中紅外固體雷射器的壽命檢測方法
2023-10-23 18:01:17 1
中紅外固體雷射器的壽命檢測方法
【專利摘要】本發明提供一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，該方法包括以下步驟：根據中紅外固體雷射器的整機結構確定中紅外固體雷射器的關鍵部件和可靠性結構模型，並根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配；根據各關鍵部件的失效機理確定各關鍵部件的敏感應力以及加速試驗剖面；根據所述敏感應力以及加速試驗剖面進行加速壽命試驗，並根據加速壽命試驗後的單組試驗數據確定符合單組試驗數據分布的數學模型；根據所述數學模型確定各關鍵部件的壽命分布函數，提取各關鍵部件的可靠度模型；根據各關鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結構模型確定整機可靠度模型，並根據所述整機可靠度模型計算在設定可靠度條件下中紅外固體雷射器的MTBF指標。
【專利說明】中紅外固體雷射器的壽命檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中紅外固體雷射器，特別是涉及一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法。
【背景技術】
[0002]在紅外波段，由於大氣的吸收作用，只留下了 3個重要的「窗口區」，分別是I?3μπι、3?5μπι、8?12 μ m，而對於紅外雷射的應用主要集中在3?5μπι中紅外波段。中紅外固體雷射器光源在雷射定向、紅外遙感、紅外測距、氣體探測、環境監測、生物、醫藥等領域獲得了廣泛應用，在這些應用領域中，中紅外固體雷射器光源的壽命指標是影響其應用的關鍵指標，但到現在為止，還沒有相關的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法。
[0003]近幾年來，由於高光束質量的LD雷射泵浦原和高質量的中、遠紅外雷射透光波段的非線性光學材料的研究開發(如ZnGeP2、AgGaSe2、AgGaS2等晶體材料)，利用光參量效應中的光參量振蕩來實現寬調諧範圍的中紅外雷射輸出已成為當前獲得中紅外固體雷射器的主流技術。
[0004]傳統的產品壽命檢測方法中，通過在正常條件下做壽命試驗來獲得產品的壽命特徵。但對於中紅外固體雷射器，如果採用常規壽命試驗的方法往往需要耗費很長的時間和大量的試驗費用，甚至所需要的試驗時間遠遠大於研製周期，不可能在投入使用前完成壽命驗證。因此，如何在不改變產品失效機理的前提下，快速檢測出中紅外固體雷射器的壽命，成為一個亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]基於此，本發明提供一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，能夠快速檢測出中紅外固體雷射器的壽命。
[0006]為實現上述目的，本發明採用如下的技術方案:
[0007]一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，包括以下步驟:
[0008]根據中紅外固體雷射器的整機結構確定中紅外固體雷射器的關鍵部件和可靠性結構模型，並根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配；
[0009]根據各關鍵部件的失效機理確定各關鍵部件的敏感應力以及加速試驗剖面；
[0010]根據所述敏感應力以及加速試驗剖面進行加速壽命試驗,並根據加速壽命試驗後的單組試驗數據確定符合單組試驗數據分布的數學模型；
[0011]根據所述數學模型確定各關鍵部件的壽命分布函數，提取各關鍵部件的可靠度模型；
[0012]根據各關鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結構模型確定整機可靠度模型，並根據所述整機可靠度模型計算在設定可靠度條件下中紅外固體雷射器的MTBF指標。
[0013]由以上方案可以看出，本發明的一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，基於可靠性分配理論，通過中紅外固體雷射器的關鍵部件的加速壽命評價結果來評價整機的壽命。使用本發明的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，克服了傳統整機系統壽命指標通過對整機系統進行壽命試驗而進行評價的弊端，能夠最大程度上的降低試驗消耗；此外，利用本發明提供的壽命檢測方法，能夠針對關鍵部件的主要失效機理設置加速試驗應力，避免了針對整機系統開展加速壽命試驗過程中失效機理發生漂移的風險，能夠快速、經濟的檢測出中紅外固體雷射器的壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0016]參見圖1所示，一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，包括以下步驟:
[0017]步驟S101，對中紅外固體雷射器進行整機結構分析，根據分析的結果確定中紅外固體雷射器的關鍵部件和可靠性結構模型，並根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配，然後進入步驟S102。
[0018]作為一個較好的實施例，對於米用0P0(0ptical Parametric Oscillator,光學參量振蕩器)技術獲得中紅外雷射輸出的中紅外固體雷射器來講，其關鍵部件主要包括:793nm半導體雷射器泵源，2 μ m固體雷射器模塊、3?5 μ m光學參量振蕩腔(OPO)模塊等。
[0019]作為一個較好的實施例,本發明中可以採用故障樹分析(Fault Tree Analysis)法來獲取所述可靠性結構模型，以直觀、明了地得到本發明中需要的可靠性結構模型。
[0020]另外，作為一個較好的實施例，上述根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配的過程具體可以包括如下:獲取各關鍵部件的成熟程度、重要程度、複雜程度等因素，然後根據所述各關鍵部件的成熟程度、重要程度、複雜程度因素對所述關鍵部件進行指標分配。
[0021]步驟S102，對各關鍵部件的主要失效機理進行分析，根據分析的結果確定關鍵部件的敏感應力以及加速試驗剖面，然後進入步驟S103。
[0022]中紅外固體雷射器主要應用在車載或機載環境，在應用過程中，中紅外固體雷射器的熱效應是導致其失效的主要因素，因此，作為一個較好的實施例，本發明中所述敏感應力可以為溫度應力。
[0023]另外，作為一個較好的實施例，所述確定各關鍵部件加速試驗剖面的過程具體可以包括如下:設置一個應力水平，最低應力水平下的應力值設置為各關鍵部件的正常工作時的應力值，最高應力水平下的應力值通過摸底試驗確定，在最低應力水平和最高應力水平之間選取設定個數(例如3組以上)的加速試驗剖面以開展加速壽命試驗。
[0024]進行加速壽命試驗，需要結合摸底試驗結果，基於累積損傷等理論，結合中紅外固體雷射器實際工況設計完整的加速壽命試驗剖面。一般可選取I個應力水平，讓試驗樣件由低到高逐次承受，考慮到後續數值計算的複雜程度，I 一般可取3-5個。最低應力水平SI的數值應適當靠近中紅外固體雷射器各部件正常工作時的應力水平，最高應力水平SI應在不改變失效機理的條件下儘量高。在確定了各加速應力在最低應力水平下的最低值和最高應力水平下的最高值後，在中間的各種應力水平下，各種加速應力值可以處於最低值與最高值之間，適當分散取值。
[0025]步驟S103，根據所述敏感應力以及加速試驗剖面進行加速壽命試驗，並對加速壽命試驗後的單組試驗數據進行分析，根據分析的結果確定符合單組試驗數據分布的數學模型，然後進入步驟S104。
[0026]作為一個較好的實施例，所述進行加速壽命試驗的過程具體可以包括如下:在同一批中紅外固體雷射器產品中隨機選取預定個數的試驗樣本，並通過預先制訂的失效判據來判斷試驗樣本是否失效，依此確定各關鍵部件的失效時間，按照設定的測試周期進行加速壽命試驗。
[0027]具體的，在選取試驗樣本時，需在同一批產品中隨機抽取，可隨機抽取N個樣本，N最好不小於3，但因中紅外固體雷射器價高量少，通過改變雷射入射位置能夠實現再次利用，可適當減少試驗樣本數量。
[0028]對於中紅外固體雷射器的關鍵部件如793nm半導體雷射器泵源，2 μ m固體雷射器模塊、3?5 μ m光學參量振蕩腔(OPO)模塊，均可定義為當各關鍵部件模塊的輸出功率下降到初始值的80 %時，作為失效判據，判定為試驗樣本失效。
[0029]另外，本發明中，在加速壽命試驗過程中有自動檢測設備，能準確的獲得試驗樣本的失效時間。但這樣做，常常在費用和技術上有困難。因此還可以採用定時檢測的方法，在開始時測試周期可適當放長，然後逐漸縮短，再逐漸加長。在每一個應力水平下，試驗的測試點的個數不應少於5個。
[0030]需要說明的是，本發明中可以採用線性擬合、擬合優度檢驗或顯著性檢驗等統計分析方法來對單組試驗數據進行分析，據此確定符合單組試驗數據分布的數學模型。並且作為一個較好的實施例，該數學模型可以是指數分布模型、威布爾分布模型或正態分布模型等。
[0031]步驟S104，根據所述數學模型確定各關鍵部件的壽命分布函數，提取各關鍵部件的可靠度模型，然後進入步驟S105。
[0032]具體的，本發明中可以依據步驟S103的統計分析結果，利用weibull分析軟體中的指數分布分析模塊、威布爾分布分析模塊或正態分布分析模塊來確定各關鍵部件的壽命分布函數，提取各關鍵部件的可靠度函數。
[0033]步驟S105，根據各關鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結構模型確定整機可靠度模型，對於中紅外固體雷射器可以採用串聯模型進行整體可靠度函數的提取；並根據所述整機可靠度模型計算在設定可靠度條件下(例如該設定可靠度可以取值為0.7或0.8等數值)中紅外固體雷射器的MTBF(Mean Time Between Failure,平均故障間隔時間)指標。需要說明的是，該MTBF指標也就是中紅外固體雷射器的平均壽命。
[0034]通過以上方案可以看出，本發明的一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，基於可靠性分配理論，通過中紅外固體雷射器的關鍵部件的加速壽命評價結果來評價整機的壽命。使用本發明的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，克服了傳統整機系統壽命指標通過對整機系統進行壽命試驗而進行評價的弊端，能夠最大程度上的降低試驗消耗；此外，利用本發明提供的壽命檢測方法，能夠針對關鍵部件的主要失效機理設置加速試驗應力，避免了針對整機系統開展加速壽命試驗過程中失效機理發生漂移的風險，能夠快速、經濟的檢測出中紅外固體雷射器的壽命。
[0035]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: 根據中紅外固體雷射器的整機結構確定中紅外固體雷射器的關鍵部件和可靠性結構模型，並根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配； 根據各關鍵部件的失效機理確定各關鍵部件的敏感應力以及加速試驗剖面； 根據所述敏感應力以及加速試驗剖面進行加速壽命試驗，並根據加速壽命試驗後的單組試驗數據確定符合單組試驗數據分布的數學模型； 根據所述數學模型確定各關鍵部件的壽命分布函數，提取各關鍵部件的可靠度模型； 根據各關鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結構模型確定整機可靠度模型，並根據所述整機可靠度模型計算在設定可靠度條件下中紅外固體雷射器的MTBF指標。
2.根據權利要求1所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述中紅外固體雷射器的關鍵部件包括:793nm半導體雷射器泵源、2 μ m固體雷射器模塊以及3?5 μ m光學參量振蕩腔模塊。
3.根據權利要求1所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述進行加速壽命試驗的過程包括: 在同一批中紅外固體雷射器產品中選取預定個數的試驗樣本，並通過預先制訂的失效判據來判斷試驗樣本是否失效，確定各關鍵部件的失效時間，按照設定的測試周期進行加速壽命試驗。
4.根據權利要求3所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述判斷試驗樣本是否失效的過程包括:若各關鍵部件輸出功率下降到初始值的80%，則判定為試驗樣本失效。
5.根據權利要求1所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，根據可靠性分配理論對所述關鍵部件進行指標分配的過程包括: 獲取各關鍵部件的成熟程度、重要程度、複雜程度因素，根據所述各關鍵部件的成熟程度、重要程度、複雜程度因素對所述關鍵部件進行指標分配。
6.根據權利要求1所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，確定各關鍵部件的加速試驗剖面的過程包括: 設置一個應力水平，最低應力水平下的應力值設置為各關鍵部件的正常工作時的應力值，最高應力水平下的應力值通過摸底試驗確定，在最低應力水平和最高應力水平之間選取設定個數的加速試驗剖面。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述敏感應力為溫度應力。
8.根據權利要求1-6任意一項所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述數學模型為指數分布模型、威布爾分布模型或正態分布模型。
9.根據權利要求1-6任意一項所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，採用故障樹分析法來獲取所述可靠性結構模型。
10.根據權利要求1-6任意一項所述的中紅外固體雷射器的壽命檢測方法，其特徵在於，所述設定可靠度取值為0.7或0.8。
【文檔編號】G01M11/00GK103940586SQ201410168731
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】路國光, 謝少鋒, 郝明明, 賴燦雄, 黃雲, 恩雲飛 申請人:工業和信息化部電子第五研究所