Il contatore Geiger HADARP
22 luglio 2010
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Matteo Negri, l’utente AstroTeo di ForumAstronautico.it, ha realizzato HADARP, un contatore Geiger che volerà su StratoSpera. In questo guest post Matteo racconta come lo ha progettato, costruito e testato. Il suo lavoro e il suo impegno seguono lo spirito delle rigorose fasi di realizzazione di un payload per una missione spaziale, anche se i prodotti industriali sono di livello superiore. Ma all’industria spaziale mancano forse l’ambiente della cucina e dell’allegria ferrarese di Matteo.
- Paolo
Ciao a tutti!
Dopo mesi di lavoro il contatore Geiger del progetto Stratospera ha preso finalmente forma!
Ed ecco a voi “HADARP: High Altitude Data Acquisition Radioactivity Probe”!
Questa è la sua storia …
Il progetto ha preso forma nel mio laboratorio-cameradaletto in questi mesi, godendo della mia piccola ma solida esperienza nella costruzione per scopo hobbistico di diversi contatori geiger, alcuni dei quali perfettamente funzionanti, e altri (purtroppo) finiti troppo presto nel bidone del rusco .
Il contatore Geiger HADARP
Dopo aver realizzato lo schema a blocchi del circuito, sono passato alla scelta dei componenti elettronici. Questa fase mi ha portato via molto tempo, dedicato per lo più allo scartabellando dei vari datasheets, nell’affannosa ricerca di componenti, aventi un ampio range nella temperatura di funzionamento. I problemi più grandi incontrati da un pallone sonda diretto alla stratosfera, infatti, sono dovuti ai rigori di quest’ambiente. La bassa pressione dell’aria e gli sbalzi termici a cui è sottoposto durante l’ascesa, non sono assolutamente da sottovalutare. Ho cercato di scegliere così, circuiti integrati di tipo industriale (Delta T compreso tra: -55 e +125°C), eliminando da subito l’idea d’introdurre sulla board condensatori elettrolitici (soggetti a ribollimenti), sostituendoli prontamente con modelli allo stato solido al Tantalio.
Realizzato uno schema elettrico efficiente sono passato allo sbroglio del circuito stampato, seguito passo passo dall’ordine su internet dei componenti elettronici definiti in fase progettuale come “esotici”; tra questi un tubo Geiger avente la sensibilità opportuna al tipo di radiazioni da rilevare (raggi cosmici per la maggiore). Questo componente ha rappresentato in tutto e per tutto un vero e proprio calvario…
Componenti principali di HADARP
Rivoltomi per “principio” (così non posso “sbagliare” … pensavo!) a una nota casa costruttrice negli USA, ho potuto disporre di un tubo funzionante solo dopo 2 tentativi andati a vuoto! Il primo tubo che mi è stato consegnato dall’oltre oceano è arrivato schiacciato come una sogliola, mentre il secondo privo del gas a causa dell’ampolla di carico rotta nel viaggio!
Dopo varie imprecazioni per email con la casa costruttrice (alcune anche in Atlantideo pre-affondamento dell’isola), sono riuscito finalmente a farmi rimborsare per intero entrambe le spedizioni e ad avere finalmente, al terzo tentativo un tubo perfettamente funzionante, consegnatomi stavolta, “per precauzione”, in un “apposito container di metallo” degno concorrente del rack del payload di uno Space Shuttle! Hanno capito che con Astroteo non si scherza …
Terminato lo sbroglio del circuito stampato e i repentini controlli per verificare l’eventuale presenza di errori o cortocircuiti, il file “gerber” è volato in fabbrica per l’assemblaggio, e dopo due settimane, il circuito era già sul tavolo del mio laboratorio, montato e pronto per la programmazione finale.
La stesura del firmware di HADARP, ha richiesto anche la realizzazione in Visual Basic di un programma per il PC d’appoggio, quest’ultimo necessario per simulare l’unità di controllo principale del pallone. Sarebbe bastato anche il normale “Hyper Terminal” di windows, ma un lavoro titanico, richiedeva un software dedicato e sponsorizzato! E così è stato … dopo un paio d’ore di lavoro è nato “HADARP System Monitor” (vedi foto allegata IMG_3.jpg) che permette di visualizzare il traffico RS232 generato da HADARP e di inoltrargli, con un apposito pulsante, la stringa di richiesta dei dati misurati.
HADARP System Monitor
Il firmware successivamente creato e poi scaricato nel processore, in sostanza fa tre cose fondamentali:
- Gestisce l’elettronica per generare l’alta tensione necessaria al tubo geiger (circa 500V), contando successivamente i preziosi impulsi generati da quest’ultimo quando colpito dalla radioattività ambientale;
- memorizza i dati della radioattività rilevata in sei sessioni da 10 secondi l’una, registrandoli per sicurezza sulla “Fly Data EEPROM”;
- successivamente, quando dall’unità di controllo del pallone, attraverso la presa seriale, arriva il messaggio di richiesta “G1”, legge i dati memorizzati, li elabora e li spedisce all’unità centrale attraverso la presa seriale stessa.
A bordo della scheda HADARP è presente anche un termometro digitale integrato, che provvede a compensare attraverso un apposito algoritmo, le variazioni di tolleranza del tubo Geiger esposto al freddo dell’ascesa. Il circuito funziona con una tensione compresa tra 7 e 18V e assorbe una corrente massima di circa 39 mA. I dati misurati (colpi in 10 secondi di misura) vengono sparati in uscita sulla seriale, quando su essa arriva una stringa di richiesta “G1″, quest’ultima inviata a 9600 bps.
Una volta terminata la stesura del firmware, ho passato HADARP ai rigorosi controlli per l’idoneità al volo. I test eseguiti sono stati i seguenti:
- .Stress meccanico;
- .Stress termico;
Per il test n°1 ho provveduto ad alimentare il circuito con un pacco-batteria al litio, legando il tutto (Hadarp compreso) al piatto di un vecchio giradischi munito di un apposito contagiri digitale. Dopo averlo centrifugato per più di un’ora alla massima velocità, ho provveduto a controllare il funzionamento del circuito a banco, nonché le misure rilevate, notando che tutto aveva funzionato perfettamente. Successivamente ho provveduto a far cadere solo la board HADARP sul pavimento (il tubo Geiger no, per l’amor di Dio!!!) e ho notato che nessuna saldatura aveva ceduto … risultato test n°1 … ready for launch!
Per il test n°2 ho provveduto a rinchiudere la board HADARP e il tubo Geiger nel congelatore di casa assieme ai gelati e ai salami ferraresi … Dopo due ore a -30°C, HADARP e il suo fedele sensore, funzionava ancora perfettamente, apparendo al primo approccio congelato, come la DeLorean di Ritorno al Futuro, dopo un intrepido viaggio nel tempo. Il circuito era ricoperto di brina, aveva il LED di sistema appannato, ma emanava ancora un rassicurante lampeggio rosso di “Program in progress”! Una volta al banco, valutando i dati memorizzati, ho rilevato (per fortuna) bassi valori di radioattività nei cibi presenti, eccetto un picco anomalo degno di nota, rilevato dopo circa mezz’ora di congelamento (e contrassegnato da me stesso con la scritta: “wow”), sfortunatamente non più ripetutosi per l’intera fase di stoccaggio a -30 … risultato test n°2 … ready for launch!
A questo punto, ho dichiarato HADARP idoneo al volo, dotandolo subito, nelle parti più suscettibili, degli appositi cappucci rossi recanti la scritta: “Remove before fly”.
Resto in attesa delle istruzioni precise per i controlli finali dal resto del team.
A presto!
Astroteo
Teotech Corp. Laboratory
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