LA RADIOATTIVITA' RILEVATA NELLE STAZIONI CAMTEF
Autore : Rech Marzio 2011
Foto del Sensore all' ITIS Negrelli (Feltre)
Foto del Sensore a Malga Campet (M.Avena)
Il Contatori Geiger del CAMTEF installati a Feltre presso l'ITIS L.Negrelli e sul M. Avena presso Malga Campet rilevano la Radioattività della Vallata Feltrina rispettivamente nella conca e sul versante Nord ad una quota di 1410 m s.l.m.
Lo scopo dei contatori è quello di fornire una indicazione del flusso delle RADIAZIONI IONIZZANTI presenti nell'atmosfera che circonda la vallata consentendo quindi di valutare se vi sono variazioni rispetto alla Radioattività naturale di fondo.
La prossima attivazione del Contatore Geiger sul M.Tomatico completerà le stazioni di rilievo interessando quindi anche il versante SUD ad una quota di 1700 m.
Il tipo di radiazioni rilevato è essenzialmente dovuto ad emissioni del tipo 'fotonico' cioe' raggi Gamma. I grafici della radioattività pubblicati dal CAMTEF riportano semplicemente il numero di Ionizzazioni (dato grezzo) registrate dai Tubi Geiger ad ogni minuto.
La pubblicazione del valori avviene con cadenza oraria, mediando i dati rilevati con finestre temporali di 120 sec.
L'unità di misura viene quindi espressa in c.p.m. (colpi per minuto)
NON viene fatta alcuna conversione verso dose equivalente in microRONTGEN/h o µSv/h !
INFORMAZIONI SENSORE RADIOATTIVITA'
Il
sensore di radioattività impiega
due tubi GEIGER MUELLER di produzione
Russa modello CBM20.
L'impiego di un doppio tubo, aumentando la superficie di cattura delle radiazioni ionizzanti, aumenta la sensibilità del sensore in termini di impulsi (ionizzazioni) per min
L'impiego di un doppio tubo, aumentando la superficie di cattura delle radiazioni ionizzanti, aumenta la sensibilità del sensore in termini di impulsi (ionizzazioni) per min
Caratteristiche principali del tubo CBM20 :
GAS DI RIEMPIMENTO : Ne-Br2-Ar
FILTRO : In acciaio Inox con spessore di 50 µm e densità di 40 mg/cm²
INTENSITA' RAGGI GAMMA : Da 4 nR/h a 4.1 µR/h
TEMPO MORTO a 400V : 190µs
GAS DI RIEMPIMENTO : Ne-Br2-Ar
FILTRO : In acciaio Inox con spessore di 50 µm e densità di 40 mg/cm²
INTENSITA' RAGGI GAMMA : Da 4 nR/h a 4.1 µR/h
TEMPO MORTO a 400V : 190µs
Viene di seguito riportato per gli interessati il grafico di conversione realtivo al tubo CBM20:
Elettronica
I Contatori Geiger sono GTS200 (ITIS Negrelli) e GTS300 (M.Avena). GTS300 è un upgrade esclusivamente hardware di GTS200.
Il progetto, il firmware, e l'assemblaggio sono stati sviluppati interamente dal Gruppo del CAMTEF il quale mette a disposizione degli interessati la documentazione per la realizzazione dell Hardware nonche' il firmware in formato S19 nella relativa sezione di download. Per eventuali chiarimenti o dettagli contattare l'autore all' indirizzo email riportato in calce.
Il progetto, il firmware, e l'assemblaggio sono stati sviluppati interamente dal Gruppo del CAMTEF il quale mette a disposizione degli interessati la documentazione per la realizzazione dell Hardware nonche' il firmware in formato S19 nella relativa sezione di download. Per eventuali chiarimenti o dettagli contattare l'autore all' indirizzo email riportato in calce.
L'elettronica
del sensore è stata realizzata con componentistica in
tecnologia SMT per ottenere un ingombro il più contenuto possibile. Il circuito implementa un POWER BOOST a 400V necessario per alimentare i Tubi nella zona di PLATEAU .
L'alta tensione di alimentazione e' stata ottenuta con uno switching (step-up) fino a 60V seguito da 7 celle duplicatrici.
La tensione è mantenuta costante tramite una retroazione prelevata dalla prima cella.
I tubi sono collegati in parallelo. L'innesco del gas di un tubo inibisce la ionizzazione del gas dell'altro tubo per un tempo pari al tempo morto dichiarato.
Le Ionizzazioni del gas all'interno del tubo producono degli impulsi di tensione che sono condizionati da un squadratore che li allarga a 100 µs con un ampiezza di 5V.
Gli impulsi condizionati sono quindi inviati allo Scaler per il conteggio.
L'alta tensione di alimentazione e' stata ottenuta con uno switching (step-up) fino a 60V seguito da 7 celle duplicatrici.
La tensione è mantenuta costante tramite una retroazione prelevata dalla prima cella.
I tubi sono collegati in parallelo. L'innesco del gas di un tubo inibisce la ionizzazione del gas dell'altro tubo per un tempo pari al tempo morto dichiarato.
Le Ionizzazioni del gas all'interno del tubo producono degli impulsi di tensione che sono condizionati da un squadratore che li allarga a 100 µs con un ampiezza di 5V.
Gli impulsi condizionati sono quindi inviati allo Scaler per il conteggio.
Il Circuito lato componenti SMD con il primo Tubo CBM20
Il Circuito lato componenti PMT con il secondo Tubo
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Vista laterale del circuito
Vista Frontale e Posteriore
Lo
SCALER è la sezione circuitale che conteggia gli
impulsi forniti dai tubi del sensore scartando i campioni non
attendibili e memorizza i dati validati in una memoria
Non Volatile.
L'Hardware è costituito da un microcontrollore della FREESCALE MC9S08QG8. Le periferiche della MPU sono costituite da :
- Una Memoria FRAM (RAM Ferroelettrica ) non volatile da 8 Kb
- Un Transceiver RS485 per la comunicazione verso un HOST PC o verso un BRIDGE.
La rimanente parte del firmware conteggia gli impulsi inviati dal sensore in finestre temporali di 2 minuti.
I conteggi (campioni) di ogni finestra sono memorizzati fino al raggiungimento di 30, relativi quindi ad un ora di campionamento. Viene eseguita la media aritmetica 'µ' dei 30 campioni riferita ad 1 minuto e ricavata la deviazione standard secondo il modello statistico di POISSON. Vengono scartati tutti i campioni il cui valore è superiore a 3 volte la deviazione standard dal valore medio e ricalcolata la media sui campioni rimanenti.
Il dato validato viene quindi salvato nella memoria ferroelettrica come word a 16 bits.
La capienza della memoria FRAM è quindi di oltre 4000 campioni orari consentendo una autonomia storica di ritenzione di circa 6 mesi senza che l'HOST remoto scarichi i dati.
Nel caso di memoria piena, vengono sovrascritti i campioni piu' vecchi.
Assieme ai campioni, l'Host PC scarica tutti i parametri di campionamento in modo da costruire un grafico temporale costituito da data-ora e colpi/min.
Infine il firmware fornisce una lettura della tensione di alimentazione del tubo e della temperatura all'interno del sensore per la verifica delle condizioni operative.
L'Hardware è costituito da un microcontrollore della FREESCALE MC9S08QG8. Le periferiche della MPU sono costituite da :
- Una Memoria FRAM (RAM Ferroelettrica ) non volatile da 8 Kb
- Un Transceiver RS485 per la comunicazione verso un HOST PC o verso un BRIDGE.
La rimanente parte del firmware conteggia gli impulsi inviati dal sensore in finestre temporali di 2 minuti.
I conteggi (campioni) di ogni finestra sono memorizzati fino al raggiungimento di 30, relativi quindi ad un ora di campionamento. Viene eseguita la media aritmetica 'µ' dei 30 campioni riferita ad 1 minuto e ricavata la deviazione standard secondo il modello statistico di POISSON. Vengono scartati tutti i campioni il cui valore è superiore a 3 volte la deviazione standard dal valore medio e ricalcolata la media sui campioni rimanenti.
Il dato validato viene quindi salvato nella memoria ferroelettrica come word a 16 bits.
La capienza della memoria FRAM è quindi di oltre 4000 campioni orari consentendo una autonomia storica di ritenzione di circa 6 mesi senza che l'HOST remoto scarichi i dati.
Nel caso di memoria piena, vengono sovrascritti i campioni piu' vecchi.
Assieme ai campioni, l'Host PC scarica tutti i parametri di campionamento in modo da costruire un grafico temporale costituito da data-ora e colpi/min.
Infine il firmware fornisce una lettura della tensione di alimentazione del tubo e della temperatura all'interno del sensore per la verifica delle condizioni operative.
IL PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE
jIl
Firmware implementa un protocollo di comunicazione
proprietario IHNP (simile al MODBUS) che vanta un'evoluzione di ben 16 anni i cui punti di forza sono la modularità, la leggerezza (in termini di spazio di memoria occupato) e l' adattabilità verso ogni sistema.
IHNP significa IMPROVED HI NET PROTOCOL ma spesso viene chiamato semplicemente HNP con acronimo ricorsivo HNP Protocol.
Tutti i sottosistemi delle stazioni CAMTEF implementano il protocollo IHNP la cui versione attuale è la 5.9 (maggio 2011)
GTS300 dialoga con un HOST PC tramite un Bus fisico costituito da un doppino intrecciato. Il Layer fisico è lo standard RS485.
Nelle stazioni remote collegate in WI-FI viene usato un BRIDGE (Serial Device Server) che convoglia i Frames IHNP verso Datagram TCP-IP.
IHNP significa IMPROVED HI NET PROTOCOL ma spesso viene chiamato semplicemente HNP con acronimo ricorsivo HNP Protocol.
Tutti i sottosistemi delle stazioni CAMTEF implementano il protocollo IHNP la cui versione attuale è la 5.9 (maggio 2011)
GTS300 dialoga con un HOST PC tramite un Bus fisico costituito da un doppino intrecciato. Il Layer fisico è lo standard RS485.
Nelle stazioni remote collegate in WI-FI viene usato un BRIDGE (Serial Device Server) che convoglia i Frames IHNP verso Datagram TCP-IP.
Ill protocollo IHNP oltre a definire uno standard di
comunicazione definisce anche l’organizzazione dei parametri e dei dati di un
sistema catalogandone la tipologia i
moduli di appartenenza ed i supporti di origine.
Lo scopo di IHNP è quello di implementare
velocemente su sistemi di acquisizione e controllo un ‘socket’ di comunicazione standard, modulare, leggero,
(la versione base occupa 2.5 Kbyte di
memoria)
affidabile e facilmente adattabile, per
l’accesso al sistema ed anche per l’upgrade del firmware.
I sistemi IHNP comunicano e condividono informazioni fra di loro principalmente tramite BUS RS485 ma anche tramite Porte VSP (Virtual Serial Port) implementate su Bus USB o tramite porte RS232C o anche attraverso una rete ETHERNET usando un adeguato BRIDGE o Server Device dal lato sistema.
Sempre nella sezione DOWNLOAD saranno disponibili a breve sia la documentazione relativa che degli applicativi per l'accesso ai sistemi HNP.