Danas je dobiven na popravak mjerač (brojač) čestica ionizirajućeg beta i gama zračenja oznake ANRI-01-02 “SOSNA” (АНРИ-01-02 “СОСНА”). Ruska riječ “sosna” znači bor (drvo). Uređaj je ruske proizvodnje i datira iz 1991. godine.
O brojačima ionizirajućeg beta i gama zračenja, odnosno mjeračima radioaktivnosti pisali smo u više naših objava, a ovaj АНРИ-01-02 je najsličniji uređaju Belvar RKSB-104 pa ovdje nećemo ponavljati iste opise. Mogućnosti mjerenja АНРИ-01-02 su slijedeće:
- Mjerenje ekvivalentne doze ionizirajućeg gama zračenja u rasponu 0,1 – 99,99 µSv/h (Sivert) što odgovara jačini ekspozicije u rasponu 0,010 – 9,999 mR/h (Rendgen).
- Mjerenje intenziteta površinskog beta zračenja (radionuklida stroncija-90 i itrija-90) u opsegu 10-5000 beta čestica u minuti po centimetru kvadratnom površine (1/min·cm2) što odgovara opsegu od 0,166-80,33 beta čestica u sekundi po centimetru kvadratnom površine (1/sec·m2)
- Mjerenje specifične radioaktivnosti radionuklida cezija-137 sadržanog u različitim supstancama u opsegu 10 nCi do 1 µCi (Kiri) što odgovara opsegu od 3,7 kBq/l do 37 kBq/l (Bekerel).
- Mjerenje energije gama zračenja u rasponu 0,06 do 1,25 MeV što odgovara opsegu od 9,6 do 200 fJ (femto-džul).
Vidimo dakle da se mogućnosti mjerenja АНРИ-01-02 ne razlikuju puno od Belvar RKSB-104, a oba ova uređaja spadaju u kategoriju neprofesionalnih (kućnih, osobnih) brojača ionizirajućih čestica. Pogreška mjerenja kod takvih uređaja može biti i do 45 % te bi za iste prikladniji naziv bio detektori radioaktivnosti, a svakako ne neki precizni (laboratorijski) mjerači radioaktivnog zračenja. Mnogi korisnici ovakvih uređaja teže nekim preciznim kalibracijama, no treba biti svjestan činjenice da preciznost mjerenja istima nije ni približno toliko uvjetovana samim uređajem koliko zapravo načinom mjerenja, odnosno osiguranjem idealnih uvjeta za pojedino mjerenje. Potrebno je u prvom redu osigurati idealan kontakt GM cijevi sa radioaktivnom površinom (zrak, tekućina, zemlja, kruta tvar i drugo) da bi uopće mogli govoriti o nekom preciznom mjerenju na malim uzorcima materijala. Ovakvi ručni uređaji sami po sebi to ne osiguravaju i bez posebnih dodataka (posebne GM sonde, mjerne posude, komore i slično) mogu se koristiti samo za opću detekciju široko kontaminiranih područja.
Netko je već servisirao ovaj uređaj no iz priloženih opisa teško je shvatiti što je točno rađeno. Čini se da su samo zamijenjeni elektrolitski kondenzatori.
Naš primjerak detektora zračenja АНРИ-01-02 već je prošao neke popravke, ostao je djelomično rastavljen, no najveći očigledni problem je neispravan LCD displej. Sličan problem sa LCD-om imali smo i kod popravke jednog primjerka ruskog detektora Belvar RKSB-104. Sve što smo napisali tamo vrijedi i ovdje. Ukratko, kod LCD-a lošije kvalitete nakon 20-30 godina dolazi do dezintegracije (razdvajanja) tvornički sastavljenih slojeva (polarizirajući i reflektirajući slojevi, ITO elektrode i sloj tekućih kristala) što se manifestira izlijevanjem tekućih kristala iz segmentnih šablona. Segmenti iz kojih su se kristali izlili naravno više ne rade, a izlivena masa stvara trajne tamne mrlje po površini displeja koje mogu prekriti i još ispravne segmente. Takav displej je nemoguće popraviti i mora se zamijeniti.
Zamjena bi bila vrlo jednostavna kad bi imali potpuno isti tip displeja. Međutim, proizvodnja namjenskih LCD-a rijetko kada traje duže od 10 godina, te su isti teško nabavljivi i u vrijeme proizvodnje (nedostupna tvornička prodaja), a onda još manje kada se isti već nekoliko desetljeća ne proizvode. Stoga je jedini način pronaći neki trenutno dostupan sličan displej te pokušati napraviti preinake da više-manje odgovara originalnom tvorničkom displeju. To također nije lagan, a često ni jeftin posao.
Displeji u starim uređajima najčešće su ne-multipleksiranog tipa i bez ikakvih drajverskih čipova. To su goli displeji kod kojih je za svaki pojedinačni segment izvučen jedan kontaktni pin. Pin može biti u obliku metalne lemne nožica ili u obliku metalnog filma nanesenog na rub staklene površine displeja preko kojeg se dalje kontakt ostvaruje prislanjanjem fleksibilnog grafitnog “zebra” konektora. Kasnije, napretkom digitalne elektronike i sve većom upotrebom displeja, počeli su se proizvoditi vremenski multipleksirani displeji. Oni više nemaju za svaki segment po jednu nožicu, nego je više segmenata povezano na jedan zajednički kontakt. Također, takvi displeji nemaju samo jednu zajedničku anodu ili katodu, nego više njih. Dovođenjem napona na određenu zajedničku elektrodu i određenu segmentnu liniju paliti će se samo jedan određeni segment. Izmjena paljenja segmenata je vremenski vrlo brza pa se zbog perzistencije ljudskog oka čini da istovremeno svijetli više segmenata. Multipleksirani displeji imaju daleko manje kontaktnih pinova od ne-multipleksiranih. U konačnici, danas su uobičajeni LCD displeji sa integriranim drajverskim (pogonskim, upravljačkim) čipovima, a vanjsko priključci su izvedeni prema standardnim sučeljima izravno povezivim sa mikrokontrolerima. Danas su takvi gotovi (grafički) LCD-ovi sa drajverskim čipovima najviše rašireni u prodaji i vrlo su jeftini, u prosjeku deset puta jeftiniji od starih golih ne-multipleksiranih numeričkih LCD-ova koji se ionako najčešće mogu nabaviti još samo iz nekih starih zaliha.
U detektor АНРИ-01-02 “СОСНА” ugrađene su GM cijevi oznake SBM-20 (СБМ-20). To su iste GM cijevi kao i u detektoru Belvar RKSB-104 samo sa nešto drugačijim priključcima. Detektori serije АНРИ-01 su se inače proizvodili u tri inačice: sa jednom, dvije ili četiri GM cijevi СБМ-20.
Uređaj je izveden na tri tiskane pločice koje su međusobno povezane žicama. Žice su dosta krute i lako pucaju na lemnim spojevima. Ovo je posebno izraženo jer je uređaj već bio rastavljan i popravljan, a lemni spojevi žica ne trpe puno savijanja.
Ovdje je zamijenjen elektrolitski kondenzator C5 koji služi kao filtarski kondenzator spojen paralelno na napajanje.
LCD na našem uređaju je posve neupotrebljiv.
LCD se sa kontaktima tiskane pločice povezuje preko namjenskog “zebra” konektora.
Ovo je najbliže što bi moglo odgovarati displeju ugrađenom u naš uređaj (ruska oznaka ИЖКЦ1-4/8). Iako dimenzije nisu posve jednake, vjerojatno se električki radi o ovakvom tipu LCD-a.
Danas je nemoguće nabaviti displej kakav je ugrađen u naš detektor АНРИ-01-02 “СОСНА”. To je LCD koji sadrži četiri pune znamenke i samo tri decimalne točke (zadnja znamenka nema decimalnu točku). Ima ukupno 33 pina, 17 sa gornje i 16 sa donje strane, a spajanje je preko zebra konektora. Dimenzije vidljivog staklenog dijela su 44×21 mm, no znamenke su visine svega 10 mm i dobro su pozicionirane na otvoru kućišta dimenzija 40×14 mm. Iako su displeji sa ovakvim segmentima (prikazom) standardni, dimenzije i pinovi našeg displeja su posve specifični i čini se da je ovo namjenski proizveden displej za takve uređaje.
Pretražujući internetske trgovine našli smo dva tipa displeja koji bi donekle mogli odgovarati našem uređaju. Po dimenzijama, najbolje bi odgovarali displeji serije DE 127 (DE 127-RS-20/6.35/M ili DE 127-TU-30/7.5) no njihova cijena je preko 20 eura. Alternativa bi mogli biti kineski “no name” LCD-ovi sa četiri znamenke koji se mogu nabaviti po cijenama do 5 eura.
Veličina znamenki na originalnom LCD-u je 10 mm, njemački LCD-ovi (DE 127) imaju znamenke veličine 8,89 mm (dakle nešto manje), a kineski LCD-ovi imaju znamenke od 12,3 mm (dakle nešto veće). Najrašireniji kineski LCD sa četiri znamenke je EDC190 sa znamenkama visine 13,2 mm. To je maksimalna veličina koja još stane u okvire prozorčića prednje maske uređaja što se tiče visine (14 mm) i što se tiče širine (40 mm). Nismo uspjeli pronaći displeje koji bi dimenzijama bili bliže originalnom LCD-u.
Na slikama se vide dimenzije njemačkog (gore) i kineskog (dolje) LCD-a koji su najbliže originalu, a crveni pravokutnik označava veličinu prozorčića za LCD na prednjoj maski uređaja. Vidimo da su znamenke kineskog LCD-a jedva nešto manje od prozorčića, no to je pet puta jeftiniji LCD od njemačkog.
Kompatibilnost pinova između originalnog ruskog i kineskog LCD-a naravno nije velika, no kao što se vidi na slici donji redovi pinova se praktički poklapaju. Ovdje zamjenski “zebra” displeji ne dolaze u obzir jer oni moraju biti posve istog tipa kao i original. Jedini način je odabrati neki displej sa lemnim nožicama te zalemiti iste na odgovarajuće tiskane kontakte na pločici, što se može napraviti samo preko tankih žica. Problem je što je raspoloživ prostor između pločice i kućišta svega 6 mm. U tih 6 mm mora stati displej koji je debljine 3 mm i sve povezne žice.
Što se tiče električne kompatibilnosti, originalni displej u našem uređaju se pogoni bipolarnim pravokutnim naponom od 9 V (napon baterije) frekvencije 48 Hz. Prema podacima, ruski displeji ovog tipa mogu raditi na naponima 4-15 V i frekvencijama 30-3000 Hz. Svi današnji standardni LCD-ovi su pak predviđeni za napone 3-5 V i frekvencije 30-100 Hz.
Snimak upravljačkog napona za segmente originalnog LCD-a.
Svi LCD-ovi se upravljaju simetričnim izmjeničnim naponom i jako su osjetljivi na bilo kakav DC pomak koji najčešće dovodi do uništenja LCD-a. Frekvencijski raspon nije toliko kritičan, no ako je frekvencija premala može biti uočljivo treperenje segmenata, a ako je frekvencija previsoka povećava se potrošnja struje, a mogu nastati i drugi negativni efekti poput djelomičnog ili potpunog paljenja segmenata koji ne bi smjeli biti aktivni (duhovi). Što se tiče napona napajanja, ukoliko je prenizak segment neće do kraja potamniti i ostati će u sivoj nijansi. Ukoliko pak je napon previsok, dešavaju se pojave slične kao i kod prevelike frekvencije, dakle paljenje neaktivnih segmenata (pojava duhova).
Za današnje LCD-ove se specificira maksimalni napon od 5,5 V i teško je znati kako će se određeni tip displeja ponašati na 9 V. Svakako bi bilo dobro nekako smanjiti napon sa tih 2×9 V na 2×5 V. Najbolje bi bilo same brojače napajati sa 5 V umjesto punog napona od 9 V jer nije baš pametno petljati po izlaznom naponu zbog mogućeg nastanka DC ofseta. Drugi način je ograničenje struje (stvaranje pada napona) na zajedničkoj elektrodi segmenata ili ograničenje napona anti-paralelno spojenim zener diodama za 5,1 V. Sve ovo traži eksperimente i dodatne modifikacije po pločicama uređaja što bi svakako željeli izbjeći.
Displeji, sklopke, poklopci (gumbi), kao uostalom i sve druge kontrole, indikacije i konektori na prednjoj ploči nekog uređaja obično su specifično dizajnirane za taj konkretni uređaj te je teško za njih naći neku odgovarajuću modernu zamjenu. Te komponente su također najviše izložene mehaničkim, toplinskim i drugim vanjskim utjecajima te se vrlo često oštećuju, a originalni dijelovi (posebice za starije uređaje) najčešće nisu dostupni ili su preskupi (neisplativi) za nabavu.
Mi za naš uređaj možemo uložiti nekih 5 eura za nabavu zamjenskog displeja, no s obzirom da ne znamo povijest uređaja tko zna da li postoje još neki kvarovi. Ruske elektroničke komponente kao da su namjerno rađene da budu drukčijeg dizajna i nekompatibilne sa komponentama svih drugih proizvođača svijeta. Danas je posebno teško, rizično i skupo naručivati bilo kakvu robu iz Rusije, no ni tamo se više ne nalaze ovakve specifične komponente ugrađivane u uređaje stare preko 10 godina.
Nakon što smo napravili početni pregled, svakako su potrebne daljnje konzultacije sa vlasnikom uređaja koliko je voljan ići u daljnji popravak…
Nakon boljeg pregleda unutrašnjosti kućišta detektora АНРИ-01-02 “СОСНА” shvatio sam da kineski displej sa znamenkama 12,3 mm fizički neće stati u kućište. Smetaju stupići za vijke u kutovima kućišta i stoga maksimalna širina displeja može biti 51 mm. Iako je naš displej standardne širine 50,8 mm, mi ga zbog pomaka znamenki uslijed dodatnih simbola ne možemo postaviti u sredinu kućišta. Sa lijeve bočne strane nam je potrebno 9 mm prostora, a na raspolaganju imamo samo 5 mm.
Tako kao jedina jeftinija alternativa ostaje displej EDC 190 (što probližno odgovara seriji DE-119) sa znamenkama visine 13,2 mm. Međutim, ovdje je ukupna širina sve četiri znamenke nešto veća od 40 mm, tako da će rubovi krajnjih znamenki biti malo skriveni ispod maske. Nažalost, ukoliko ne idemo na skuplju opciju (oko 25 eura sa poštarinom) ovo je jedini displej na dostupnom tržištu koji donekle odgovara ugradnji u naš uređaj. Raspored pinova je isti kod oba kineska displeja.
Displej DE127-RS-20/6,35 i usporedba istog sa originalnim ruskim displejom.
Prema željama vlasnika, stigao je naručeni displej tipa DE127-RS-20/6,35. Kod zamjene LCD displeja osim segmenata i fizičkih dimenzija morate paziti i na tip displeja glede ugrađenih reflektirajućih i polarizirajućih slojeva. Tako glede refleksije postoje tri tipa LCD displeja:
- Reflektirajući (Reflective) – displeji koji koriste (reflektiraju) vanjsko ambijentalno svjetlo, iza sloja tekućih kristala nalazi se zrcalo
- Transmisivni (Transmissive) – displeji koji koriste vlastito pozadinsko osvjetljenje, iza sloja tekućih kristala dolaze LED diode ili slični izvor svjetla
- Transflektivni (Transflective) – displeji koji istovremeno rade sa vanjskim ambijentalnim i sa vlastitim pozadinskim osvjetljenjem (kombinacija reflektirajućih i transmisivnih displeja)
Za našu primjenu u kućištu nema mjesta za ugurati displej sa pozadinskim osvjetljenjem, a isto bi i značajno povećalo potrošnju baterije. Također možete birati između pozitivnog ili negativnog polarizatora LCD displeja. Sa pozitivnim polarizatorom imati ćete tamne segmente na svijetloj podlozi, a sa negativnim polarizatorom displej će imati svijetle segmente na tamnoj podlozi. Većina LCD-a sa standardnim polarizatorima radi u temperaturnom opsegu cca -20 do +70 °C, no ako vam treba displej sa većim temperaturnim opsegom rada možete izabrati neki specijalni tip sa high-stable polarizatorom. Uglavnom, najčešći su reflektirajući, pozitivni LCD displeji za standardni temperaturni opseg, dok su ovi drugi tipovi skuplji i često teško nabavljivi. Naš displej DE127-RS-20/6,35 je reflektirajući (R) tip displeja sa standardnim pozitivnim polarizatorom (S) i duljinom nožica od 6,35 mm.
Shema prikazuje kako trebamo adaptirati pinove sa tiskane pločice na pinove našeg LCD displeja. Pokušali smo osmisliti neki adapter u obliku tiskane pločice no za to ovdje jednostavno nema mjesta, a niti mogućnosti. Najveći je problem što su kontakti na pločici površinski (bez rupa) te je nemoguće zalemiti neki adapter. Situaciju dodatno pogoršava činjenica da je sam displej veći od kontaktnih pinova na pločici što znači da se sva lemljenja moraju izvesti ispod displeja.
Iako imamo možda svega 2-3 mm prostora između pločice i displeja za sve povezne žice, sam displej smo ipak morali “podebljati” ojačanjem u obliku tanke tiskane pločice jer bi savijanje nožica, pozicioniranje i druge manipulacije displejom bez ikakvog ojačanja vrlo vjerojatno rezultirale puknućem ili sličnim oštećenjem tankog stakla displeja.
Nakon što su svi pinovi povezani, test je pokazao da naš novi LCD radi. Međutim, sada je sve potrebno dobro izolirati i LCD utisnuti što bliže tiskanoj pločici. To je vrlo kritičan dio montaže. Pokazalo se dobrim što smo displej ojačali pločicom jer ne bi bilo šanse savijati 33 žice samo golim displejom bez da ne pukne neka nožica ili staklo displeja.
Displej je mogao možda ići još koji milimetar niže, no doista nismo htjeli izazivati sreću njegovim daljnjim pozicioniranjem. Dovoljno je da se kod savijanja i pritiskanja prekine ili kratko spoji jedna od 33 tanke povezne žice pa da se sve mora raditi ispočetka. Svojevrsne točkaste bijele fleke su na prednjoj strani prozirne plastike kućišta i ne skidaju se normalnim pranjem. Vjerojatno će biti potrebno poliranje ove plastike.
Ovaj uređaj ima mogućnost svojevrsnog samotestiranja rada brojača gdje brojač mora odbrojiti do 1024 (kod inačica sa četiri GM cijevi do 512). Pritisne se i drži pritisnutim prvo tipkalo КОНТР (kontrola), a zatim se kratko pritisne drugo tipkalo ПУСК (start). Naš uređaj uredno odbroji do 1024, no na kraju broja nema zvučnog signala. Čini se da kod ovog uređaja ne radi interni piezo-zvučnik. Također, uređaj uopće ne registrira ionizirajuće čestice što ukazuje i na problem napajanja GM cijevi ili na niz drugih mogućih problema.
Problem zvučnika bio je u kratkom spoju tiskanih veza koje vode od oscilatora prema zvučniku. Vrlo mala, jedva vidljiva nit (licna) neke žičice ne duža od 2 mm zaglavila se ispod elemenata na pločici i uzrokovala kratki spoj na dvije tiskane veze. Problem nepostojanja visokog napona za GM cijevi bio je u kratkospojniku koji je utaknut u utičnicu za spajanje vanjske GM cijevi (montirana na bočnoj strani kućišta uređaja). Naime, ovaj kratkospojnik mora biti stalno utaknut u utičnicu jer preko njega interne GM cijevi dobivaju masu (minus pol napajanja). Time, kad se želi koristiti vanjska GM cijev, interne GM cijevi se automatski isključuju samim vađenjem kratkospojnika smještenog unutar poklopca utičnice. Utičnica je u našem slučaju bila odlemljena kako bi se moglo koliko-toliko manipulirati pločicama te stoga GM cijevi nisu dobivale napon.
Sada zvučnik radi ispravno, no GM cijevi detektiraju veliku količinu zračenja, odnosno brojač divlja kao da se nalazimo unutar nuklearnog reaktora. Bez umetnutih GM cijevi brojač miruje i uredno reagira na kratki spoj visokog napona. Brojanje je nekontrolirano u obje vrste rada: mjerenje ekvivalentne doze ionizirajućeg gama zračenja (položaj sklopke na МД) i mjerenje intenziteta površinskog beta zračenja (položaj sklopke na T). Primijetili smo da brojanje može biti kontinuirano ili u intervalima kao da se za svaku pojedinačnu stvarno detektiranu česticu izbroji njih nekoliko stotina. U vrsti mjerenja T normalno je da je svaka deseta “detektirana” čestica je popraćena i zvukom, međutim u našem slučaju je nekontrolirano brojanje toliko brzo da je ta zvučna indikacija praktički kontinuirana.
Provjerili smo rad oscilatora i umnoživača napona (ujedno ispravljača) za GM cijev i ovi sklopovi rade ispravno. Problem je dakle u samim GM cijevima ili negdje u logičkim krugovima.
Primar transformatora pogoni jednostavan tranzistorski oscilator sa povratnom spregom preko zasebne zavojnice koji na radi na frekvenciji oko 200 Hz. Amplituda izlaznih impulsa na sekundaru transformatora ograničena je zener diodama na cca 190 V. Time se na izlazu iz Cockcroft-Walton generatora (umnoživača napona) dobiva stabilan istosmjerni napon od cca 400 V za pogon GM cijevi.
Za početak smo zamijenili GM cijevi sa onima iz Brojača ionizirajućeg beta i gama zračenja Belvar RKSB-104. Sa tim GM cijevima i ovaj naš uređaj je napokon proradio normalno. Očito da su od početka bile neispravne obje originalne GM cijevi u uređaju ANRI-01-02 “SOSNA”.
Vidi se da je netko napisao na obje cijevi oznaku “OFF”, a sada je i čitljiv papirić koji je prethodni serviser ostavio u uređaju i gdje lijepo piše: Geiger tubes OFF i Display OFF. Ovdje je bio zamijenjen samo filtarski kondenzator napajanja, no isti je bio malo prevelikih dimenzija i pločica zbog njega nije mogla sjesti na nosač. Stoga smo zamijenili ovaj i još dva preostala elektrolitska kondenzatora tipovima koji bolje odgovaraju dimenzijama originala.
GM cijevi tipa SBM-20 (СБМ-20) bile su prilično raširene u raznim tipovima brojača ionizirajućih čestica proizvedenih u Rusiji i zemljama vezanih uz bivši SSSR. Danas se nude na internetskim oglasima uglavnom iz Ukrajine po cijeni od 15 do preko 100 dolara po komadu, ovisno da li su rabljene (neprovjerene) ili nekorištene iz starih zaliha (NOS). Čak i da se kupe ove dvije cijevi po najjeftinijoj ponudi, to će uz troškove slanja koštati oko 50 dolara, što je prevelika cijena i preveliki rizik da bi nabavka bila isplativa. Bolje je rješenje potražiti neki rabljeni ruski GM brojač iz 1990-tih godina koji sadrži ovaj tip GM cijevi. Većina ih do danas ima degradiran LCD pa bi se mogao povoljnije nabaviti.
Općenito gledano, danas za cijenu od cca 30-60 dolara možete nabaviti dvije GM cijevi tipa SBM-20, no za približnu cijenu 50-100 dolara nude se već i kompletni ruski brojači sa tim cijevima (sa manje ili više oštećenim LCD displejom). Također, u tom cjenovnom rangu su i moderni kineski brojači radijacije sa svim vrstama mjerenja i načinima rada te vrlo lijepo i pregledno izravno prikazanim rezultatima na grafičkim LCD-ovima pa vam nisu potrebna nikakva preračunavanja. Svakako bi trebalo proučiti recenzije glede specifikacija tih modernih jeftinih kineskih mjerača radijacije, no na prvi pogled izgledaju puno privlačnije od ovih 30 godina starih ruskih brojača sklonih mnogim kvarovima.
Čitajući ruske forume može se zaključiti da su elektroničke komponente ugrađivane u ruske GM brojače iz 1990-tih godina vrlo loše kvalitete. LCD displeji su do danas “procurili” na većini takvih uređaja, a drugi česti kvarovi su na sklopkama, elektrolitskim kondenzatorima, lošim spojevima i poveznim žicama ali također i na integriranim krugovima. Same GM cijevi SBM-20 se rijetko kvare i na našem uređaju su vjerojatno uništene nekim grubim mehaničkim ili električnim utjecajem.
Kako god bilo, opet je na vlasniku da odluči što će dalje sa uređajem jer mi smo sada ovdje popravili sve što se popraviti dalo, pa čak i ono što inače nitko ne bi išao popravljati, osim ako za to stvarno nema viška volje, živaca i vremena 🙂