Данный документ описывает известные ограничения аппаратной и программной частей самодельного дозиметра-радиометра на базе Arduino и ДП-5В, а также допущения, принятые при разработке алгоритмов измерения и обработки данных.
Измерения ионизирующего излучения основаны на регистрации отдельных событий (импульсов), подчиняющихся пуассоновской статистике.
Следствия:
- Высокая относительная погрешность при малом числе импульсов.
- Необходимость временного усреднения для получения стабильных показаний.
- Невозможность получения "мгновенного" точного измерения.
При малых значениях CPS показания носят ориентировочный характер, что отражается в высоком проценте статистической погрешности.
В прошивке реализовано два механизма, связанных с "мертвым временем", каждый со своими целями и ограничениями.
Этот механизм служит для фильтрации электрических шумов ("дребезга" или "хвостов") от аналогового тракта ДП-5В.
- Характеристики:
- Тип: программный фильтр.
- Значение: 20 мс (DEAD_TIME_US).
- Цель: обеспечить, чтобы одно реальное событие было посчитано как один импульс.
- Критическое ограничение: Установленное значение в 20 мс накладывает аппаратный потолок на максимальную регистрируемую скорость счета. Прошивка физически не может зарегистрировать более 1 / 0.020 с = 50 CPS. Любой уровень радиации, создающий больше 50 имп/с, будет измеряться некорректно.
Этот алгоритм математически корректирует измеренную скорость счета, чтобы компенсировать импульсы, пропущенные самой трубкой Гейгера на высоких мощностях дозы.
- Ограничения:
- Точность компенсации полностью зависит от правильности указанной константы TUBE_DEAD_TIME_S, которая должна соответствовать паспорту используемой трубки.
- Алгоритм корректирует только те данные, которые уже прошли через фильтр программного мертвого времени (т.е. не более 50 CPS).
3.1. Нижний предел
При низком радиационном фоне количество импульсов, регистрируемых за время усреднения, мало, что приводит к высокой статистической погрешности (>30%). Верхний предел измерений ограничен несколькими факторами:
- Программным фильтром: Как указано выше, текущая реализация не может измерить более 50 CPS. Это основной ограничивающий фактор.
- Точностью компенсации: Даже если увеличить пропускную способность программного фильтра, точность на высоких уровнях будет зависеть от правильности константы TUBE_DEAD_TIME_S.
- Физическим пределом трубки: При экстремальных уровнях радиации любой счетчик Гейгера входит в режим насыщения ("запирается"), когда показания становятся полностью недостоверными.
Коэффициент пересчета CPS в мощность дозы (CPS_TO_USVH):
- Является приближенным и сильно зависит от энергии измеряемого излучения.
- Должен определяться индивидуально для каждого экземпляра счетчика.
- Проведенная калибровка не является метрологически сертифицированной.
Точность накопленной дозы напрямую зависит от точности измерения мощности дозы в каждый момент времени. Все погрешности и ограничения, присущие измерению мощности дозы, со временем накапливаются в значении накопленной дозы.
На результаты измерений могут влиять нестабильность питания, электрические и радиочастотные помехи, а также температурный дрейф компонентов.
- Дисплей LCD 16x2 ограничивает объем одновременно выводимой информации.
- Отсутствует энергонезависимая память для хранения накопленной дозы после выключения питания.
- Отсутствует интерфейс для передачи данных на ПК (логирования).
Важно: Проект не является профессиональным или сертифицированным измерительным прибором.
- Допустимое использование: Учебные и демонстрационные цели, экспериментальные задачи, ориентировочный контроль и поиск источников ионизирующего излучения.
- Недопустимое использование: Радиационная безопасность персонала, медицинские измерения, принятие решений о защите жизни и здоровья.
Перечисленные ограничения являются осознанными и соответствуют целям проекта: простота реализации, открытая архитектура и воспроизводимость.
Для применения в ответственных задачах требуется:
- аппаратная модернизация;
- профессиональная калибровка;
- метрологическая сертификация.