光敏电阻起爆爆炸装置的特性研究

2014-06-23徐少辉李开开范诗若

中国人民公安大学学报（自然科学版） 2014年3期

关键词：光敏电阻三极管雷管

徐少辉，李开开，范诗若

(中国人民公安大学刑事技术学院，北京 100038）

光敏电阻起爆爆炸装置的特性研究

徐少辉，李开开，范诗若

(中国人民公安大学刑事技术学院，北京 100038）

为了确定依靠光敏电阻起爆爆炸装置的特性，以不同类型光敏电阻为研究对象，制作模拟装置，在不同光强和温度的情况下进行实验研究，通过对实验数据与制式电雷管起爆条件进行比较，得到了相关结论，能够为今后此类案件爆炸装置还原以及排爆提供一些有价值的参考借鉴。

光敏电阻；爆炸装置；三极管

0 引言

伴随着声、光控制开关在工业和机电领域的广泛使用，基于声控、光控开关制作的爆炸装置已经开始在爆炸犯罪中频繁出现。该类爆炸装置的起爆系统利用声控、光控元件作为电路开关，当声光控制元件在声音或光线满足控制条件时，起到控制作用导通电路。光敏电阻控制起爆爆炸装置主要利用光敏电阻在不同光照强度和温度的情况下，电阻阻值发生变化，控制电路中电流大小达到起爆电雷管的目的。

在实际爆炸案件中，光敏电阻起爆系统隐藏在包裹、箱体或邮件中，当装置被打开时对应光照环境主要包括阳光直射、室外背光、室内灯光、室内背光等几种情况，在不同光照环境骤变的情况下达到稳定起爆电雷管电流的条件是不同的。同时，在添加放大电路制作的起爆系统中，光强、控制电源电压与三极管放大级数的关系也有待进一步探讨。探明此规律能够为实际办案中排除爆炸装置和准确还原爆炸装置提供很好的借鉴内容。

1 研究基础

1.1 光敏电阻的结构

光敏电阻基于内光电效应，在半导体光敏材料两端连接上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳中，两电极做成梳状用来增加感光的灵敏度。常见的用于制造光敏电阻的材料主要包括金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。在制作工艺上，采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上做成很薄的光敏电阻体以及梳状的欧姆电极，接出引线并封装在具有透光镜的密封壳体内，结构示意图如图1所示。

图1 光敏电阻结构示意图

1.2 光敏电阻的特性

在爆炸案件中，影响光敏电阻起爆系统的特征主要包括光敏电阻的光谱特性和温度特性。光敏电阻的光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性。硫化镉类光敏电阻的峰值响应波长为0.52 μm，硒化镉光敏电阻为0.72 μm，一般调整硫和硒的比例，可使光敏电阻的峰值响应波长大致控制在0.52～0.72 μm范围内。几类常见光敏电阻在可见光区域的光谱特性曲线如图2所示。

随着温度的升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都会有一定程度的下降，温度的变化也会影响到光谱特性曲线。温度变化影响光敏电阻光谱响应的同时，光敏电阻的灵敏度和暗电阻都会发生改变。对于作用于可见光区域的光敏电阻，特别是硫化镉类光敏电阻，其受温度影响较小。

图2 光敏电阻的光谱特性曲线图

1.3 光敏电阻的参数

在爆炸案件中，犯罪分子较多采用硫化镉类光敏电阻，它所具备的光谱响应特性是最接近普通人眼光谱的光视效率，其灵敏度在可见光波段范围内最高，目前被广发应用在日常生活中的灯光自动控制和调节、照相机的自动测光等系统中。在实验室环境下，测试得到直径5 mm的硫化镉类光敏电阻的参数，如表1所示。

表1 直径5 mm硫化镉类光敏电阻主要参数

2 实验设计

2.1 实验器材

6 种不同型号的直径5 mm光敏电阻各若干，三极管若干，灯泡若干，万能表一只，蓄电池一个，南孚1.5 V电池若干，电池底座若干，钳子、剪刀等工具。

2.2 实验装置

根据光敏电阻起爆爆炸装置在实际案件中的使用情况，制作模拟装置，示意图如图3所示。

图3 模拟装置示意图

2.3 实验方法

(1）利用万用表分别测量串联电路中的6种不同型号直径5 mm光敏电阻在室外阳光直射、室外背光、室内灯光直射、室内背光4种情况下的电阻阻值，每种型号各测3个，取平均值。

(2）比较串联电路中直径5 mm不同型号光敏电阻在4种条件下阻值的数量级，测试哪些型号的光敏电阻能够通过控制电源电压使起爆装置串联电路中的电流在不同光照环境骤变的情况下达到稳定的电雷管起爆电流。

(3）比较串联电路中直径5 mm不同型号光敏电阻在4种条件下阻值的数量级，通过三极管一级放大和二级放大测试哪几种类型的光敏电阻起爆装置在不同光照环境骤变的情况下达到稳定的电雷管起爆电流以及所对应的电源电压情况。

3 实验结果及分析

实验一:在室外温度26℃，室内温度23℃，晴天条件下测量的光敏电阻的阻值如表2所示。

表26 种不同型号光敏电阻不同光照条件电阻阻值

由于光敏电阻在不同环境中阻值变化较大，灵敏度较强，上表所列的电阻阻值为近似值，通过欧姆定律:U(起爆所需最小电压）=R(光敏电阻阻值平均值）×I(内阻在3～4 Ω的雷管最小起爆电流0.21 A）测得的电雷管起爆所需的最小电压为实际应用分析的参考值。据此，可以推断电池的数量和放大级数，进而分析爆炸案件中的起爆方法。

实验二:在模拟装置中串联不同型号的光敏电阻，在电源电压21 V、模拟电雷管所用灯泡电阻4 Ω条件下，测试确定能够引爆电雷管的光敏电阻型号和对应的光照环境。从实验结果来看，光敏电阻从遮光变为日光直射，5506光敏电阻两端电压为20 V，电路中灯泡两端电压为1.6 V；型号5516光敏电阻对应电路中灯泡两端电压1.1 V，灯泡能够正常发光。

从结果可以看出，只有在室外阳光直射、电源电压达到21 V的条件下，型号5506和5516的光敏电阻可以引爆电雷管，在其他光照环境如室外背光、室内灯光直射、室内背光时，通过灯泡的电流远小于电雷管最小起爆电流。另外，由于光敏电阻在遮光状态下阻值很高，光敏电阻导电发热，耗电量大，长时间处于遮光状态再打开后也可能会出现起爆失效的情况。

实验三:在模拟装置的电路中加入利用三极管制作一级放大电路，电源电压12 V，正确连接后发现，6种类型的光敏电阻在四种常见的光照环境中从遮光状态到见光状态下均能正常发亮，且较为稳定；改变电路为三极管两级放大，在电源电压为3 V的条件下，就可以达到上述效果。从结果可以看出，实际爆炸案件中，上述6种类型的光敏电阻在两节或八节1.5 V干电池的情况下，均能正常、稳定控制起爆。