紫外光敏管測試設(shè)備的設(shè)計

劉 清，朱朝陽，趙 濤，李洪海，劉 莎

（西安北方光電科技防務(wù)有限公司檢測計量中心，陜西西安 710043）

0 引言

紫外光敏管是火焰探測器的重要傳感器，該火焰探測器廣泛應(yīng)用于煤礦、裝甲車輛等方面。因此，它的技術(shù)指標(biāo)合格與否關(guān)系到火焰探測器能否準(zhǔn)確有效的捕捉火災(zāi)信號。本紫外光敏管測試設(shè)備就是為了保障其各項技術(shù)指標(biāo)滿足某裝甲車輛所使用的滅火抑爆火焰探測器的要求而設(shè)計的專用測試設(shè)備。

1 紫外光敏管

紫外光敏管是一種充氣元件，屬于外光電效應(yīng)。當(dāng)陽極加上一定的電壓時，在一定波長、一定強(qiáng)度紫外光的照射下，其陰極發(fā)射電子，在外電場作用下加速飛向陽極。在此過程中，發(fā)射電子與管內(nèi)氣體分子碰撞，使氣體分子電離形成雪崩放電，產(chǎn)生隨機(jī)導(dǎo)通脈沖，該導(dǎo)通脈沖的頻率即紫外光敏管的靈敏度。只要上述條件穩(wěn)定，這種導(dǎo)通脈沖遵循一定的統(tǒng)計規(guī)律，并趨向于某一穩(wěn)定值。

2 紫外光敏管測試設(shè)備工作原理

本紫外光敏管測試設(shè)備采用Atme1公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52為控制核心，其主要完成的工作有：對標(biāo)準(zhǔn)紫外光源工作電流采集并顯示，對紫外光敏管R334的工作電壓采集并顯示，對紫外光敏管R334的啟動工作電壓、靈敏度即統(tǒng)計頻率等的檢測和顯示。該系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)紫外光源（氫燈）及其電源電路，紫外光敏管供電電源電路、整流、濾波、電壓電流A/D轉(zhuǎn)換、信號處理和驅(qū)動及液晶顯示等部分構(gòu)成（圖 1）。

圖1 紫外光敏管測試設(shè)備原理

2.1 標(biāo)準(zhǔn)紫外光源

標(biāo)準(zhǔn)紫外光源采用針對被測紫外光敏管R334的測試而專研的一種紫外光源，其發(fā)射光譜范圍符合被測紫外光敏管R334接收光譜范圍的要求，即波長為（160～260）nm的紫外光，本測試設(shè)備中其工作電流設(shè)定在1 mA。在研制該標(biāo)準(zhǔn)光源過程中，需經(jīng)過嚴(yán)格的老化篩選，從而剔除工藝上造成的失效、不穩(wěn)定等因素，這樣其發(fā)射的紫外光具有良好的穩(wěn)定性。經(jīng)過調(diào)研，目前國內(nèi)相關(guān)計量單位均無法對紫外光能量進(jìn)行測量。

由于紫外光源的紫外發(fā)光強(qiáng)度的波動、漂移等直接影響紫外光敏管R334靈敏度的檢測，其供電電源要求十分穩(wěn)定。在設(shè)計其供電電源時采用抗干擾的特制專用變壓器進(jìn)行升壓、整流、濾波后可以提供標(biāo)準(zhǔn)紫外光源所需的穩(wěn)定的直流高壓580 V的需要，其工作電流在（0～10）mA范圍內(nèi)可平滑均勻地調(diào)節(jié)，且穩(wěn)定度保證在臆±5%。通過以上措施能夠使標(biāo)準(zhǔn)紫外光源產(chǎn)生一定強(qiáng)度且穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)紫外光。

2.2 紫外光敏管測試設(shè)備主要工作原理

2.2.1 紫外光敏管R334的電源設(shè)計

將直流穩(wěn)壓電源24 V經(jīng)過高頻變壓器和高頻三極管、運(yùn)算放大器、電阻等組成的直流-交流變換器，將直流變換成高頻交流電壓，再經(jīng)過橋式整流器將高頻交流電壓變換成高壓直流電壓，經(jīng)過濾波后得到穩(wěn)定的脈動直流電壓作為紫外光敏管R334的陽極工作電壓，其最高電壓為DC 700 V。

在本測試設(shè)備中，對紫外光敏管R334的靈敏度檢測中，對上述DC 700 V分別進(jìn)行分壓成直流315 V，350 V，385 V，500 V及可調(diào)節(jié)電壓等通過波段開關(guān)給紫外光敏管R334提供工作電壓。該分壓后的電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到微處理器計算處理，最后輸出到液晶顯示屏顯示紫外光敏管的工作電壓。

2.2.2 紫外光敏管測試設(shè)備工作原理

（1）標(biāo)準(zhǔn)紫外光源電流檢測。將標(biāo)準(zhǔn)紫外光源供電電源經(jīng)過限流電位計進(jìn)行調(diào)節(jié)后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送到微處理器AT89S52的電流檢測端口，其對采集的電流值進(jìn)行濾波、計算后輸出到液晶顯示屏進(jìn)行顯示，讓操作者實時了解標(biāo)準(zhǔn)紫外光源的工作情況，只要其工作電流穩(wěn)定，其輸出紫外光就穩(wěn)定。

（2）紫外光敏管R334靈敏度，即統(tǒng)計頻率測量。紫外光敏管正常工作時是靠并接在陽極上的紫外光敏管供電電路的電容以充放電的方式來工作。當(dāng)陽極加上一定電壓時，若有紫外光激發(fā)便隨機(jī)導(dǎo)通，此時充電電容通過被測紫外光敏管及接在陰極與地之間，組成放電回路放電形成放電脈沖。隨著放電的進(jìn)行，陽極電壓下降到一定值后，被測紫外光敏管截止。紫外光敏管供電電路濾波電容因充電而使得被測紫外光敏管陽極電壓上升到一定值后，被測紫外光敏管又導(dǎo)通，如此周而復(fù)始的循環(huán)。只要被測紫外光敏管陽極上有一定穩(wěn)定的電壓，在一定強(qiáng)度的紫外光激發(fā)下，被測紫外光敏管就有一個隨機(jī)的充放電統(tǒng)計頻率。

通過波段開關(guān)將分壓后的電壓給紫外光敏管供電，其產(chǎn)生的頻率信號經(jīng)過濾波整理后輸入到微處理器進(jìn)行10次測量，經(jīng)過加權(quán)平均處理后作為本次測量的頻率值，最后將此頻率值顯示到液晶顯示屏上。

（3）頻率計量。通過信號源輸出標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，將其加在微處理器頻率采樣點(diǎn)端進(jìn)行測量并顯示，液晶屏顯示頻率值與信號源輸出一致，誤差臆1%。

（4）紫外光敏管R334本底計數(shù)測量。本底計數(shù)是在被測紫外光敏管陽極加上DC 500 V電壓時，關(guān)閉紫外光源，在自然環(huán)境中通過微處理器按照上述測量方法進(jìn)行測量后，輸出到液晶顯示屏上顯示。

（5）紫外光敏管R334起始電壓測量。在標(biāo)準(zhǔn)紫外光源的激勵下，被測紫外光敏管剛開始導(dǎo)通時，測量其工作電壓即為其起始電壓。即通過波段開關(guān)將輸入工作電壓撥到電壓可調(diào)節(jié)檔位，實時調(diào)節(jié)其工作電壓，當(dāng)液晶顯示屏上顯示紫外光敏管輸出頻率值時，停止電壓調(diào)節(jié)，此時液晶屏上顯示的工作電壓即為紫外光敏管的起始電壓。

3 結(jié)束語

本紫外光敏管測試設(shè)備能夠?qū)Ρ粶y紫外光敏管R334的靈敏度、本底及起始電壓等參數(shù)進(jìn)行測量，使用非常方便，工作穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了對紫外光敏管R334的篩選，滿足了產(chǎn)品對紫外光敏管的需求。