ФОРУМ КУПИТЬ

Последние статьи

ВСЕ СТАТЬИ

Измерение содержания радона в доме и кое-что еще

13/05/2019 13:15:19

Про газ радон с атомным номером 86 из таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева написано много и по-разному. Одни пишут, что радон, скапливаясь в подвалах и прочих жилых помещениях, якобы оказывает ужасное воздействие на организм человека, приводя к страшным заболеваниям. Другие пишут, что радоновые ванны способствуют восстановлению и стимулированию всех систем организма. Одни пишут, что радон выделяется не только из земли, но также из кирпича, песка и бетона, из которых строят дома, что значительно сокращает жизнь человека. Другие пишут, что горцы, находящиеся в условиях, когда содержание радона по естественным причинам на порядки превышает обычный уровень, живут в среднем в полтора раза дольше степных собратьев.


Не являясь экспертом в этой области, не могу принять какую-то одну сторону или точку зрения. Но мне стало любопытно. Ведь я живу в частном доме с подвалом, в котором размещены гараж, мастерская, котельная и щитовая. И, бывает, нахожусь в этих помещениях часто и подолгу. Кроме того, судя по картам, составленными уфологами, конспирологами и прочими профессорами алхимии, я нахожусь в неблагоприятной зоне по части радонового фона. Так вот для того, чтобы удовлетворить свое любопытство, я приобрел отечественный прибор Radex MR107. В документации сказано, что "прибор предназначен для оценки эквивалентной равновесной объёмной активности (ЭРОА) Rn-222 (радона) и дочерних продуктов изотопов радона по величине объёмной активности (ОА) радона в воздухе жилых и общественных помещений". Много датчиков я использую дома, но такого в моей коллекции еще не было. Получил, распаковал, притащил в подвал, включил, измерил... И что же?
 


Прибор Radex MR107 для мониторинга содержания радона в воздухе


Radex MR107 умеет измерять 3 параметра окружающего воздуха. Температуру, влажность и содержание радона. Температура и влажность, разумеется, отображаются моментально, а для измерения содержания радона требуется время. При первом включении требуется 4 часа. Далее показания обновляются каждый час. Этот временной отрезок называется экспозицией. Сенсор в течение часа регистрирует "распад" частиц, а дальше по заложенному алгоритму оценивает уровень в специальных единицах Бк/м3 (беккерелях на куб воздуха).


Прибор может отображать полученные значения на дисплее, который до боли напоминает известный нам SSD1306, а также сохранять их в памяти для последующей передачи на ПК. Для считывания данных из прибора производитель предоставляет программу Radex Data Center для ОС Windows, с помощью которой можно вручную, нажав кнопку, загрузить сохраненные в память прибора значения и отобразить их в виде таблицы или графика. Также программа позволяет делать минимальные настройки: управление звуковой индикацией, выбор отображаемой на дисплее информации. На этом все. А если я хочу интегрировать этот чудесный девайс в общую систему Умного Дома? А если я хочу смотреть графики на домашнем сайте с телефона и планшета? А если я хочу получать уведомления по электронной почте или SMS о превышении безопасного уровня радона? А если я хочу управлять вентиляцией по показаниям данного прибора? Нет, нет и нет.
 


Radex Data Center. ПО для MS Windows


Или да? Или да, если на компьютере установлен Serial Port Monitor и есть пара часов свободного времени. Мне не нужно было считывать сохраненные в памяти значения. Достаточно получать текущие значения. К Linux прибор Radex MR107 подключить просто. В системе он определяется так.

May  9 20:50:24 srv kernel: [906204.239045] usb 2-1: New USB device found, idVendor=abba, idProduct=a004
May  9 20:50:24 srv kernel: [906204.239048] usb 2-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
May  9 20:50:24 srv kernel: [906204.239051] usb 2-1: Product: MR107
May  9 20:50:24 srv kernel: [906204.239052] usb 2-1: Manufacturer: Quarta-Rad
May  9 20:50:24 srv mtp-probe: checking bus 2, device 2: "/sys/devices/pci0000:00/0000:00:1d.0/usb2/2-1"
May  9 20:50:24 srv mtp-probe: bus: 2, device: 2 was not an MTP device
May  9 20:50:24 srv kernel: [906204.578446] cdc_acm 2-1:1.0: ttyACM0: USB ACM device

Никаких дополнительных драйверов не требуется. В системе появляется устройство /dev/ttyACM0, с которым можно работать, как с любым serial-портом. Скорость 9600 бод.
С помощью Serial Port Monitor я выяснил, что текущие значения прибор отдает, если в порт отправить команду вида
 

x7b xff x20 x00 x06 x00 x83 x04 x00 x00 xda xfb x04 x08 x0c x00 xef xf7


Radex Data Center при каждом запросе меняет значение некоторых полей (счетчиков). Но даже если не менять этот запрос вовсе, а отправлять в порт одну и ту же последовательность, прибор бодро отдает текущие значения.
 


Путем наблюдений я выяснил, что меняются поля, которые подчеркнуты на картинке. Во втором ряду 3 группы (по 4 байта каждая) и в третьем ряду 2 группы (4 байта и 2 байта).
Оказалось, что все значения кодируются с помощью IEEE754, стандарта двоичной арифметики с плавающей точкой с одинарной точностью (32 бита).
Первая группа - содержание радона. Вторая группа - температура. Третья - влажность. Во втором ряду содержится максимальный зафиксированный уровень содержания радона. А зеленым выделен 16-битный счетчик до конца экспозиции.

Потребовалось всего пара минут, чтобы накидать простенький скрипт на python'е для считывания текущих данных.
 

import serial
import struct

ser = serial.Serial(
    port='/dev/ttyACM0',
    baudrate=9600,
    parity=serial.PARITY_NONE,
    stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
    bytesize=serial.EIGHTBITS
)

ser.isOpen()
packet = bytearray(b'x7bxffx20x00x06x00x83x04x00x00xdaxfbx04x08x0cx00xefxf7')
ser.write(packet)

raw_temp = ""
raw_hum = ""
raw_rad2 = ""
raw_rad3 = ""

exp_timer = 0;

for x in range(0, 70):
	c = ser.read()
	print '{0:x}'.format(ord(c), 10), " ",

	if x in range(28, 32):
		raw_rad3 = raw_rad3 + c
	if x in range(32, 36):
		raw_temp = raw_temp + c
	if x in range(36, 40):
		raw_hum = raw_hum + c
	if x in range(56, 60):
		raw_rad2 = raw_rad2 + c
	if x == 64:
		exp_timer = ord(c);
	if x == 65:
		exp_timer = ord(c) * 256 + exp_timer;

print ""
[temperature] = struct.unpack('f', raw_temp)
print "Temperature: " + str(temperature)
[humidity] = struct.unpack('f', raw_hum)
print "Humidity: " + str(humidity)
[radoncur] = struct.unpack('f', raw_rad3)
print "Radon Cur: " + str(radoncur)
[radonmax] = struct.unpack('f', raw_rad2)
print "Radon Max: " + str(radonmax)
print "Exposure countdown: " + str(exp_timer)
 

Результат работы скрипта.

user@srv:/home/user# python mr107.py
Temperature: 28.3455276489
Humidity: 40.5386390686
Radon Cur: 98.1800765991
Radon Max: 157.088134766
Exposure countdown: 3175

Немного забавно, что значение, скажем, "157.98" прибор отображает на дисплее как "157". Округление не производится. И для температуры с влажностью тоже.
Ну и, конечно, не составило большого труда записывать значения в БД и выводить график на домашнем Web-сервере, доступном с любого мобильного устройства и из Интернета (с паролем, конечно).
 


График изменения содержания радона в моем подвале


Несколько наблюдений.
Будучи размещенным в подвале, прибор фиксирует радон. Как видно на графике, его концентрация достигала 160 Бк/м3. Ничего критичного в этом нет. Вроде бы СанПиН допускает ЭРОА в пределах 200 Бк/м3 в уже эксплуатируемых зданиях. Для новых зданий якобы ЭРОА не должна превышать 100 Бк/м3. Насколько я понял в мировой практике уровни до 300 Бк/м3 считаются относительно безопасными.
График показывает содержание радона в щитовой (серверной). Это самая закрытая и непроветриваемая часть подвала. Интересно, что значение менялось от 160 до 60 Бк/м3. При этом никакого проветривания не осуществлялось. Возможно, если прибор не врет, выделение радона из земли также носит волнообразный и непостоянный характер. Возможно, этот процесс связан с погодой или сменой времен года. Буду наблюдать.
В жилых комнатах 1-го и 2-го этажа максимальное содержание радона составило 65 Бк/м3. При среднем показателе менее 30 Бк/м3. Иными словами, можно спать спокойно.


Уже когда я написал и запустил скрипт, я связался с представителем фирмы производителя ("Кварта-Рад") и сообщил, что я планирую использовать прибор в режиме постоянного сбора данных, что для этого планирую написать свое собственное ПО. Я спрашивал, допустим ли длительный режим работы, и могут ли разработчики предоставить более подробное описание протокола, чтобы сделать работу скрипта более корректной с точки зрения функционирования устройства. Я сразу же получил ответ, что постоянный режим работы допустим. А насчет протокола представитель фирмы обещал обсудить этот вопрос с коллегами. Возможно, моя статья подтолкнет сотрудников из "Кварта-Рад" к разработке средств для полноценной интеграции с внешними системами.

Update (26.06.2019)

В течение месяца производилось непрерывное считывание данных с прибора. И вот результаты.

Содержание радона в моем подвале менялось от 30 Бк/м3 до 300 Бк/м3 (что вообще-то уже многовато). Причем никакого проветривания не проводилось. При 300 Бк/м3 прибор пищал, регистрируя распад частиц, каждые 30-50 секунд. Признаться, это действовало на нервы... С чем связаны столь резкие колебания содержания радона я пока вывить не смог. Корреляции с погодными условиями, скоростью ветра, осадками установить на данный момент не удалось. Возможно, такой зависимости и нет. Наблюдаю дальше.

Update: 29.09.2019

Кажется, заметил определенную закономерность. Как правило, содержание радона в подвале увеличивается после сильных ливней или продолжительных дождей. Нашел подтверждение этому в Википедии: "Концентрация радона в воздухе зависит, в первую очередь, от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над поверхностью морей радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой)". Получается радон, который в сухую погоду свободно выходил из грунта вокруг дома, во время дождей охотнее проникает в подвальные помещения. Еще одно наблюдение. Содержание радона в подвале снижается при сильном ветре. Этому, видимо, способствует и более активное проникновение наружнего воздуха внутрь помещения (эффект естественной вентиляции) и за счет разницы в давлениях более интенсивное удаление радона из грунта вокруг дома. В полный штиль, который длится несколько дней, показания прибора напротив, как правило, растут. Радиактивный газ при таких условиях имеет тенденцию скапливаться в подвале.
Кстати, по современным стандартам, принятым в развитых странах мира, содержание радона свыше 100 Бк/м3 считается нежелательным, а свыше 300 Бк/м3 - не то чтобы опасным, но крайне нежелательным и уже требующим мер по снижению концентрации. Ведь за пределами дома средняя концентрация обычно не превышает 10 Бк/м3. Некоторые исследователи отмечают, что для современного строительства эта тема особенно актуальна в связи с высокой теплоэффективностью и герметичностью домов и сооружений. Старые дома менее герметичны, а значит в этом смысле более безопасны. 8 сентября 2019 мой прибор, установленный в подвале, зафиксировал 340 Бк/м3, что пока является максимальным значением за всю историю наблюдений. Планирую ряд экспериментов с приточно-вытяжной вентиляцией.

Update: 02.07.2022

О поисках закономерностей в изменении концентрации радона в подвале, а также о дальнейших шагах по измерению радиоактивности в бытовых условиях с интеграцией в систему домашней автоматизации читайте в продолжении.

 

Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.



Добавить комментарий:

(необязательно, не отображается на сайте)


Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху

2023-08-29 19:09:29 | Andrey_B
Victor_i1ov, "средняя по больнице" - это 36.6 в любой момент времени. В моем же случае регистрируются периоды, когда содержание радона превышает 200-300, а иногда и 500 Бк/м3 в течение нескольких дней и даже недель подряд. А затем следуют периоды, когда концентрация падает до 30-60 и также держится на этом уровне длительное время. На среднюю по больнице совсем не похоже. Причем если построить график за несколько лет, то получается весьма любопытная картина, про которую я рассказывал здесь.
Мне интересен не столько "истинный поток радона" (не вполне понимаю, что именно это означает), сколько общая концентрация данного газа в воздухе, которым я дышу, будучи в подвале. То, что прибор фиксирует определенные уровни в течение длительного периода времени, а изменение показаний происходит плавно, скорее говорит в пользу корректности измерений. Конечно, датчик прибора регистрирует распад отдельных частиц, а дальше делает расчет в Бк/м3 по заданной формуле. Но если включить зуммер (у меня был включен довольно продолжительное время), то очень хорошо слышно, что бывают периоды, когда прибор пищит часто (высокий уровень радона, частая фиксация распада) и когда очень редко (низкий уровень).
Я охотно верю, что колебания уровня радона связаны с поведением трещин где-то в породах и земной коре. Потому что никакой видимой и очевидной системы или закономерности я не установил кроме факта цикличности колебаний в масштабах нескольких лет. Может быть, имеет значение конкретный регион. У меня это Поволжье, Жигулевские горы, в нескольких километрах довольно большая ГЭС.
Что касается вашего вопроса про схему подключения. Я не очень понимаю, о чем именно вы спрашиваете. Никакой схемы нет. Прибор просто подключен к ПК через USB. Все остальное - попытка вытащить из устройства данные без использования родного ПО, которое на тот момент было только для Windows.


2023-08-29 15:24:39 | Victor_i1ov
Уважаемый Андрей в подвале вы измеряете "среднюю температуру в больнице". Если в полу подвала просверлить отверстие в него забить перфорированную трубку, изолировать ее в полу и откачивать воздух с помощью компрессора от аквариума через датчик радона, то вы получите истинный поток радона который пробивается на поверхность земли из ее глубин (радон это продукт стабильного распада урана, который достаточно равномерно распределен в породах, и все колебания потока радона это изменение состояние трещин на его пути вверх)


2023-08-29 15:04:46 | Victor_i1ov
Уважаемый Андрей извините но я некорректно сформулировал свой вопрос, у меня была идея вывести текущие показания датчика радона на сайт "Народного мониторинга". В Крыму показания датчика радона могут быть предвестником землетрясений. Чаще всего они происходят на спаде пика выброса радона, но эпицентр располагается в области минимального потока радона (скопившееся напряжение закрывает трещины через которые радон просачивается на поверхность земли. Как я понял вы решили аналогичную задачу для zabbix, я новичок в мире микроконтроллеров, не могли бы вы дать схему подключения usb host-w5100-uno? Не для себя лично стараюсь. С уважением Victor_i1ov


2022-06-29 20:21:45 | Andrey_B
Victor_i1ov, так в статье же написано, что использовался прибор Radex MR107. Сейчас вместо него производится Radex MR107+. Не знаю, насколько они совместимы.


2022-06-29 17:52:34 | Victor_i1ov
Уважаемый Andrey_B статья очень интересная, то ради чего я занялся поиском инфы и попал на Вашу статью. Вопрос какой дивайс с линексом Вы применили? Что касается выделения радона - оно зависит от влажности, атмосферного давления и это один из известных предвестников будущих землетрясений.


2020-11-30 21:33:35 | Эдвард
Хотел реверснуть протокол обмена, а тут готовое решение. Спасибо огромное. Прибор разбирал, собран на стмке, датчик - pin диод, окруженный высоковольтным электродом и все закрыто металлическим экраном. Жалко нельзя фотки сюда добавлять. С динамикой показаний такая же картина. У меня модель с плюсом, другое расположение воздухозаборов.


2020-11-25 14:17:57 | Andrey_B
Андрей, ну у меня "серверная" в подвале, поэтому прибор непосредственно подключен к серверу через USB. Но если сервер далеко, можно поставить любой мини-ПК типа Raspberry Pi и собирать данные через него.
Другое дело - сами показания. Чрезвычайно интересно. Иногда уровень радона подолгу, неделями держится на минимальном уровне, ниже чувствительности прибора, а иногда просто зашкаливает, доходя до 400 Бк/м3 и выше. Какие-то зависимости определенно есть, но их очень тяжело проследить.
Пока сделал глобальный вывод один. Если показания приборы верны, то выделение радона из недр происходит _очень_ неравномерно, нелинейно, всплесками. Вот прямо сейчас прибор фиксирует 230 Бк/м3, а еще сутки назад было 60 Бк/м3.


2020-11-24 21:36:35 | Андрей
Интересная тема! Не планируете более детально ее разобрать? Я только начинаю во всем этом разбираться и как раз собирался купить RADEX MR107. Очень бы хотелось его интегрировать в Home Assistant, но пока не представляю, как это можно сделать... В первую очередь интересует, как организовать сбор и передачу данных с устройства, которое находится в подвале? Было бы очень интересно узнать, как вы это реализовали.


2019-05-16 19:39:15 | Andrey_B
Сергей, не знаю, не разбирал. Можно задать вопрос производителю. Но розничные цены на _новые_ датчики, которые используются в подобных изделиях, обычно весьма высокие. Это не самые простые сенсоры.


2019-05-16 02:05:21 | Сергей
Можно этот прибор показать в разрезе ? Или хотя-бы что за датчик там установлен.