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紫外光敏管原理介绍

2017-06-12 16:41阅读：

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一、 基本慨念与工作原理
紫外线是指在电磁波谱中的400～10nm波长范围的一段，是在1802年由德国物理学家Ritte发现的。由于在这一波长范围内的射线依波长变化而表现出各自不同的效应，为了研究和应用的方便，国际照明委员会(CIE)把紫外辐射划分为UVA(400～315nm)、UVB(315～280nm)和UVC(280～200nm)三个波段。波长短于200nm的紫外辐射由于强烈的被大气（主要是其中的氧气）所吸收，所以只适于在真空环境中的应用研究,故常被称为真空紫外线或被称为超紫外线。
紫外光敏管原理介绍
图１ 紫外辐射波段图
紫外光敏管原理介绍
2 紫外光敏管R2868
和原理图
紫外线传感器是一个封闭且能透过紫外线的玻璃管，管内充满了一种特殊的气体。玻璃管内部有一对由金属引线引出的电极——阳极和光电阴极，其中光电阴极由只对紫外线敏感的金属材料制成，在紫外线照射下发射光电子。
紫外线传感器的工作原理是基于金属的光电发射效应和电子繁流理论。在传感器的阳极和光电阴极之间加上电压后，就在两极之间建立了电场。当紫外线穿过玻璃射到光电阴极上时，就会产生光电发射效应，光电子从光电阴极表面发射出去，它们在电场的作用下以极高的速度碰撞它周围的气体分子，使其电离为正离子和电子。电离后的电子被加速并以极大的能量继续电离其它气体分子，最终射向阳极；而气体分子电离后产生的正离子，在电场的作用下也被加速，撞向光电阴极，结果导致更多电子的产生。这一过程循环往复，在阳极和光电阴极之间就会迅速形成很大的电流并产生放电。这种现象称为电子繁流。开始产生放电时的电压称为“起始放电电压VL”。

二、 主要技术性能
1、冷阴极紫外光电管主要技术性能冷阴极紫外光电管主要技术性能指标有起始电压、灵敏度、本底、光谱响应范围、极限工作电压、最大工作电流等。
1.1 起始电压U：在一定强度的紫外光照射下，紫外光电管开始导通所需要施加的最低电压。
1.2 灵敏度（计数率）：在规定的工作电压和一定强度的紫外光照射下，光电管每秒钟导通的次数。
1.3 本底（计数率）：在规定的工作电压和无紫外光照射下，光电管每秒钟导通的次数。
1.4 光谱响应范围：在规定的一般试验条件下，光电管经不同波段的紫外辐射光源照射，能使光电管每秒钟导通次数大于20次的紫外辐射光源波段范围，就是光电管的光谱响应范围。
1.5 极限工作电压：光电管无紫外光照射时，本底计数不超过规定值的前提下，光电管允许施加的最高阳极电压。
1.6 最大工作电流：在一定强度的紫外光照射下，紫外光电管在规定工作电压下（平均值），所允许的最大阳极平均电流。 紫外光敏管原理介绍
图3 R2868主要技术指标
三、 产品运用范围
3.1 火焰的辐射的特点
火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射，其波长在0.1-10μm或更宽的范围，为了避免其他信号的干扰，常利用波长<300nm的紫外线，或者火焰中特有的波长在4.4μm附近的CO2辐射光谱作为探测信号。紫外线传感器只对185~260nm狭窄范围内的紫外线进行响应，而对其它频谱范围的光线不敏感，利用它可以对火焰中的紫外线进行检测。到达大气层下地面的太阳光和非透紫材料作为玻壳的电光源发出的光波长均大于300nm，故火焰探测的220m-280nm中紫外波段属太阳光谱盲区（日盲区）。紫外火焰探测技术，使系统避开了最强大的自然光源——太阳造成的复杂背景，使得在系统中信息处理的负担大为减轻。所以可靠性较高，加之它是光子检测手段，因而信噪比高，具有极微弱信号检测能力，除此之外，它还具有反应时间极快的特点。与红外探测器相比，紫外探测器更为可靠，且具有高灵敏度、高输出、高响应速度和应用线路简单等特点。因而紫外光电管正日益广泛地应用于燃烧监控、火灾自报警、放电检测、紫外线检测、及紫外线光电控制装置中。
3.2 火焰探测报警器技术
国标中对于点型紫外火焰探测器的响应规定30s均可接受，但由于科技的进步，市场上的火焰探测报警产品的响应时间性均能满足这个时间范围，但对于实际应用和安防要求而言这是必须的，而且对指标和性能要求越来越高。国内的大部分报警系统响应时间在S级，国外顶级公司日本滨松、美国MSA等其响应速度最快可达到ms级。市场上的火焰检测器主要有感烟传感器、红外传感器和紫外光敏管，即使是采用多信息融合技术的火焰探测系统，其检测的信息来源也主要是这三个方面。
1）、烟雾传感器，这是一种火焰间接检测器，当火焰产生后烟雾也随着产生。当烟雾达到一定的浓度时发出报警信号。用这种方式检测火焰有很大的弊病，有很多物质燃烧时不产生烟雾（如天然气、乙醇、甲醇等），并且检测距离较短，传感器必须在烟雾最浓的位置，可见当火焰发生到烟雾浓密，然后报警，在有的场合可能为时太晚。
2）、热释放红外火焰检测器，直接检测火焰中波长为4.35±0.15μm的红外光谱，检测目标比较明确，它由热释放探头和放大器组成，不足之处是：这种类型的传感器具有压电性，对声音电磁波以及震动都十分敏感，所以使用的地方受到一定的限制，它的检测距离小于80m。
3）、紫外火焰检测器，直接检测火焰中180-260nm的紫外光谱，检测的目标也十分明确，响应速度也比较快。
3.3 紫外光电管的运用范围
在50年代，人们就已经开始研究紫外线探测技术了。紫外探测技术是和红外和激光探测技术，几乎是齐头并进发展起来军用光电探测技术，但是当时红外探测技术走在了前面。仅仅在20年前,如果提到实用的紫外探测器件，那恐怕只能想到光电倍增管(PMT)。现在，已经出现了多种紫外光电器件可供选择，以满足不同领域的要求。紫外探测已从传统的紫外监测用于自动化控制、臭氧监测、火焰监控、污染监测等逐渐应用到最尖端军事科技的紫外告警、紫外通信以及宇宙飞船监测和识别宇宙射线监测、空间通讯、定位焊接以及工作于极其恶劣环境下的发动机监控等领域，其应用平台不断扩大，呈现方兴未艾之势。目前，国内用紫外光电管的主要应用有：
1）、坦克及其它装甲车辆的三防系统；
2）、飞机发动机及机舱的紫外监控；
3）、舰船火灾告警系统；
4）、消防火焰监测系统：主要应用于油库、危险爆炸品库、军火武器库、汽车生产维修厂、4S店、化工厂、高档楼寓等的火警探测，系统产品是防爆和非防爆型紫外火焰探测器。
5）、大空间自动寻的喷水灭火装置（智能水炮）。
目前，国内只有少数几家生产该类产品，且核心器件均为紫外光电管。在国外应用较多的航空航天方面，高性能的军事飞行装备，喷气式飞机和民用飞机等需在高温下工作的紫外探测器，高温辐射环境（包括核反应堆、核废物存储装置等）以及下一代涡轮控制系统和紫外监测等领域，国内尚处于起步阶段。
详情请参考易创官网。

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