sakuraparts.shop-pro.jp/
 いろいろな物が出展されている中にありました。βとγ線に感度があると書いてあるのでGM管だと思うのですが、型番はわかりませんでした。写真を拡大してみるとガラスのGM管みたいです。

▼air variable
Air variableさんのガイガーカウンター
http://airvariable.asablo.jp/blog/
 事前にブログにコンタクトしておいて、お邪魔しました。MTM07のガイドブックには書かれていませんが、松本 淳さんのテーブルです。
 ガラスのGM管です。高圧発生はMaximのリファレンスに載っている回路で、50Vの耐圧のコンデンサでコッククロフト。ちゃんとオペアンプでフィードバックがかかっていて、こういう回路、好きです。

▼ニコニコ技術部
ニコ技さんのガイガーカウンター
 鍵付スイッチがあったりして、さすがに本格的です。

▼きょうのかんぱぱ
きょうのかんぱぱさん、のガイガーカウンター
http://kanpapa.com/today/
 すごく細い金属製のGM管なので、感度はそこそこでしょう。でも、カラー液晶がめちゃくちゃ綺麗で、あこがれちゃいます。

▼P板.com
P板.comさんの、ガイガーカウンター
http://www.p-ban.com/others/geigercounter_top.html
 GM管のソケットが電球みたいになっているので、アルミの筒でβ線遮蔽が簡単にできるということでしょうか。

▼SAFECAST
BNC社のガイガーカウンター
 出展ではなく、会場内をSAFECASTの人が持ち歩いていた物です。
 これ、別の記事にも書きましたが、BNC社のSAM940というガンマ線スペクトロメータ。なんと3万ドルだとか。
 SAFECASTのサイトを覗くと、これに3インチの大型シンチを付けて測定している動画がありました。下の金属の円筒管の部分がセンサーで、取り外してサーベイするような使い方もできるようです。

▼ちっちゃいものクラブ
ちっちゃいものクラブさんの、ガイガーカウンター
http://tiisai.dip.jp
 GM管のJ408γとSBM-20を使ったガイガーカウンタの展示。ここでJ408γとSBM-20を各々3000円で売っていたので、SBM-20を一本買いました。

▼Hack for Japan
Hack for Japanさんの、ガイガーカウンター
http://hack4.jp
 ミノムシクリップでGM管(SBM-20)がつないであったので、持参したウランガラスでいたずら。(右下)

▼Tokyo Hackerspace
Tokyo Hackerspaceさんの、ガイガーカウンター
http://www.tokyohackerspace.org
http://www.dangerousprototypes.com
 ここもGM管はSBM-20でした。

【まとめ】
 PD方式の出展は少なかったです。またPD方式は得られるパルスのレートがものすごく低いので、近所の汚染場所のサーベイには不向きで、固定して使うような使い方が良いように思います。

 あと、シンチレータ方式の出展は無しでした。SAFECASTが持っていた物は別格ですが、

 エネルギー分析まで出来る物を作った人がいないか、と期待して近所の放射線量の高い土を持参しました。しかし、残念ながらそういう測定器を作った人は見当たりませんでした。

 会場には自作のガイガーカウンターを持って行って行きました。
4月に作ったガイガーカウンター
 これ、会社の人に見せると、「感度は校正されているのーー?」とか、「数値はどうやって読むんですか?」などの質問が必ず出て、説明に苦労します。しかし、MTM07ではそんな基本的な質問をする人は皆無で、もっと深いレベルの会話を楽しませていただきました。お相手していただいたMakerの方々に感謝します。

 なお、記載内容に誤りなどありましたら、修正しますのでコメント欄から連絡下さい。(メアドは記入不要です)

テーマ : ホビー・おもちゃ
ジャンル : 趣味・実用

ダイソーの万歩計(歩数計)の高速化-2011年秋編

 ガイガーカウンターを簡単に作る時に便利なダイソーの万歩計ですが、新型が出たということを、「1F近くの住民さん」から教えていただきました。そこで、さっそく手に入れて,高速化の特性を測定してみました。

▼新旧比較
ダイソーの万歩計、右が新型
 左が従来品、右が新製品(?)。パッケージのデザインが違いますが、リセットボタンが白いのが外観上の特徴です。

▼基板の電池面
ダイソーの万歩計、電池側
 特に変更は無いようです。赤と緑の線は特性測定のために引き出したものです。

▼部品面
ダイソーの万歩計、回路面
 パターンが改版されていて、上の方にエッチング文字で、MS6011-3L 2011-04-18という表示があります。今年の4月に設計されたもののようです。

 LSI以外の部品はC2のコンデンサと、Rというシルク印刷がある抵抗だけ取り付けられています。なお、Rは1.2MΩでした。

 万歩計の高速化改造では、抵抗のRを小さくします。その場合どんな特性になるか、今回は詳しくデータを取ってみました。

▼抵抗値 vs クロック周波数特性
抵抗 vs クロック周波数
 Rを6kΩまで下げるとクロック周波数は1MHzを越えます、オリジナルの定数の1.2MΩでは、20kHzなので、50倍の高速化が可能のようです。ちなみにこれ以上抵抗値を下げると表示がおかしくなります。

▼抵抗値 vs 消費電流
抵抗 vs 消費電流
 抵抗を下げるとクロックが上昇するので、消費電流は増加。

▼クロック周波数 vs 最大カウント速度
ダイソーの万歩計、クロック周波数 vs 最大カウント速度
 三点だけ測定して、近似直線を引いてみました。一直線に並んでいます。クロック周波数をkHzで表した数字を0.124倍すれば最高動作周波数を計算で求めることができます。

 あまりムリをすると、液晶のコントラストの悪化や、セグメント抜けが始まります。そこで、Rの値は10kΩ、つまりクロック周波数 1MHz、最高カウント速度120Hzあたりで使うのが良さそうです。
 これって、結局古いバージョンの性能と同じです。新型になって、もっと高速化改造ができれば良かったのですが・・。

 あと、旧型だと、単に抵抗をショートさせるだけで120Hzのカウント速度が得られたのですが、新製品では、抵抗を付け換える必要があるので、改造作業としてはちょっと面倒になりました。

 なお、この万歩計を高速化改造すると、液晶のドライブ波形に直流成分が発生し、それが原因で長時間動作させると、液晶が消えたり、セグメント欠けなどの不具合が発生する場合があるそうです。ほどほどの高速化に留めるか、使う時だけ電源が入るような使い方が良いと思います。

▼測定風景
測定風景
 ついでに測定方法を説明しておきます。

・万歩計のRの抵抗から線を引き出し、1MΩの半固定抵抗をパラに接続。
・抵抗値を変えて消費電流をテスターで、クロック周波数を周波数カウンターで測定。
・抵抗値は一旦電源を切って、そのままデジタルマルチメーターのLow-Powerレンジで測定。

 最高カウント周波数は、ファンクションジェネレーター(HP 3314A)で10パルスのバースト波形をマニュアルトリガで発生させ、ちょんちょんとトリガをかけながら、周波数を上げていって、ミスカウントが発生しない限界周波数を調べました。なお、ファンクションジェネレーターと万歩計への接続は、特にインターフェイス回路は設けず、インピーダンス50Ωでデューティ5%、1.5Vの電圧パルスを直接印加しました。

 あと、細かい話ですが、今回の新製品は電源ONの直後に短時間だけ液晶の全セグメントが点灯(つまり88888表示)するようになりました。液晶のコネクタの接触不良を最終検査で発見しやすくしたのでしょうか? 
 
 この万歩計の中の回路がどうなっているのか興味がありますが、今回の電源ONの時の挙動を見ると、どうもPICのようなもので作られるているような気がしてきました。

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GM管用の高圧安定化電源(測定編)

 引き続きGM管用の高圧電源作りの話。今回はある程度回路も固まってきたので特性測定を行います。

 以前の記事に対して、回路は少し変わり、こんな感じです。

▼回路図 (クリックで別窓に大きな図)
GM管電源回路
 コンパクトに書けない部品が多いので複雑そうに見えますが、実際はたいした規模ではありません。作図には水魚堂さんのBSchを使っていますが、部品エディタの使い方が判らないので、トランス付近は悲惨な状態になっています。 

 回路の変更点としては、U3/4をLMC6482からLM358に変更。性能ならLMC6482の方が良いのですが、消費電力を減らすためです。そろそろLM358から卒業したいのですが、用途によっては、今でもCMOSにバイポーラが勝ってしまうのが面白いです。

他には、電源分圧で作っていた基準電圧をLM385Z-2.5に変更。これに伴い、出力の分圧比変更。動作表示として、トランスに3次巻き線でLEDを点灯。5Vを秋月の5VのDDコンで発生。こんなところです。

 動作表示のLEDは5V電源で直接点灯させるのが簡単です。でも、回路がちゃんと動いていることの表示にしたい、ということ、でこの場所から電源を取りました。まあ、トランスに余っている巻き線があるのはもったいない、という貧乏根性が根っこにある訳ですが。

 ちなみに、このLEDは電源ONにした時少し明るく光り、C5の充電が終わる約0.2秒後、サーボが効くと少し暗くなります。注意して見ていると、サーボがかかっていることが確認できて具合がいいです。あと、このLED点灯のための消費電流の増加は0.3mAで、この図の極性で使った方が、僅かですが消費電流は少なくなりました。

▼ブレッドボード
ブレッドボード
 ご覧の通り、まだ試作段階です。

▼特性
特性
 負荷を変えた時の電源電圧に対する出力電圧特性(左)。と同じく消費電流特性(右)です。

 出力に何もつながない無負荷状態なら1.0V、100Ω負荷では1.2V以上の電源電圧があればフィードバックがかかり、電圧は安定化されています。この特性なら、単4のエネループ一本でぎりぎりいけそうな感じです。

 安定化状態の電圧は404.4Vで、さすがにオペアンプを使っただけあって、電源電圧が変わってもびくともしません。

 ちなみに、出力電圧はU3の出力(7ピン)の電圧を測定して分圧比から逆算しています。アンプのオフセット電圧などの誤差が入ってしまいますが、気にしないことにします。

 あと、実は50MΩ負荷でも測定したのですが、低い電圧でも動作するようにVR1で最大パルス幅を大き目に設定しているため、サーボがうまくかからない状態(途中で共振状態を通過するので、その山にひっかかる)になってしまいました。動作の安定性を考えると、あまり変なことはせずに、最大パルス幅は共振の影響を受けない10μS程度に留め、電池2本を使った方が良いのかもしれません。

▼出力電圧測定(U3の7ピンの電圧)
電圧モニタ
 5ケタ目がふらふらする程度まで安定化されていて、見ていて気持ちいいです。

 ちなみに、この状態の出力電圧は、2.4919V×100.62/0.62 = 404.41V、としてこの記事は書いています。実際には、抵抗の精度がこんなに出ていないはずなので、5%くらいの誤差はあるはずなんですけども・・・・。

 あと、実際にGM管を繋いだ場合、パルス数に比例した負荷がランダムにかかるのでこんなに安定した状態にはならず、ふらふらしながら平均値を何とかこの値に保つような動作になるものと思われます。

 ところで、100MΩの負荷までは何とか電源電圧1.2Vでいけそうな感じです。この負荷に匹敵するGM管のパルス数について検討してみます。条件をSBM-20の標準条件で考えると、

 A 1パルスで消費される電荷量:200μS×400V/5.1MΩ = 1.56E-8 C(クーロン)
 B 1秒間に100MΩで消費される電荷量:1秒×400V/100MΩ = 4E-6 C(クーロン)

 ということは、B/A=255なので、100MΩの負荷は255cpsに相当することになります。cpmでは15300cpm。線量への換算係数には諸説ありますが、1μSv/H=100cpmでざっくりと計算すると153μSv/Hということになり、一般人がこんな高線量の場所に遭遇するなんてまず考えられません。

 ということで、100MΩの負荷でOKなら、個人が使うガイガーカウンターの電源としては大丈夫、と思います。

▼まとめ
 高圧電源については、ドライブ周波数をどのあたりにすべきかという問題が残ってます。でも、「写るんです」のトランスを使った場合の挙動はほぼ把握できたように思います。

 あとは、最終的な目標である、おしゃれな小型ガイガーカウンター作りのためには、かっこいいケースを探さないといけないのですが、これが最大の難問です。

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