本實用新型涉及一種傳感器可靠性試驗系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種光學傳感器可靠性試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光學互感器以其無磁飽和、絕緣性能好及抗干擾能力強等優(yōu)點在電力系統(tǒng)測量和保護中得到了廣泛關(guān)注。測量精度的溫度穩(wěn)定性和長期運行可靠性是光學互感器實用化和推廣應用的兩個關(guān)鍵性能指標。目前，光學互感器測量精度的溫度穩(wěn)定性已基本能滿足現(xiàn)場要求。但是，光學互感器的長期運行可靠性特別是其使用壽命還無法通過現(xiàn)場僅有的幾年運行時間獲得。

基于光學原理的光學互感器是光機電一體化的產(chǎn)品，其可靠性涉及面廣、影響因素復雜、故障模式眾多。將光學互感器作為整體，分析其可靠性有一定的難度，一般將光學互感器分為若干組成部件逐個分析，然后再通過相應的可靠性模型進行整體可靠性評估。光學互感器的關(guān)鍵部件是光學傳感器，其可靠性在很大程度上決定了光學互感器的可靠性水平。為了促使光學互感器在智能變電站中的推廣應用，并保證光學互感器的長期運行可靠性，有必要對光學互感器的關(guān)鍵組成部件光學傳感器進行可靠性試驗，并對其預計使用壽命進行評估。國內(nèi)外關(guān)于光學傳感器，特別是對光學電流傳感器和光學電壓傳感器可靠性的研究較少，還沒有針對性的可靠性試驗標準和方法，更沒有建立針對光學傳感器的可靠性試驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)鈱W電流傳感器或光學電壓傳感器進行可靠性試驗的光學傳感器可靠性試驗系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案：一種光學傳感器可靠性試驗系統(tǒng)，其特征在于，該試驗系統(tǒng)包括光信號發(fā)射及檢測單元、環(huán)境試驗箱、合并單元和監(jiān)測裝置；所述環(huán)境試驗箱用于盛放待檢測的光學傳感器樣本，并根據(jù)可靠性試驗類型調(diào)節(jié)相應環(huán)境條件；所述光信號發(fā)射及檢測單元向所述光學傳感器樣本發(fā)送檢測光信號，接收所述光學傳感器樣本發(fā)回的反饋光信號，并將所述檢測光信號和反饋光信號分別轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字量信號發(fā)送到所述合并單元；所述合并單元將數(shù)字量信號進行合并后發(fā)送到所述監(jiān)測裝置。

進一步地，所述光信號發(fā)射及檢測單元包括LED光源組、分光器組和采集器組；所述LED光源組中的每個LED光源將測試光發(fā)射到所述分光器組的相應分光器，每一所述分光器均將一束測試光按設(shè)定比例分成兩束；經(jīng)每一所述分光器出射的其中一束測試光發(fā)射到相應光學傳感器樣本進行可靠性測試，完成可靠性測試的光經(jīng)所述光學傳感器樣本發(fā)射到采集器組；經(jīng)每一所述分光器出射的另一束測試光直接進入所述采集器組；所述采集器組中的每個采集器將對應采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量數(shù)據(jù)，并將得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到所述合并單元。

進一步地，所述LED光源組、分光器組和采集器組均設(shè)置在一恒溫箱內(nèi)。

進一步地，所述光學傳感器樣本為光學電流傳感器或光學電壓傳感器。

本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本實用新型的LED光源組將測試光發(fā)射到分光器組，分光器組將一束測試光按設(shè)定比例分成兩束測試光，由于在試驗系統(tǒng)中利用分光器組引入LED光源信息，剔除了LED光源輸出光功率波動對光學傳感器靜態(tài)工作光強的影響，使得獲得光學傳感器的可靠性數(shù)據(jù)更加準確。2、本實用新型可以通過環(huán)境試驗箱設(shè)置的不同環(huán)境條件完成對光學傳感器的一般可靠性試驗和耐久性試驗，因此不僅可以用于光學傳感器在產(chǎn)品研制過程中的可靠性壽命評估的可靠性加速試驗，為確定光學傳感器在規(guī)定使用條件下的使用壽命獲取必要的可靠性定量數(shù)據(jù)，也可以用于定性產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品可靠性篩選試驗。本實用新型可以廣泛應用于光學傳感器的可靠性測試中。

附圖說明

圖1是本實用新型的光學傳感器可靠性試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖來對本實用新型進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本實用新型，它們不應該理解成對本實用新型的限制。

如圖1所示，本實用新型提供的光學傳感器可靠性試驗系統(tǒng)，包括LED光源組1、分光器組2、采集器組3、光學傳感器樣本4、合并單元5、監(jiān)測裝置6、恒溫箱7和環(huán)境試驗箱8；其中，LED光源組1、分光器組2和采集器組3可以作為光信號發(fā)射及檢測單元，LED光源組1包括的LED光源個數(shù)、分光器組2包括的分光器個數(shù)、采集器組3包括的采集器個數(shù)均與光學傳感器樣本4所包括的光學傳感器的個數(shù)相一致。

LED光源組1、分光器組2和采集器組3均可以設(shè)置在恒溫箱7內(nèi)，恒溫箱7的溫度根據(jù)需要進行設(shè)置，目的是為了避免光信號傳播過程中其它環(huán)節(jié)對光學傳感器試驗結(jié)果的影響。光學傳感器樣本4放置在環(huán)境試驗箱8內(nèi)，實際使用時可以依據(jù)相應的可靠性試驗內(nèi)容，環(huán)境試驗箱8通過自身的自動控制裝置設(shè)置相應的環(huán)境條件，對光學傳感器樣本4進行相應內(nèi)容的可靠性試驗。

LED光源組1的每個LED光源均發(fā)出測試光通過多模光纖束發(fā)射到分光器組2的相應分光器，分光器的作用是為了剔除LED光源波動對光學傳感器可靠性試驗結(jié)果的影響。每一分光器均將一束測試光按設(shè)定比例分成兩束測試光，經(jīng)分光器組2出射的其中一束測試光通過多模光纖束發(fā)射到相應光學傳感器樣本4進行可靠性測試，完成可靠性測試的光經(jīng)光學傳感器樣本4通過多模光纖束發(fā)射采集器組4；經(jīng)分光器組2出射的另一束測試光通過多模光纖束直接進入采集器組4；采集器組4中的每個采集器分別對采集的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量數(shù)據(jù)，并將得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)通過多模光纖束發(fā)送到合并單元5，合并單元5將多組數(shù)字量數(shù)據(jù)合并成一組數(shù)據(jù)并通過光纖發(fā)送到監(jiān)測裝置6，監(jiān)測裝置6根據(jù)得到的光學傳感器樣本4的靜態(tài)工作光強數(shù)據(jù)完成對光學傳感器樣本4的可靠性評估，并將處理結(jié)果進行存儲和顯示。

在一個優(yōu)選的實施例中，光學傳感器樣本可以為光學電流傳感器或光學電壓傳感器。

在一個優(yōu)選的實施例中，可靠性試驗類型包括一般可靠性試驗和耐久性試驗，一般可靠性試驗的目的是定性地考察光學傳感器是否滿足符合規(guī)定的可靠性基本要求，從而對生產(chǎn)的光學傳感器進行產(chǎn)品可靠性篩選；耐久性試驗的目的是考察光學傳感器的長期可靠性，同時也是為確定光學傳感器在規(guī)定使用條件下的使用壽命獲取必要的可靠性定量數(shù)據(jù)。

一般可靠性試驗內(nèi)容為光學傳感器在環(huán)境試驗箱8設(shè)置的不同環(huán)境條件相應測試光學傳感器的熱老化、熱循環(huán)、溫度-濕度老化、溫度-濕度循環(huán)、濕度/凝結(jié)循環(huán)、凝結(jié)后的熱循環(huán)和振動，具體試驗內(nèi)容、試驗條件和試驗時間如表1所示：

表1光學傳感器的一般可靠性試驗內(nèi)容

注：RH是濕度的單位，表示相對濕度。

耐久性試驗內(nèi)容為光學傳感器在環(huán)境試驗箱設(shè)置的不同環(huán)境條件下測試光學傳感器的熱沖擊、高溫貯存(干熱)、高溫貯存(濕熱)、低溫貯存和溫度循環(huán)，具體試驗內(nèi)容、試驗條件和試驗時間如表2所示：

表2光學傳感器的耐久性試驗內(nèi)容

一般可靠性試驗只能給出光學傳感器可靠性的定性結(jié)論，要進一步考察光學傳感器的長期可靠性，進而定量地評估其可靠性壽命，則必須進行耐久性試驗。在耐久性試驗之前，光學傳感器必須先通過一般可靠性試驗，耐久性試驗為試驗后進行的可靠性定量評估提供必要的可靠性數(shù)據(jù)。

下面以一個光學傳感器的可靠性試驗作為具體實施例對本實用新型的光學傳感器的可靠性系統(tǒng)的原理進行說明。

假設(shè)一個LED光源發(fā)出的光功率為P₀，波動系數(shù)為β，分光器的分光比取K₁:K₂，光學傳感器光路損耗系數(shù)α，采集器接收到兩路測試光信號，一路來自光學傳感器樣本輸出的光信號P₁，一路直接來自分光器輸出的光信號P₂，可以分別表示為：

P₁＝αK₁βP₀ (1)

P₂＝K₂βP₀ (2)

在對光學傳感器樣本進行可靠性試驗開始時，光學傳感器輸出的光信號P₁₀和分光器輸出的光信號P₂₀分別表示為：

P₁₀＝α₀K₁β₀P₀ (3)

P₂₀＝K₂β₀P₀ (4)

其中，α₀是光學傳感器光路損耗初始系數(shù)，β₀是LED光源波動初始系數(shù)。

在對光學傳感器進行可靠性試驗過程中，光學傳感器輸出的光信號P₁₁和分光器輸出光信號P₂₁分別表示為：

P₁₁＝α₁K₁β₁P₀ (5)

P₂₁＝K₂β₁P₀ (6)

其中，α₁是光學傳感器光路損耗變化系數(shù)，β₁是LED光源波動變化系數(shù)。

在光學傳感器的可靠性試驗和分析過程中，選擇插入損耗的變化量作為器件失效的判據(jù)，則光學傳感器輸出光路插入損耗(包括LED光源的波動)的變化量可以表示為：

分光器輸出光路插入損耗(包括LED光源的波動)的變化量可以表示為：

綜上，由式(7)和式(8)，可以得到光學傳感器樣本插入損耗(剔除LED光源的波動)的變化量：

在進行可靠性試驗評價時，光學傳感器樣本數(shù)的確定是比較困難的，因為不可能也沒必要的對所有的光學傳感器樣本進行試驗。但是，如果所取的光學傳感器樣本數(shù)太少，可靠性試驗結(jié)論的置信度就會偏低。本實用新型實施例選定參加可靠性試驗的光學傳感器樣本的數(shù)量為22只(僅以次為例，不限于此，具體試驗根據(jù)需要進行選擇)，這樣產(chǎn)品質(zhì)量的不合格率極限水平LTPD為10％，LTPD為10％是指一個批次的產(chǎn)品只有10％的不合格率。

上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。