CN109900997A - 一种led老化状态自动检测与寿命评估系统及其方法 - Google Patents

一种led老化状态自动检测与寿命评估系统及其方法 Download PDF

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CN109900997A CN201910296807.7A CN201910296807A CN109900997A CN 109900997 A CN109900997 A CN 109900997A CN 201910296807 A CN201910296807 A CN 201910296807A CN 109900997 A CN109900997 A CN 109900997A
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石颉
田昌前
赵德宇
董佳琦
袁晨翔
孔维相
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Abstract

本发明涉及一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统及其方法，用于对LED样品进行特征参量采集以及用于对LED样品进行寿命试验与寿命评估，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；以及一种LED老化状态自动检测与寿命评估方法，将LED样品置入老化箱进行加速老化试验；LED样品寿命试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的平均试验时间；寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型，并根据试验结果对寿命预测模型进行参数估计；寿命评估模块对该型号、该批次LED样品在实际使用条件下的剩余寿命进行计算,最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。

Description

一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统及其方法
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种LED的状态检测和寿命评估系统及其方法。
背景技术
现有技术中，LED可以把电能转化成光能，其具备效率高，光色纯，应用灵活，光线质量高等特点，因此在许多光电控制设备中用作光源，在电子设备中用作信号显示器。
然而LED在使用过程中，由于电流及外界环境的影响，其会不可避免的发生老化。LED的老化主要包括芯片的老化以及封装的老化。芯片的老化机理，包括热量积累导致的热机械应力加强、芯片裂纹扩大，工艺不良导致的芯片粘结层完全脱离粘结面等。封装的老化机理主要是高温与潮湿导致封装材料劣化，水汽渗入封装材料内部，导致引线变质、PCB铜线锈蚀，随水汽引入的可动导电离子会驻留在芯片表面，从而造成漏电。老化的LED灯发光效率会大大降低，光色的纯度下降，甚至发生烧毁。
但是LED的老化不易直接观察判断，由于应用数量巨大，也不易通过全部检测来判断。作为现代化节能环保的灯具，一旦发生老化或烧毁，电路将失去指示功能，对维修工作带来巨大的影响。这种现象对于某些重要电路，存在重大的安全隐患。
现有技术中，LED测试技术包括LED电压测量、电流测量、分光检测技术等。虽然人们对LED老化状态有了新的了解和认识，但是对LED进行老化的过程很漫长，目前并没有很好的方式来实现仅对LED实际使用状态所提供的诸如环境温湿度变化、输入电流的变化、光通量的变化、使用时间的变化这类参数通过相应的实验，并加以公式推导来计算出LED实际的剩余使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统和一种LED老化状态自动检测与寿命评估方法，以解决现有技术中存在的LED样品件需要进行长时间试验才能得出使用寿命，无法对LED样品进行寿命预判，导致LED样品件损坏所带来的维修工作难度大的问题。
为了解决上述问题，本发明涉及一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统，用于对LED样品进行特征参量采集以及用于对LED样品进行寿命试验与寿命评估，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；
所述电源模块为直流稳压电源，用于为LED样品、所述老化箱、所述数据采集模块、所述人机交互模块和所述寿命评估模块提供稳定的工作电源；
所述老化箱用于对LED样品提供加速老化试验所需温度和湿度，LED样品置入所述老化箱内；
所述数据采集模块用于对LED样品加速老化试验状态进行检测，并将采集到的LED样品加速老化试验状态检测参数提供给寿命评估模块；
所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到参数进行比对调整，并展示被检测LED样品函数关系；所述人机交互模块启动寿命评估模块，以及对所述寿命评估模块的无效的LED样品寿命试验参数进行剔除；
所述寿命评估模块用于根据所述数据采集模块提供的LED样品寿命试验状态检测参数进行运算，以评估单个LED样品在特定环境下的使用寿命。
进一步，所述数据采集模块用于对LED寿命试验状态进行检测，即检测多个LED样品在进行加速老化试验过程中所述老化箱提供的温度和湿度参数，检测LED样品在加速老化试验过程中所流经的电流参数，以及检测LED样品在寿命试验过程中的光通量和LED的通电正常运行时间参数。
进一步，所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到的LED样品寿命试验状态参数和所述人机交互模块的预设定参数进行比对，对LED样品寿命试验状态参数进行调整，选定不同类型的多个LED样品寿命试验电流，包括恒定电流、阶跃电流、脉冲电流以及工频正弦电流，同时能够调整寿命试验电流的大小；并周期采集LED样品寿命试验状态参数；同时所述人机交互模块用于展示被检测LED样品寿命试验状态参数之间的函数关系图，所述函数关系图为LED时间和温度变化曲线以及时间和光通量变化曲线；所述人机交互模块启动寿命评估模块,通过所述人机交互模块剔除所述寿命评估模块无效的LED寿命试验参数。
本发明还涉及一种LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；所述自动检测与寿命评估方法包括如下的步骤：
步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；
步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；
步骤S3：LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的平均试验时间；
步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；
步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；
步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测。
进一步，步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；具体为老化箱为LED样品进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验所需温度和湿度，所述数据采集模块采集LED样品在老化箱进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验状态检测参数，并提供给所述寿命评估模块；且所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到参数进行比对调整，并展示被检测LED样品函数关系。
进一步，步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；
具体为从所述老化箱内取出进行寿命试验的LED样品，采用光通量测试仪，对所述老化箱内取出的LED样品进行通电试验，当LED样品光通量减少50％以上时，即判定为LED样品失效，该样品退出试验；并同时满足LED样品中产生失效的LED样品数量占总体数量2/3以上，即该LED样品中2/3以上样品退出试验时，达到试验终止条件，即停止寿命试验；此时可以开启寿命评估模块。
进一步，步骤S3：LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的试验时间；具体为：通过所述数据采集模块采集到的多个LED样品寿命试验检测参数中有关试验时间的参数，采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算：
式中AK-1初始为0，n为样品个数,通过计算得出ΔAk的值，ΔAk为平均秩次增量，k为退出样品的顺序号,i为所有样品的按退出首次时间顺序排列号；
Ak＝Ak-1+ΔAk (2)
将式(1)中的ΔAk的值和AK-1的值相加得出式(2)中的Ak的值，其中Ak为退出样品的平均秩次；
式中F(tk)为累积故障率,tk为第k个样品的退出前运行时间(h)；
R(t)＝1-F(tk) (4)
将式(3)中F(tk)值代入式(4)中得出R(t)的值,通过行数计算式以计算经验可靠性指标，其中R(t)为经验可靠度；
通过上述公式(1)-(4)计算出的经验可靠性指标后，采用双参数威布尔分布模型对经验可靠性指标参数进行估计；
双参数威布尔分布的失效率函数λ(t)表达式如下：
式中α为尺度参数，β为形状参数,t为时间，通过将α、β和t的值带入失效率函数λ(t)表达式中，得出λ(t)的值；
双参数威布尔分布的可靠度函数R(t)表达式如下：
经验可靠性指标参数通过作图法，进行直线拟合，可得出双参数威布尔分布的两个参数α与β，从而得出式(5)-(6)的失效率函数λ(t)和可靠度函数R(t)的数值；
通过双参数威布尔分布得出的多个LED样品失效率函数λ(t)和可靠度函数，结合下述计算式可得出多个LED样品加速应力试验状态下达到试验停止条件的平均运行时间；
式(7)中为伽马函数。
进一步，步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；具体为：多个LED样品在所述老化箱内进行加速老化试验，所述多个LED样品的LED工作环境温湿度、LED通关电流状态被反馈至所述数据采集模块，所述多个LED样品的环境热应力和所述多个LED样品电流应力，均会导致多个LED样品的材料在LED工作状态下结温升高；为实现加速老化，通过数据采集模块的比对功能，以在人机交互模块上显示对比寿命评估，并建立寿命评估模型，具体评估模型如下：
lnτ＝lnA+Ea/(RT) (8)
式(8)中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命。
进一步，步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；具体为：将多组相同类型的多个LED样品在不同温度条件下进行加速老化试验，收集相应的LED结温以及单个LED样品的加速老化试验过程持续时间，应用基于式(3)的平均秩计算法的可靠性理论进行可靠性计算，式(1)-(4)，得到不同温度下每组LED样品的平均试验时间，从而得出式(5)-(6)的失效率函数和可靠度函数的数值，再利用线性回归分析式(7)，针对不同温度下对应的平均试验时间计算出该型号LED材料的化学反应活化能Ea以及比例常数A，从而得到该型号LED样品的寿命评估模型，式(8)；即所述寿命评估模块的化学反应活化能Ea以及比例常数A是通过不同温度下的多组加速老化试验的温度和平均时间，使用回归分析进行计算得出。
进一步，步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测；具体为：根据步骤S1-S5评估LED的结温和已经得到的LED寿命评估模型，并结合所述人机交互模块根据所述数据采集模块和所述寿命评估模块导出LED样品中每个LED的时间—温度变化曲线以及时间—光通量变化曲线，寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对该型号、该批次LED样品在实际使用条件下的剩余寿命进行计算,通过采用式(8)计算出LED样品的剩余寿命，最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。
综上所述，本LED老化状态自动检测与寿命评估方法，是将LED样品在某一温度下通电流，在老化箱内进行加速老化试验，数据采集模块定期采集结温、相应的试验时间，以及采用光通量测试仪采集光通量等关键指标。当LED样品光通量降低至初始值的50％时，该样品退出试验，其它样品继续试验，直到退出样品数量超过总量的2/3，停止试验。通过平均秩、weibull分布，计算该条件下的平均试验时间和平均结温。同时在多个温度下进行同样的加速老化试验，分别得到不同温度下的平均试验时间和平均结温。对多个温度下的平均试验时间和平均结温，利用线性回归分析计算得到模型参数Ea和A，从而得到寿命评估模型。并通过平均结温和已经得到的LED寿命评估模型，并结合人机交互模块根据数据采集模块和寿命评估模块导出LED样品中每个LED的时间—温度变化曲线以及时间—光通量变化曲线，最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。
本发明的有益效果为：提出一种具备良好效果的LED老化状态自动检测与寿命评估系统和LED老化状态自动检测与寿命评估方法，以利于人们在实际使用环境下对LED样品件的寿命进行预判，以解决现有技术中存在的LED样品件需要进行长时间试验才能得出使用寿命，无法对LED样品进行寿命预判，导致LED样品件损坏所带来的维修工作难度大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是本发明的LED老化状态自动检测与寿命评估系统图；
图2是本发明的多个LED样品在80°条件下的拟合直线示意图；
图3是本发明的多个LED样品在90°条件下的拟合直线示意图；
图4是本发明的多个LED样品在100°条件下的拟合直线示意图；
图5是本发明实施例二的系统结构示意图。
图5中：1-LED试验机构，11-测试台架，110-原点定位孔，111-红外信号发射器，12-机械臂，121-短接机构，122-红外信号接收器，3-执行机构，31-旋转执行机构，32-伸缩执行机构，4-检测模块，5-存储模块，9-LED样品，90-LED样品组。
具体实施方式
下文讨论的图1至图5，以及在本专利文件中用于描述本发明的原理的各种实施例仅是用来说明，而不应当以被视为以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员将理解的是，本发明的原理可以实施在任何合适地清洗组件及应用清洗组件的一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统及其方法。用于描述各种实施例的术语是示范性的。应当理解的是，提供这些仅是为了帮助理解本说明书，且它们的使用和定义不以任何方式限制本发明的范围。使用术语第一、第二等来区分具有相同术语集的对象，而不意在以任何方式表示时间次序，除非另有明确说明。组被限定为包含至少一个元件的非空组。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。应当理解的是，本文所描述的示范性实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施例中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示范性实施例中类似的特征或方面。
实施例一
如图1所示出了根据示例性实施例的本发明的LED老化状态自动检测与寿命评估系统图；
本实施例中，一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统，用于对LED样品进行特征参量采集以及用于对LED样品进行寿命试验与寿命评估，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；
所述电源模块为直流稳压电源，用于为LED样品、所述老化箱、所述数据采集模块、所述人机交互模块和所述寿命评估模块提供稳定的工作电源；
所述老化箱用于对LED样品提供加速老化试验所需温度和湿度，并LED样品置入所述老化箱内；
所述数据采集模块用于对LED样品加速老化试验状态进行检测，并将采集到的LED样品加速老化试验状态检测参数提供给寿命评估模块；所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到参数进行比对调整，并展示被检测LED样品函数关系；所述人机交互模块启动寿命评估模块，以及对所述寿命评估模块的无效的LED样品寿命试验参数进行剔除；
所述寿命评估模块用于根据所述数据采集模块提供的LED样品寿命试验状态检测参数进行运算，以评估LED样品在特定环境下的使用寿命。
所述数据采集模块用于对LED寿命试验状态进行检测，即检测LED样品在进行加速老化试验过程中所述老化箱提供的温度和湿度参数，检测LED样品在加速老化试验过程中所流经的电流参数，以及检测LED样品在寿命试验过程中的光通量和LED的通电正常运行时间参数。
所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到的LED样品寿命试验状态参数和所述人机交互模块的预设定参数进行比对，并对LED样品寿命试验状态参数进行调整，选定不同类型的LED样品寿命试验电流，包括恒定电流、阶跃电流、脉冲电流以及工频正弦电流，同时能够调整寿命试验电流的大小；并周期采集LED样品寿命试验状态参数；同时所述人机交互模块用于展示被检测LED样品寿命试验状态参数之间的函数关系图，所述函数关系图为LED时间和温度变化曲线以及时间和光通量变化曲线；所述人机交互模块启动寿命评估模块,通过所述人机交互模块剔除所述寿命评估模块无效的LED寿命试验参数。
为实现对停止加速老化试验的LED进行剩余寿命预测，本发明采用了对LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；所述自动检测与寿命评估方法包括如下的步骤：
步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；
步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；
步骤S3：LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的平均试验时间；
步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；
步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；
步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测。
本实施例中，步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；具体为老化箱为LED样品进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验所需温度和湿度，所述数据采集模块采集LED样品在老化箱进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验状态检测参数，并提供给所述寿命评估模块；且所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到参数进行比对调整，并展示被检测LED样品函数关系。
本实施例中，步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；具体为从所述老化箱内取出进行寿命试验的LED样品，采用光通量测试仪，对所述老化箱内取出的LED样品进行通电试验，当LED样品光通量减少50％以上时，即判定为LED样品失效，该样品退出试验；并同时满足LED样品中产生失效的LED样品数量占总体数量2/3以上，即该LED样品中2/3以上样品退出试验时，达到试验终止条件，即停止寿命试验；此时可以开启寿命评估模块。
本实施例中，步骤S3，LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的试验时间；具体为：通过所述数据采集模块采集到的多个LED样品寿命试验检测参数中有关试验时间的参数，采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算：
式中AK-1为＝0，n为样品个数,通过计算得出ΔAk的值，ΔAk为平均秩次增量，k为退出样品的顺序号,i为所有样品的按退出首次时间顺序排列号；
Ak＝Ak-1+ΔAk (2)
将式(1)中的ΔAk的值和AK-1的值相加得出式(2)中的Ak的值，其中Ak为退出样品的平均秩次；
式中F(tk)为累积故障率,tk为第k个样品的退出前运行时间(h)；
R(t)＝1-F(tk) (4)
将式(3)中F(tk)值代入式(4)中得出R(t)的值,通过行数计算式以计算经验可靠性指标，其中R(t)为经验可靠度；
通过上述公式(1)-(4)计算出的经验可靠性指标后，采用双参数威布尔分布模型对经验可靠性指标参数进行估计；
双参数威布尔分布的失效率函数λ(t)表达式如下：
式中α为尺度参数，β为形状参数,t为时间，通过将α、β和t的值带入失效率函数λ(t)表达式中，得出λ(t)的值；
双参数威布尔分布的可靠度函数R(t)表达式如下：
经验可靠性指标参数通过作图法，进行直线拟合，可得出双参数威布尔分布的两个参数α与β，从而得出式(5)-(6)的失效率函数λ(t)和可靠度函数R(t)的数值；
通过双参数威布尔分布得出的多个LED样品失效率函数λ(t)和可靠度函数，结合下述计算式可得出多个LED样品周明试验状态下达到试验停止条件的运行时间；
式(7)中为伽马函数。
本实施例中，步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；具体为：多个LED样品在所述老化箱内进行加速老化试验，所述多个LED样品的LED工作环境温湿度、LED通关电流状态被反馈至所述数据采集模块，所述多个LED样品的环境热应力和所述多个LED样品电流应力，均会导致多个LED样品的材料在LED工作状态下结温升高；为实现加速老化，通过数据采集模块的比对功能，以在人机交互模块上显示对比寿命评估，并建立寿命评估模型，具体评估模型如下：
lnτ＝lnA+Ea/(RT) (8)
式(8)其中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命。
本实施例中，步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；具体为：将多组相同类型的多个LED样品在不同温度条件下进行加速老化试验，收集相应的LED结温以及单个LED样品的加速老化试验过程持续时间，应用基于式(3)的平均秩计算法的可靠性理论进行可靠性计算，式(1)-(4)，得到不同温度下每组LED样品的平均试验时间，从而得出式(5)-(6)的失效率函数和可靠度函数的数值，再利用线性回归分析式(7)，针对不同温度下对应的平均试验时间计算出该型号LED材料的化学反应活化能Ea以及比例常数A，从而得到该型号LED样品的寿命评估模型，式(8)；即所述寿命评估模块的化学反应活化能Ea以及比例常数A是通过不同温度下的多组加速老化试验的温度和平均时间，使用回归分析进行计算得出。
本实施例中，步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测；具体为：根据步骤S1-S5评估LED的结温和已经得到的LED寿命评估模型，并结合所述人机交互模块根据所述数据采集模块和所述寿命评估模块导出多个LED样品中每个LED的时间—温度变化曲线以及时间—光通量变化曲线，寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对该型号、该批次LED样品在实际使用条件下的剩余寿命进行计算,通过采用式(8)计算出多个LED样品的剩余寿命，最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。
综上所述，本LED老化状态自动检测与寿命评估方法，是将LED样品在某一温度下通电流，在老化箱内进行加速老化试验，数据采集模块定期采集结温、相应的试验时间，以及采用光通量测试仪采集光通量等关键指标。当LED样品光通量降低至初始值的50％时，该样品退出试验，其它样品继续试验，直到退出样品数量超过总量的2/3，停止试验。通过平均秩、weibull分布，计算该条件下的平均试验时间和平均结温。同时在多个温度下进行同样的加速老化试验，分别得到不同温度下的平均试验时间和平均结温。对多个温度下的平均试验时间和平均结温，利用线性回归分析计算得到模型参数Ea和A，从而得到寿命评估模型。并通过平均结温和已经得到的LED寿命评估模型，并结合人机交互模块根据数据采集模块和寿命评估模块导出LED样品中每个LED的时间—温度变化曲线以及时间—光通量变化曲线，最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。
本发明的有益效果为：提出一种具备良好效果的LED老化状态自动检测与寿命评估系统和LED老化状态自动检测与寿命评估方法，以利于人们在实际使用环境下对LED样品件的寿命进行预判，以解决现有技术中存在的LED样品件需要进行长时间试验才能得出使用寿命，无法对LED样品进行寿命预判，导致LED样品件损坏所带来的维修工作难度大的问题。
证明部分:
为了更好地说明本发明方法的有效性和准确性，分别使用该专利所使用算法与现有技术在测试集上进行验证；
对某型号同批次LED产品在80°、90°及100°三个温度下进行加速老化试验，驱动电流350mA。LED退出试验的条件为光通量大到初始光通量的50％，加速老化试验结果具体数据如表1。
表1
所述采用概率统计的方法计算加速老化试验的多个LED样品在加速应力下的试验时间；采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算，根据式(1)-(4)，得到每个多个LED样品在的80°温度下，平均试验时间数据进行整理计算具体数据如表2。
表2
i k t<sub>i</sub> A<sub>k</sub> ΔA<sub>k</sub> F R ln(t<sub>i</sub>) ln(-ln(R))
1 1 5718.80 1 1 0.1296 0.8704 8.6515 -1.9745
2 2 5820.12 2 1 0.3148 0.6852 8.6691 -0.9727
3 3 5871.03 3 1 0.5000 0.5000 8.6778 -0.3665
4 4 5906.68 4 1 0.6852 0.3148 8.6838 0.1448
5 5 5927.95 5 1 0.8704 0.1296 8.6874 0.7145
根据表2的结果，按照式(5)、式(6)，进行双参数威布尔分布模型的可靠性参数估计。以ln[-lnR(t)]为纵轴，lnt为横轴，进行直线拟合，如图2所示。
所述采用概率统计的方法计算加速老化试验的多个LED样品在加速应力下的试验时间；采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算，根据式(1)-(4)，得到每个多个LED样品在的90°温度下，平均试验时间数据进行整理计算具体数据如表3。
表3
i k t<sub>i</sub> A<sub>k</sub> ΔA<sub>k</sub> F R ln(t<sub>i</sub>) ln(-ln(R))
1 1 4542.21 1 1 0.1296 0.8704 8.4212 -1.9745
2 2 4715.51 2 1 0.3148 0.6852 8.4586 -0.9727
3 3 4779.17 3 1 0.5000 0.5000 8.4720 -0.3665
4 4 4914.47 4 1 0.6852 0.3148 8.4999 0.1448
5 5 5037.54 5 1 0.8704 0.1296 8.5247 0.7145
根据表3的结果，按照式(5)、式(6)，进行双参数威布尔分布模型的可靠性参数估计。以ln[-lnR(t)]为纵轴，lnt为横轴，进行直线拟合，如图3所示。
所述采用概率统计的方法计算加速老化试验的多个LED样品在加速应力下的试验时间；采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算，根据式(1)-(4)，得到每个多个LED样品在的100°温度下，平均试验时间数据进行整理计算具体数据如表4。
表4
i k t<sub>i</sub> A<sub>k</sub> ΔA<sub>k</sub> F R ln(t<sub>i</sub>) ln(-ln(R))
1 1 2920.05 1 1 0.1296 0.8704 7.9794 -1.9745
2 2 2941.84 2 1 0.3148 0.6852 7.9868 -0.9727
3 3 2955.02 3 1 0.5000 0.5000 7.9913 -0.3665
4 4 2960.84 4 1 0.6852 0.3148 7.9932 0.1448
5 5 2983.17 5 1 0.8704 0.1296 8.0007 0.7145
根据表4的结果，按照式(5)、式(6)，进行双参数威布尔分布模型的可靠性参数估计。以ln[-lnR(t)]为纵轴，lnt为横轴，进行直线拟合，如图4所示。
根据上述在80°、90°、100°下的拟合直线分别对双参数weibull分布的进行估计，得到α与β，在根据式(7)计算出在不同试验条件下LED达到试验截止的平均运行时间τ，计算结果见表5。
表5
得到不同试验温度下LED的平均测试时间之后，对式(8)应用最小二乘法进行拟合；
令y＝lnτ，x＝1/T，a＝Ea/R，b＝lnA，则式(8)可变换为：y＝ax+b
利用最小二乘法计算系数a和b的方法如下：
并对相应的最小二乘法计算系数进行取值如表6。
表6
编号 1 2 3 Σ
试验温度(℃) 80 90 100
结温绝对温度T(K) 363.48 373.16 386.00
寿命终止时间(h) 5842.3 4784.61 2950.29
x 0.0027512 0.0026798 0.0025907 0.0080217
x 0.0000076 0.0000072 0.0000067 0.0000215
y 8.6728798 8.4731598 7.9896587 25.1356984
y 75.2188446 71.7944369 63.8346469 210.8479285
xy 0.0238607 0.0227065 0.0206986 0.0672658
根据计算出的a＝4304.25，b＝-3.13，再根据a＝Ea/R可得到Ea＝a×R＝0.371eV/K，指数因数A＝0.0437。即：LED的寿命评估模型为：
测得在25°、350mA条件下LED的结温绝对温度为326.10K，在此条件下的使用寿命为：
实施例二
实施例一本身可作为一个独立的系统，实施例二则在实施例一的基础上，涉及一种更完整的LED老化状态自动检测与寿命评估系统，扩展以下模块；因此实施例二也可以看作是实施例一的细化具体化应用。
如图5，一种更完整的LED老化状态自动检测与寿命评估系统，其结合LED特征参量自动采集和LED试验自动控制的功能，集成在同一个系统中自动控制对LED样品的试验、对其的特征参量采集以及老化状态自动检测和寿命评估；
该系统还包括LED试验机构1、控制模块、执行机构3、检测模块4、存储与打印模块、显示模块，所述LED试验机构1包括水平放置的测试台架11、设置于测试台架11上的机械臂12，电源模块除了给数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块供电外，电源模块也为LED样品9和控制模块、执行机构3、检测模块4、存储与打印模块、显示模块供电；
所述LED样品9放置于测试台架11上，所述测试台架11在LED样品9侧设置有短接机构121，所述短接机构121适于对LED进行短接；LED试验机构1可以单独控制，也可结合其他测试系统进行测试，短接机构短接方式直接而可靠，能够实现单个LED自动短接功能，并保证被测LED不间断供电。
具体的，所述测试台架11为圆盘形，并开有原点定位孔110；所有LED样品9为串联连接，并按照同心、等半径、均匀角度安装在测试台架11的圆盘的相应位置；所述执行机构3包括旋转执行机构31、伸缩执行机构32、短接结构121，所述旋转执行机构31和伸缩执行机构32分别设置于机械臂12上，旋转执行机构31驱动机械臂12的旋转操作；机械臂12的伸缩执行机构32上安装有检测模块4；机械臂12本身不做伸缩运动，目的是在可检测位置(靠近LED样品)处进行检测；所述控制模块控制短接机构121对失效LED样品9进行短接，短接机构121结构简单，只需将失效的LED样品两端短接即可，可以为继电器等执行单元。
所述控制模块控制旋转执行机构31按照预设的速度或角度旋转，预设值为预先设定于控制模块中，旋转至LED样品9上方时，控制模块控制旋转执行机构31停止旋转；控制模块驱动伸缩执行机构32将检测模块4推送至LED样品9附近的预设位置，该预设位置为便于操作LED样品9的位置如LED上方，检测相应LED样品9的特征参量，并以存储与打印模块记录。其中所述旋转执行机构31包括与测试台架11同轴的旋转电机，所述旋转电机驱动机械臂12进行旋转操作；所述伸缩执行机构32包括伸缩电机32或者直线电机，所述伸缩电机驱动丝杆机构，或者直线电机驱动直线滑轨，优选伸缩电机驱动丝杆的机构；所述旋转电机、伸缩电机为伺服电机；
所述原点定位孔110安装有红外信号发射器111，机械臂12对应位置安装红外信号接收器122，机械臂12每次旋转至原点定位孔110上方时，红外信号接收器122接收到红外信号，并将红外信号传送给控制模块，控制模块发送复位驱动信号，使旋转执行机构31复位，以消除累积误差；类似地，所述伸缩执行机构32每伸缩一次，控制模块发送一次复位驱动信号，使伸缩执行机构32复位，以消除累积误差，相当于每伸缩1次-测试一个LED样品9-收回并复位-转过一定角度再伸缩1次，如此循环；而转动一周，旋转执行机构31复位一次；
所述检测模块4包含于数据采集模块并作为其一部分，包括光通量测试仪，用以测量LED样品9的光通量，光通量的参数测试相比电性能的测试，受到的干扰小，稳定性和指向性更明确，控制模块更容易判断失效样品；当检测模块4检测到某个LED样品的光通量小于预设值时，则判定其为失效LED样品，控制模块随即驱动短接机构121对该失效LED样品进行短接，以确保其他LED样品继续正常测试。
所述存储与打印模块包含于人机交互模块并作为其一部分，与控制模块电连接并接收控制模块的信号，用以记录LED样品的检测数据，检测数据并记录以及时得到测试信息，存储与打印失效的LED样品9的测试回路的测试信息，测试信息包括测试回路的试验电流、测试的时间信息、失效的时间信息和样品编号信息、光通量参量信息等；所述显示模块包含于人机交互模块并作为其一部分，与控制模块电连接并接收控制模块的信号，用以显示存储与打印模块记录的检测数据，显示模块加强了人机交互，方便显示失效样品的信息。
还包括以下模块：输入模块、电流取样模块、监测与隔离模块、驱动模块；试验对象的一组串联的LED样品9，组合成LED样品组90；
输入模块：与控制模块连接，用以输入试验电流预设值，提供给控制模块；
电源模块：与控制模块连接，为LED样品组90提供试验电流；为其他所有需电的模块供电；
电流取样模块：包含于数据采集模块并作为其一部分，作用是得到LED样品9的试验电流，当试验电流变化时，一般是试验电流发生漂移时，反馈给控制模块，所述漂移为温度漂移或其他环境因素引起的漂移，其中电流取样是在回路中连接一个高精度电阻，通过读取其端电压，根据欧姆定律计算得到LED样品9的试验电流；控制模块使电源模块调整试验电流恢复至电流预设值；
监测与隔离模块：包含于数据采集模块并作为其一部分，对每个LED样品9的状态进行监测，当监测到有LED样品9失效时，将相应LED样品9失效的状态信息反馈给控制模块；并对控制模块与LED样品组90的电信号进行隔离，从而保护控制模块；
控制模块：包含寿命评估模块；并具有：监测、调节电源模块13的试验电流；接收监测与隔离模块发出的LED样品9的失效状态信息，并发出电信号给驱动模块，同时读出LED样品失效的时间信息等控制功能；为PLC或单片机；
驱动模块：与控制模块连接，接收控制模块发出的电信号，并驱动执行模块3动作，具体为驱动旋转执行机构31、伸缩执行机构32，以及驱动短接机构121短接失效的LED样品9；
失效LED样品的判定：检测模块4检测所述LED样品9的光通量减少50％以上时，判定该LED样品为失效LED样品9，然后控制模块控制短接机构121对失效的LED样品进行短接。
当达到试验截止条件时，所述LED试验自动控制系统停止工作，具体的试验截止条件为：失效的LED样品9的数量占LED样品9总数量的2/3。当未达到试验截止条件时，则重复进行步骤S1-S4。
在上述实施例基础上，本实施例以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种LED老化状态自动检测与寿命评估系统，用于对LED样品进行特征参量采集以及用于对LED样品进行寿命试验与寿命评估，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；
所述电源模块为直流稳压电源，用于为LED样品、所述老化箱、所述数据采集模块、所述人机交互模块和所述寿命评估模块提供稳定的工作电源；
所述老化箱用于对LED样品提供加速老化试验所需温度和湿度，LED样品置入所述老化箱内；
所述数据采集模块用于对LED样品加速老化试验状态进行检测，并将采集到的LED样品加速老化试验状态检测参数提供给寿命评估模块；
所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到的参数进行比对调整，并展示被检测LED样品函数关系；所述人机交互模块启动寿命评估模块，以及对所述寿命评估模块的无效的LED样品寿命试验参数进行剔除；
所述寿命评估模块用于根据所述数据采集模块提供的LED样品寿命试验状态检测参数进行运算，以评估LED样品在实际使用条件下的寿命。
2.根据权利要求1所述的LED老化状态自动检测与寿命评估系统，其特征在于，
所述数据采集模块用于对LED寿命试验状态进行检测，检测多个LED样品在进行加速老化试验过程中所述老化箱提供的温度和湿度参数，检测LED样品在加速老化试验过程中所流经的电流参数，以及检测LED样品在寿命试验过程中的光通量和LED的通电正常运行时间参数。
3.根据权利要求1所述的LED老化状态自动检测与寿命评估系统，其特征在于，
所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到的LED样品寿命试验状态参数和所述人机交互模块的预设定参数进行比对，对LED样品寿命试验状态参数进行调整，并周期采集LED样品寿命试验状态参数；同时所述人机交互模块用于展示被检测LED样品寿命试验状态参数之间的函数关系图，所述函数关系图为LED时间和温度变化曲线以及时间和光通量变化曲线；所述人机交互模块启动寿命评估模块,通过所述人机交互模块剔除所述寿命评估模块无效的LED寿命试验参数。
4.一种LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，包括：电源模块、老化箱、数据采集模块、人机交互模块、寿命评估模块；所述自动检测与寿命评估方法包括如下的步骤：
步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；
步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；
步骤S3：LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的平均试验时间；
步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；
步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；
步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测。
5.根据权利要求4所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，步骤S1：LED样品置入老化箱进行加速老化试验，数据采集模块采集加速老化试验参数；具体为老化箱为LED样品进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验所需温度和湿度，所述数据采集模块采集LED样品在老化箱进行加速老化试验，并检测加速老化试验参数；试验状态检测参数，并提供给所述寿命评估模块；且所述人机交互模块通过人工干预，对所述数据采集模块采集到参数进行比对，展示被检测LED样品函数关系。
6.根据权利要求5所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，
步骤S2：定期从老化箱内取出进行加速老化试验的LED样品，并通过采集光通量数值以反馈加速老化试验状态；当加速老化试验达到停止寿命试验终止条件，则停止加速老化试验，并启动寿命评估模块；
具体为从所述老化箱内取出进行寿命试验的LED样品，采用光通量测试仪，对所述老化箱内取出的LED样品进行通电试验，当LED样品光通量减少50％以上时，即判定为LED样品失效，该样品退出试验；并同时满足LED样品中产生失效的LED样品数量占总体数量2/3以上，即该LED样品中2/3以上样品退出试验时，达到试验终止条件，即停止寿命试验；此时可以开启寿命评估模块。
7.根据权利要求6所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，步骤S3：LED样品加速老化试验参数传输至寿命评估模块，寿命评估模块通过采用概率统计的方法计算寿命试验的LED样品在加速应力下的平均试验时间；具体为：通过所述数据采集模块采集到的多个LED样品寿命试验检测参数中有关试验时间的参数，采用平均秩法计算经验故障分布函数进行计算：
式中AK-1初始为0，n为样品个数,通过计算得出ΔAk的值，ΔAk为平均秩次增量，k为退出样品的顺序号,i为所有样品的按退出首次时间顺序排列号；
Ak＝Ak-1+ΔAk (2)
将式(1)中的ΔAk的值和AK-1的值相加得出式(2)中的Ak的值，其中Ak为退出样品的平均秩次；
式中F(tk)为累积故障率,tk为第k个样品的退出前运行时间(h)：
R(t)＝1-F(tk) (4)
将式(3)中F(tk)值代入式(4)中得出R(t)的值,通过行数计算式以计算经验可靠性指标，其中R(t)为经验可靠度；
通过上述公式(1)-(4)计算出的经验可靠性指标后，采用双参数威布尔分布模型对经验可靠性指标参数进行估计；
双参数威布尔分布的失效率函数λ(t)表达式如下：
式中α为尺度参数，β为形状参数,t为时间，通过将α、β和t的值带入失效率函数λ(t)表达式中，得出λ(t)的值；
双参数威布尔分布的可靠度函数R(t)表达式如下：
经验可靠性指标参数通过作图法，进行直线拟合，可得出双参数威布尔分布的两个参数α与β，从而得出式(5)-(6)的失效率函数λ(t)和可靠度函数R(t)的数值；
通过双参数威布尔分布得出的多个LED样品失效率函数λ(t)和可靠度函数，结合下述计算式可得出多个LED样品加速应力试验状态下达到试验停止条件的平均运行时间；
式(7)中为伽马函数。
8.根据权利要求7所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，
步骤S4：寿命评估模块建立多个LED样品的寿命预测模型；具体为：多个LED样品在所述老化箱内进行加速老化试验，所述多个LED样品的LED工作环境温湿度、LED通关电流状态被反馈至所述数据采集模块，所述多个LED样品的环境热应力和所述多个LED样品电流应力，均会导致多个LED样品的材料在LED工作状态下结温升高；为实现加速老化，通过数据采集模块的比对功能，以在人机交互模块上显示对比寿命评估，并建立寿命评估模型，具体评估模型如下：
lnτ＝lnA+Ea/(RT) (8)
式(8)中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命。
9.根据权利要求8所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，
步骤S5：寿命评估模块对寿命预测模型进行参数确定；具体为：将多组相同类型的多个LED样品在不同温度条件下进行加速老化试验，收集相应的LED结温以及单个LED样品的加速老化试验过程持续时间，应用基于式(3)的平均秩计算法的可靠性理论进行可靠性计算，式(1)-(4)，得到不同温度下每组LED样品的平均试验时间，从而得出式(5)-(6)的失效率函数λ(t)和可靠度函数R(t)的数值，再利用线性回归分析式(7)，针对不同温度下对应的平均试验时间计算出该型号LED材料的化学反应活化能Ea以及比例常数A，从而得到该型号LED样品的寿命评估模型，式(8)；即所述寿命评估模块的化学反应活化能Ea以及比例常数A是通过不同温度下的多组加速老化试验的温度和平均时间，使用回归分析进行计算得出。
10.根据权利要求9所述的LED老化状态自动检测与寿命评估方法，其特征在于，
步骤S6：寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对多个LED样品进行剩余寿命预测；具体为：根据步骤S1-S5评估LED的结温和已经得到的LED寿命评估模型，并结合所述人机交互模块根据所述数据采集模块和所述寿命评估模块导出多个LED样品中每个LED的时间—温度变化曲线以及时间—光通量变化曲线，寿命评估模块根据最终检测寿命试验参数对该型号、该批次LED样品在实际使用条件下的剩余寿命进行计算,通过采用式(8)计算出多个LED样品的剩余寿命，最终获得被测LED在实际使用条件下的使用寿命。
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