Sensor Technology Radiation Pager STE mini

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Sensor Technology Radiation Pager Detector "STE mini"

Da sah ich doch eine Vorstellung dieses Gerätes in diesem russischen yt-Kanal: Проект о Радиации - Радиоактивные материалы von Oleg Izon:

Im nächsten Video sieht man das Gerät im Einsatz, bei 6:50 min schlägt der Pager an. Ursache ist ein altes Flugzeuginstrument mit Radiumfarbe, wie er etwas später herausfindet:

Ich hab mir so ein Ding beschafft und das ist wirklich was Feines. Es wird mit normalen 2 AA Batterien betrieben, die ein Jahr(!) halten sollen. Der Detektor ist kein einfaches Zählrohr, sondern ein CsI-Kristall (Cäsiumjodid) mit 13mm Durchmesser und 38mm Länge, auf einen Miniatur-Photomultiplier aufgesetzt - also ein vollständiger Szintillationsdetektor.

Er misst Gamma- und Röntgenstrahlung und gibt innerhalb 1 Sekunde Alarm, wenn sich die Umgebungsstrahlung plötzlich nach oben ändert. Der Alarm kann durch extrem lautes Piepen oder nur durch einen Vibrationsalarm erfolgen (Schiebeschalter: AUS --> VIBRATION --> BEEP).

Der ungefähre Strahlungslevel wird durch eine einstellige Sieben-Segment-Anzeige angezeigt (0-9), der Alarm kann durch einen Taster kurzzeitig abgestellt werden. Hält man den Taster gedrückt, wird im Display oder durch langsame und schnellere Beeps der gemessene Strahlenlevel dauerhaft angezeigt, womit es möglich ist, eine etwaige Strahlenquelle zu orten.


Der Hersteller schreibt selbst:

• http://www.radiationpager.com/pages/pager.html

The Radiation Pager®

The Radiation Pager is a hand-held radiation detector designed for security forces, customs inspectors, and emergency responders. The Radiation Pager is the most sensitive radiation detector for its size commercially available and is hundreds of times more sensitive than Geiger-Muller (GM) detectors of similar size. The sensitivity and small size of the Radiation Pager is made possible by the combination of a new miniature photomultiplier tube and a scintillation crystal.

The Radiation Pager is approximately the size of a message pager and can be worn on a belt or carried in a pocket. When the Radiation Pager detects x-rays or gamma rays at levels above the natural background, the Pager quickly alerts the operator by flashing a high-intensity light and either sounding an alarm or vibrating. The operator can easily locate the radiation source using a single digit LED display, a flashing LED, or an audio tone.

The Radiation Pager is designed for people who need to quickly and discreetly detect and locate a radiation threat. The Radiation Pager is easy to use and operators need no special training. The Radiation Pager is designed to withstand the rigors of daily use. The pager operates continuously for over a year on two AA alkaline batteries.

• Cesium Iodide scintillation detector
  
• Detector size is 0.5” diameter (1.3 cm) X 1.5” long (3.8 cm)
  
• Unit size is 4.1” X 2.4” X 0.9” (10.2 cm X 6.1 cm X 2.3 cm)
  
• Weighs 6 oz. (170 g) with batteries
  
• Runs continuously for over 1 year on 2 AA alkaline batteries
  
• Operating temperature range from –13 to 122 degrees F (-25 to 50 degrees C)
  
• 45 KeV low energy cutoff
  
• Less than one second integration time (response time)
  
• Flashing yellow LED (high intensity daylight visible), audio, and vibrator alarms
  
• Seven segment LED display indicates radiation intensity
  
• Modulated audio tone and high intensity daylight visible LED indicate radiation intensity
  

Viel mehr Informationen, außer das der Neupreis bei ~1300 US$ lag, sind nicht frei verfügbar.

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Hier mal ein paar Fotos der Innereien.

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.. der Rest.

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Schwarzer Bedienknopf auf schwarzem Gehäuse, das macht Schwierigkeiten, die Schalter und Taster schnell zu finden.

Das kann man mit etwas "Glow-in-the-Dark" Nachleucht-Fenstermalfarbe korrigieren.

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Der abgewetzte Aufkleber wurde erneuert und gleich noch um ein paar nützliche Zahlen ergänzt.

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Im Original hat das Gerät eine Gürteltasche, die hab ich leider nicht dazu bekommen. Aber der freundliche Chinese bietet allerlei Taschen an und nach etwas Suchen fand sich diese wie angegossen passende:

• https://www.ebay.de/itm/263801005529

Dabei die Variante in der Größe "S" auswählen, siehe Fotos.

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Am Denkmal zu Ehren von Marie Curie in Jachymov hört der Pager gar nicht wieder mit Warnen auf und zeigt "4".

(Früher stand im jetzigen Kurpark eine Uranfarbenfabrik deren Rückstände noch im Boden sind.)

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In diesem Video wird der "Search Mode" gezeigt:

Gedrückthalten des Tasters und Beobachten der Ziffernanzeige bzw. der beiden LEDs:

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Auf ein kleines Problem bin ich dieser Tage gestoßen:

Man hat den Pager am Gürtel, plötzlich fängt er an, zu vibrieren. Man drückt den Taster, um die 7-Segment-Anzeige zu aktivieren und zu schauen, wie groß die Gefährdung ist.

Und der Pager zeigt ..



.. ja, was eigentlich?

SECHS?

NEUN?

PANIK!!

Erstmal weg!

Und dann nachdenken.
Im Pager ist als 7-Segment-Dekoder ein CMOS-IC 14511 verbaut.

In dessen Datenblatt: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC14511B-D.PDF sieht man, dass sich "6" und "9" auch tatsächlich nicht unterscheiden:



Man muss sich also etwas bewegen, um eine EINDEUTIGERE Anzeige zu bekommen. Wenn es allerdings schon "9" wäre und es springt auf "8", wäre das auch noch nicht unbedingt hilfreich 



Also merken: ANZEIGE OBEN! ist richtigrum.
Oder es muss mal noch ein Punkt o.ä. aus Leuchtfarbe rechts unten hin, aber ganz eindeutig und paniksicher wäre das auch noch nicht.

Eine Eselsbrücke zum Merken ist die Ampel, von oben nach unten: Rot-Gelb-Grün:

• Anzeige (rot)
• gelbe LED
• grüne LED

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Der SBU (Sicherheitsdienst der Ukraine) hat einen eigenen yt-Kanal und scheint auch den STE mini zu benutzen, wie in diesem Video zu sehen:

In der Region Dnipropetrovsk fand die SBU eine Strahlungsquelle

In der Stadt Nikopol im Gebiet Dnipropetrovsk haben Angestellte des Sicherheitsdienstes der Ukraine zusammen mit der Polizei und der Staatsanwaltschaft Strahlenquellen in einem der städtischen Unternehmen entdeckt und beschlagnahmt. Die Strafverfolgungsbehörden stellten fest, dass ein gefährlicher Stoff von Händlern hinterlassen wurde, die Gemeinschaftsräume gemietet hatten. Fachleute des sanitären und epidemiologischen Dienstes stellten nach Durchführung der entsprechenden Messungen fest, dass der Strahlungshintergrund der detektierten ionisierenden Strahlungsquelle die zulässigen Standards um ein Vielfaches überschritten hat. Nach ihrer Feststellung könnte eine längere Lagerung des Stoffes zu einer Kontamination der Umwelt führen und die Gesundheit der Beschäftigten des Gemeinschaftsunternehmens beeinträchtigen. Dank des operativen Eingriffs der Sicherheitsdienste wird eine potenzielle Bedrohung für die Bevölkerung lokalisiert. Das Gutachten bestimmt die Herkunft des radioaktiven Materials, woraufhin der Gefahrstoff entsorgt wird. Das Strafverfahren wurde gemäß Teil 1 der Kunst eröffnet. 265 (illegaler Umgang mit radioaktivem Material) des Strafgesetzbuches der Ukraine. Die Voruntersuchung ist noch nicht abgeschlossen.

(Google-Übersetzung)

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Mein Pager "tickt" neuerdings - immermal in längeren Abständen.

Da das über ein komplettes Aus- und Wiedereinschalten hinweg weiter anhält und sonst alles normal funktioniert, könnte es sich um ein "Feature" handeln. Naheliegend wäre ja eine Low-Battery-Warnung.

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Batteriespannung schon gemessen? Man könnte es ja auch einmal mit einem Labornetzteil ausprobieren. Werde ich bei Gelegenheit einmal machen.

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Ja, die Batterien liegen bei 2,5 Volt, und sind damit eigentlich zu tauschen.

Warum ich das (mehr als 2 Wochen später) immer noch nicht gemacht habe:
Weil das "Ticken" zwischendrin auch mal wieder aufgehört hat. Mittlerweile habe ich den Eindruck gewonnen, dass das Einsetzen des Warngeräusches temperaturabhängig ist. Offenbar reicht dazu im Grenzbereich schon die Nachtabsenkung der Raumheizung aus. Natürlich, weiß doch jeder: Kalte Batterien liefern 'schlechter' Strom. Ob aber die Batterien die Temperaturabhängigkeit produzieren, dessen bin ich mir gar nicht ganz sicher. Eine gezielte starke Belastung der Batterie durch mehrfaches Vibrieren oder Piepen führt jedenfalls nicht zum Auslösen.
Die Erkennung leerer Batterien wird ja nicht über einen A/D-Wandler funktionieren, sondern über irgendeine "Krücke": Entweder ein Komparator an der Versorgungsspannung, das würde aber eine genaue Referenz bedeuten, eine Konstantstrom-/Konstantspannungsquelle ist mir auf der Platine noch nicht aufgefallen. Oder: Da ja der Prozessor irgendwie am Aufbau der Hochspannung beteiligt ist, ein Messen der Zeit oder Zählen der nötigen Ladungs-"Pump-"Vorgänge, bis die Hochspannung den gewünschten Wert hat. Dass der Prozessor auf die Hochspannung "wartet", sieht man beim Einschalten: Die gelbe LED blinkt einige Sekunden. Schaltet man nur kurz aus, ist die Wartephase kürzer, weil die C's noch geladen sind.

~  ~  ~

Ein weiteres Feature ist mir noch aufgefallen:
Zeigt das Display im "SEARCH-MODE" eine Ziffer >3, dann muss man den Taster nicht mehr festhalten, um im Search-Mode zu bleiben. Display, LEDs und bei Schalterstellung II auch der Pieper bleiben dann aktiv. Jetzt, als ich das schreibe, fällt mir ein, dass diese Schwelle auch noch von der Position des Drehschalters im Batteriefach abhängig sein könnte. Muss ich mal noch ausprobieren.

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Hier noch einige weitere Informationen zum Geräteaufbau. Der Detektor lässt sich von der separaten Platine problemlos abziehen. Da die Anschlüsse aber nur aus weichem, etwas dickerem Draht bestehen, ist das erneute Steckern des Detektors eine mittwelschwere Herausforderung. Um Mitlesern diesen Stress zu ersparen, habe ich hier einige Fotos angehängt.

Unter dem Schaumstoff verbergen sich ein Miniatur-Photomultiplier sowie der Detektorkristall. Letzterer nimmt ca. 3/4 der Gesamtlänge ein.

Am Zähleingang des Mikrocontrollers (Pin1) kann man sich die aufbereiteten Zählimpulse mit einem Oszillographen ansehen. Mit einem Logik-Analyzer habe ich die Impulsrate zu ca. 20 µs bis 40µs bestimmt. Mit dem Oszillographen waren die gemessene Impulslänge etwas größer. Bei normalem Hintergrund von ca. 0.1µSv/h lieferte der Detektor im Mittel ca. 15 .. 20 Impulse pro Sekunde. Natürlich schwankt dieser Wert stark, wenn man nur kurze Zeiträume betrachtet. Diese Zählrate liefert einen ordentlichen Spielraum, um schnell auf eine Erhöhung der Dosisleistung reagieren zu können. Ich habe einen Screenshot mit einer Auflösung von 200 ms pro Skalenteil angehängt.

Der Mikrocontroller selbst wird nur mit 100kHz getaktet, um die Stromaufnahme niedrig zu halten.

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Der im Pager verwendete Prozessor ist ein betagter PIC16C55. Er hat laut Datenblatt 0.75 kByte Programmspeicher und 24 Byte RAM.

Natürlich kann man mit dem PIC16C55 selbst nix gescheites machen. Programmieren ohne Interrupts und mit 2 Stackleveln lässt nicht viele Varianten zu und wäre auch ne Strafe. Außerdem dürfte es die OTP-Variante sein, die eh nicht neuzuprogrammieren geht.

Aber man könnte doch einen modernen, ebenfalls 28poligen PIC nehmen und den anstelle drauflöten, z.B. den PIC16F76? Leider ist der nicht ganz pinkompatibel, ein bisschen durchkratzen und Fädeldraht wäre höchstwahrscheinlich nötig. Ganz elegant wäre dann eine PICKIT-kompatible ICSP-Programmierschnittstelle, und man könnte die neue Software direkt in der Schaltung entwickeln.

Ich hatte ursprünglich den Gedanken, zu versuchen, den Original-Chip auszulesen, um erstmal zu schauen, was die da so in der Software  machen. Ein 512- oder 700-Worte-Assembler-Programm sollte ja noch halbwegs überschaubar sein. Ich hab aber wieder Abstand von dem Vorhaben genommen. Meine bisherigen Programmiergeräte können den Chip nicht, da er wohl PARALLEL angesteuert werden muss. Man müsste also erstmal in dieser Richtung was beschaffen, das geht dann mit der Brennersoftware (womöglich uralte) weiter. Und man stellt am Ende fest, dass der Chip höchstwahrscheinlich protected ist (bei der Geheimnistuerei des Herstellers würde mich das nicht wundern) und dann war der ganze Aufwand umsonst.

Also hab ich mir die Schaltung etwas näher angeschaut und teilweise rausgezeichnet - zumindest den Digitalteil.

Es gibt einen HC4040. Das ist ein 12Bit-Binärzähler mit parallelem Ausgang. Er bekommt den 100kHz-Takt vom Controller. Der asynchrone Zähler 4040 produziert den Ton im Beeper. Wie schon festgestellt, geht der Takt aus dem Oszillatorausgang des PIC auf den Takteingang 10 des 4040. Benutzt ist dann nur Pin 3, Ausgang Q(E), der den Eingangstakt durch 2hoch5 teilt. Wenn der Eingangstakt 100kHz sind (DL3HRTs Messung), dann kommen an Q(E) 100/32 = 3,125 kHz raus, das passt in die Resonanzfrequenz des MUT-01A - ein magnetischer Transducer, kein Piezo. Über Pin 11 des 4040 (CLR) hält vermutlich der Prozessor die Zählregister fest, wenn kein Ton ausgegeben wird.

Der Vibrator, die beiden LEDs und die 7-Segment-Anzeige kommen ohne größere Klimmzüge direkt aus dem Prozessor. Die Anzeige ist aus, wenn ein BCD-Wert >9 anliegt, das ist ein dokumetiertes Verhalten des BCD-to-7-Seg-Dekoders.
Eine Besonderheit hat der BCD-Schalter zum Einstellen der Ansprechempfindlichkeit: Seine 4 Pullups kommen aus dem Prozessor (RA3), werden wahrscheinlich zur Ruhestromersparnis nur beim Abfragen zugeschaltet. Irgendwo muss auch die Stellung des Bedienschalters noch in den Prozessor führen, denn das Verhalten ist ja je nach Stellung 1 oder 2 unterschiedlich.

Nicht herausgefunden habe ich, ob der Prozessor irgendwie an der Hochspannungserzeugung beteiligt ist. Hier sind die Anschlüsse RA1 und RA2 interessant, die verschwinden dann irgendwie auf der Oberseite der Platine.

Wahrscheinlich wird deshalb der nächste Schritt das Auslöten des Prozessors werden, dann sieht man ja einfach, ob an Pin 1 noch die Impulse vom PMT kommen oder nicht.

Einen weiteren Versuch hab ich noch gemacht: An PIC Pin 1 gegen GND einen einfachen Piezo. Da hört man die Ticks sehr schön und kann m.E. einen Hotspot *besser* "peilen" als mit dem Pieper oder den LEDs.