哥吉拉偵測器:一個復古的數位蓋格計數器

六月 24, 2014
Facebook
Twitter

图片

不論你有沒有聯想到福島的輻射煙羽還是大怪獸,也不管你有沒有率先在自家後院啟用釷能反應爐,最經典的莫過於美國國防蓋格計數器CDV-715Civil Defense CDV-715 Geiger)。它擁有一個絕佳復古造型外盒,以便裝載敏銳的數位制蓋格計數器。

1960年代的冷戰高峰期,美國生產了超過五十萬件的CDV-715離子盒輻射儀。在當時你可以在美國全域的輻射塵庇護所發現CDV-715的蹤影。在聯邦緊急事務管理署(FEMA)將CDV-71除役之後,這臺儀器淪落至供過於求的下場,讓一般人也買得起。不幸的是這臺勘測儀只能偵測高能量的伽馬射線,而後者通常只會在核彈攻擊或核能廠出事之後產生,因此這臺儀器沒有敏銳到能夠偵測平常的輻射。


當然,只要拆掉裡頭的舊電子零件,換上偵測阿法、貝塔、伽瑪射線用的新蓋格計數器的電路板,再加上類比數字式輻射儀的液晶螢幕,你就可以輕鬆地搞定這個問題。[pic] 第一行顯示的是CPSCounts Per Second ),它會在公制(mSv/hr)和英制(mR/hr)單位之間切換顯示大致的輻射等級。第二行則是能量儀表,提供一個視覺化的參考讓你迅速掌握目前的CPS大小。

图片

29期英文版Make內,我示範了要如何打造一個適用於以上程式的蓋格計數器電路板(麻煩參照makezine.com/projects/geiger-counter,先做出一臺之後再回到本次的專題進行細部改造)

我喜歡這個電路板,原因是數種在市面上買得到的蓋革彌勒計數管(GM tubes ),(只要它的適用電壓在400500V直流電之間)都能夠安裝在上面並正常運作。它可以搭配輻射資訊網(radiationnetwork.com)使用,你可以將你的觀測分享到全世界──在咱們的大蜥蜴引發了全球性的輻射恐慌之後。


所需零件:

美國國防蓋格計數器CDV-715: ebay上約35美元

類比數字式輻射儀ADM-01K型在Images Scientific Instruments 上定價為46美元

前端面板#FB-01型,來源同上。定價6美元

蓋格計數器工具包#GCK-02型,來源同上。定價65美元。不附蓋格彌勒計數管

蓋格彌勒計數管GMT-01 GMT-02GMT-06型,來源同上。GMT-01型是美國製的LND-712 計數管,可以偵測阿法、貝塔、伽瑪三種射線。

22號絞合型絕緣電線

旋鈕開關 Digi-Key 有販賣,型號可為CKM9487-ND 或同性質的物件

9V電池

9V電池扣

電線夾:塑膠製,3/8至1/2英吋,夾住計數管用

六角隔離柱:4個,3/4英吋

0-80機器螺釘:4個,長度1英吋

0-80螺帽:4個

所需工具:

焊接工具

鑽孔工具

標記工具

螺絲起子

人工樹脂或熱熔膠

專題步驟

步驟1:購買一個低價出售的CDV-715
因為你得把買來的CDV-715的內部電子零件全部清空,所以不需要在意它還能不能正常運作。甚至連儀表都不需要,畢竟你也得換上一個新的面板,並在上面安裝新的類比數字儀表。

步驟2:鑽孔

  • 從工具包中找出印刷電路板,並參照圖2-1鑽上五個孔(紅色標記處)。
  • 將電路板放在CDV-715的盒子底部,你得將它固定在那裡。然後參照你鑽出來的孔在盒子上標記同樣要鑽孔的地方,目的是用來安裝3/4英吋的六角隔離
  • 另外你還要替9V的電池座和蓋革計數管的支架鑽孔。針對蓋革計數管的支架,我所使用的是3/8英吋的塑膠電線夾(cable clip)。如果你是用 LND712計數管,那就試試看1/2英吋的電線夾。

步驟3:打造一個新的蓋格計數器

麻煩按照原文章的步驟製作一個蓋格計數器的電路板,但有以下幾個小地方要變更:

  • 不再需要喇叭的開關,它應該保持在ON的位置(或者你可以在外部製作一個音響開關)。
  • 用一個旋鈕開關取代S1開關(詳見步驟TK)。你可以焊接兩條9英吋電線在S1的位置,以便連接上要放置在外部的開關。端子臺也不需要,你可以直接將類比數字式儀表上的脈衝輸入(Pulse In)端焊接至其中一個「D」(digital output)焊墊上──它原本是用來焊接端子臺的。

步驟4:類比數字式輻射儀

  • 當我第一次進行這專題時,我試圖安裝我那可以顯示16×2字元的標準液晶螢幕,但它實在是體積太大,無法塞進原本的儀表空出來的位置。因此我設計了一個新的印刷電路板來當做類比數字式儀表,它使用了較小的8×2字元液晶螢幕。
  • 由於蓋格計數器資訊的顯示方式,在使用較小的液晶螢幕之後碰到新的難題。當我使用16×2字元的液晶螢幕時,我有足夠的空間在第一行顯示CPS,第二行根據公制和英制單位顯示相應的輻射等級,現在卻無法。而且我還想要取代現有的類比儀表。所以我並不滿意利用現有的類比儀表和其他電子零件去實際製作出這個效果,並決定創造一個屬於我自己的儀表。
  • 8字元的液晶螢幕沒辦法顯示英制單位,所以我使用了較短的公制單位。這樣我還剩下5個字元可以顯示輻射等級。這也適用於顯示CPS上,我還剩4個字元可以顯示CPS的數值,最高值便是9999,已經非常夠用。
  • 液晶螢幕的第二行專門當作類比的能量儀表。為了製作一個液晶螢幕的類比儀表,我寫了8個特化的字元編碼至液晶螢幕中,它們分別代表一個二進位數值:1248163264128。上方的圖表(表H提供了如何辨讀能量儀表的說明。透過這個資訊,我們得以從這個類比數字式儀表的第二行大致掌握CPS一個合理的值。它的範圍是1~2040
  • 從英制單位轉為公制單位
  • 如果你將跳線安裝至類比數字式儀表背面的2pin排針上,它就會從英制單位(mR/hr) 改為顯示公制單位(mSv/hr)。像這樣讓單位轉為顯示「Ms」以免超過8字元。至於CPS的辨讀方式則不管是公制單位還是英制單位都一樣。

步驟5:開始打造一個類比數字式儀表(上)


图片

由於液晶螢幕儀表是連接至蓋格計數器的主電路板並由它供應電源,因此你可以去除掉螢幕的印刷電路板上的一些零件,以便簡化構造。電源、背光照明開關S1以及S2都被移除並由跳線取代。而且因為這個印刷電路板從蓋格計數器面板上汲取5V的電壓,所以你還可以移除它上面的穩壓器U1以及輸入電容。現在,上面只剩下一些能夠讓儀表運作的零件了。

步驟6:開始打造一個類比數字式儀表(下)

  • 再來我們將跳線焊接在S1S2上,並將18針插座對齊PCB上的凹槽(如圖中的絲印輪廓)安裝並焊接好。如圖焊接一個10K電阻器,以及雙頭排針、電位計R2、二極體D1以及 0.1µF的電容器C1
  • 焊接9英吋長(約0.75公分)的22號絞合絕緣線至地線焊墊、+5V焊墊、以及脈衝輸入(Pulse In)焊墊上。如果你使用有顏色的電線,請分別使用黑色、紅色和白色電線。到這裡為止,你的類比數字式儀表應該要長得像圖5-1
  • 現在就只剩下將排針焊接至液晶螢幕,以及將寫好程式的晶片嵌入IC插座上了。將印刷電路板翻轉過來並將兩個8pin排針焊接上去。
  • 最後將液晶螢幕焊接在這兩個排針上。

步驟7:準備CDV-715的盒子和電源開關

  • 當你打開CDV-715 的盒子時,它會呈現得像圖6-1。請移除電路板、離子盒以及儀表板。記得留下儀表板的螺絲。
  • CDV-715原本有個旋鈕電源開關連接,因為它是整合在舊的印刷電路板上,所以它對我們的電路板已經沒有作用。我想要透過改造留下這個旋鈕開關,這樣才能讓整體的外觀保持跟之前一樣。請移除舊開關的固定物,然後鑽一個3/8英吋的孔讓新的開關能夠放進去。因為這個箱子太厚,我們無法在面板上使用螺帽固定開關。相較於製作一個新的支架放置旋鈕開關,我選擇將開關固定在原處。

步驟8:最後組裝(上)

將開關裝上之後,接下來就是整合整個元件了。請將舊的面板儀表換成新的面板,上面留有孔讓類比數字式儀表能夠安裝上去。外圍的三個孔用來校準盒子上的螺絲孔。我們利用四個0-80的機器螺釘和螺帽將這個類比數字式儀表固定在面板內部。

步驟9:最後組裝(下)

  • 最後,用4-40的螺帽將印刷電路板和3/4英吋的六角螺柱連接起來,並將電池扣和計數管固定在CDV-715 盒內。
  • 旋轉蓋格計數器:請打開蓋格計數器,如果在你附近有放射源,盡可能讓計數管靠近那裡。接著調整電位計R6直到你能夠聽見滴答聲並看見LED燈閃爍為止。每一次的滴答聲跟閃爍都代表計數管偵測到有阿法、貝塔或是伽瑪粒子通過(不過不是每次都會偵測到,這取決於計數管的敏銳度)。繼續調整R6類比數字式儀表的CPS計數達到最高點,然後就停止旋轉,不要讓它過頭。
  • 即使沒有放射源,大自然所釋放的背景輻射以及宇宙線仍會讓蓋格計數器有反應。在我居住的地方,在我使用LND-712的計數管的情況下,背景輻射每分鐘會觸發16-32CPMcounts per minute)。如果你的蓋格計數器每分鐘都會跳超過32CPM,你最好把R6轉回來一些,讓它的數值下降。如此一來,你就算是讓你的類比數字式蓋格計數器達到基準化了。
  • 最後,把盒子蓋上,然後你就可以按下開關到處偵測粒子通量了。

步驟10:更進一步

  • 你可以嘗試以下幾件事情更進一步改良這個改造過的蓋格計數器專題。就讓我們來看看有那些項目吧!
  • 在計數管附近鑽幾個孔或氣窗以提升它的敏銳度。金屬可以隔絕阿法射線並且減弱貝塔射線和伽瑪射線。如果你使用的是對阿法射線特別敏銳的計數管,像是LND-712,那麼就請在外盒鑽個1/2英吋的孔,以容納計數管上的雲母窗(mica window),這樣它就能夠和外部接觸。接著再將一個保護鏡裝在孔上以保護敏感的雲母窗,卻同時讓後者仍能夠接收到外部的阿法射線。
  • GCK-02 蓋格計數器的印刷電路板上裝個LED燈,讓它可以在每次偵測到放射粒子的時候閃爍。這個LED燈可以安裝在印刷電路板外部,然後放置在外盒頂部。
  • 同樣地,喇叭也可以連接並安裝在外部。
  • 重新為你的復古數位蓋格計數器漆上色,讓它有個後冷戰時期的風貌。


(譯:徐永為)
[原文]

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial