紫外光敏管測試設備的設計

劉 清，朱朝陽，趙 濤，李洪海，劉 莎

（西安北方光電科技防務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用于煤礦、裝甲車輛等方面。因此，它的技術指標合格與否關系到火焰探測器能否準確有效的捕捉火災信號。本紫外光敏管測試設備就是為了保障其各項技術指標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計的專用測試設備。

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。當陽極加上一定的電壓時，在一定波長、一定強度紫外光的照射下，其陰極發射電子，在外電場作用下加速飛向陽極。在此過程中，發射電子與管內氣體分子碰撞，使氣體分子電離形成雪崩放電，產生隨機導通脈沖，該導通脈沖的頻率即紫外光敏管的靈敏度。只要上述條件穩定，這種導通脈沖遵循一定的統計規律，并趨向于某一穩定值。

2 紫外光敏管測試設備工作原理

本紫外光敏管測試設備采用Atme1公司生產的低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52為控制核心，其主要完成的工作有：對標準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、靈敏度即統計頻率等的檢測和顯示。該系統主要由標準紫外光源（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轉換、信號處理和驅動及液晶顯示等部分構成（圖 1）。

圖1 紫外光敏管測試設備原理

2.1 標準紫外光源

標準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，本測試設備中其工作電流設定在1 mA。在研制該標準光源過程中，需經過嚴格的老化篩選，從而剔除工藝上造成的失效、不穩定等因素，這樣其發射的紫外光具有良好的穩定性。經過調研，目前國內相關計量單位均無法對紫外光能量進行測量。

由于紫外光源的紫外發光強度的波動、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定。在設計其供電電源時采用抗干擾的特制專用變壓器進行升壓、整流、濾波后可以提供標準紫外光源所需的穩定的直流高壓580 V的需要，其工作電流在（0～10）mA范圍內可平滑均勻地調節，且穩定度保證在臆±5%。通過以上措施能夠使標準紫外光源產生一定強度且穩定的標準紫外光。

2.2 紫外光敏管測試設備主要工作原理

2.2.1 紫外光敏管R334的電源設計

將直流穩壓電源24 V經過高頻變壓器和高頻三極管、運算放大器、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，再經過橋式整流器將高頻交流電壓變換成高壓直流電壓，經過濾波后得到穩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分別進行分壓成直流315 V，350 V，385 V，500 V及可調節電壓等通過波段開關給紫外光敏管R334提供工作電壓。該分壓后的電壓值經過A/D轉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 紫外光敏管測試設備工作原理

（1）標準紫外光源電流檢測。將標準紫外光源供電電源經過限流電位計進行調節后，經過A/D轉換送到微處理器AT89S52的電流檢測端口，其對采集的電流值進行濾波、計算后輸出到液晶顯示屏進行顯示，讓操作者實時了解標準紫外光源的工作情況，只要其工作電流穩定，其輸出紫外光就穩定。

（2）紫外光敏管R334靈敏度，即統計頻率測量。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。當陽極加上一定電壓時，若有紫外光激發便隨機導通，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通，如此周而復始的循環。只要被測紫外光敏管陽極上有一定穩定的電壓，在一定強度的紫外光激發下，被測紫外光敏管就有一個隨機的充放電統計頻率。

通過波段開關將分壓后的電壓給紫外光敏管供電，其產生的頻率信號經過濾波整理后輸入到微處理器進行10次測量，經過加權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。通過信號源輸出標準頻率信號，將其加在微處理器頻率采樣點端進行測量并顯示，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本底計數測量。本底計數是在被測紫外光敏管陽極加上DC 500 V電壓時，關閉紫外光源，在自然環境中通過微處理器按照上述測量方法進行測量后，輸出到液晶顯示屏上顯示。

（5）紫外光敏管R334起始電壓測量。在標準紫外光源的激勵下，被測紫外光敏管剛開始導通時，測量其工作電壓即為其起始電壓。即通過波段開關將輸入工作電壓撥到電壓可調節檔位，實時調節其工作電壓，當液晶顯示屏上顯示紫外光敏管輸出頻率值時，停止電壓調節，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 結束語

本紫外光敏管測試設備能夠對被測紫外光敏管R334的靈敏度、本底及起始電壓等參數進行測量，使用非常方便，工作穩定可靠，實現了對紫外光敏管R334的篩選，滿足了產品對紫外光敏管的需求。