CN109270508B - 雷达tr组件功率器件的寿命检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了雷达TR组件功率器件的寿命检测方法，涉及雷达领域。包括：对雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J；对功率器件的温度进行检测，得到功率器件的实际温度T；将实际温度T分别与第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定功率器件的工作状态和寿命。本发明提供的寿命检测方法，通过对雷达TR组件进行热仿真，能够获得功率器件的两个边界温度，再实时检测功率器件的实际温度，与两个边界温度进行判断，就能够得到功率器件的工作状态和寿命，检测结果能够为TR组件的维修保障决策提供依据，并且可以用于评估TR组件实际使用时的可靠性。

Description

雷达TR组件功率器件的寿命检测方法

技术领域

本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种雷达TR组件功率器件的寿命检测方法。

背景技术

TR组件是构成有源相控阵雷达的核心部件之一，在雷达系统设备中占比大，其可靠性直接决定了雷达系统的可靠性水平。而功率器件作为TR组件的核心器件，其功率高，发热量大，根据实际使用情况的统计，功率器件故障是引起TR组件失效的重要原因之一。

而目前，还没有完整的成熟的针对功率器件的寿命预测与健康管理方法，无法为TR组件的维修保障决策提供依据，无法评估TR组件实际使用时的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种雷达TR组件功率器件的寿命检测方法及一种存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种雷达TR组件功率器件的寿命检测方法，包括：

对所述雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到所述功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，其中，所述第一边界温度T_Y为所述功率器件未超限的最高温度，所述第二边界温度T_J为所述功率器件未损坏的最高温度；

对所述功率器件的温度进行检测，得到所述功率器件的实际温度T；

将所述实际温度T分别与所述第一边界温度T_Y和所述第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定所述功率器件的工作状态和寿命。

本发明的有益效果是：本发明提供的寿命检测方法，通过对雷达TR组件进行热仿真，能够获得功率器件的两个边界温度，再实时检测功率器件的实际温度，与两个边界温度进行判断，就能够得到功率器件的工作状态和寿命，检测结果能够为TR组件的维修保障决策提供依据，并且可以用于评估TR组件实际使用时的可靠性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明雷达TR组件功率器件的寿命检测方法的实施例提供的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明雷达TR组件功率器件的寿命检测方法的实施例提供的流程示意图，该方法包括：

S1，对雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J。

其中，第一边界温度T_Y为功率器件未超限的最高温度，第二边界温度T_J为功率器件未损坏的最高温度。

可以理解，通常功率器件损坏时的温度要高于功率器件不能正常工作时的温度，因此，第二边界温度T_J通常大于第一边界温度T_Y，也就是说当功率器件温度升高时，会先到达第一边界温度T_Y，然后再到达第二边界温度T_J。

需要说明的是，第一边界温度T_Y为功率器件正常工作情况下与异常工作情况下的边界温度，通常可以由功率器件在正常工作情况下的温度值加上一个常数得到。

第二边界温度T_J为功率器件能够工作情况下和超温损坏情况下的边界温度，可以对功率器件进行检测得到，当功率器件超温损坏时，可以将当前功率器件温度作为第二边界温度T_J。

需要说明的是，对于功率器件的热仿真，可以通过仿真软件实现，例如，可以通过matlab的simulink实现，还可以根据实际需求选择其他的仿真软件实现。在进行热仿真之前，需要提前获取待仿真的TR组件中的结构安装形式、散热方式等信息，据此建立TR组件功率器件的热仿真模型。然后确定仿真输入参数，包括功率器件散热材料导热系数、冷却液型号、供液温度、供液流量、液冷流道直径等。

S2，对功率器件的温度进行检测，得到功率器件的实际温度T。

应理解、可以通过设置在功率器件内的温度传感器等获取功率器件的实际温度T。

S3，将实际温度T分别与第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定功率器件的工作状态和寿命。

通过比较，能够得知功率器件当前所处的状态，再根据预设的寿命曲线模型、公式等计算功率器件的寿命。

例如，当T＜T_Y时，可以认为功率器件的工作状态为正常，而当功率器件正常工作时，通过预设的使用寿命曲线或公式，那么就可以据此计算功率器件的寿命；

当T_Y≤T＜T_J时，可以认为功率器件的工作状态为超限，即功率器件处于非正常的工作状态，相比于功率器件处于正常工作状态，如果功率器件长期处于非正常工作状态，其寿命会很快衰减，那么还可以计算功率器件的寿命下降率；

当T＞T_J时，可以认为功率器件的工作状态为损坏。

优选地，在得到功率器件的工作状态和寿命后，还以将这些信息发送到雷达监控界面进行显示，或者发送到预设终端中，例如，预设终端可以为雷达维护人员的手机、电脑等，还可以根据工作状态和寿命给出相应的维修建议。

例如，假设经过检测得到功率器件处于正常工作状态，计算得到的功率器件的寿命为n天，符合寿命要求，还不需要进行维护，那么可以在雷达监控界面显示功率器件正常工作，寿命为n天，维修建议可以为无需维修；

又例如，假设经过检测得到功率器件处于超限工作状态，但还未损坏，此时TR组件功率管寿命下降，计算得到的功率器件的寿命为n天，较正常状态下降γ，那么可以在雷达监控界面显示功率器件异常工作，寿命为n天，较正常状态下降γ，维修建议可以为建议择机进行检查或维修；

又例如，假设经过检测得到功率器件处于损坏状态，计算得到的功率器件的寿命为n天，那么可以在雷达监控界面显示功率器件损坏或故障，寿命为n天，维修建议可以为建议立即进行检查或维修；

至此，实现了雷达TR组件功率器件在不同情况下的寿命预测与健康管理。

应理解，在对雷达TR组件的功率器件进行热仿真之前，可以根据GJB/Z 1391-2006《故障模式、影响及危害性分析指南》中的FMECA分析法，进行雷达TR组件功率器件的故障模式、影响及危害性分析，确定温度因素引起功率器件的故障模式、影响及危害以及对其上级TR组件造成的影响及危害。

经过分析，可以发现雷达TR组件冷却系统异常导致功率器件温度升高，其故障模式可归为两类：

一是功率器件温度升高，超过正常工作温度范围并重新趋于稳定，但未超过极限温度，此时功率器件寿命下降。

二是功率器件温度升高，直至超过极限温度，此时功率器件损坏。

可以理解，这里的极限温度即为二边界温度T_J。

在确定了故障模式后，就可以根据热仿真获取功率器件的两个边界温度，然后据此对功率器件的工作状态和寿命进行检测。

本实施例提供的寿命检测方法，通过对雷达TR组件进行热仿真，能够获得功率器件的两个边界温度，再实时检测功率器件的实际温度，与两个边界温度进行判断，就能够得到功率器件的工作状态和寿命，检测结果能够为TR组件的维修保障决策提供依据，并且可以用于评估TR组件实际使用时的可靠性。

可选地，在一些实施例中，对雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，具体包括：

根据功率器件在TR组件中的结构关系和散热方式建立功率器件的仿真热模型；

确定仿真热模型的输入参数，根据输入参数运行仿真热模型，得到功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J。

需要说明的是，输入参数可以包括功率器件散热材料导热系数、冷却液型号、供液温度、供液流量、液冷流道直径等。

可选地，在一些实施例中，根据输入参数运行仿真热模型，得到功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，具体包括：

根据输入参数运行仿真热模型，得到功率器件正常工作时的工作温度T_Z；

根据工作温度T_Z和预设边界常数得到功率器件的第一边界温度T_Y；

当仿真热模型模拟运行的功率器件损坏时，将当前温度作为功率器件的第二边界温度T_J。

通过仿真热模型对功率器件进行模拟，能够得到准确的边界温度，并且能够在很短的时间内得知功率器件的边界温度，极大的节省了时间成本，不需要用户进行功率器件的实物测试，等待功率器件的损坏。

需要说明的是，预设边界常数可以根据实际需求设置，通常可以取10℃。

可选地，在一些实施例中，将实际温度T分别与第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定功率器件的工作状态和寿命，具体包括：

将实际温度T分别与第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J进行比较，当T＜T_Y时，得到功率器件的工作状态为正常，根据第一预设公式计算功率器件的寿命；

当T_Y≤T＜T_J时，得到功率器件的工作状态为超限，判断实际温度T在预设时间范围内的温升值；

当温升值小于预设值时，根据第一预设公式计算功率器件的寿命，并根据功率器件的寿命计算功率器件的寿命下降率；

当温升值大于预设值时，根据第二预设公式计算功率器件的寿命；

当T＞T_J时，得到功率器件的工作状态为损坏。

需要说明的是，第一预设公式、第二预设公式、预设时间范围、预设值等可以根据实际需求设置。

例如，当T_Y≤T＜T_J时，得到功率器件的工作状态为超限，假设预设时间范围为5s，那么通过监控功率器件在5s内的温度变化，可以得到温升值，假设预设值为2℃，那么当功率器件在5s内的温度升高没有超过2℃时，可以认为该功率器件的温度较平稳或温度在下降，可以用第一预设公式计算其寿命，当功率器件在5s内的温度升高超过2℃时，可以认为该功率器件的温度在升高，损坏速率在加快，因此，可以用第二预设公式计算其寿命。

应理解，以上仅为示例性说明，所取数值仅作说明用，实际可以根据需求进行设置。

应理解，本领域技术人员还可以通过其他手段监控功率器件的温度是否平稳，或者在上升，在此不再一一赘述。

通过对功率器件的工作作态进行判断，并根据预设公式对当前工作状态的功率器件的寿命进行计算，能够得到准确的计算结果，并且预设公式可以预存在雷达系统中，便于随时调用，能够提高计算速度，实时地计算功率器件的寿命。

可选地，在一些实施例中，第一预设公式为：

logξ_T＝a+b/T

其中，ξ_T为当所述温升值小于预设值时功率器件的寿命，a、b为常数，T为功率器件的实际温度。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算功率器件的寿命下降率：

其中，γ为寿命下降率，ξ_T为当所述温升值小于预设值时功率器件的寿命，

为当温度为T_Z时功率器件的寿命，T为功率器件的实际温度，T_Z为功率器件正常工作时的工作温度。

可选地，在一些实施例中，当温升值大于预设值时，根据第二预设公式计算功率器件的寿命，具体包括：

当所述温升值大于所述预设值时，选取大于t_a的3个间隔相同的时刻t₁、t₂和t₃，其中，t_a为功率器件的实际温度T达到第一边界温度T_Y的时刻；

分别获取t₁、t₂和t₃时刻对应的功率器件的实际温度T(t₁)、T(t₂)和T(t₃)；

根据t₁、t₂、t₃、T(t₁)、T(t₂)和T(t₃)求解预设的温升公式的参数；

根据解出参数后的温升公式计算功率器件的实际温度T达到第二边界温度T_J的时刻t_J；

将t_J和t₃代入第二预设公式计算功率器件的寿命。

可选地，在一些实施例中，预设的温升公式为：

T(t)＝α(t-β)^μ

其中，t为时间，T(t)为当时间为t时功率器件的温度，α、β、μ为待求解的参数。

可选地，在一些实施例中，第二预设公式为：

ξ_J＝t_J-t₃

其中，ξ_J为当所述温升值大于所述预设值时功率器件的寿命。

应理解，以上仅为可行的一种寿命计算公式，本领域技术人员可以根据其他寿命计算公式进行计算。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部步骤。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，该存储介质中存储有指令，当计算机读取该指令时，使计算机执行如上述各实施例中任一项所述的方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种雷达TR组件功率器件的寿命检测方法，其特征在于，包括：

对所述雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到所述功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，其中，所述第一边界温度T_Y为所述功率器件未超限的最高温度，所述第二边界温度T_J为所述功率器件未损坏的最高温度；

对所述功率器件的温度进行检测，得到所述功率器件的实际温度T；

将所述实际温度T分别与所述第一边界温度T_Y和所述第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定所述功率器件的工作状态和寿命；

所述将所述实际温度T分别与所述第一边界温度T_Y和所述第二边界温度T_J进行比较，并根据比较结果确定所述功率器件的工作状态和寿命，具体包括：

将所述实际温度T分别与所述第一边界温度T_Y和所述第二边界温度T_J进行比较，当T＜T_Y时，得到所述功率器件的工作状态为正常，根据第一预设公式计算所述功率器件的寿命；所述第一预设公式为：

logξ_T＝a+b/T

其中，ξ_T为当温升值小于预设值时功率器件的寿命，a、b为常数，T为功率器件的实际温度；

当T_Y≤T＜T_J时，得到所述功率器件的工作状态为超限，判断所述实际温度T在预设时间范围内的温升值；

当所述温升值小于预设值时，根据所述第一预设公式计算所述功率器件的寿命，并根据所述功率器件的寿命计算所述功率器件的寿命下降率；根据以下公式计算所述功率器件的寿命下降率：

其中，γ为寿命下降率，ξ_T为当所述温升值小于预设值时功率器件的寿命，

为当温度为T_Z时功率器件的寿命，T为功率器件的实际温度，T_Z为功率器件正常工作时的工作温度；

当所述温升值大于所述预设值时，根据第二预设公式计算所述功率器件的寿命；具体包括：

当所述温升值大于所述预设值时，选取大于t_a的3个间隔相同的时刻t₁、t₂和t₃，其中，t_a为功率器件的实际温度T达到第一边界温度T_Y的时刻；

分别获取t₁、t₂和t₃时刻对应的功率器件的实际温度T_t1、T_t2和T_t3；

根据t₁、t₂、t₃、T_t1、T_t2和T_t3求解预设的温升公式的参数；所述预设的温升公式为：

T(t)＝α(t-β)^μ

其中，t为时间，T_t为当时间为t时功率器件的温度，α、β、μ为待求解的参数；

根据解出参数后的温升公式计算功率器件的实际温度T达到第二边界温度T_J的时刻t_J；

将t_J和t₃代入所述第二预设公式计算所述功率器件的寿命；所述第二预设公式为：

ξ_J＝t_J-t₃

其中，ξ_J为当所述温升值大于所述预设值时功率器件的寿命；

当T＞T_J时，得到所述功率器件的工作状态为损坏。

2.根据权利要求1所述的寿命检测方法，其特征在于，所述对所述雷达TR组件的功率器件进行热仿真，得到所述功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，具体包括：

根据所述功率器件在所述TR组件中的结构关系和散热方式建立所述功率器件的仿真热模型；

确定所述仿真热模型的输入参数，根据所述输入参数运行所述仿真热模型，得到所述功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J。

3.根据权利要求2所述的寿命检测方法，其特征在于，所述根据所述输入参数运行所述仿真热模型，得到所述功率器件的第一边界温度T_Y和第二边界温度T_J，具体包括：

根据所述输入参数运行所述仿真热模型，得到所述功率器件正常工作时的工作温度T_Z；

根据所述工作温度T_Z和预设边界常数得到所述功率器件的第一边界温度T_Y；

当所述仿真热模型模拟运行的功率器件损坏时，将当前温度作为所述功率器件的第二边界温度T_J。

4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至3中任一项所述的方法。

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