一种光学传感器可靠性试验系统的制作方法

本实用新型涉及一种传感器可靠性试验系统，特别是关于一种光学传感器可靠性试验系统。

背景技术：

光学互感器以其无磁饱和、绝缘性能好及抗干扰能力强等优点在电力系统测量和保护中得到了广泛关注。测量精度的温度稳定性和长期运行可靠性是光学互感器实用化和推广应用的两个关键性能指标。目前，光学互感器测量精度的温度稳定性已基本能满足现场要求。但是，光学互感器的长期运行可靠性特别是其使用寿命还无法通过现场仅有的几年运行时间获得。

基于光学原理的光学互感器是光机电一体化的产品，其可靠性涉及面广、影响因素复杂、故障模式众多。将光学互感器作为整体，分析其可靠性有一定的难度，一般将光学互感器分为若干组成部件逐个分析，然后再通过相应的可靠性模型进行整体可靠性评估。光学互感器的关键部件是光学传感器，其可靠性在很大程度上决定了光学互感器的可靠性水平。为了促使光学互感器在智能变电站中的推广应用，并保证光学互感器的长期运行可靠性，有必要对光学互感器的关键组成部件光学传感器进行可靠性试验，并对其预计使用寿命进行评估。国内外关于光学传感器，特别是对光学电流传感器和光学电压传感器可靠性的研究较少，还没有针对性的可靠性试验标准和方法，更没有建立针对光学传感器的可靠性试验系统。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够对光学电流传感器或光学电压传感器进行可靠性试验的光学传感器可靠性试验系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种光学传感器可靠性试验系统，其特征在于，该试验系统包括光信号发射及检测单元、环境试验箱、合并单元和监测装置；所述环境试验箱用于盛放待检测的光学传感器样本，并根据可靠性试验类型调节相应环境条件；所述光信号发射及检测单元向所述光学传感器样本发送检测光信号，接收所述光学传感器样本发回的反馈光信号，并将所述检测光信号和反馈光信号分别转换为对应的数字量信号发送到所述合并单元；所述合并单元将数字量信号进行合并后发送到所述监测装置。

进一步地，所述光信号发射及检测单元包括LED光源组、分光器组和采集器组；所述LED光源组中的每个LED光源将测试光发射到所述分光器组的相应分光器，每一所述分光器均将一束测试光按设定比例分成两束；经每一所述分光器出射的其中一束测试光发射到相应光学传感器样本进行可靠性测试，完成可靠性测试的光经所述光学传感器样本发射到采集器组；经每一所述分光器出射的另一束测试光直接进入所述采集器组；所述采集器组中的每个采集器将对应采集的信号进行模数转换得到数字量数据，并将得到的数字量数据发送到所述合并单元。

进一步地，所述LED光源组、分光器组和采集器组均设置在一恒温箱内。

进一步地，所述光学传感器样本为光学电流传感器或光学电压传感器。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型的LED光源组将测试光发射到分光器组，分光器组将一束测试光按设定比例分成两束测试光，由于在试验系统中利用分光器组引入LED光源信息，剔除了LED光源输出光功率波动对光学传感器静态工作光强的影响，使得获得光学传感器的可靠性数据更加准确。2、本实用新型可以通过环境试验箱设置的不同环境条件完成对光学传感器的一般可靠性试验和耐久性试验，因此不仅可以用于光学传感器在产品研制过程中的可靠性寿命评估的可靠性加速试验，为确定光学传感器在规定使用条件下的使用寿命获取必要的可靠性定量数据，也可以用于定性产品生产过程中的产品可靠性筛选试验。本实用新型可以广泛应用于光学传感器的可靠性测试中。

附图说明

图1是本实用新型的光学传感器可靠性试验系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供的光学传感器可靠性试验系统，包括LED光源组1、分光器组2、采集器组3、光学传感器样本4、合并单元5、监测装置6、恒温箱7和环境试验箱8；其中，LED光源组1、分光器组2和采集器组3可以作为光信号发射及检测单元，LED光源组1包括的LED光源个数、分光器组2包括的分光器个数、采集器组3包括的采集器个数均与光学传感器样本4所包括的光学传感器的个数相一致。

LED光源组1、分光器组2和采集器组3均可以设置在恒温箱7内，恒温箱7的温度根据需要进行设置，目的是为了避免光信号传播过程中其它环节对光学传感器试验结果的影响。光学传感器样本4放置在环境试验箱8内，实际使用时可以依据相应的可靠性试验内容，环境试验箱8通过自身的自动控制装置设置相应的环境条件，对光学传感器样本4进行相应内容的可靠性试验。

LED光源组1的每个LED光源均发出测试光通过多模光纤束发射到分光器组2的相应分光器，分光器的作用是为了剔除LED光源波动对光学传感器可靠性试验结果的影响。每一分光器均将一束测试光按设定比例分成两束测试光，经分光器组2出射的其中一束测试光通过多模光纤束发射到相应光学传感器样本4进行可靠性测试，完成可靠性测试的光经光学传感器样本4通过多模光纤束发射采集器组4；经分光器组2出射的另一束测试光通过多模光纤束直接进入采集器组4；采集器组4中的每个采集器分别对采集的信号进行模数转换得到数字量数据，并将得到的数字量数据通过多模光纤束发送到合并单元5，合并单元5将多组数字量数据合并成一组数据并通过光纤发送到监测装置6，监测装置6根据得到的光学传感器样本4的静态工作光强数据完成对光学传感器样本4的可靠性评估，并将处理结果进行存储和显示。

在一个优选的实施例中，光学传感器样本可以为光学电流传感器或光学电压传感器。

在一个优选的实施例中，可靠性试验类型包括一般可靠性试验和耐久性试验，一般可靠性试验的目的是定性地考察光学传感器是否满足符合规定的可靠性基本要求，从而对生产的光学传感器进行产品可靠性筛选；耐久性试验的目的是考察光学传感器的长期可靠性，同时也是为确定光学传感器在规定使用条件下的使用寿命获取必要的可靠性定量数据。

一般可靠性试验内容为光学传感器在环境试验箱8设置的不同环境条件相应测试光学传感器的热老化、热循环、温度-湿度老化、温度-湿度循环、湿度/凝结循环、凝结后的热循环和振动，具体试验内容、试验条件和试验时间如表1所示：

表1光学传感器的一般可靠性试验内容

注：RH是湿度的单位，表示相对湿度。

耐久性试验内容为光学传感器在环境试验箱设置的不同环境条件下测试光学传感器的热冲击、高温贮存(干热)、高温贮存(湿热)、低温贮存和温度循环，具体试验内容、试验条件和试验时间如表2所示：

表2光学传感器的耐久性试验内容

一般可靠性试验只能给出光学传感器可靠性的定性结论，要进一步考察光学传感器的长期可靠性，进而定量地评估其可靠性寿命，则必须进行耐久性试验。在耐久性试验之前，光学传感器必须先通过一般可靠性试验，耐久性试验为试验后进行的可靠性定量评估提供必要的可靠性数据。

下面以一个光学传感器的可靠性试验作为具体实施例对本实用新型的光学传感器的可靠性系统的原理进行说明。

假设一个LED光源发出的光功率为P₀，波动系数为β，分光器的分光比取K₁:K₂，光学传感器光路损耗系数α，采集器接收到两路测试光信号，一路来自光学传感器样本输出的光信号P₁，一路直接来自分光器输出的光信号P₂，可以分别表示为：

P₁＝αK₁βP₀ (1)

P₂＝K₂βP₀ (2)

在对光学传感器样本进行可靠性试验开始时，光学传感器输出的光信号P₁₀和分光器输出的光信号P₂₀分别表示为：

P₁₀＝α₀K₁β₀P₀ (3)

P₂₀＝K₂β₀P₀ (4)

其中，α₀是光学传感器光路损耗初始系数，β₀是LED光源波动初始系数。

在对光学传感器进行可靠性试验过程中，光学传感器输出的光信号P₁₁和分光器输出光信号P₂₁分别表示为：

P₁₁＝α₁K₁β₁P₀ (5)

P₂₁＝K₂β₁P₀ (6)

其中，α₁是光学传感器光路损耗变化系数，β₁是LED光源波动变化系数。

在光学传感器的可靠性试验和分析过程中，选择插入损耗的变化量作为器件失效的判据，则光学传感器输出光路插入损耗(包括LED光源的波动)的变化量可以表示为：

分光器输出光路插入损耗(包括LED光源的波动)的变化量可以表示为：

综上，由式(7)和式(8)，可以得到光学传感器样本插入损耗(剔除LED光源的波动)的变化量：

在进行可靠性试验评价时，光学传感器样本数的确定是比较困难的，因为不可能也没必要的对所有的光学传感器样本进行试验。但是，如果所取的光学传感器样本数太少，可靠性试验结论的置信度就会偏低。本实用新型实施例选定参加可靠性试验的光学传感器样本的数量为22只(仅以次为例，不限于此，具体试验根据需要进行选择)，这样产品质量的不合格率极限水平LTPD为10％，LTPD为10％是指一个批次的产品只有10％的不合格率。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。