CN102967812A - 评估行波管寿命的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估行波管寿命的方法及其装置，涉及器件可靠性测试技术领域，所述方法包括以下步骤：A：对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测并记录试验数据，包括敏感参数测试值和测试时间；B：剔除所述试验数据中的异常值；C：对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；D：利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。本发明能够减少试验时间，提高了评估的准确性；本发明不要求器件在试验时发生失效，适用于长寿命器件的寿命评估。

Description

评估行波管寿命的方法及其装置

技术领域

本发明涉及器件可靠性测试技术领域，尤其涉及一种评估行波管寿命的方法及其装置。

背景技术

行波管是一种用于微波信号功率放大的电真空器件。电真空器件是指在真空或气体媒质中，由于电子与周围电路的相互作用而产生信号放大与转换效应的器件。

由于卫星的不可维修性，对空间行波管(用于卫星、航天器的行波管)的使用寿命提出了很高的要求。从国内外卫星技术发展来看，卫星的寿命要求达到10～15年，对于所选用的空间行波管也要求达到相应的寿命指标。从公开报道分析，过去国外卫星由于所用行波管故障导致整颗卫星提前报废的事故屡有发生，带来了巨大的经济损失。

由于行波管价格昂贵，一般需几十万元，空间行波管价格更高。因此，能够用于试验的行波管样品数极其有限(一般为1～2只样品)，因此，在有限的时间和经费支持的情况下，对于行波管寿命进行试验评估非常关键。

现有的寿命试验方法是一种基于统计的时间-失效的方法。该方法通过统计试验中样品的失效时间和失效数来评估产品的寿命。对长寿命行波管产品在正常工作应力条件下进行寿命试验要花费很长的试验时间和大量的试验样品，而试验样品价格昂贵，不具有可实施性。

若采用加速应力进行寿命试验，则通过统计至少要做3种加速应力条件下样品的失效时间来获得应力与特征寿命的函数关系，通常采用加速应力进行寿命试验至少需要15只样品。并且加速应力寿命试验获得的应力与特征寿命的函数关系只有在批次一致性好的情况下采纳利用历史数据，否则应逐批进行加速应力寿命试验，所需试验周期长和费用高昂。且行波管产品的寿命试验评估的不充分、不准确。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种评估行波管寿命的方法及其装置，其能够减少试验时间，提高了评估的准确性；本发明不要求器件在试验时发生失效，适用于长寿命器件的寿命评估。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种评估行波管寿命的方法，包括以下步骤：

A：对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测并记录试验数据，包括敏感参数测试值和测试时间；

B：剔除所述试验数据中的异常值；

C：对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

D：利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

优选地，所述敏感参数包括：阴极电流、螺旋线电流、输出功率和效率。

优选地，所述步骤A中，监测一个或多个所述敏感参数。

优选地，所述步骤A中，对信号源施加电偏置包括：施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

优选地，所述步骤C进一步包括：当有多个备选的退化模型时，使

$I=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(P_j-{\hat{P}}_j)}^2,$ 选取I值最小的退化模型；

其中，P_j为第j次测量时间的敏感参数测量值；

为第j次测量时间的敏感参数预测值。

优选地，所述步骤C中，对剔除后的试验数据进行建模包括：利用线性回归拟合、非线性回归拟合的方法进行建模。

一种利用前述方法评估行波管寿命的装置，包括：

数据监测模块，用于对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测敏感参数测试值和测试时间作为试验数据；

数据处理模块，用于剔除所述试验数据中的异常值；

数据建模模块，用于对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

寿命估算模块，利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

优选地，所述装置还包括：电偏置模块，用于施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

优选地，所述装置还包括：退化模型模块，当有多个备选的退化模型时，确定退化模型。

当有多个备选的退化模型时，使

$I=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(P_j-{\hat{P}}_j)}^2,$ 选取I值最小的退化模型；

其中，P_j为第j次测量时间的敏感参数测量值；

为第j次测量时间的敏感参数预测值。

(三)有益效果

本发明采用基于参数退化寿命试验方法对行波管寿命进行评估，可采用外推方法评估元器件寿命，减少试验时间；可在额定应力条件下进行试验，避免由于加速应力试验条件下器件出现新的失效机理导致评估结果不准确，提高了评估的准确性；本发明不要求器件在试验时发生失效，适用于长寿命器件的寿命评估。

附图说明

图1为本发明实施方式中所述评估行波管寿命的方法的流程图；

图2为本发明实施方式中所述评估行波管寿命的装置的结构图；

图3为本发明实施方式中所述试验系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明所述评估行波管寿命的方法，包括以下步骤：

A：对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测并记录试验数据，包括敏感参数测试值和测试时间；

本步骤中，监测一个或多个所述敏感参数。对信号源施加电偏置包括：施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

其中，所述敏感参数包括：阴极电流、螺旋线电流、输出功率和效率。

B：剔除所述试验数据中的异常值；

C：对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

本步骤中，当有多个备选的退化模型时，使

$I=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(P_j-{\hat{P}}_j)}^2,$ 选取I值最小的退化模型；

其中，P_j为第j次测量时间的敏感参数测量值；

为第j次测量时间的敏感参数预测值。

对剔除后的试验数据进行建模时可以利用线性回归拟合、非线性回归拟合的方法进行建模。

D：利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

如图2所示，本发明所述的利用前述方法评估行波管寿命的装置，包括：

数据监测模块，用于对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测敏感参数测试值和测试时间作为试验数据；

数据处理模块，用于剔除所述试验数据中的异常值；

数据建模模块，用于对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

寿命估算模块，利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

所述装置还包括：退化模型模块，当有多个备选的退化模型时，确定退化模型。

所述数据监测模块包括高稳定度温度箱，用于放置行波管样品。

所述装置还包括：电偏置模块，用于施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

本发明可通过如图3所示的试验系统，来实现数据的监测和采集，试验数据包括敏感参数测试值和测试时间。

功率计、电流表、开关阵列、温度测量单元等测试设备，设备通过GPIB总线、USB接口或网络接口与控制单元连接，可实现全部参数的自动实时采集和存储。

其中，电源电压稳定度优于0.1％。信号源和示波器可覆盖行波管工作频率。温度箱中温度稳定度达到±0.5℃，温度的空间均匀性优于±2℃。必要时可以采用“大箱套小箱”方法实现温度稳定度。

电流表测量精度优于6位半。功率计测量精度达到0.1％。

试验时间：1000h～4000h，或样品参数退化出现明显变化趋势时。

监测频率：不少于3次/分钟，推荐采用更高的监测频率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种评估行波管寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测并记录试验数据，包括敏感参数测试值和测试时间；

B：剔除所述试验数据中的异常值；

C：对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

D：利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

2.如权利要求1所述的评估行波管寿命的方法，其特征在于，所述敏感参数包括：阴极电流、螺旋线电流、输出功率和效率。

3.如权利要求1所述的评估行波管寿命的方法，其特征在于，所述步骤A中，监测一个或多个所述敏感参数。

4.如权利要求1所述的评估行波管寿命的方法，其特征在于，所述步骤A中，对信号源施加电偏置包括：施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

5.如权利要求1所述的评估行波管寿命的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：当有多个备选的退化模型时，使

$I=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(P_j-{\hat{P}}_j)}^2,$ 选取I值最小的退化模型；

其中，P_j为第j次测量时间的敏感参数测量值；

为第j次测量时间的敏感参数预测值。

6.如权利要求1所述的对行波管寿命进行评估的方法，其特征在于，所述步骤C中，对剔除后的试验数据进行建模包括：利用线性回归拟合、非线性回归拟合的方法进行建模。

7.一种利用权利要求1-6中任一项所述方法评估行波管寿命的装置，其特征在于，包括：

数据监测模块，用于对信号源施加电偏置，当阴极发射电流达到稳定时，监测敏感参数测试值和测试时间作为试验数据；

数据处理模块，用于剔除所述试验数据中的异常值；

数据建模模块，用于对剔除后的试验数据进行建模，确定每个敏感参数的退化模型；

寿命估算模块，利用所述退化模型，确定每个敏感参数失效判据的时间，其最小值即为样品的外推寿命。

8.如权利要求7所述的评估行波管寿命的装置，其特征在于，还包括：电偏置模块，用于施加额定的电应力，输入激励信号，使信号源初始时刻输出功率达到饱和。

9.如权利要求7所述的评估行波管寿命的装置，其特征在于，还包括：退化模型模块，当有多个备选的退化模型时，确定退化模型。

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