光电倒置开关及其可靠性研究

    针对存储测试技术对测试系统低功耗的要求，研制了微型光电倒置开关。与光电开关相似，此种开关具有低电压驱动、低功率损耗、微小体积、抗干扰，其工作时不需要人为接触操作。在放入式电子测压器实际测试过程中，时常出现由于光电倒置开关不能正常输出上电信号而使测试系统无法工作的问题，可见光电倒置开关的可靠性直接决定了电子测压器的可靠性。为了保证电子测压器在高温、高压、高冲击的实测环境中能够正常上电，设计了一套开关可靠性检测系统，为放入式电子测压器选择光电倒置开关提供了支持。

    引言

    存储测试系统的上电方式是一个非常重要的环节。许多测试都是在保温一定时间后进行的，而测试装置都是在保温前放到被测物体中，这就要求在保温过程中使测试装置的功耗降到最低，倒置开关的作用就是在物体保温的过程中测试系统不工作，而在测试前通过倒置开关使测试系统上电工作，从而达到低功耗，使测试系统在工作时能正常运行。

    倒置开关是存储测试系统的关键部件，它的可靠性决定了存储测试系统的可靠性，直接关系整个实验的成败。

    本文研究了一种光电倒置开关，并设计一套完整的可靠性检测系统，有效分析了光电倒置开关的可靠性。

    1 光电倒置开关

    1.1 光电倒置开关的组成

    光电倒置开关是由一个发射管和一个接收管安装固定在同一个对光基线的壳体上，在壳体的内腔中装有小钢球，外部由电路模块做出响应，这3 部分被封装在同一个小体积的机械筒体内。光电倒置开关结构如图1 所示。

图1 光电倒置开关结构图

    红外发光二极管具有能耗小，响应速度快，抗干扰能力、可靠耐用等优点。红外发光二极管作为发射器把电信号转换为红外光信号，光敏三极管作为接收器，接收红外光信号再将红外光信号转换为电信号。在本微型开光设计过程中选用与红外发光二极管配套的光敏三极管。

    1.2 光电倒置开关的工作过程

    当光电倒置开关接通电源后，发射二极管开始发出红外线，当小钢球没有挡住发射管的光线，接收三极管接受到光，输出有效信号。此信号通过电路转换部分将电平拉高，从而使开关导通；随着倒置过程的开始，小钢球跌落，挡住发射二极管的光线，接收三极管接收不到光，从而开关断开。

    1.3 光电倒置开关的波形理论

    机械壳体对于光电倒置开关来说是最为重要的部分，壳体的内腔具有两个锥度腔，根据机械壳体的结构，光电倒置开关倒置一周（旋转360°）的工作状态的转换情况如图2 所示。

图2 中心线旋转一周开关状态的角度图

    根据上述，可以得出在光电倒置开关工作一个周期的波形图。波形示意图如图3 所示。从光电倒置开关工作的理论波形图可以看出，一个开关工作一个周期（旋转倒置360°）的理想占空比是251.5/360，这就是光电倒置开关检测系统的测试信号的特性，也为验证检测系统的准确性提供了依据。

图3 光电倒置开关工作一个周期的波形图

    2 光电倒置开关检测系统设计

    2.1 检测系统的总体结构

    光电倒置开关的检测系统是由小功率调速电机、固定光电倒置开关和电路模块的转筒以及电路模块所组成的。图4 是检测系统的总体结构框图，该图表明了各部分之间的关系。

图4 检测系统的总体结构框图

    当系统装配好后，接上电源进入低功耗态；在小功率电机的旋转过程中，当检测系统的光敏三极管感应到发光二极管发出的光时，检测系统被触发，系统开始循环采样并把转换的结果存储到外部Flash中；当Flash 内的数据达到设计的存储容量时，系统停止采样检测系统进入等待读出态。