国产闪烁体+半导体双探头辐射仪拆解
巨大橘子2022/07/28原创 核技术与核仪器拆机鉴赏 IP:上海

淘了几台上海精博的ES-GC02便携式X、γ辐射剂量当量率仪,这些仪器最新的版本是JB4020Pro,这个型号现在还挂在精博的官网首页上。

量程是0.02μSv/h~10Sv/h,闪烁体对应≥100cps/(μSv/h)。

这些机器的生产日期是15年,对应上海精博接手福岛核事故的一些辐射监测相关项目。(原先是株式会社アルファ通信负责,后来发现他们做的监测设施是用华瑞的DoseRAE2个人剂量仪套个超大的壳子来假装固定式监测的,可能是套了大壳子的缘故,示数也偏低,就把协议中止了,这公司也就自己倒闭了)

不啰嗦了上个图

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第一张是横向对比,用了1350mAh的锂电池,电池是用双面胶粘在背板上的,充电就可以用了,但是开机要60s的预热,要等的时间还是挺长的。

电路板右下部分空着一大块空间,再加上屏幕上的GPS一直没有显示,且说明书也提到GPS模块是“选配”,所以大概率是给GPS留的了。

其实在配发的说明书中,这机器的探头是CsI(Tl)+盖革计数管双探头,但个人感觉不太对劲,给上海精博的技术打过电话之后对方非常笃定地表示“量程能到10Sv/h的绝对是半导体,不会是盖革管”,这次拆解也印证了这一点。

打开之后,既没找到升压电路也没看见外露的盖革管,看来探测器就只是靠上位置的那个用电工胶带裹起来的小铜盒了,这也是使用半导体(无论是光电转换还是直接测辐射)的基操。

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胶带打开,整个封装的探头用双面胶粘在板子上,里面是集成了探头和前放的,外面输入偏压,直接输出信号,示波器不在手边就没看输出信号的细节。

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比较节约焊锡,显然是考虑到为了以后方便维修,铜屏蔽罩就是直接扣上的(笑),电工胶带就是唯一的固定措施了,打开胶带铜帽会自己掉下来。

抽出里面的芯,是一块小板子加上一坨黑色电工胶带包裹的长条状物体,这就是探测器主体了。

IMG_20220727_192622__01.jpg

板子上写着JB CsI PreAMP,JB是精博缩写,板子看来是CsI闪烁体的前放,小板子用焊锡和铜屏蔽支架相连接地。

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侧面一端可以看到有两个引脚,连接光电转换器件。

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再次剥开电工胶带,露出了半导体管子和闪烁体,闪烁体是通过用棉线绑在管子上来固定的…不过实际绑的还挺结实的,耦合得很结实。

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耦合面细节。

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把棉线拆开,晶体就可以拿下来了,漫反射层用了特氟龙包裹,留出一个5*5mm的小口用来给闪烁光出射。

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耦合的另一端,灵敏面积5*5的PIN管,型号似乎是滨松的S5106,和闪烁体配合得挺好。

IMG_20220727_194242__01.jpg IMG_20220727_194156.jpg

剥开最后一层外衣,露出来的就是整个闪烁体了,碘化铯单晶的耐候性在它的兄弟姐妹里算是异常的好了,基本不潮解不氧化,也很耐机械振动,所以往往不像碘化钠碘化锂之类的需要一个密封的包壳。

颈部缩口是为了把闪烁光聚拢于小的出射口,闪烁体本身兼职了光导,是闪烁体大而探测器小时常用的解决方法。

在对外宣传的时候说晶体是3cc,不过实测并没有这样大,高度算上收缩的颈部是30mm,横截面是9*10mm,差了不少。

放一张发光的图(@α粒子)。

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图片就到此为止了,在拆解的过程中一直有一个问题没能解决:高量程在哪啊?

连升压都没有,自然是没有盖革管了,所以如果测高量程,必然是有一个半导体的,但我没看到类似saphydose之类的高量程半导体,目前看起来的两种可能:

1、有个小管子藏在前放板子背面,闪烁体超量程时切换至这个隐蔽的小管子工作;

2、与闪烁体耦合的PIN管本身在高量程时做探测之用。

前者我对着缝隙看了半天,感觉好像没有,但碍于手边没有电烙铁和其他工具,没办法进一步拆开,可能是特别小我没看见,从PCB布局来看感觉好像是没有。

后者听起来还挺先进的,不知道在闪烁体已经没有脉冲输出(即常亮)的时候,PIN还能不能输出脉冲,或者直接测光强,虎哥提出测光强似乎严重依赖射线能量,这样直接测闪烁体小灯泡的亮度大概就不行了。

最后做了一个简单的小测试,把闪烁体移除之后把探头装回去,做好遮光和屏蔽,试试还有没有计数,视频放在下面供参考:


VID_20220727_223220.mp4 点击下载

最下面被黑布包裹的是卸去闪烁体的仪器,每探测到一次粒子,LED会闪一次蓝光,没有闪烁体的仪器对β和γ依旧还有响应,能看出灵敏度非常有半导体特色,此外视频中没拍出来的是,这时候输出信号的还是之前耦合闪烁体的PIN管,因为它位于屏蔽盒一端,很容易就能从几何位置上看出来。

但此时算法没有切换到半导体,还是在用闪烁体的计数来算剂量率,所以示数非常低。

高量程实现方法这个问题短时间我大概解决不了了,留给大伙讨论指点,后面有机会我会接着拆。


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~~空空如也
1年8个月前 IP:山东
906241

精博的机器外观都属实一言难尽(而且把华瑞的小卡片做成固定式可太搞了。。。拿GammaRayII套壳也比这个强啊)里面做工也很国产,没看到里面有GPS的陶瓷天线,基本上可以确定缺的是GPS了(那个开槽可能是放凸起来的屏蔽罩或者天线的)不过板子上面芯片居然用的fpn封装,这还是比较少见的(目前国内外机器mcu大部分都用的qfp封装)

至于大剂量的调教。。。可以试试把闪烁体拆去塞个led,外面用电位器或者可调电源限流之类的改变亮度使其在一定范围内微亮,模拟不同剂量下闪烁体的发光?要鉴别是闪烁体的光还是pin管击穿导电大概看的是脉冲幅度,用示波器可能也可以看出来一些端倪(不过这个管子可能不是pin,有可能是sipmt,不知道有没有改微型能谱的可能)

(再此外,shapydose里面只有两个同尺寸的pin,没有单独测大剂量的管子😂

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hrrwto
1年8个月前 IP:江苏
906245

晶体里面有Tl,要当心啊。

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巨大橘子作者
1年8个月前 IP:上海
906248

统一回复,太搞笑了,这机器大概是根本没有高量程,也就不存在切换高量程一说了,闪烁体量程~500μSv/h,按他们给的数据约合50000cps,超过就爆表,没设置高量程是我想不到的,尽管当做光电管的PIN拆掉闪烁体可以变成高量程😂

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巨大橘子作者
1年8个月前 IP:上海
906249
引用发表于1楼的内容
精博的机器外观都属实一言难尽(而且把华瑞的小卡片做成固定式可太搞了。。。拿GammaRayII套壳也...

贼尴尬,刚刚试了发现根本没有高量程的探头,除非把闪烁体拆了剩下PIN管勉强算是个😂

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毛子
1年8个月前 IP:山东
906276

对于其机器到手拆卸工作与说明书对比之后,我也很诧异,明明没有管为什么要写有管;与我之前接触到的同型号机器,不同探测器材质,一样说明书有异曲同工之妙

😂

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