提高可靠性的措施

为了提高自动检测系统和机电产品的可靠性，可采用可靠性更高的元器件代替原系统中失效率的元器件，或者提高工艺质量，如加工质量、焊点质量、文明生产水平和清洁度等，除了这两种可靠性的措施外，还可通过研究可靠性问题，找出一些规律，利用这些规律来达到提高产品可靠性的目的。

图14－16 浴盆曲线

1.利用失效的规律来提高可靠性

图14－16所示为自动检测系统和机电设备的一般失效曲线，由于曲线的形状酷似浴盆，故称之为“浴盆曲线”。曲线纵坐标是设备的失效率，横坐标是使用时间。平行于横坐标的一条虚线为设备规定的失效率，该虚线与浴盆曲线的两个交点，把曲线划分为三种失效类型，可利用此规律提高可靠性。

（1）早期失效期

设备在启用初期，失效率很高，但经调试或维修后很快减小。这种失效主要是由设计、制造、加工装配等缺陷造成的。通过对这一时期产品失效的分析，可以改进设计、制造、加工装配等薄弱环节，提高产品的可靠性，另外还需对元器件采用人工老化筛选，以保证在自动检测系统中元器件处于稳定工作期。产品的早期失效期，一般应在生产厂内经调试、试运转、检验等手段，考核通过后出厂。早期失效期的失效率λ（t）随时间而下降，这种失效类型称为早期失效型。

（2）偶然失效期

经过早期失效期后，设备对规定的使用条件已经适应，即可服役使用。

设备在此期间内，一般只是出于偶然的因素，如突然过载、碰撞等事故性原因而导致失效。在这一阶段，设备的失效率最低，并且稳定，其失效率可视为常数，这种失效类型称为偶然失效型。设备的这段服役期表征了设备的有效寿命。

（3）损耗失效期

经过一定时间的使用，设备上的某些零部件出现老化、磨损，因而失效率随时间而上升。这种失效类型称为损耗失效型，是机电设备正常的失效形式。该阶段的失效率一般按正态分布。因此，要避免系统中的元器件在此阶段中工作，应对自动检测系统进行定期检修或更换元器件。需要强调指出，“浴盆曲线”反映了自动检测系统和机电设备的一般失效规律，它经历了三种不同的失效类型。但对某一单一的零件、元件或材料，它的失效只是上述三种失效类型中的某一种。

2.用重复备用系统来提高可靠性

在采用上述措施后仍不能满足要求时，可以采用重复备用系统来提高系统的可靠性。并联重复备用系统的总可靠度为

式中 Ps——系统的总可靠度；

m——系统中相串联的单元数目；

Pi——系统中相串联的各单元的可靠度；

n——相同备用单元的数目。

图14－17所示为三种不同的重复备用系统，其作用的大小也不同。

图14－17 重复备用系统

（a）串联系统；（b）串并联系统；（c）并串联系统

图14－17（a）所示为两单元串联的系统。设P1＝0.8，P2＝0.9，则此系统的可靠度为

Ps＝P1P2＝0.8×0.9＝0.72

图14－17（b）所示为串并联重复备用系统，用式 （14.4）计算的可靠度为

Ps＝1－（1－P1P2）2＝1－[1－（0.8×0.9]）2＝0.92

图14－17（c）所示为并串联重复备用系统。其可靠度计算式为

Ps＝[1－（1－P1）]2[1－（1－P2）]2＝[1－（1－0.8）]2[1－（1－0.9）2]＝0.95

从上述情况可知，在同样元件数的情况下，并串联重复备用系统具有较高的可靠度。

此外，等待备用系统相当于并联系统，二者不同时开动，只有当一台有故障时，另一台立即开始投入工作。

先导案例解决

图14－18所示为用光电耦合隔离器传递信号并将输入回路与输出回路隔离的电路。光电耦合隔离器的红外发光二极管经两只限流电阻R1、R2跨接到三相电源电路中。当交流接触器未吸合时，流过光电耦合隔离器中的红外发光二极管VL1的电流为零，所以光电耦合隔离器中的光敏三极管V1处于截止状态，Ue为低电平，反相器的输出Uo为高电平。

图14－18 光电耦合隔离器用于强电信号的检测、隔离

（a）电路；（b）对应的印制板

图14－19所示为各点的波形图。在t1时刻，当交流接触器得电吸合后，在电源的正半周时，有电流流过VL1。合理选择R1、R2、Re的阻值，可以使光电耦合隔离器中的光敏三极管在正半周的绝大多数时间里处于饱和状态，Ue为高电平。经具有史密特特性的反相器反相、整形为边缘陡峭的方波，如图14－19中的Uo波形。单片机检测到方波信号就可以判断出电源的过零时刻，从而根据既定的程序控制晶闸管的导通角，调节电动机的转速。

图14－19 输入／输出信号波形

在这个例子中，光电耦合隔离器的主要作用并不在于传输信号，因为直接将220V电压经电阻衰减后送到反相器也能得到方波信号。但这样做势必把有危险性的强电回路与计算机回路连接在一起，可能会使计算机主板带电，使操作者触电，甚至有烧毁计算机的可能。

采用图14－18所示的光电耦合隔离器电路之后，计算机既可得到方波信号，又与强电回路无电气联系，若用测电笔测量计算机的主板电路，就没有带电的现象。这就是光电耦合隔离器既可以传输有用信号，又将输入、输出回路隔离的道理。设计印制板时，光电耦合隔离器的左、右两边电路应严格绝缘，并保证有一定的间隔，以防击穿，请观察图14－18（b）所示印制板各元件排列的特点。