Гамма-спектрометр с bluetooth

Автор: Maniak003
Опубликовано 06.09.2021
Создано при помощи КотоРед.

Некоторое время назад, подсел на разработку приборов для гамма-спектрометрии в домашних условиях из доступных по стоимости и добываемости комплектующих. Первые приборы на базе вакуумных ФЭУ показывали не плохие результаты, но на мой взгляд обладали существенным недостатком: значительными габаритами, во всяком случае как AtomFast их на пояс не повесишь. Да и потребление питания оставляло желать лучщего. Задался целью сделать малогабаритный прибор с низким потреблением и расширенной функциональностью доступной в мобильном исполнении. Сначала была идея использовать малогабаритный OLED:

Вполне рабочий вариант... Но после некоторого времени эксплуатации в реальных условиях, понял, что дисплеем практически не пользуюсь, ну и убрал его за ненадобностью. Изготовление печатной платы методом ЛУТ дало вот такой результат:

Кристаллы использовал NaI(Tl) и приобретал их в Украине. В результате из более чем 10 образцов в менее-более приличном состоянии оказалось всего два. Для себя решил, что выгоднее брать в Усолье наши Российские изделия. Гарантированное качество с приличным разрешением.

Это спектр ториевых электродов.

В качестве ФЭУ использую Sensl microFC60035. Процесс сборки пары кристалл и SiPM:

Схама прибора собрана на двух транзисторах...

Коробочка напечатана на 3D принтере из PETG пластика. Крайняя версия выглядит так:

Подключение SiPM и bluetooth модуля:

Проект не буду постить сюда, поскольку он постоянно изменяется. На https://github.com/Maniak003/DoZer лежит актуальная версия, там же есть Wiki https://github.com/Maniak003/DoZer/wiki с инструкциями.  Плата выполнена в kiCAD, ПО для stm32 в STM32Cube, приложение для Android -- в AndroidStudio, коробочка в FreeCAD. Вся работа сделана под Linux.

Из полезностей реализовано: Сглаживание гистограммы, компенсация по энергии для отображения спектра, вычитание или наложение фона на спектр. Сделано сохраненине события по превышению порога в отдельный массив. Что бы было понятнее приведу пример. Прибор включен и накапливает спектр, возникает ахтунг по одному из пределов. Данный факт виден в логе событий или на гистограмме поиска:

На картинке практически ничего не разобрать поскольку превышение уровня длилось всего 15 секунд. Нажимаем кнопку "History".

Уже намного лучше, попробуем включить сглаживание:

Сигнал с SiPM снимается непосредственно ADC МК, что по понятным причинам не очень хорошо. Выбросы УВХ компенсируются программно. Реализована (аппаратно) термокомпенсация за счет использования внешнего DAC. Потребление при отсутствии bluetooth подключения, отключенном светодиоде, динамике и вибро составляет 650 мкА. Использую Китайские аккумуляторы на 190мАч, хватает на 12-14 дней непрерывной работы. Модуль BT с Ali -- JDY-19. Предварительно его нужно настроить на 115200 бит/с, задать имя DoZer и настроить интервал опроса (broadcast interval) 1 секунда. Указывать имя необходимо для того, что бы работал поиск устройства во время сканирования при первом подключении. Так же можно задать MAC адрес вручную:

Некоторые параметры храняться в памяти прибора и все в конфигурационном файле на Android устройстве.

Для калибровки (сопоставления номера канала и энергии) нужно указать три значения, получить их можно используя интерфейс калибровки (кнопки "1,2,3,v" и "X" для отмены) или например в ПО BqMonitor. Файл в формате BqMon выгружается в каталог DoZer с именем состояшим из даты и времени.

Это прибор не продается, статья выкладывается исключительно с целью поделиться наработками и возможно привлечь заинтересованых в процесс разработки.

Файлы:
DoZer

Все вопросы в Форум.