紫外光敏管测试设备的设计

刘 清，朱朝阳，赵 涛，李洪海，刘 莎

（西安北方光电科技防务有限公司检测计量中心，陕西西安 710043）

0 引言

紫外光敏管是火焰探测器的重要传感器，该火焰探测器广泛应用于煤矿、装甲车辆等方面。因此，它的技术指标合格与否关系到火焰探测器能否准确有效的捕捉火灾信号。本紫外光敏管测试设备就是为了保障其各项技术指标满足某装甲车辆所使用的灭火抑爆火焰探测器的要求而设计的专用测试设备。

1 紫外光敏管

紫外光敏管是一种充气元件，属于外光电效应。当阳极加上一定的电压时，在一定波长、一定强度紫外光的照射下，其阴极发射电子，在外电场作用下加速飞向阳极。在此过程中，发射电子与管内气体分子碰撞，使气体分子电离形成雪崩放电，产生随机导通脉冲，该导通脉冲的频率即紫外光敏管的灵敏度。只要上述条件稳定，这种导通脉冲遵循一定的统计规律，并趋向于某一稳定值。

2 紫外光敏管测试设备工作原理

本紫外光敏管测试设备采用Atme1公司生产的低功耗、高性能CMOS8位微控制器AT89S52为控制核心，其主要完成的工作有：对标准紫外光源工作电流采集并显示，对紫外光敏管R334的工作电压采集并显示，对紫外光敏管R334的启动工作电压、灵敏度即统计频率等的检测和显示。该系统主要由标准紫外光源（氢灯）及其电源电路，紫外光敏管供电电源电路、整流、滤波、电压电流A/D转换、信号处理和驱动及液晶显示等部分构成（图 1）。

图1 紫外光敏管测试设备原理

2.1 标准紫外光源

标准紫外光源采用针对被测紫外光敏管R334的测试而专研的一种紫外光源，其发射光谱范围符合被测紫外光敏管R334接收光谱范围的要求，即波长为（160～260）nm的紫外光，本测试设备中其工作电流设定在1 mA。在研制该标准光源过程中，需经过严格的老化筛选，从而剔除工艺上造成的失效、不稳定等因素，这样其发射的紫外光具有良好的稳定性。经过调研，目前国内相关计量单位均无法对紫外光能量进行测量。

由于紫外光源的紫外发光强度的波动、漂移等直接影响紫外光敏管R334灵敏度的检测，其供电电源要求十分稳定。在设计其供电电源时采用抗干扰的特制专用变压器进行升压、整流、滤波后可以提供标准紫外光源所需的稳定的直流高压580 V的需要，其工作电流在（0～10）mA范围内可平滑均匀地调节，且稳定度保证在臆±5%。通过以上措施能够使标准紫外光源产生一定强度且稳定的标准紫外光。

2.2 紫外光敏管测试设备主要工作原理

2.2.1 紫外光敏管R334的电源设计

将直流稳压电源24 V经过高频变压器和高频三极管、运算放大器、电阻等组成的直流-交流变换器，将直流变换成高频交流电压，再经过桥式整流器将高频交流电压变换成高压直流电压，经过滤波后得到稳定的脉动直流电压作为紫外光敏管R334的阳极工作电压，其最高电压为DC 700 V。

在本测试设备中，对紫外光敏管R334的灵敏度检测中，对上述DC 700 V分别进行分压成直流315 V，350 V，385 V，500 V及可调节电压等通过波段开关给紫外光敏管R334提供工作电压。该分压后的电压值经过A/D转换后送到微处理器计算处理，最后输出到液晶显示屏显示紫外光敏管的工作电压。

2.2.2 紫外光敏管测试设备工作原理

（1）标准紫外光源电流检测。将标准紫外光源供电电源经过限流电位计进行调节后，经过A/D转换送到微处理器AT89S52的电流检测端口，其对采集的电流值进行滤波、计算后输出到液晶显示屏进行显示，让操作者实时了解标准紫外光源的工作情况，只要其工作电流稳定，其输出紫外光就稳定。

（2）紫外光敏管R334灵敏度，即统计频率测量。紫外光敏管正常工作时是靠并接在阳极上的紫外光敏管供电电路的电容以充放电的方式来工作。当阳极加上一定电压时，若有紫外光激发便随机导通，此时充电电容通过被测紫外光敏管及接在阴极与地之间，组成放电回路放电形成放电脉冲。随着放电的进行，阳极电压下降到一定值后，被测紫外光敏管截止。紫外光敏管供电电路滤波电容因充电而使得被测紫外光敏管阳极电压上升到一定值后，被测紫外光敏管又导通，如此周而复始的循环。只要被测紫外光敏管阳极上有一定稳定的电压，在一定强度的紫外光激发下，被测紫外光敏管就有一个随机的充放电统计频率。

通过波段开关将分压后的电压给紫外光敏管供电，其产生的频率信号经过滤波整理后输入到微处理器进行10次测量，经过加权平均处理后作为本次测量的频率值，最后将此频率值显示到液晶显示屏上。

（3）频率计量。通过信号源输出标准频率信号，将其加在微处理器频率采样点端进行测量并显示，液晶屏显示频率值与信号源输出一致，误差臆1%。

（4）紫外光敏管R334本底计数测量。本底计数是在被测紫外光敏管阳极加上DC 500 V电压时，关闭紫外光源，在自然环境中通过微处理器按照上述测量方法进行测量后，输出到液晶显示屏上显示。

（5）紫外光敏管R334起始电压测量。在标准紫外光源的激励下，被测紫外光敏管刚开始导通时，测量其工作电压即为其起始电压。即通过波段开关将输入工作电压拨到电压可调节档位，实时调节其工作电压，当液晶显示屏上显示紫外光敏管输出频率值时，停止电压调节，此时液晶屏上显示的工作电压即为紫外光敏管的起始电压。

3 结束语

本紫外光敏管测试设备能够对被测紫外光敏管R334的灵敏度、本底及起始电压等参数进行测量，使用非常方便，工作稳定可靠，实现了对紫外光敏管R334的筛选，满足了产品对紫外光敏管的需求。