CN102435205A - 光纤陀螺可靠性预计模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺可靠性预计模型，光纤陀螺包括光路部分和信号处理电路部分，光纤陀螺的失效率

式中：λ_b1为光路部分的基本失效率；

为信号处理电路失效率，

为某种元器件的工作失效率，N_i为其数目；π_K为种类因子，代表光纤陀螺是开环还是闭环；π_C为结构因子，代表光纤陀螺是单轴、双轴还是三轴；π_T为温度因子；π_E为环境因子。

Description

光纤陀螺可靠性预计模型

技术领域

本发明涉及器件可靠性预计技术，尤其涉及一种光纤陀螺可靠性预计模型。

背景技术

从70年代至今，经过近40年的研制，光纤陀螺技术已经相当成熟，而且有了很好的工程实用背景，在空间探索、航空航天、武器装备等领域的姿态定位、导航的应用上，占据了越来越重要的地位，明确其可靠性水平的指标数据，则成为工程之急需。而光纤陀螺作为集光、机、电于一体的多元技术产品，影响其可靠性的因素众多，主要表现为以下方面：(1)光源模块故障，包括光功率下降和光谱不稳定等失效模式；(2)光纤耦合器故障，包括光纤断裂等失效模式；(3)Y波导故障，包括电极失效、波导失效及光纤和波导的耦合失效等失效模式；(4)光纤环故障，包括光纤断裂、色心凝集等失效模式；(5)光电探测器组件故障，包括探测器组件性能参数退化、尾纤断裂等失效模式；(6)信号处理电路故障，包括电压、温度、振动冲击等导致失效。应用领域的保密要求导致可靠性数据的缺乏，光纤陀螺的组成复杂，失效模式繁多等等因素，都导致了当前光纤陀螺可靠性预计模型与数据的极其匮乏。

目前，国内外对光纤陀螺可靠性评估进行了大量研究，出现了加速退化试验评估法、关键元器件可靠性评估法等等，但对于可靠性预计，都只是采用将光纤陀螺当成组件的计数法预计，而将干涉式光纤陀螺中Sagnac干涉仪当成独立、整体部件的可靠性预计应力法预计技术与研究内容，国内外均没有出现。国内进行光纤陀螺可靠性预计，均是将陀螺当成小系统，应用串联模型，然后结合299C、217F等国内外可靠性预计手册，查找相应元器件的失效率相加所得，这种方法有如下几点缺陷：(1)国内外元器件由于生产工艺水平的差别，可靠性水平不尽相同，直接应用国外可靠性手册数据，会导致预计结果有所偏差；(2)国内可靠性预计手册(299C)中，没有光纤陀螺所应用的新型光学器件(如Y波导、光源组件等)的失效率数据，部分研制单位采用近似方法(如直接用光电二极管近似为光电探测器组件)，导致预计结果误差较大。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种光纤陀螺可靠性预计模型，在仅知道陀螺结构情况下，就能计算对光纤陀螺可靠性影响占主导因素的光路部分可靠性水平，对陀螺可靠性水平进行准确预计。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种光纤陀螺可靠性预计模型，光纤陀螺包括光路部分和信号处理电路部分，光纤陀螺的失效率 ${\mathrm{\λ}}_P={\mathrm{\λ}}_{b1}{\mathrm{\π}}_K{\mathrm{\π}}_C{\mathrm{\π}}_T{\mathrm{\π}}_E+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{P_i}{N}_i,$ 式中：

λ_b1为光路部分的基本失效率；为信号处理电路失效率，为某种元器件的工作失效率，N_i为其数目；π_K为种类因子，代表光纤陀螺是开环还是闭环；π_C为结构因子，代表光纤陀螺是单轴、双轴还是三轴；π_T为温度因子；π_E为环境因子。

优选地，所述的λ_b1＝4.242(10^-6/h)。

优选地，当光纤陀螺是开环时，π_K＝1；当光纤陀螺是闭环时，π_K＝0.61。

优选地，当光纤陀螺是单轴时，π_C＝1；当光纤陀螺是双轴时，π_C＝1。45；当光纤陀螺是三轴时，π_c＝1.89。

优选地，当工作温度是0℃时，π_T＝0.27；当工作温度是5℃时，π_T＝0.33；当工作温度是10℃时，π_T＝0.41；当工作温度是15℃时，π_T＝0.54；当工作温度是20℃时，π_T＝0.73；当工作温度是25℃时，π_T＝1；当工作温度是30℃时，π_T＝1.41；当工作温度是35℃时，π_T＝2.00；当工作温度是40℃时，π_T＝2.85；当工作温度是45℃时，π_T＝4.08；当工作温度是55℃时，π_T＝8.3；当工作温度是60℃时，π_T＝11.74；当工作温度是65℃时，π_T＝16.49；当工作温度70℃时，π_T＝22.99；当工作温度是75℃时，π_T＝31.82；当工作温度是80℃时，π_T＝0.43.69；当工作温度是85℃时，π_T＝59.53。

与现有技术相比，本发明所建立的光纤陀螺可靠性预计模型，基本上较真实地反映了国内光纤陀螺的可靠性水平，具有很好的适用性和实用性。光纤陀螺的失效率预计模型中考虑了不同种类的光纤陀螺的可靠性差别、不同的结构形式的光纤陀螺的可靠性差别、不同工作温度条件下的光纤陀螺的可靠性差别以及不同的工作环境条件下的光纤陀螺的可靠性差别，较全面地考虑了不同结构和种类的光纤陀螺在各种应力条件下的可靠性差别，基本上覆盖了目前干涉式光纤陀螺的种类。该模型为我国光纤陀螺的失效率水平和可靠性评估提供了准则，为确定光纤陀螺可靠性指标，开展电子设备可靠性预计提供依据，填补了国内的空白。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是光纤陀螺的可靠性模型示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明将光纤陀螺分为两个部分，即光路(Sagnac干涉仪)部分和信号处理电路部分，其中任何一部分出现故障(不合格)，光纤陀螺就失效。光纤陀螺的失效率由两部分贡献，一部分是光路(Sagnac干涉仪)敏感器件，另一部分信号处理电路；另外，Sagnac干涉仪也有不同的种类，一般为开环和闭环两种；就Sagnac干涉仪结构而言，又分为单轴、双轴、三轴三种情况。

通过现场和工艺数据的分析，发现这些因素对其可靠性都有影响。据此提出光纤陀螺的可靠性预计模型：

${\mathrm{\λ}}_P={\mathrm{\λ}}_{b1}{\mathrm{\π}}_K{\mathrm{\π}}_C{\mathrm{\π}}_T{\mathrm{\π}}_E+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{P_i}{N}_i$

其中：

λ_b1：光路部分(Sagnac干涉仪)的基本失效率，λ_b＝4.242(10^-6/h)；

信号处理电路失效率，其中

为某种元器件的工作失效率，N_i为其数目，

可根据299C第五章模型或第六章数据得出；

π_K：种类因子，代表光纤陀螺是开环还是闭环；

π_C：结构因子，代表光纤陀螺是单轴、双轴还是三轴；

π_T：温度因子；

π_E：环境因子。

表1、表2、表3和表4分别是种类因子、结构因子、温度因子以及环境因子的数值关系表。

表1种类系数π_K

种类	开环	闭环
			πK	1	0.61

表2结构因子π_C

结构	单轴	双轴	三轴
				πC	1	1.45	1.89

表3温度因子π_T

T(工作温度)	πT	T(工作温度)	πT
				0	0.27	55	8.30
5	0.33	60	11.74
				10	0.41	65	16.49
15	0.54	70	22.99
				20	0.73	75	31.82
25	1	80	43.69
				30	1.41	85	59.53
35	2.00
				40	2.85
45	4.08
				50	5.83

表4环境因子π_E

环境	πE	环境	πE
				GB	1	NU	8.2
GMS	1.3	AIF	5.6
				GF1	1.8	AUF	8
GF2	3	AIC	4
				GM1	2.6	AUC	6
GM2	7	ARW	12
				MP	4	SF	1
NSB	3.7	ML	24
				NS1	2.2	MF	15
NS2	5.1

Claims (5)

1.一种光纤陀螺可靠性预计模型，其特征在于，光纤陀螺包括光路部分和信号处理电路部分，光纤陀螺的失效率 ${\mathrm{\λ}}_P={\mathrm{\λ}}_{b1}{\mathrm{\π}}_K{\mathrm{\π}}_C{\mathrm{\π}}_T{\mathrm{\π}}_E+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{P_i}{N}_i,$ 式中：

λ_b1为光路部分的基本失效率；为信号处理电路失效率，

为某种元器件的工作失效率，N_i为其数目；π_K为种类因子，代表光纤陀螺是开环还是闭环；π_C为结构因子，代表光纤陀螺是单轴、双轴还是三轴；π_T为温度因子；π_E为环境因子。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺可靠性预计模型，其特征在于，所述的λ_b1＝4.242(10^-6/h)。

3.根据权利要求1所述的光纤陀螺可靠性预计模型，其特征在于，当光纤陀螺是开环时，π_K＝1；当光纤陀螺是闭环时，π_K＝0.61。

4.根据权利要求1所述的光纤陀螺可靠性预计模型，其特征在于，当光纤陀螺是单轴时，π_C＝1；当光纤陀螺是双轴时，π_C＝1。45；当光纤陀螺是三轴时，π_C＝1.89。

5.根据权利要求1所述的光纤陀螺可靠性预计模型，其特征在于，当工作温度是0℃时，π_T＝0.27；当工作温度是5℃时，π_T＝0.33；当工作温度是10℃时，π_T＝0.41；当工作温度是15℃时，π_T＝0.54；当工作温度是20℃时，π_T＝0.73；当工作温度是25℃时，π_T＝1；当工作温度是30℃时，π_T＝1.41；当工作温度是35℃时，π_T＝2.00；当工作温度是40℃时，π_T＝2.85；当工作温度是45℃时，π_T＝4.08；当工作温度是55℃时，π_T＝8.3；当工作温度是60℃时，π_T＝11.74；当工作温度是65℃时，π_T＝16.49；当工作温度70℃时，π_T＝22.99；当工作温度是75℃时，π_T＝31.82；当工作温度是80℃时，π_T＝0.43.69；当工作温度是85℃时，π_T＝59.53。

Images