一种电力传感器可靠性加速试验装置及方法与流程

本发明属于电子器件可靠性试验，特别涉及一种电力传感器可靠性加速试验装置及方法。

背景技术：

1、随着现代科学技术和工业水平的突飞猛进，使得电力传感器在应用领域和范围进一步扩展，其所受到的各项环境应力面临更为严酷的调整，例如温度、压力及冲击等；其中，尤其以长时间高温环境下、大量级压力匹配以及多种综合环境应力耦合作用为代表，对电力传感器的环境适应性和耐受性提出了更高的要求。

2、其次，大功率电力电子变流技术因其功率密度高、动态响应速度快和主动可控性能强等特点，成为新能源汽车、海上风力发电并网及工业变频驱动等新兴产业的基础型技术；而随着应用领域电压等级及功率等级的升高，电力电子装置尤其是其内部的电力传感器的高故障率正严重制约着应用系统整体可靠性的提升。

3、在实际工况下，外界温度随着昼夜、阴晴和风速等环境条件改变而发生波动；与此同时，渡过电力传感器芯片的交谈电流通常会产生交变的功率损耗；因此，在外部环境温度和内部交变损耗的双重作用下，电力传感器的实际运行温度是交变的，由此导致多层材料的交界面长期存在交变的法向应力和剪切应力，逐渐积累会造成裂纹和分层现象的出现；经过长达几年甚至几十年，其老化逐渐积累将导致电力传感器的电气性能和运行裕度由量变发展到质变，最终造成老化失效的发生。

4、一般来说，电力传感器在工作过程中会受到电磁、冷热、温度及机械力等多种物理场的作用和影响，在分析其相关性能时，考虑多个物理场的耦合作用，能够提高电力传感器性能分析结果的合理性。

5、目前，针对电力传感器的性能耦合分析方法，主要包括电磁-热耦合分析方法以及热-力耦合分析方法；其中，电磁-热耦合分析方法，即分析电力传感器在电磁-热耦合场作用下的温升、传热性能；热-力耦合分析方法，即分析电力传感器在热-力耦合场作用下的应力及应变性能；上述两种分析方法虽然考虑到两物理场耦合作用对电力传感器性能的影响，其在一定程度上能够提高传感器性能分析的合理性；但电力传感器实际工作过程中往往会受到电磁、冷热以及机械力多个物理场的协同作用，且各个物理场之间存在能量交换；因此，现有的两物理场耦合分析方法，无法完全反映传感器的实际工况，大大降低了传感器的性能耦合分析方法的准确度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种电力传感器可靠性加速试验装置及方法，以解决现有的两物理场耦合分析方法，无法完全反映传感器的实际工况，大大降低了传感器的性能耦合分析方法的准确度的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种电力传感器可靠性加速试验装置，包括gtem室以及设置在所述gtem室内的加热装置、制冷装置、振动装置、加湿装置及电磁干扰装置；其中，所述振动装置上安装有待测传感器样品；

4、所述加热装置，用于对所述gtem室的内部环境进行加热；

5、所述制冷装置，用于对所述gtem室的内部环境进行降温；

6、所述振动装置，用于模拟所述待测传感器样品所处的实际机械振动环境；

7、所述加湿装置，用于调节所述gtem室的内部湿度环境；

8、所述电磁干扰装置，用于模拟所述待测传感器样品所处的实际电磁干扰环境。

9、进一步的，所述加热装置包括扇叶驱动电机、风机扇叶、电加热设备、第一安装板及第二安装板；

10、所述第一安装板紧贴设置在所述gtem室的上顶盖内壁上，所述第二安装板平行设置在所述第一安装板的下方；所述扇叶驱动电机设置在所述上顶盖的外侧，所述扇叶驱动电机的输出轴依次贯穿所述上顶盖及所述第一安装板后，延伸至所述第一安装板与所述第二安装板之间；

11、所述风机扇叶设置在所述第一安装板与所述第二安装板之间，并固定在所述扇叶驱动电机的输出轴上；所述电加热设备设置在所述第一安装板与所述第二安装板之间，并置于所述风机扇叶的侧边。

12、进一步的，所述制冷装置包括低温制冷室以及设置在低温制冷室内的压缩机、冷凝器、蒸发器；

13、所述低温制冷室设置在所述gtem室的下底板上，并靠近所述gtem室的后端盖一侧设置；其中，所述低温制冷室上设置有冷室出口；

14、所述压缩机的排气口与所述冷凝器的进气口相连，所述压缩机的进气口与所述冷凝器的出气口相连；所述冷凝器的排水口与所述蒸发器的进水口相连，所述蒸发器的出气口与所述冷室出口相连。

15、进一步的，所述振动装置包括试验夹具、夹具固定件及振动台；

16、所述振动台设置在所述gtem室的下底板上，并置于所述gtem室的测试区域；所述试验夹具通过所述夹具固定件安装在所述振动台的振动平台上，所述待测传感器样品安装在所述试验夹具上；其中，所述振动台能够带动所述待测传感器样品沿竖直方向振动或水平方向振动。

17、进一步的，所述加湿装置包括加湿室及设置在所述加湿室内的水分配器、轴流风机、湿膜、水泵及储水箱；

18、所述加湿室设置在所述gtem室的下底板上，并靠近所述gtem室的锥角部一侧设置；所述储水箱设置在所述加湿室的底部，所述水泵设置在所述储水箱内；所述湿膜设置在所述加湿室的中部一侧，并置于所述储水箱的上方；

19、所述水分配器的一端与所述水泵相连，所述水分配器的另一端与所述湿膜的进水口相连；所述轴流风机设置在所述加湿室的中部另一侧，并置于所述湿膜的侧边；所述加湿室的侧壁开设有湿气出口。

20、进一步的，所述电磁干扰装置包括电磁干扰发生器；所述电磁干扰发生器设置在gtem室的锥角部外侧，所述电磁干扰发生器用于向所述gtem室内发射电磁干扰信号。

21、进一步的，还包括多物理场系统控制器、加热控制单元、制冷控制单元、振动控制单元、湿度控制单元及电磁场控制单元；

22、所述加热控制单元与所述加热装置相连，所述制冷控制单元与所述制冷装置相连，所述振动控制单元与振动装置相连，所述湿度控制单元与所述加湿装置相连，所述电磁场控制单元与所述电磁干扰装置相连；

23、所述加热控制单元、所述制冷控制单元、所述振动控制单元、所述湿度控制单元及所述电磁场控制单元还与所述多物理场系统控制器均相连。

24、进一步的，还包括报警装置、数据存储器、无线通信模块及用户通讯终端；

25、所述报警装置、所述数据存储器及所述无线通讯模块与所述多物理场系统控制器均相连，所述无线通讯模块还与所述用户通讯终端相连；

26、所述报警装置，用于将所述gtem室内部的实际温度环境、实际机械振动环境、实际湿度环境及实际电磁干扰环境分别与对应阈值进行比较，根据比较结果触发报警动作；

27、所述数据存储器，用于实时存储所述多物理场系统控制器收集或产生的各类数据；

28、所述用户通讯终端，用于对所述多物理场系统控制器的收集或产生的各类数据进行实时监视。

29、进一步的，所述gtem室的侧盖板上还开设有自然风进口及自然风出口；所述自然风进口处安装有第一风机，所述自然风出口设置有第二风机，所述gtem室内还设置有循环风机。

30、本发明还提供了一种电力传感器可靠性加速试验方法，利用所述的电力传感器可靠性加速试验装置；

31、其中，所述电力传感器可靠性加速试验方法，包括：

32、按照待测传感器样品在实际工作中所受到的温度场、机械物理场、湿度场及电磁场的作用条件，利用所述电力传感器可靠性加速试验装置，分别设置高温试验条件、低温试验条件、振动试验条件、湿度试验条件及电磁干扰条件；

33、之后，进行加速老化试验，并记录待测传感器样品的电学性能参数、热性能参数及力学性能参数；根据所述待测传感器样品的电学性能参数、热性能参数及力学性能参数，确定待测传感器样品的寿命数据；

34、根据所述高温试验条件、低温试验条件、振动试验条件、湿度试验条件、电磁干扰条件及所述待测传感器样品的寿命数据，获取所述电力传感器可靠性加速试验结果。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明提供了一种电力传感器可靠性加速试验装置及方法，采用在gtem室内设置加热装置、制冷装置、振动装置、加湿装置及电磁干扰装置，并将待测传感器样品安装在振动装置上；利用加热装置和制冷装置对gtem室内部温度环境进行调节控制，利用加湿装置对gtem室内部湿度环境进行调节控制，利用电磁干扰装置对gtem室内部电磁场环境进行调节控制，利用振动装置模拟实际的机械振动环境，实现根据电力传感器实际工作过程中受到的温度场、湿度场、机械物理场及电磁场的真实模拟，满足电力传感器在温度场、湿度场、机械物理场及电磁场中多个物理场耦合条件下进行可靠性加速试验，进而分析多个物理场耦合关系下的传感器的电-热-力性能；同时，以使不同传感器试验样品保持外部测试环境一致，从而得出可靠的试验结果；装置结构简单，可靠性高，能够真实反映待测传感器样品的实际工况，确保了传感器性能耦合分析结果的精确性。

37、进一步的，通过设置加热控制单元、制冷控制单元、振动控制单元、湿度控制单元及电磁场控制单元，并通过多物理场控制器对加热控制单元、制冷控制单元、振动控制单元、湿度控制单元及电磁场控制单元进行集中控制，有效提高了试验装置的自动化程度，便于对试验条件的精确控制调节，并确保了试验条件及结果的精确性。

38、进一步的，通过在gtem室的侧盖板上设置自然风进口和自然风出口，实现对可靠性加速试验过程自然风条件的真实模拟，提高了试验的真实性。