光敏電阻起爆爆炸裝置的特性研究

徐少輝，李開開，范詩若

(中國人民公安大學刑事技術(shù)學院，北京 100038）

光敏電阻起爆爆炸裝置的特性研究

徐少輝，李開開，范詩若

(中國人民公安大學刑事技術(shù)學院，北京 100038）

為了確定依靠光敏電阻起爆爆炸裝置的特性，以不同類型光敏電阻為研究對象，制作模擬裝置，在不同光強和溫度的情況下進行實驗研究，通過對實驗數(shù)據(jù)與制式電雷管起爆條件進行比較，得到了相關(guān)結(jié)論，能夠為今后此類案件爆炸裝置還原以及排爆提供一些有價值的參考借鑒。

光敏電阻；爆炸裝置；三極管

0 引言

伴隨著聲、光控制開關(guān)在工業(yè)和機電領(lǐng)域的廣泛使用，基于聲控、光控開關(guān)制作的爆炸裝置已經(jīng)開始在爆炸犯罪中頻繁出現(xiàn)。該類爆炸裝置的起爆系統(tǒng)利用聲控、光控元件作為電路開關(guān)，當聲光控制元件在聲音或光線滿足控制條件時，起到控制作用導通電路。光敏電阻控制起爆爆炸裝置主要利用光敏電阻在不同光照強度和溫度的情況下，電阻阻值發(fā)生變化，控制電路中電流大小達到起爆電雷管的目的。

在實際爆炸案件中，光敏電阻起爆系統(tǒng)隱藏在包裹、箱體或郵件中，當裝置被打開時對應(yīng)光照環(huán)境主要包括陽光直射、室外背光、室內(nèi)燈光、室內(nèi)背光等幾種情況，在不同光照環(huán)境驟變的情況下達到穩(wěn)定起爆電雷管電流的條件是不同的。同時，在添加放大電路制作的起爆系統(tǒng)中，光強、控制電源電壓與三極管放大級數(shù)的關(guān)系也有待進一步探討。探明此規(guī)律能夠為實際辦案中排除爆炸裝置和準確還原爆炸裝置提供很好的借鑒內(nèi)容。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 光敏電阻的結(jié)構(gòu)

光敏電阻基于內(nèi)光電效應(yīng)，在半導體光敏材料兩端連接上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼中，兩電極做成梳狀用來增加感光的靈敏度。常見的用于制造光敏電阻的材料主要包括金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。在制作工藝上，采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上做成很薄的光敏電阻體以及梳狀的歐姆電極，接出引線并封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 光敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 光敏電阻的特性

在爆炸案件中，影響光敏電阻起爆系統(tǒng)的特征主要包括光敏電阻的光譜特性和溫度特性。光敏電阻的光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性。硫化鎘類光敏電阻的峰值響應(yīng)波長為0.52 μm，硒化鎘光敏電阻為0.72 μm，一般調(diào)整硫和硒的比例，可使光敏電阻的峰值響應(yīng)波長大致控制在0.52～0.72 μm范圍內(nèi)。幾類常見光敏電阻在可見光區(qū)域的光譜特性曲線如圖2所示。

隨著溫度的升高，光敏電阻的暗電阻和靈敏度都會有一定程度的下降，溫度的變化也會影響到光譜特性曲線。溫度變化影響光敏電阻光譜響應(yīng)的同時，光敏電阻的靈敏度和暗電阻都會發(fā)生改變。對于作用于可見光區(qū)域的光敏電阻，特別是硫化鎘類光敏電阻，其受溫度影響較小。

圖2 光敏電阻的光譜特性曲線圖

1.3 光敏電阻的參數(shù)

在爆炸案件中，犯罪分子較多采用硫化鎘類光敏電阻，它所具備的光譜響應(yīng)特性是最接近普通人眼光譜的光視效率，其靈敏度在可見光波段范圍內(nèi)最高，目前被廣發(fā)應(yīng)用在日常生活中的燈光自動控制和調(diào)節(jié)、照相機的自動測光等系統(tǒng)中。在實驗室環(huán)境下，測試得到直徑5 mm的硫化鎘類光敏電阻的參數(shù)，如表1所示。

表1 直徑5 mm硫化鎘類光敏電阻主要參數(shù)

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗器材

6 種不同型號的直徑5 mm光敏電阻各若干，三極管若干，燈泡若干，萬能表一只，蓄電池一個，南孚1.5 V電池若干，電池底座若干，鉗子、剪刀等工具。

2.2 實驗裝置

根據(jù)光敏電阻起爆爆炸裝置在實際案件中的使用情況，制作模擬裝置，示意圖如圖3所示。

圖3 模擬裝置示意圖

2.3 實驗方法

(1）利用萬用表分別測量串聯(lián)電路中的6種不同型號直徑5 mm光敏電阻在室外陽光直射、室外背光、室內(nèi)燈光直射、室內(nèi)背光4種情況下的電阻阻值，每種型號各測3個，取平均值。

(2）比較串聯(lián)電路中直徑5 mm不同型號光敏電阻在4種條件下阻值的數(shù)量級，測試哪些型號的光敏電阻能夠通過控制電源電壓使起爆裝置串聯(lián)電路中的電流在不同光照環(huán)境驟變的情況下達到穩(wěn)定的電雷管起爆電流。

(3）比較串聯(lián)電路中直徑5 mm不同型號光敏電阻在4種條件下阻值的數(shù)量級，通過三極管一級放大和二級放大測試哪幾種類型的光敏電阻起爆裝置在不同光照環(huán)境驟變的情況下達到穩(wěn)定的電雷管起爆電流以及所對應(yīng)的電源電壓情況。

3 實驗結(jié)果及分析

實驗一:在室外溫度26℃，室內(nèi)溫度23℃，晴天條件下測量的光敏電阻的阻值如表2所示。

表26 種不同型號光敏電阻不同光照條件電阻阻值

由于光敏電阻在不同環(huán)境中阻值變化較大，靈敏度較強，上表所列的電阻阻值為近似值，通過歐姆定律:U(起爆所需最小電壓）=R(光敏電阻阻值平均值）×I(內(nèi)阻在3～4 Ω的雷管最小起爆電流0.21 A）測得的電雷管起爆所需的最小電壓為實際應(yīng)用分析的參考值。據(jù)此，可以推斷電池的數(shù)量和放大級數(shù)，進而分析爆炸案件中的起爆方法。

實驗二:在模擬裝置中串聯(lián)不同型號的光敏電阻，在電源電壓21 V、模擬電雷管所用燈泡電阻4 Ω條件下，測試確定能夠引爆電雷管的光敏電阻型號和對應(yīng)的光照環(huán)境。從實驗結(jié)果來看，光敏電阻從遮光變?yōu)槿展庵鄙洌?506光敏電阻兩端電壓為20 V，電路中燈泡兩端電壓為1.6 V；型號5516光敏電阻對應(yīng)電路中燈泡兩端電壓1.1 V，燈泡能夠正常發(fā)光。

從結(jié)果可以看出，只有在室外陽光直射、電源電壓達到21 V的條件下，型號5506和5516的光敏電阻可以引爆電雷管，在其他光照環(huán)境如室外背光、室內(nèi)燈光直射、室內(nèi)背光時，通過燈泡的電流遠小于電雷管最小起爆電流。另外，由于光敏電阻在遮光狀態(tài)下阻值很高，光敏電阻導電發(fā)熱，耗電量大，長時間處于遮光狀態(tài)再打開后也可能會出現(xiàn)起爆失效的情況。

實驗三:在模擬裝置的電路中加入利用三極管制作一級放大電路，電源電壓12 V，正確連接后發(fā)現(xiàn)，6種類型的光敏電阻在四種常見的光照環(huán)境中從遮光狀態(tài)到見光狀態(tài)下均能正常發(fā)亮，且較為穩(wěn)定；改變電路為三極管兩級放大，在電源電壓為3 V的條件下，就可以達到上述效果。從結(jié)果可以看出，實際爆炸案件中，上述6種類型的光敏電阻在兩節(jié)或八節(jié)1.5 V干電池的情況下，均能正常、穩(wěn)定控制起爆。

4 結(jié)論

(1）對于陽光直射、室外背光、室內(nèi)燈光、室內(nèi)背光等幾種情況，光敏電阻起爆爆炸裝置只有在室外日光直射下存在爆炸的可能性(如利用型號5506，5516兩種光敏電阻制作的起爆裝置），但此時需要電源電壓達到21 V。在爆炸現(xiàn)場勘查中，需要至少確定21 V電源電壓，才能做出相應(yīng)推斷。

(2）利用常見的光敏電阻制作的爆炸裝置，通過三極管將電流進行一級放大之后，均能使上述6種類型的光敏電阻在四種常見的環(huán)境中從遮光狀態(tài)到見光狀態(tài)下實現(xiàn)引爆，此時需要電源電壓達到8 V。

(3）利用常見的光敏電阻制作的爆炸裝置，通過三極管將電流進行二級放大之后，均能在兩節(jié)1.5 V干電池作為電源的情況下正常、穩(wěn)定起爆。

［1］王彥華.光敏電阻器原理及檢測方法［J］.學術(shù)期刊，2012(12）.

［2］周磊，等.光敏電阻在一定光照條件下隨溫度變化的特性［J］.實驗室研究與探索，2010(5）.

［3］孫光.遙控爆炸裝置的現(xiàn)場處置與勘查重點［J］.中國人民公安大學學報:自然科學版，2006(4）:75-78.

［4］姜節(jié)儉.光電物理基礎(chǔ)［M］.成都:成都電訊工程學院出版社，1986.

(責任編輯 陳小明）

D631.44

北京市青年英才項目(2013年）。

徐少輝(1981—），男，河北承德人，碩士，講師。研究方向為痕跡檢驗。