На практике металлоискатель представляет собой легкое, хорошо сбалансированное, чувствительное устройство. В течение первых нескольких минут после включения устройства может иметь место разбаланс нулевого уровня, однако через некоторое время он исчезнет или станет незначительным.
4.2.7. Индикаторы радиоактивного излученияВ последнее время участились случаи краж радиоактивных элементов с целью переправки за границу и продажи. Обнаружить этот смертоносный груз, даже если он хорошо спрятан в тайнике, помогают специальные приборы, именуемые детекторами, или индикаторами, радиоактивного излучения.
Ниже рассмотрим несколько простых схем таких приборов, пригодных для быстрого повторения и использования.
Индикатор бета- и гамма-излучения
На рис. 4.21 показана схема простою индикатора, фиксирующего даже слабые бета- и гамма-излучения. Датчиком (VL1) служит счетчик Гейгера-Мюллера типа СТС-5 отечественного производства, выпускаемый уже более тридцати лет.
Рис. 4.21. Индикатор бета и гамма излучения
Он имеет вид металлического цилиндра длиной около 113 и диаметром 12 мм.
Его рабочее напряжение 400 В. Из зарубежных датчиков можно использовать ZP1400, ZP1310 или ZP1320 фирмы Philips.
Прибор питается от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В и потребляет ток не более 10 мА. Напряжение -12 В для питания усилителя и высокое напряжение для питания датчика получают от преобразователя на транзисторе VT1. Трансформатор преобразователя Т1 намотан на броневом магнитопроводе диаметром около 25 мм. Обмотка 1–2 имеет 45 витков провода диаметром 0,25 мм, 3–4 — 15 витков того же провода, а 5–6 — 550 витков провода диаметром 0.1 мм. Начала обмоток на схеме отмечены точками.
Преобразователь представляет совой блокинг-генератор. Возникающие на обмотке 5–6 трансформатора Т1 импульсы высокого напряжения выпрямляет высокочастотный диод VD2. Обычные выпрямительные диоды здесь непригодны, так как импульсы слишком коротки, а частота их повторения слишком высока.
Пока излучения нет, на входе усилителя, выполненного на транзисторах VT2 и VT3, напряжение отсутствует и транзисторы заперты. При попадании на датчик бета- или гамма-частиц газ, которым он заполнен, ионизируется и на выходе формируется импульс, который возбуждает усилитель, и из громкоговорителя (телефонного капсюля) BF1 слышен шелчок, светодиод HL1 при этом вспыхивает.
Вне зоны облучения щелчки и вспышки светодиода повторяются через 1–2 с.
Это реакция датчика на космическое излучение и естественный фон. Если приблизить датчик к излучающему предмету (старым часам со светящимся циферблатом или шкале авиационного прибора времен войны), щелчки участятся и, наконец, сольются в сплошной треск, а светодиод будет светиться непрерывно.
Таким образом можно судить о частоте попадания частиц на датчик, а следовательно, об интенсивности излучения.
В приборе есть и стрелочный индикатор. Переменное напряжение, снимаемое с телефонного капсюля, через конденсатор С5 поступает на двухполупериодный выпрямитель на германиевых диодах VD3, VD4 (они могут быть любого типа).
Выпрямленное напряжение после сглаживания конденсатором С6 через переменный резистор R5 подается на микроамперметр (РА1). Сопротивление резистора устанавливают таким, чтобы при сильном излучении стрелка микроамперметра не зашкаливала, а при слабом — заметно отклонялась. При необходимости прибор можно проградуировать, сравнивая его показания с измерителем излучения промышленного изготовления. Прибор собран на печатной плате, помещенной в коробку размерами 150x90x40 мм. Датчик размещен в отдельном корпусе и соединен с прибором кабелем с разъемом.
Транзистор VT1 можно заменить на КТ630 с любым буквенным индексом, КТ315Б — на КТ342А. Светодиод может быть АЛ307, АЛ341. В качестве VD2 можно использовать два диода КД104А, соединив их последовательно. Диод КД226 можно заменить на КД105В. Телефонный капсюль следует выбрать с сопротивлением звуковой катушки не менее 50 Ом. Стрелочная измерительная головка может быть выбрана любого типа с током полного отклонения 50 мкА.
Индикатор ионизирующего излучения на микросхемах
Этот индикатор реагирует на суммарный поток ионизирующего гамма-, бета- и альфа-излучения и, несмотря на чрезвычайную простоту, достаточно надежен в работе. Схема индикатора состоит из преобразователя напряжения и узла измерения (рис. 4.22).
Рис. 4.22. Индикатор излучения на микросхеме
Преобразователь напряжения собран по схеме ключа, коммутирующего индуктивность L1 в цепи постоянного тока с выпрямлением и фильтрацией возникающей ЭДС самоиндукции. Задающий генератор с частотой около 700 Гц собран на элементах DD1.1, DD1.2. Поскольку генерируемые импульсы несимметричны, то для повышения экономичности используется, после инвертирования, более короткая отрицательная полуволна импульса. Выпрямленное диодом VD1 и отфильтрованное конденсатором С2 напряжение (около 380 В) через нагрузочный резистор подается на счетчик ионизирующего излучения Гейгера-Мюллера VL1. Необходимо отметить, что изменение выходного напряжения преобразователя, вызванное нестабильностью источника питания, мало влияет на точность измерений. В данном случае для счетчика типа СТС-5 изменение входного напряжения может составлять около 90 В.
Возникающие на резисторе R3 короткие положительные импульсы через буферный инвертор DD1.4 подаются на эмиттерный повторитель VT2. Конденсатор С3 служит для подавления наводок от генератора-преобразователя напряжения. Нагрузкой повторителя является динамическая головка ВА1 и светодиод HL1. Амплитуда импульса тока через светодиод и головку определяется внутренним сопротивлением источника питания и сопротивлением коллектор-эмиттер транзистора VT2. А так как управляющие импульсы с элемента очень короткие, то средний потребляемый прибором ток при естественном фоне определяется лишь током, потребляемым преобразователем напряжения. При повышении уровня радиации до 0,1 мР/час (и соответственно увеличении частоты импульсов) средний потребляемый ток возрастает, поэтому для большей экономичности динамическую головку переключателем SB1 можно отключать.
Узел измерения уровня радиоактивности представляет собой простейший аналоговый частотомер, собранный на элементах DD2.1. DD2.2. Индикатором служит микроамперметр РА1. Схема узла включает ждущий мультивибратор, управляемый импульсами с инвертора DD1.4. Точность измерений обеспечивается питанием схемы от параметрического стабилизатора VD3R11. Кнопка SB2 служит для переключения микроамперметра на контроль напряжения питания через гасящий резистор R10. Пределы измерения коммутируются переключателем SA1.2 путем коммутации времязадающих резисторов R6—R8.
Индикатор может быть собран как со схемой измерения, так и без нее. В последнем случае исключаются элементы DD2.1, DD2.2, РА1. Если использовать малогабаритные детали, а для определения уровня радиоактивности оставить только светодиод, то размеры индикатора не превысят- габариты двух батарей типа «Крона».
Счетчик VL1 может быть заменен на СБМ-10, СБМ-20, СБМ-21, СТС и др.
Транзистор VT1 — на КТ605, транзистор VT2 — на любой маломощный кремниевый соответствующей структуры. Измерительная головка РА1 типа М4205 с током полного отклонения 100 мкА (по может быть и любая другая с током полного отклонения не более 300 мкА). Катушка L1 намотана на двух сложенных вместе ферритовых кольцах M2000НM типоразмера К20х12х6 и содержит 200 витков провода ПЭЛШО 0,26 мм, индуктивность около 240 мГ.
Налаживание индикатора несложно. Прежде всего, необходимо собрать входной делитель вольтметра для измерения высокого напряжения (см. рис. 4.22).
Поскольку выходной ток преобразователя напряжения очень мал, используемый вольтметр должен иметь входное сопротивление не менее 10 МОм.
Подключив делитель к конденсатору С2, изменением сопротивления резистора R1 установите выходное напряжение около 380…400 В. Если прибор используется как индикатор, то настройка на этом заканчивается.
При использовании индикатора в качестве измерительного прибора, необходимо отградуировать стрелочную головку. При этом можно исходить из того, что зависимость числа импульсов на выходе счетчика Гейгера-Мюллера от уровня радиоактивности линейна. Если точно подобрать сопротивление времязадающих резисторов R6—R8, то откалибровать индикатор можно лишь в одной точке шкалы. Делается это так. Расположив индикатор рядом с датчиком образцового заводского прибора, определите уровень фона в данной местности. Допустим, он составляет 0,003 мР/час. Изменением сопротивления подстроечного резистора R8 установите стрелку РА1 на деление «30» (при шкале 0—100 мкА). На этом калибровка заканчивается. Здесь, однако, необходимо учесть одно обстоятельство. Из-за наличия у счетчика собственного фона, последний может внести погрешность при калибровке на поддиапазоне 0…0.1 мР/час. Поэтому, если есть возможность, калибровку лучше проводить при повышенных уровнях фона, но и в первом случае точность индикатора измерителя будет достаточной для практических измерений.
