CN113297751B - 一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法和评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法和评估系统，所述方法包括：对电连接器的接触对进行测试，获得实验数据；根据所述实验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对可靠性评估；根据接触对的可靠性评估，对电连接器的可靠性进行评估。考虑不同孔径接触对性能退化速度不一，根据接触对中实验数据的失效率选择适当的可靠性评估模型，进行接触的可靠性评估，最终得出电连接器的可靠性评估。

Description

一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法和评估系统

技术领域

本发明涉及电连接器的可靠性评估技术领域，具体涉及一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法和评估系统。

背景技术

随着科技的进步和加工工艺的不断提升，机电产品可靠性不断提高，短时间内难以获得足够的失效数据进行可靠性评估。由此，基于性能退化模型来评估产品可靠性的方法应运而生。

电连接器的基本功能是实现电信号的传输和电路连接。在长期贮存过程中电连接器接触对表面有腐蚀物的生成，随着腐蚀物的堆积，接触电阻增大，接触件性能发生退化；当接触电阻超过规定值时，电连接器即发生接触失效。接触失效是电连接器最主要的失效形式之一，约占总失效的45.1％，评估电连接器接触可靠性对于预防因接触失效而导致的安全事故具有重要的工程实际意义。电连接器通常上有一个或多个接触对，每个接触对都包含一个插针和一个插孔，其接触性能由接触对的可靠接触来保证。不同孔径的接触对性能退化速率不同，而目前对于多孔径电连接器的可靠性研究基本忽略了其接触对孔径差异的影响，这难免会给评估结果带来误差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法和评估系统，考虑了不同孔径接触对的性能退化速度不一，通过对电连接器的每个接触对进行可靠性评估，并综合每个接触对的可靠性评估，获得电连接器的整体可靠性评估。

本发明公开了一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法，所述方法包括：对电连接器的接触对进行测试，获得实验数据；根据所述实验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对可靠性评估；根据接触对的可靠性评估，对电连接器的可靠性进行评估。

优选的，通过选择可靠性评估模型进行可靠性评估的方法包括：

步骤A1：判断所述失效率是否大于第一域值；

若否，执行步骤A2：选择退化模型作为可靠性评估模型，执行步骤A3；

步骤A3：通过最小二乘法和极大似然法估算退化模型的参数；

若是，执行步骤A4：选择寿命模型作为可靠性评估模型，执行步骤A5；

步骤A5：估算出所测试电连接器接触对的伪寿命；

步骤A6：利用伪寿命，通过极大似然法估计寿命模型的参数；

步骤A7：根据估计出参数的退化模型和/或寿命模型，对电连接器进行接触可靠性评估。

本发明还提供一种用实现上述接触可靠性评估方法的评估系统，包括试验模块、模型筛选模块、参数估算模块和可靠性评估模块；

所述试验模块用于获取电连接器接触对的实验数据；

所述模型筛选模块用于根据试验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；

所述参数估算模块用于通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；

所述可靠性评估模块用于根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对和电连接器的可靠性评估。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：考虑不同孔径接触对性能退化速度不一，根据接触对中实验数据的失效率选择适当的可靠性评估模型，进行接触的可靠性评估，最终得出电连接器的可靠性评估。

附图说明

图1是本发明的多孔径电连接器的接触可靠性评估方法流程图；

图2是通过选择可靠性评估模型进行可靠性评估的方法流程图；

图3是接触对的结构示意图；

图4是本发明的评估系统的逻辑框图。

具体实施方式

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中的附图，对本发明实施例中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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：对电连接器的接触对进行测试，获得实验数据。可以通过截尾试验进行小样本群的测试，获得失效样本数和未失效样本数。

步骤102：根据所述实验数据中的失效率，选择可靠性评估模型。可靠性评估模型包括退化模型和寿命模型。

步骤103：通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数。针对具体的电连接器，获得可靠性评估模型的相关参数。

步骤104：根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对可靠性评估。

步骤105：根据接触对的可靠性评估，对电连接器的可靠性进行评估。

考虑不同孔径接触对性能退化速度不一，根据接触对中实验数据的失效率选择适当的可靠性评估模型，进行接触的可靠性评估，最终得出电连接器的可靠性评估。

例如电连接器中，具有不同孔径的接触对：A接触对和B接触对，A接触对和B接触对的失效率不同，A接触对的失效率真低于一个域值时，选择退化模型进行评估，B接触对的失效率大于域值时，选择寿命模型进行评估；结合A接触对和B接触对的可靠性评估，得出是连接器的总体可靠性评估。

在一个具体实施例中，如图2所示，通过选择可靠性评估模型进行可靠性评估的方法包括：

步骤A1：判断所述失效率是否大于第一域值。

若否，执行步骤A2：选择退化模型作为可靠性评估模型，执行步骤A3。步骤A3：通过最小二乘法和极大似然法估算退化模型的参数。

若是，执行步骤A4：选择寿命模型作为可靠性评估模型，执行步骤A5。

步骤A5：估算出所测试电连接器接触对的伪寿命。

步骤A6：利用伪寿命，通过极大似然法估计寿命模型的参数。

步骤A7：根据估计出参数的退化模型和/或寿命模型，对电连接器进行接触可靠性评估。

退化模型是基于电连接器接触对接触表面上氧化物的生长和堆积造成接触电阻超标引起性能退化提出来的；而寿命模型是基于电连接器接触对上腐蚀物体积增加，导致接触电阻增加，引起电连接器接触失效提出来的。目前电连接器的可靠性通常较高，短时间内的试验可能无法达到连接器接触失效的条件，因此检测的数据与寿命模型的匹配度较低时(即失效率低于第一域值)，采用退化模型进行评估。

步骤A2中，所述退化模型包括接触对的可靠度函数Re(t)：

其中，

其中，t表示时间，E()表示为取平均值，R_e(t)表示电连接器某孔径接触对t时刻可靠度函数，F_e(t)表示接触对t时刻的失效分布函数，D_k为接触电阻的失效域值，r_0,k为接触电阻的初值，α_k为接触电阻的退化率，表示为α_k的均值，β_k为与接触性能退化机理相关的参数，Φ{·}为标准正态分布函数，L_k为插孔簧片长度，I_z,k为插孔簧片截面关于中性层的惯性矩，δ_k为插孔簧片的挠度，N_k为插孔开槽数，a_k和b_k为两个模型参数，x₀为正常应力水平，T₀为摄氏温度。图3示出了接触对的结构，L_k表示为插孔簧片长度，R_k,1表示为簧片内表面曲率半径，R_k,2表示为簧片外表面曲率半径，R_k,3表示为内圆角半径。

连接器有P组不同孔径的接触对，n为该孔径下的接触对数，根据接触对恒定应力加速退化统计模型，接触对的接触电阻值表示为：

应力水平x₀下接触对的退化率估计值表示为：

其中，ξ_ij,k考虑不同应力水平下各样本退化率的随机参数，r_ij，k(t)表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下，第j个样本的t时刻的接触电阻，k＝1,2,···，P；i＝1，2，···,M；j＝1,2,···,n；r_ij0,k表示为r_ij,k(t)的初值，α_ij,k表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下，第j个样本的退化率。

由于测量误差的存在，真实的接触电阻值几乎是不可能得到的，试验观测到的结果检测值z_ij,k是接触电阻值真实值与随机测量误差之和，记为：

z_ij,k＝r_ij,k(t)+ε_ij,k (25)

式中，ε_ij,k是应力水平x_i下第k组孔径，第j个样本在t时刻的测量误差，服从正态分布表示ε_ij,k服从参数为/>的正态分布。

结合公式24和25，观测结果表示为：

步骤A3中，退化模型的参数估算方法包括：

步骤A31：估计在应力水平x_i下第j个样本的退化模型参数r_0,k,α_ij,k,β_k,

第k组孔径接触对，在应力水平x_i下第j个样本的退化模型参数r_ij0,k,α_ij,k,β_ij,k的最小二乘估计可通过最小化公式31得到，

其中，H_ss(t)为实际测量得到的退化数据，r_ss(t)为理论退化轨迹,l_ij,k为测试次数，SSE()代表应力水平x_i下理论退化轨迹与退化数据差值的平方和；r_ij0,k,α_ij,k,β_ij,k为待估参数；..|x_i表示在应力水平条件x_i下。

系统测量误差方差可用下式估计：

其中，l_ij,k为第k组孔径样本j在应力水平x_i下的测试次数；n_v为待估参数个数，表示为系统测量误差方差；n_i,k表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下的样本个数。

r_0,k,β_k,的估计值可根据下式计算：

步骤A32：采用极大似然估计方法估计参数a_k、b_k和σ_k：

根据以及公式31中估算出的α_ij,k估计值/>得出似然函数：

寻找一组参数(a_k,b_k,σ_k)使具有极大值，通过调用MATLAB中的fminsearch函数，可求得参数的估算值/>和/>

假设各个接触对组都是相互独立的，将退化模型参数的估计值代入公式21，得出接触对可靠性函数：

步骤A4中，所述寿命模型的可靠性函数表示为：

其中，R(t)为可靠度函数，μ_ej、σ_e为对数正态分布的形状参数，t表示为时间。

失效分布函数：

F(t)为失效分布函数，

令则上式可以经过标准化为：

对于寿命服从对数正态分布接触对，如果在不同的温度应力下的失效机理保持不变，可认为失效分布形状参数保持不变，则接触对寿命在统计上相互独立；接触对寿命在各个应力下都服从对数正态分布；在不同的温度应力水平时，对数正态分布的形状参数σ_e保持不变；接触对的对数均值μ_e与温度应力x之间存在线性关系：

μ_e＝γ₀+γ₁·x (41)

γ₀和γ₁为待定系数。

步骤A5中，估算出所测试电连接器接触对伪寿命的方法包括：

根据公式23和24，可以得出：

当接触电阻到达阈值D_k时，电连接器失效，伪寿命表示为：

其中，是表示为伪寿命。即通过公式53求出接触对的伪寿命。

步骤A6中，实验数据包括：有l个实验温度，假定在试验温度T_j下，投入n_j个试样进行定时间隔测试定时截尾试验，测试时间为：

在测试周期(τ_(i-1)j,τ_ij)内发生失效r_ij个，i＝1,2,…,s_j；到试验截止时间止，共失效/>个；有n_j-r_j个未失效，且将在/>内失效，似然函数表示为：

μ_ej＝γ₀+γ₁·x_j(j＝1,2,…,l) (63)

其中，γ₀、γ₁为待估参数，x_j表示为温度应力，σ_e是指对数正态分布的形状参数；T^*表示为摄氏温度。

其中K_j是与j有关的常数：

公式53中得出的伪寿合集表示为：

则似然函数进一步可表示为：

其中，C是常数；

通过MATLAB中的fminsearch函数求解公式66，得到估算值并根据公式63计算μ_ej的估计值：

根据估计值和公式42，得出接触对可靠函数：

步骤A7中，电连接器的可靠性函数R(t)表示为：

其中，x为失效数据很少的接触对组数；y为具有较多失效数据的接触对组数。由R(t)，评估含有多孔径接触对的电连接器接触可靠性水平。

实施例

将某型号电连接器孔径大小为及/>的接触对进行加速实验，获得实验数据。依据试验结果，在截尾时间内，孔径大小为/>和/>的接触对组失效数较少，则采用退化模型；在截尾时间内，孔径大小为/>的接触对组失效数较多，则采用寿命模型。

根据公式35评估孔径大小为和/>的接触对的可靠性，得到R_E,1和R_E,2，根据公式68评估也径大小为/>接触对的可靠性，得到R_E,3，则该电连接器的可靠性可以表示为：

R(t)＝R_E,1R_E,2R_E,3 (72)。

并由R(t)，评估含有多孔径电连接器在正常应力下的可靠性函数。

本发明还提供一种用于实现上述接触可靠性评估方法的评估系统，如图4所示，包括试验模块1、模型筛选模块2、参数估算模块3和可靠性评估模块4；

试验模块1用于获取电连接器接触对的实验数据；模型筛选模块2用于根据试验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；参数估算模块3用于通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；可靠性评估模块4用于根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对和电连接器的可靠性评估。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多孔径电连接器的接触可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括：

对电连接器的接触对进行测试，获得实验数据；

根据所述实验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；

通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；

根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对可靠性评估；

根据接触对的可靠性评估，对电连接器的可靠性进行评估；

其中，通过选择可靠性评估模型进行可靠性评估的方法包括：

步骤A1：判断所述失效率是否大于第一域值；

若否，执行步骤A2：选择退化模型作为可靠性评估模型，执行步骤A3；

步骤A3：通过最小二乘法和极大似然法估算退化模型的参数；

若是，执行步骤A4：选择寿命模型作为可靠性评估模型，执行步骤A5；

步骤A5：估算出所测试电连接器接触对的伪寿命；

步骤A6：利用伪寿命，通过极大似然法估计寿命模型的参数；

步骤A7：根据估计出参数的退化模型和/或寿命模型，对电连接器进行接触可靠性评估；

步骤A7中，电连接器的可靠性函数R(t)表示为：

其中，x为失效数据小于或等于第一域值的接触对组数；y为失效数据大于第一域值的接触对组数；R_E,i(t)表示为失效数据小于或等于第一域值的接触对的可靠性函数，R_E,j(t)失效数据大于第一域值的接触对的可靠函数。

2.根据权利要求1所述的接触可靠性评估方法，其特征在于，所述退化模型包括接触对的可靠度函数Re(t)：

其中，t表示时间，E()表示为取平均值，R_e(t)表示电连接器接触对在t时刻可靠度函数，F_e(t)表示接触对t时刻的失效分布函数，D_k为接触电阻的失效域值，r_0,k为接触电阻的初值，α_k为接触电阻的退化率，表示为α_k的均值，β_k为与接触性能退化机理相关的参数，Φ{·}为标准正态分布函数，L_k为插孔簧片长度，I_z,k为插孔簧片截面关于中性层的惯性矩，δ_k为插孔簧片的挠度，N_k为插孔开槽数，a_k和b_k为两个模型参数，x₀为正常应力水平；

接触对的接触电阻值表示为：

应力水平x₀下接触对的退化率估计值表示为：

其中，ξ_ij,k考虑不同应力水平下各样本退化率的随机参数，r_ij,k(t)表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下，第j个样本的t时刻的接触电阻，k＝1,2,···,P；i＝1,2,···,M；j＝1,2,···,n；r_ij0,k表示为r_ij,k(t)的初值，α_ij,k表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下，第j个样本的退化率；

试验观测到的结果检测值z_ij,k是接触电阻值真实值与随机测量误差之和，记为：

Z_ij,k＝r_ij,k(t)+ε_ij,k (25)

其中，ε_ij,k是应力水平x_i下第k组孔径，第j个样本在t时刻的测量误差，服从正态分布

3.根据权利要求2所述的接触可靠性评估方法，其特征在于，退化模型的参数估算方法包括：

步骤A31：估计在应力水平x_i下第j个样本的退化模型参数

退化模型参数r_ij0,k,α_ij,k,β_ij,k的最小二乘估计可通过最小化公式31得到，

其中，H_ss(t)为实际测量得到的退化数据，r_ss(t)为理论退化轨迹,l_ij,k为测试次数，SSE()代表应力水平x_i下理论退化轨迹与退化数据差值的平方和；

系统测量误差方差可用下式估计：

其中，l_ij,k为第k组孔径样本j在应力水平x_i下的测试次数；n_v为待估参数个数，表示为系统测量误差方差；n_i,k表示第k组孔径接触对在应力水平x_i下的样本个数；

的估计值可根据下式计算：

步骤A32：采用极大似然估计方法估计参数a_k、b_k和σ_k：

根据以及公式31中估算出的α_ij,k估计值/>得出似然函数：

寻找一组参数(a_k,b_k,σ_k)使具有极大值，通过调用MATLAB中的fminsearch函数，可求得参数的估算值/>和/>

根据步骤A3中得到的参数估算值和公式21，得出接触对可靠性函数：

4.根据权利要求3所述的接触可靠性评估方法，其特征在于，所述寿命模型的可靠性函数表示为：

其中，R(t)为可靠度函数，μ_ej、σ_e为对数正态分布的形状参数，t表示为时间；

估算出所测试电连接器伪寿命的方法包括：

根据公式23和24，得出：

当接触电阻到达阈值D_k时，电连接器失效，伪寿命表示为：

其中，是表示为伪寿命。

5.根据权利要求4所述的接触可靠性评估方法，其特征在于，试验数据包括：有l个实验温度，假定在试验温度T_j下，投入n_j个试样进行定时间隔测试定时截尾试验，测试时间为：

在测试周期(τ_(i-1)j,τ_ij)内发生失效r_ij个，i＝1,2,…,s_j；到试验截止时间止，共失效/>个；有n_j-r_j个未失效，且将在/>内失效，似然函数表示为：

μ_ej＝γ₀+γ₁·x_j(j＝1，2，…，l) (63)

其中，γ₀、γ₁为待估参数，x_j表示为温度应力，σ_e是指对数正态分布的形状参数；

公式53中得出的伪寿命表示为：

则似然函数进一步可表示为：

其中，C是常数；

通过MATLAB中的fminsearch函数求解公式66，得到并根据公式63计算μ_ej的估计值：

根据估计值和公式42，得出接触对可靠函数：

6.一种用于实现如权利要求1-5任一项所述接触可靠性评估方法的评估系统，其特征在于，包括试验模块、模型筛选模块、参数估算模块和可靠性评估模块；

所述试验模块用于获取电连接器接触对的实验数据；

所述模型筛选模块用于根据试验数据中的失效率，选择可靠性评估模型；

所述参数估算模块用于通过最小二乘法和/或极大似然法估，估算出所述可靠性评估模型的参数；

所述可靠性评估模块用于根据估计出参数的可靠性评估模型，进行接触对和电连接器的可靠性评估。