光電倒置開關及其可靠性研究

針對存儲測試技術對測試系統(tǒng)低功耗的要求，研制了微型光電倒置開關。與光電開關相似，此種開關具有低電壓驅(qū)動、低功率損耗、微小體積、抗干擾，其工作時不需要人為接觸操作。在放入式電子測壓器實際測試過程中，時常出現(xiàn)由于光電倒置開關不能正常輸出上電信號而使測試系統(tǒng)無法工作的問題，可見光電倒置開關的可靠性直接決定了電子測壓器的可靠性。為了保證電子測壓器在高溫、高壓、高沖擊的實測環(huán)境中能夠正常上電，設計了一套開關可靠性檢測系統(tǒng)，為放入式電子測壓器選擇光電倒置開關提供了支持。

引言

存儲測試系統(tǒng)的上電方式是一個非常重要的環(huán)節(jié)。許多測試都是在保溫一定時間后進行的，而測試裝置都是在保溫前放到被測物體中，這就要求在保溫過程中使測試裝置的功耗降到最低，倒置開關的作用就是在物體保溫的過程中測試系統(tǒng)不工作，而在測試前通過倒置開關使測試系統(tǒng)上電工作，從而達到低功耗，使測試系統(tǒng)在工作時能正常運行。

倒置開關是存儲測試系統(tǒng)的關鍵部件，它的可靠性決定了存儲測試系統(tǒng)的可靠性，直接關系整個實驗的成敗。

本文研究了一種光電倒置開關，并設計一套完整的可靠性檢測系統(tǒng)，有效分析了光電倒置開關的可靠性。

1 光電倒置開關

1.1 光電倒置開關的組成

光電倒置開關是由一個發(fā)射管和一個接收管安裝固定在同一個對光基線的殼體上，在殼體的內(nèi)腔中裝有小鋼球，外部由電路模塊做出響應，這3 部分被封裝在同一個小體積的機械筒體內(nèi)。光電倒置開關結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 光電倒置開關結(jié)構(gòu)圖

紅外發(fā)光二極管具有能耗小，響應速度快，抗干擾能力、可靠耐用等優(yōu)點。紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射器把電信號轉(zhuǎn)換為紅外光信號，光敏三極管作為接收器，接收紅外光信號再將紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在本微型開光設計過程中選用與紅外發(fā)光二極管配套的光敏三極管。

1.2 光電倒置開關的工作過程

當光電倒置開關接通電源后，發(fā)射二極管開始發(fā)出紅外線，當小鋼球沒有擋住發(fā)射管的光線，接收三極管接受到光，輸出有效信號。此信號通過電路轉(zhuǎn)換部分將電平拉高，從而使開關導通；隨著倒置過程的開始，小鋼球跌落，擋住發(fā)射二極管的光線，接收三極管接收不到光，從而開關斷開。

1.3 光電倒置開關的波形理論

機械殼體對于光電倒置開關來說是最為重要的部分，殼體的內(nèi)腔具有兩個錐度腔，根據(jù)機械殼體的結(jié)構(gòu)，光電倒置開關倒置一周（旋轉(zhuǎn)360°）的工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換情況如圖2 所示。

圖2 中心線旋轉(zhuǎn)一周開關狀態(tài)的角度圖

根據(jù)上述，可以得出在光電倒置開關工作一個周期的波形圖。波形示意圖如圖3 所示。從光電倒置開關工作的理論波形圖可以看出，一個開關工作一個周期（旋轉(zhuǎn)倒置360°）的理想占空比是251.5/360，這就是光電倒置開關檢測系統(tǒng)的測試信號的特性，也為驗證檢測系統(tǒng)的準確性提供了依據(jù)。

圖3 光電倒置開關工作一個周期的波形圖

2 光電倒置開關檢測系統(tǒng)設計

2.1 檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

光電倒置開關的檢測系統(tǒng)是由小功率調(diào)速電機、固定光電倒置開關和電路模塊的轉(zhuǎn)筒以及電路模塊所組成的。圖4 是檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，該圖表明了各部分之間的關系。

圖4 檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖

當系統(tǒng)裝配好后，接上電源進入低功耗態(tài)；在小功率電機的旋轉(zhuǎn)過程中，當檢測系統(tǒng)的光敏三極管感應到發(fā)光二極管發(fā)出的光時，檢測系統(tǒng)被觸發(fā)，系統(tǒng)開始循環(huán)采樣并把轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲到外部Flash中；當Flash 內(nèi)的數(shù)據(jù)達到設計的存儲容量時，系統(tǒng)停止采樣檢測系統(tǒng)進入等待讀出態(tài)。