CN112461473A

CN112461473A - 一种ct探测器核心部件的高加速寿命试验方法

Info

Publication number: CN112461473A
Application number: CN202011431285.6A
Authority: CN
Inventors: 邵建文; 张昕; 王凯; 程中州; 赵存彬
Original assignee: Zhejiang Province Institute of Metrology
Current assignee: Zhejiang Province Institute of Metrology
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112461473B

Abstract

本发明公开了一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法。本发明将CT探测器核心部件放入高加速寿命试验箱中，控制高加速寿命试验箱同时进行温度、振动循环周期性试验。并通过高低温循环变化，逐步增加温度应力系数。在每个高温点向低温点变化的同时，振动应力步进增加。在各相应时间点进行失效判断和失效统计，直到试验样品全部失效为止，最后进行失效分析，鉴定探测器核心部件的平均无故障工作时间。本发明避免了正常寿命试验方法样机数大、耗时久的缺点，相比普通的高低温循环试验、振动步进试验大大缩短了试验时间。在短期内快速激发核心部件的潜在故障，为产品的整体设计提供全过程技术支持，有效提高产品的可靠性水平。

Description

一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法

技术领域

本发明涉及一种CT探测器的可靠性试验方法，尤其是涉及一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法。

背景技术

CT设备作为临床诊断的重要设备，使用需求和频率陡增，其核心部件CT探测器，经过多年设计思想和工艺材料上的革新改进，性能愈发优异。但对于CT探测器的可靠性水平，国内外更多地集中在整机设备的可靠性研究，对于探测器核心部件的可靠性研究较少。随着国产化CT探测器市场需求逐步释放，开展对其可靠性提升相关研究将有力地增强国产化CT探测器的市场竞争力，对于CT设备的质量的提升具有重要意义。

CT探测器核心部件的平均无故障工作时间指标是可靠性的一项综合性指标。目前，平均无故障工作时间评估主要有常规现场统计法、加速寿命试验两种方法。常规现场统计法是在正常工作环境下运行获取试验数据，进行统计分析。但由于CT探测器运行环境——医院的特殊性，现场收集故障数据的周期之长，操作人员水平、使用技术条件等存在差异，无法实时、准确、有效收集到现场数据。

利用加速寿命试验可以加快产品失效、缩短试验时间，以便在较短的时间内得到产品的失效数据。目前存在的三种加速寿命试验方法主要有恒定应力加载寿命试验方法、步进应力加速寿命试验方法和序进应力加速寿命试验方法，但分别存在试验周期长、应力加载过程具有不可逆等缺点，无法实现快速准确有效获得故障数据进行统计分析。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，该方法采用基于过程信息的可靠性综合评价方法，可以用来快速获得CT探测器核心部件的故障数据，进而实现快速获得CT探测器的平均无故障工作时间的目的。

本发明采取的技术方案为：

本发明是将CT探测器核心部件放入高加速寿命试验箱中，控制高加速寿命试验箱同时进行温度、振动循环周期性试验，并通过高低温循环变化，逐步增加温度应力系数,在每个高温点向低温点变化的同时，振动应力步进增加，在各相应时间点进行失效判断和失效统计，直到试验样品全部失效为止，并进行失效分析，鉴定探测器的平均无故障时间。

本发明的有益效果：

1、避免了正常寿命试验方法样机数大、耗时久的缺点，大大缩短了试验时间。

2、在短期内为探测器核心部件的整体设计提供全过程技术支持，有效提高产品的可靠性水平。

附图说明

图1为试验过程中应力控制过程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

通常，影响CT探测器核心部件可靠性的主要因素包括温度、湿度、振动。本发明是在同一环境的温度、湿度、电压条件下，分别设定高加速寿命试验箱的温度、振动以阶梯式周期性变化，加速CT探测器核心部件的寿命衰竭过程，从而实现快速评估CT探测器核心部件平均无故障工作时间的目的。

本发明将温度应力与振动应力相结合，并通过高低温循环变化，逐步增加温度应力系数。在每个高温点向低温点变化的同时，振动应力步进增加。该方法相比普通的高低温循环试验、振动步进试验能更加缩短试验时间，快速激发产品的潜在故障。

根据上述理论和经验，本发明试验过程中温度、振动应力控制过程图详见附图1。试验过程中控制高加速寿命试验箱的温度应力以阶梯式周期性变化：温度依次为T₁’、T₁、T₂’、T₂、T₃’、T₃、T₄’、T₄、T₅’、T₅、T₆’、T₆，对应运行时间范围为t₁’、t₁、t₂’、t₂、t₃’、t₃、t₄’、t₄、t₅’、t₅、t₆’、t₆，升降温平均速度设定为(30～40)℃/min，湿度设定为恒定值。同时，控制高加速寿命试验箱的振动应力以阶梯式周期性变化，振动量级依次为G₁、G₂、G₃、G₄、G₅、G₆，运行时间依次为tg₁、tg₂、tg₃、tg₄、tg₅、tg₆，振动量级步进值为5grms。每步温度及对应的运行时间和湿度应力选择范围如表1所示，振动应力及对应的运行时间和湿度应力选择范围如表2所示。

表1

温度T/℃	运行时间t/min	湿度(RH)
			T<sub>1</sub>＝20～30	t<sub>1</sub>＝10～15	45％～75％
T<sub>2</sub>＝30～40	t<sub>2</sub>＝10～15	45％～75％
			T<sub>3</sub>＝40～50	t<sub>3</sub>＝10～15	45％～75％
T<sub>4</sub>＝50～60	t<sub>4</sub>＝10～15	45％～75％
			T<sub>5</sub>＝60～70	t<sub>5</sub>＝10～15	45％～75％
T<sub>6</sub>＝70～80	t<sub>6</sub>＝10～15	45％～75％
			T<sub>1</sub>’＝-10～20	t<sub>1</sub>’＝10～15	45％～75％
T<sub>2</sub>’＝-20～-30	t<sub>2</sub>’＝10～15	45％～75％
			T<sub>3</sub>’＝-30～-40	t<sub>3</sub>’＝10～15	45％～75％
T<sub>4</sub>’＝-40～-50	t<sub>4</sub>’＝10～15	45％～75％
			T<sub>5</sub>’＝-50～-60	t<sub>5</sub>’＝10～15	45％～75％
T<sub>6</sub>’＝-60～-70	t<sub>6</sub>’＝10～15	45％～75％

表2

当高加速寿命试验箱内温度应力降温至T₁’的同时，振动量级以5grms的步进值升至G₁并保持时间tg₁，温度T₁’保持时间t₁’，再以(30～40)℃/min的速率升温至T₁并保持时间t₁；然后温度T₁以(30～40)℃/min的速率降温至T₂’并保持时间t₂’，同时振动量级以5grms的步进值升至G₂并保持时间tg₂。随后与以上过程类似，温度依次变化为T₂、T₃’、T₃、T₄’、T₄、T₅’、T₅、T₆’、T₆，振动量级依次变化为G₃、G₄、G₅、G₆。

试验前，依据用户使用说明书对每件样品进行功能及性能检查，应均能够正常运行，功能及性能均正常。试验过程中，明确故障判据，在每个循环的高温点及低温点都要停留(10～15)min，每个振动量级点停留(20～30)min，并使温度和振动稳定后再执行功能测试，检查探测器样品是否发生故障。即在一个周期内，分别在t₁’、t₁、t₂’、t₂、t₃’、t₃、t₄’、t₄、t₅’、t₅、t₆’、t₆结束时进行失效判断。当出现任何一种故障判据的状态时，判定产品出现故障，填写《可靠性验证试验故障报告表》(FMECA表)，并记录失效时间和失效时的温度、湿度、振动量级，进行失效分析。

当出现任何一种故障判据的状态时，判定产品出现故障，填写《可靠性验证试验故障报告表》，并记录失效时间和失效时的温度、湿度、振动量级。通过周期循环进行测量，进行失效判据及失效数统计，推算出正常环境温度下的使用寿命。

所述的失效判据是指在试验过程中，出现下列任何一种状态时，判定产品出现故障：

a)样品不能工作或部分功能丧失；

b)样品的机械、结构部件或元器件发生松动、破裂、断裂或损坏；

c)样品表面有明显的凹痕、划伤、裂缝、变形、污渍、起泡、龟裂、脱落和磨损现象；金属部件有锈蚀；

d)软件无法正常运行，有死机或者程序跑飞等异常现象(说明：可以通过LED的闪烁状态或者网管软件来观察底层软件运行的情况)；

e)无法准确采集报警输入信号，误报；

f)无法正确产生报警联动输出信号，误动；

g)图像、语音质量下降；

h)以太网接口无法正常通信正常；

i)其他结合产品实际使用确认的故障。

高加速寿命试验箱内温度、湿度、振动可分别通过温度控制器、湿度控制器、振动传感器控制，高低温变化速率(30～40)℃/min通过液氮来实现快速降温。

如附图1所示，本发明的实施例与对比试验如下：

本实例选取3台同批次的CT探测器，放置在高加速寿命试验箱内，插上电源，进行试验。

单个周期内的温度应力、振动应力和运行时间设置依次为：T₁’＝-10℃，t₁’＝15min；T₁＝30℃,t₁＝15min；T₂’＝-20℃，t₂’＝15min；T₂＝40℃，t₂＝15min；T₃’＝-30℃，t₃’＝15min；T₃＝50℃，t₃＝15min；T₄’＝-40℃，t₄’＝15min；T₅＝60℃，t₅＝15min；T₆’＝-50℃，t₆’＝15min；T₆＝70℃，t₆＝15min。升降温的速率为40℃/min，湿度为(45～75)％RH。同时，控制高加速寿命试验箱的振动应力以阶梯式周期性变化，振动量级依次为G₁＝5grms、G₂＝10grms、G₃＝15grms、G₄＝20grms、G₅＝25grms、G₆＝30grms，运行时间均为30min，振动量级步进值为5grms。

单个周期内的测量过程包括以下步骤：

1)当高加速寿命试验箱内温度为T₁’＝-10℃时，保持15min，然后温度以40℃/min的速率升温至T₁＝30℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₁＝5grms，保持30min。当最高温度及最低温度稳定后执行CT探测器的失效判断，即t＝15min时，控制CT探测器进行第一次功能测试和故障检查，当t＝30min时，控制CT探测器进行第二次功能测试和故障检查。

2)当高加速寿命试验箱内温度为T₂’＝-20℃时，保持15min，随后温度以40℃/min的速率升温至T₂＝40℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₂＝10grms，保持30min。当最高温度及最低温度稳定后执行CT探测器的失效判断，即t＝48min，t＝65min时，分别控制CT探测器进行第三次、第四次功能测试和故障检查。

3)当高加速寿命试验箱内温度为T₃’＝-30℃时，保持15min，随后升温至T₃＝50℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₃＝15grms，保持30min。当t＝80min，t＝97min时，分别控制CT探测器进行第五次、第六次功能测试和故障检查。

4)当高加速寿命试验箱内温度为T₄’＝-40℃时，保持15min，随后升温至T₄＝60℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₄＝20grms，保持30min。当t＝115min，t＝130min时，分别控制CT探测器进行第七次、第八次功能测试和故障检查。

5)当高加速寿命试验箱内温度为T₅’＝-50℃时，保持15min，随后升温至T₅＝70℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₅＝25grms，保持30min。当t＝147min，t＝165min时，分别控制CT探测器进行第九次、第十次功能测试和故障检查。

6)当高加速寿命试验箱内温度为T₆’＝-60℃时，保持15min，随后升温至T₅＝80℃，保持15min；与此同时，振动量级以5grms的步进值升至G₆＝30grms，保持30min。当t＝180min，t＝198min时，分别控制CT探测器进行第十一次、第十二次功能测试和故障检查。

进行周期性循环试验，直至3台CT探测器核心部件全部失效，则结束加速寿命试验。

试验前，对每件样品进行功能及性能检查，应均能够正常运行，功能及性能均正常。试验过程中，每次功能测试和故障检查时，依据故障判据，当出现任何一种故障判据的状态时，判定产品出现故障，填写表3CT探测器《可靠性验证试验故障报告表》(FMECA表)，并记录失效时间和失效时的温度、湿度、振动量级。通过周期循环进行测量，进行失效判据及失效数统计。

表3 CT探测器可靠性验证试验故障报告表(FMECA表)

实际测试中，试验时间第30个周期的T₄’处时(即试验时间135小时)时，样品1出现故障，数据传输失败；试验时间到第32个周期的T₆处(即试验时间146小时)，样品3出现故障，温度控制系统无法正常工作；试验时间到第34个周期的tg₆处(即试验时间154小时)，样品2出现故障，高效光电转换模块无法正常工作。最后，根据加速寿命试验失效数据推算出CT探测器核心部件在正常环境中的使用寿命为2432h。

将相同批次的3台CT探测器放置于高加速寿命试验箱，开展普通的高低温循环变化试验，其它运行试验条件保持相同。即按照高温70℃，低温-50℃，每个温度点保持15min，温度变化速率同样为40℃/min，当试验进行到1021小时时，其中的1台才出现故障。

将相同批次的3台CT探测器放置于高加速寿命试验箱，开展高低温变化循环试验，即按照图1，仅仅开展温度应力循环变化试验，不同时进行振动应力步进试验。当试验进行到512小时时，其中的1台才出现故障。

将相同批次的3台CT探测器放置于高加速寿命试验箱，开展高低温变化循环试验，即按照图1，仅仅开展振动应力步进试验，不同时温度应力循环变化试验。当试验进行到512小时时，3台均未出现故障。

将相同批次的3台CT探测器放置于正常工作环境中，即温度为18℃～25℃，相对湿度为(45～70％)RH，其它运行试验条件保持相同，当试验进行到512小时时，3台均未出现故障。

综上，本发明针对CT探测器，提出一种同时以温度、振动为加速应力的步进高加速寿命试验方法，该方法可以有效的缩短试验时间，快速获得CT探测器的失效数据，从而能快速分析评价CT探测器核心部件的可靠性。

Claims

1.一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，其特征在于：将CT探测器核心部件放入高加速寿命试验箱中，控制高加速寿命试验箱同时进行温度、振动循环周期性试验，并通过高低温循环变化，逐步增加温度应力系数,在每个高温点向低温点变化的同时，振动应力步进增加，在各相应时间点进行失效判断和失效统计，直到试验样品全部失效为止，并进行失效分析，鉴定CT探测器的平均无故障时间。

2.根据权利要求1所述的一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，其特征在于：控制所述的高加速寿命试验箱的温度应力以阶梯式周期性变化，温度依次为T₁’、T₁、T₂’、T₂、T₃’、T₃、T₄’、T₄、T₅’、T₅、T₆’、T₆，对应运行时间范围为t₁’、t₁、t₂’、t₂、t₃’、t₃、t₄’、t₄、t₅’、t₅、t₆’、t₆，升降温平均速度设定为30～40℃/min，如下表所示：

3.根据权利要求2所述的一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，其特征在于：所述的控制高加速寿命试验箱的振动应力以阶梯式周期性变化，振动量级依次为G₁、G₂、G₃、G₄、G₅、G₆，运行时间依次为tg₁、tg₂、tg₃、tg₄、tg₅、tg₆，振动量级步进值为5grms，如下表所示：

4.根据权利要求3所述的一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，其特征在于：当高加速寿命试验箱内温度应力降温至T₁’的同时，振动量级以5grms的步进值升至G₁并保持时间tg₁，温度T₁’保持时间t₁’，再以30～40℃/min的速率升温至T₁并保持时间t₁；然后温度T₁以30～40℃/min的速率降温至T₂’并保持时间t₂’，同时振动量级以5grms的步进值升至G₂并保持时间tg₂，随后与以上过程类似，温度依次变化为T₂、T₃’、T₃、T₄’、T₄、T₅’、T₅、T₆’、T₆，振动量级依次变化为G₃、G₄、G₅、G₆。

5.根据权利要求4所述的一种CT探测器核心部件的高加速寿命试验方法，其特征在于：所述的在各相应时间点进行失效判断，具体是：试验前，对每件样品进行功能及性能检查，试验过程中，在每个循环的每个高温点及低温点要停留10～15min，每个振动量级点停留20～30min，并使温度应力/振动应力稳定后再执行功能及性能检查；即在一个周期内，分别在t₁’、t₁、t₂’、t₂、t₃’、t₃、t₄’、t₄、t₅’、t₅、t₆’、t₆结束时进行失效判断；当出现任何一种故障判据的状态时，判定产品出现故障，填写《可靠性验证试验故障报告表》，并记录失效时间和失效时的温度、湿度、振动量级，进行失效分析，鉴定CT探测器的平均无故障时间。