光電倒置開關(guān)及其可靠性研究

針對(duì)存儲(chǔ)測試技術(shù)對(duì)測試系統(tǒng)低功耗的要求，研制了微型光電倒置開關(guān)。與光電開關(guān)相似，此種開關(guān)具有低電壓驅(qū)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)際測試過程中，時(shí)常出現(xiàn)由于光電倒置開關(guān)不能正常輸出上電信號(hào)而使測試系統(tǒng)無法工作的問題，可見光電倒置開關(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(shè)計(jì)了一套開關(guān)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(guān)提供了支持。

引言

存儲(chǔ)測試系統(tǒng)的上電方式是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。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，這就要求在保溫過程中使測試裝置的功耗降到最低，倒置開關(guān)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(guān)使測試系統(tǒng)上電工作，從而達(dá)到低功耗，使測試系統(tǒng)在工作時(shí)能正常運(yùn)行。

倒置開關(guān)是存儲(chǔ)測試系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的可靠性決定了存儲(chǔ)測試系統(tǒng)的可靠性，直接關(guān)系整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。

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

1 光電倒置開關(guān)

1.1 光電倒置開關(guān)的組成

光電倒置開關(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(duì)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(yīng)，這3 部分被封裝在同一個(gè)小體積的機(jī)械筒體內(nèi)。光電倒置開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 光電倒置開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

紅外發(fā)光二極管具有能耗小，響應(yīng)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(hào)轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)，光敏三極管作為接收器，接收紅外光信號(hào)再將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本微型開光設(shè)計(jì)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(guān)的工作過程

當(dāng)光電倒置開關(guān)接通電源后，發(fā)射二極管開始發(fā)出紅外線，當(dāng)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(hào)。此信號(hào)通過電路轉(zhuǎn)換部分將電平拉高，從而使開關(guān)導(dǎo)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(guān)斷開。

1.3 光電倒置開關(guān)的波形理論

機(jī)械殼體對(duì)于光電倒置開關(guān)來說是最為重要的部分，殼體的內(nèi)腔具有兩個(gè)錐度腔，根據(jù)機(jī)械殼體的結(jié)構(gòu)，光電倒置開關(guān)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(guān)狀態(tài)的角度圖

根據(jù)上述，可以得出在光電倒置開關(guān)工作一個(gè)周期的波形圖。波形示意圖如圖3 所示。從光電倒置開關(guān)工作的理論波形圖可以看出，一個(gè)開關(guān)工作一個(gè)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(guān)檢測系統(tǒng)的測試信號(hào)的特性，也為驗(yàn)證檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性提供了依據(jù)。

圖3 光電倒置開關(guān)工作一個(gè)周期的波形圖

2 光電倒置開關(guān)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

光電倒置開關(guān)的檢測系統(tǒng)是由小功率調(diào)速電機(jī)、固定光電倒置開關(guān)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(guān)系。

圖4 檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖

當(dāng)系統(tǒng)裝配好后，接上電源進(jìn)入低功耗態(tài)；在小功率電機(jī)的旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)檢測系統(tǒng)的光敏三極管感應(yīng)到發(fā)光二極管發(fā)出的光時(shí)，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(chǔ)到外部Flash中；當(dāng)Flash 內(nèi)的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)容量時(shí)，系統(tǒng)停止采樣檢測系統(tǒng)進(jìn)入等待讀出態(tài)。