光電倒置開(kāi)關(guān)及其可靠性研究

針對存儲測試技術(shù)對測試系統低功耗的要求，研制了微型光電倒置開(kāi)關(guān)。與光電開(kāi)關(guān)相似，此種開(kāi)關(guān)具有低電壓驅動(dòng)、低功率損耗、微小體積、抗干擾，其工作時(shí)不需要人為接觸操作。在放入式電子測壓器實(shí)際測試過(guò)程中，時(shí)常出現由于光電倒置開(kāi)關(guān)不能正常輸出上電信號而使測試系統無(wú)法工作的問(wèn)題，可見(jiàn)光電倒置開(kāi)關(guān)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(shí)測環(huán)境中能夠正常上電，設計了一套開(kāi)關(guān)可靠性檢測系統，為放入式電子測壓器選擇光電倒置開(kāi)關(guān)提供了支持。

引言

存儲測試系統的上電方式是一個(gè)非常重要的環(huán)節。許多測試都是在保溫一定時(shí)間后進(jìn)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(guò)程中使測試裝置的功耗降到最低，倒置開(kāi)關(guān)的作用就是在物體保溫的過(guò)程中測試系統不工作，而在測試前通過(guò)倒置開(kāi)關(guān)使測試系統上電工作，從而達到低功耗，使測試系統在工作時(shí)能正常運行。

倒置開(kāi)關(guān)是存儲測試系統的關(guān)鍵部件，它的可靠性決定了存儲測試系統的可靠性，直接關(guān)系整個(gè)實(shí)驗的成敗。

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

1 光電倒置開(kāi)關(guān)

1.1 光電倒置開(kāi)關(guān)的組成

光電倒置開(kāi)關(guān)是由一個(gè)發(fā)射管和一個(gè)接收管安裝固定在同一個(gè)對光基線(xiàn)的殼體上，在殼體的內腔中裝有小鋼球，外部由電路模塊做出響應，這3 部分被封裝在同一個(gè)小體積的機械筒體內。光電倒置開(kāi)關(guān)結構如圖1 所示。

圖1 光電倒置開(kāi)關(guān)結構圖

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(diǎn)。紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射器把電信號轉換為紅外光信號，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換為電信號。在本微型開(kāi)光設計過(guò)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(kāi)關(guān)的工作過(guò)程

當光電倒置開(kāi)關(guān)接通電源后，發(fā)射二極管開(kāi)始發(fā)出紅外線(xiàn)，當小鋼球沒(méi)有擋住發(fā)射管的光線(xiàn)，接收三極管接受到光，輸出有效信號。此信號通過(guò)電路轉換部分將電平拉高，從而使開(kāi)關(guān)導通；隨著(zhù)倒置過(guò)程的開(kāi)始，小鋼球跌落，擋住發(fā)射二極管的光線(xiàn)，接收三極管接收不到光，從而開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

1.3 光電倒置開(kāi)關(guān)的波形理論

機械殼體對于光電倒置開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)是最為重要的部分，殼體的內腔具有兩個(gè)錐度腔，根據機械殼體的結構，光電倒置開(kāi)關(guān)倒置一周（旋轉360°）的工作狀態(tài)的轉換情況如圖2 所示。

圖2 中心線(xiàn)旋轉一周開(kāi)關(guān)狀態(tài)的角度圖

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

圖3 光電倒置開(kāi)關(guān)工作一個(gè)周期的波形圖

2 光電倒置開(kāi)關(guān)檢測系統設計

2.1 檢測系統的總體結構

光電倒置開(kāi)關(guān)的檢測系統是由小功率調速電機、固定光電倒置開(kāi)關(guān)和電路模塊的轉筒以及電路模塊所組成的。圖4 是檢測系統的總體結構框圖，該圖表明了各部分之間的關(guān)系。

圖4 檢測系統的總體結構框圖

當系統裝配好后，接上電源進(jìn)入低功耗態(tài)；在小功率電機的旋轉過(guò)程中，當檢測系統的光敏三極管感應到發(fā)光二極管發(fā)出的光時(shí)，檢測系統被觸發(fā)，系統開(kāi)始循環(huán)采樣并把轉換的結果存儲到外部Flash中；當Flash 內的數據達到設計的存儲容量時(shí)，系統停止采樣檢測系統進(jìn)入等待讀出態(tài)。