遂にSparkFunガイガーカウンターの不具合を解決した

　とうとう、SparkFunのガイガーカウンターキットの不具合（と言って良いだろう）の原因を解明した。もし、同じこのキットをお持ちの方は、この記事の最後に出てくる改修を出来る限り早く実施された方が良いだろう。さもないと、虎の子のガイガーミュラー管LND712を失う可能性が高い。

なぜ高電圧のまま出荷されていたのか理由がわかった(8/22/2011)
　SparkFunのガイガーカウンターキットの高圧部は、高入力抵抗の電圧計でも1500V近く、分圧器（1GΩ）を使ったオシロでも同じくらいの電圧がかかっていることが確認された。2種類の測定で同じ値だ。この電圧に間違いないだろう。このキットのガイガー管（以下GM管）はLND712で定格は500V、この電圧は余りにも高すぎる。

　Sparkfunのフォーラムには、以前の記事でも紹介したように、900V以上電圧が出ているよというユーザーの投書があり、Sparkfunから調べておくという返事があってそのままになっている。

　しかし、発振回路を調整して500Vに下げると、こんどは放射線パルスを感知しない。ガイガーカウンターとしての機能を果たさない。仕方がないので、元へ戻すと、高圧部から、異音が発生して電圧が断続的に低下し、正常な観測が出来なくなる。このブログにも同じような悩みを持っている人からのコメントがある。

　こちらで最初、高圧がでなくなったのは、当方の原因（配線パターンに接着剤をつけた）のようだが、電圧が高すぎることについては全く思い当たる節はない。フライバックトランスの出力は、オシロで見た限りでは、p-pで160～180V、3倍圧整流回路を通って、500V近辺になるはずだが、ウェブ情報などによると、フライバックトランスによる発振は安定でなく共振すると突然上がったり下がったりすると言う。

　そのため、Sparkfunがお手本にしたらしい回路には、ツェナーダイオードを直列にした電圧制限回路が入っており、一定の電圧以上では、ドライバーに制限がかかって出力が下がるようになっている。ところがSparkFunの回路は、なぜかこの部分が省かれている。

　いずれにしても、定格にすると機能しない。高圧に戻すと検知はするものの、異音が出て電圧が下がる。進退窮まって、もうSparkfunのキットは諦めようと思っていた（前記事にはそう書いた）ときのことである。

　GM管からの波形をオシロで見るともなしに見ながら、ふと、このGM管の放射線検知によるパルス波形が、これまでのウェブで見たお馴染みのパルス波形でなく、えらく派手なのに気がついた。

　ふーむ、ウェブで見るパルスは一回限りで、こんなに20ms近い連続したパルスではない。500Vではこのキットでは検知しないが、もしかしたら、このGM管はパルスを出していても回路が認知していないだけなのではないかという感じがしてきた。

　500Vに電圧を下げる。前のようなパルスは発生しない。つまり検知しない。オシロのスキャンの時間を一旦長くしておいてから、様子を見る。おっ、何か非常に短いがパルスが出ている感じがする。少しづつスキャン時間を短くしていく。そうだ、1現象ではなく、GM管から引き出されている信号出力にもオシロをかけてみよう。さらにトリガーをAutoでなく、検知したらそこで止まるNormalモードにしてみた。

　ビンゴ！である。トランジスターのベースには綺麗なパルスが入っているのが確認できた。間隔は、環境放射線の線量に近い間隔だ。なーんだ。ちゃんと検知しているではないか。それなのに何故マイコンの方には伝えられないのだ？

　回路図を見る。おおお、検知トランジスターのコレクターに4.7μFのコンデンサーが入っている。今まで気がつかなかったけれど、こんなに大きな時定数では、GM管の短いパルスは吸収されてしまうはずだ。

　わかったぞ、わかったぞ。このコンデンサーを使っていると言うことは、さきほどの派手なパルスを1パルスにするための定数だったのだ。今までの事実の断片が、次々につながって確かなストーリーが出来上がっていく。全部の謎がずるずると解けていくのがわかる。このコンデンサーの定数が動かぬ証拠だ。

　Sparkfunの開発者は、何らかの理由で電圧制限回路を省略し、電圧が1500V近くに上がっていることに気づかず、そのときのGM管の高圧でのパルス挙動を通常のパルスと勘違いし、このパルスで1カウントになるように、このコンデンサーを調整したのだ。

恐らく内部抵抗の低い計測器で高圧を測ったのだろう。高圧部の測定値が実際よりかなり低く、フライバック発振の電圧を見ているので3倍圧整流回路を通っても500V以下と確信していたに違いない。

　1500V近辺のLND712の放射線感知の波形は、多数のパルスが長時間でる(20ms以上）。設計者はこれに合わせて、信号検知の時定数を大きくし、結果として、通常のGM管の反応の時はパルスを拾わなくなってしまった。本来のGM管の反応パルスは、非常に短く（100μｓ程度）、この定数では隠れてしまう。

　アメリカでは余り問題にならず、日本のユーザーで「動かなくなった」という声があるのは、アメリカが日本に較べれば、圧倒的に湿度が低いため、数倍の電圧でもおかしくならなかったのだろう。

　日本の湿度はアメリカでは想像できないほど高い。これによって、LND712の絶縁が限度を越えてしまった可能性が高い。カンッカンッと音がしていたのは、定格の3倍近い電圧を喰らってリークしているGM管の悲鳴だったのだ。危ない、危ない。

　謎が解ければ、対処の方法は簡単だ。基板上の4.7μFのコンデンサーをはずし、少し極端だが、0.1μFに減らしてみる。よーし、良いぞ、500Vでも、しっかり反応をするようになった。オシロでみると少し少なすぎてパルスを余分に集めてしまいそうだが、これはあとで調整できる。

　500Vに下げれば、当然GM管からは全く異音はしなくなる。良かった。GM管は壊れていなかった。それにしても、GM管というのは丈夫な機器のようだ（冷戦という戦時仕様だからかも）。

Sparkfunのガイガーカウンターキットの修正方法(8/23/2011）
　Sparkfunのこのキットを持っている人は、早急に次に説明されている部品を交換したほうが良い。そうでないと、GM管がこわれるか、測定不能になる。

(1)発振回路のC2の10μFを1μFに替える。
　　これで、GM管の電圧は、1500Vから600V程度に下がる。このままでは、パルス
　　を拾わ ないので、次の(2)を行う。

(2)SIGをとりだすバッファートランジスタコレクタにあるC9 4.7μFを0.1μFに下げる。
    これでLND712の正規パルスを拾うようになる。ただし、この定数は調整する
　　必要があるだろう。余り小さいと主パルスに付随する弱いパルスを独立した
　　パルスとして拾ってしまう可能性がある。

　(1)は1μFより、0.5μFにした方が良いかもしれない。（ 1μでも定格の500Vを超える）。一番良いのは、前回記事の海外サイトのオリジナル回路のように、ツェナー（またはバリスター）で高圧電圧を測りフィードバックして制御するのが一番確実だ。ブロッキング発振は、調整が難しい。原作者はそれを知っていて電圧制限回路を加えていた。これならツェナーダイオードで設定した以上の電圧はかからない。

　面実装の部品を取り外すのは通常では難しい。10μFのチップコンデンサーは2012クラスで、この程度なら、半田ごて一本で辛うじてはずせると思うが、4.7μFのコンデンサーは大きくてパタンが離れているので、はずすのは苦労するだろう。半田ごて2本あればとれると思うが、簡単にとるには、所長の愛用しているサンハヤトの低温特殊ハンダをお勧めする。少し高い(千石電商で￥4200)が、こういう表面実装部品のとりはずしはうそのように簡単になる。