CN117094169A - 基于halt试验的afss吸波器可靠性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,包括:获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;基于时间等效理论,将AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。本发明能快速并准确地评估AFSS吸波器的可靠性。
Description
技术领域
本发明主要涉及到产品可靠性评估技术领域,尤其是一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法。
背景技术
随着雷达隐身技术的快速发展,飞行器的外形隐身技术已取得显著效果并基本已达极限,所以雷达吸波材料逐渐成为隐身技术的主要研究内容。雷达吸波材料主要分为两大类,涂敷型雷达吸波材料和结构型雷达吸波材料。涂敷型吸波材料具有工艺简单、施工方便等优点,结构型吸波材料设计灵活,且有源设计可对电磁波进行主动的调控,因此近几年来结构型雷达吸波材料备受欢迎。由于结构型吸波材料中的频率选择表面(FrequencySelective Surface,FSS)上可以加载有源器件,即可构成有源频率选择表面(ActiveFrequency Selective Surface,AFSS),基于有源频率选择表面(AFSS)就可设计有源吸波器,AFSS吸波器可以通过控制有源器件实现FSS工作状态可切换,使得AFSS吸波器在近年来的雷达天线罩、武器装备、飞行器上的天线等军事领域受到了广泛的关注和研究。
由于AFSS吸波器一般在雷达天线罩、武器装备、飞行器等军事领域中使用,在使用过程中易因环境等影响造成其零部件或焊点失效,从而影响AFSS吸波器的性能。对AFSS吸波器进行失效机理分析,可以确定AFSS吸波器的失效机理,找出AFSS吸波器产品设计及工艺方法的不足之处,为相应的改进措施提供科学依据。AFSS吸波器在国内的研制时间较短,产品的可靠性尚未得到检验,对AFSS吸波器进行可靠性评估可以找出薄弱环节,以便提出故障纠正策略和设计改进的措施,并且能够检验AFSS吸波器的可靠性水平是否达到规定的要求。因此,研究AFSS吸波器的可靠性评估对于雷达天线罩、武器装备、飞行器等军事领域有至关重要的作用。
当前,国内外尚未见针对AFSS吸波器可靠性评估研究的报道,而AFSS吸波器的组成原理、设计、工艺等与已有电子产品存在一些差别,有必要针对性的开展研究,综合运用高加速寿命试验(Highly Accelerated Life Testing,HALT)、可靠性评估等技术,掌握其飞行状态与停放状态下的寿命。此外,如何根据HALT试验数据快速评估AFSS吸波器的可靠性,也是工业界亟待解决的问题,而已有研究尚未提供有效的评估方法。
针对以上问题,需要寻找一种根据HALT试验数据快速准确评估AFSS吸波器可靠性的方法。
现有HALT试验定量评估方面的研究成果较少,主要运用应力强度干涉模型对HALT试验定量评估,部分学者还将加速模型与寿命分布相结合,现有的研究存在以下不足之处:
①样本量较少时,运用应力强度干涉模型进行定量评估的结果准确度有待验证。
②寿命分布模型并未考虑不同测试时刻退化数据的相关性。
因此,如何根据HALT试验数据快速准确评估AFSS吸波器的可靠性,也是工业界亟待解决的问题,而已有研究尚未提供有效的评估方法。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题,本发明提出一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一方面,本发明提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,包括以下步骤:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
进一步地,步骤(S1),在HALT试验中,多个AFSS吸波器作为样本进行步进应力试验,应力水平不断递增的j级试验应力为S1,S2,…,Si,…,Sj,应力S1,S2,…,Si,…,Sj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级应力S1下试验时间为t1,第2级应力S2下试验时间为t2,以此类推,第j级应力Sj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级应力Si开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。
进一步地,所述AFSS吸波器在HALT试验可靠性评估中考虑的应力类型为振动和高温,步进应力试验包括振动步进试验和高温步进试验,多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,多个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验。
另一方面,本发明提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估装置,包括:
第一模块,用于获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
第二模块,用于基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
第三模块,用于基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
第四模块,用于基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
另一方面,本发明提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现以下步骤:
获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
另一方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
相比现有技术,本发明的技术效果:
本发明解决了高加速寿命试验试验前期退化增量为零的可靠性评估问题,提出一种基于步进加速累积损伤等效原理的评估方法,用于定量评估AFSS吸波器高加速寿命试验试验数据的可靠性,为提升AFSS吸波器的可靠性水平提供理论支撑。
本发明针对AFSS吸波器的HALT试验数据进行可靠性评估,快速并准确地评估AFSS吸波器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是一实施例的流程图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动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。
参照图1,一实施例中提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,包括以下步骤:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
AFSS吸波器主要应用雷达天线罩、武器装备、飞行器等军事领域。在其完整寿命周期中,将会面临各类自然环境和诱导环境条件,这些条件以多种应力形式影响着AFSS吸波器的可靠性。AFSS吸波器应用在不同领域,在应力的考虑方面会有所不同,本领域技术人员可以根据本领域的公知常识,选取考虑不同的应力类型,并进行相应的步进应力试验,本发明对此不作限制,常见考虑的应力类型为温度、湿度和振动中的一种或者多种。
针对影响AFSS吸波器可靠性的不同因素,选择相应的评估应力,进行相应的步进应力试验。在HALT试验中,多个AFSS吸波器作为样本进行步进应力试验,应力水平不断递增的j级试验应力为S1,S2,…,Si,…,Sj,应力S1,S2,…,Si,…,Sj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级应力S1下试验时间为t1,第2级应力S2下试验时间为t2,以此类推,第j级应力Sj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级应力Si开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。所述性能退化量是可以表征AFSS吸波器性能退化的物理特征,本领域技术人员基于本领域的公知常识确定至少一个性能退化量,如包括但不限于失效二极管个数占比。
AFSS吸波器的剩余寿命仅与当前已累积的失效部分和当时的应力条件有关,而与失效的累积方式无关,并且在不同应力环境下,失效机理一致。
失效机理一致的情况下,由于步进应力试验是若干不断递增应力水平下的累积作用结果,即在步进应力试验中,AFSS吸波器所受的第i级应力包括前面i-1级应力下的作用。步骤(S2)中,将S1,S2,…,Si-1应力下所进行的步进应力试验看作是Si应力下的试验,将前面S1,S2,…,Si-1应力下的试验时间之和等效为Si应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为S1,S2,…Si-1应力下的试验时间之和,tbefore等效为Si应力下的试验时间;AFp为Sp应力等效于Si应力的加速因子;tp为Sp应力下的试验时间,p=1,2,…,i-1。
于是,Si应力下的试验时间为:
将Si应力看作可靠性评估的起始应力,在步进应力试验中,Si,Si+1,…,Sj应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,…,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,…,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Si应力下的性能退化量。
AFSS吸波器在退化过程中受到了多种因素的影响,其退化过程存在一定的随机性。因此,本发明一实施例中选择对产品退化数据的单调性无任何要求的Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模。
令X(t)表征AFSS吸波器的性能退化量,其性能退化过程选择线性Wiener随机过程进行建模,性能退化量可表示为:
X(t)=μt+σB(t) (3)
式中,μ为漂移系数;σ为扩散系数;B(·)为标准布朗运动;t为时间。
根据Wiener随机过程的定义,性能退化过程满足以下三个性质]:
(1)X(0)=0;
(2)在任意两个不相交时间区间内[ti,ti+1],[ti+2,ti+3],ti<ti+1<ti+2<ti+3,随机变量X(t)的退化增量之间相互独立;
(3)性能退化过程在任意时间区间内,退化增量ΔX(t)服从正态分布,即
ΔX(t)=X(t+Δt)-X(t)~N(μΔt,σ2Δt) (4)
假设AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,根据产品寿命的定义,当AFSS吸波器的性能退化指标首次达失效阈值时,即AFSS吸波器失效,则AFSS吸波器的寿命T可表示为:
T=inf{t|X(t)≥D,t≥0} (5)
式中,inf{·}为一个集合的下确界。
根据上述Wiener过程的性质和寿命T的定义可知,AFSS吸波器的寿命T为服从逆高斯分布的随机变量,则概率密度函数、累积分布函数表达式为:
根据累积分布函数的表达式可知,可靠度模型为:
步骤(S3)中,包括:
(S3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设有N个AFSS吸波器样本进行步进应力试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在Si,Si+1,…,Sj应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,…,M,n=1,2,…,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm。
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型为:
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间。
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数μ、σ进行参数估计,其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接由公式(9)取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量。
(3.4)得到AFSS吸波器的寿命分布函数,如下:
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
AFSS吸波器主要应用雷达天线罩、武器装备、飞行器等军事领域。在其完整寿命周期中,将会面临各类自然环境和诱导环境条件,这些条件以多种应力形式影响着AFSS吸波器的可靠性。如AFSS吸波器用于在飞行器上,在飞行器飞行期间,AFSS吸波器的可靠性主要受到温度、湿度和振动等多种环境因素的综合影响。其中,振动应力是最为重要的因素之一。因此,选取振动应力作为飞机飞行过程环境下的加速应力。此外,在飞行器停放期间,由于长期处于静止状态,AFSS吸波器的可靠性主要受温度应力的影响。在温度应力中,低温应力并不会产生加速效应,因此选取高温应力作为飞行器停放状态的加速应力。当然,AFSS吸波器应用在不同领域,在应力的考虑方面会有所不同,本领域技术人员可以根据本领域的公知常识,选取考虑不同的应力类型,并进行相应的步进应力试验,本发明对此不作限制。一具体实施例,AFSS吸波器的振动应力下的可靠性评估和AFSS吸波器的温度应力下的可靠性评估,所述AFSS吸波器在步进应力试验中考虑的应力类型为振动和高温,步进应力试验包括振动步进试验和高温步进试验,多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,多个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验。
具体地,一实施例中提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,包括:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量,在HALT试验中,考虑的应力类型为振动,多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,获取AFSS吸波器在振动步进试验中的步进性能退化量;
多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,振动应力水平不断递增的j级试验振动应力为W1,W2,…,Wi,…,Wj,振动应力W1,W2,…,Wi,…,Wj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级振动应力W1下试验时间为t1,第2级振动应力W2下试验时间为t2,以此类推,第j级振动应力Wj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级振动应力Wi开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在振动步进试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
将W1,W2,…,Wi-1振动应力下所进行的振动步进试验看作是Wi振动应力下的试验,将前面W1,W2,…,Wi-1振动应力下的试验时间之和等效为Wi振动应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为W1,W2,…,Wi-1振动应力下的试验时间之和,tbefore等效为Wi振动应力下的试验时间;VarAF为Wp振动应力等效于Wi振动应力的加速因子;tp为Wp振动应力下的试验时间,p=1,2,…,i-1;
式中Vi为Wi振动应力下的寿命;Vp为Wp振动应力下的寿命;Wi为等效随机振动工作条件的均方根加速度值,根据等效环境的随机振动工作条件获得;Wp为随机振动加速试验条件的均方根加速度值,根据随机振动加速试验条件获得;m为S-N曲线的斜率,航空电子设备m值的典型值为4。
于是,Wi振动应力下的试验时间为:
将Wi振动应力看作可靠性评估的起始振动应力,在振动步进试验中,Wi,Wi+1,…,Wj振动应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,…,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,…,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Wi振动应力下的性能退化量。
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设N个AFSS吸波器样本进行振动步进试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在Wi,Wi+1,…,Wj振动应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,…,M,n=1,2,…,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm;
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型;
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间;
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的模型参数进行估计;
其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接对所述最大似然函数取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量;
(3.4)将估计得到的模型参数μ、σ带入AFSS吸波器的性能退化过程模型中,得到AFSS吸波器的寿命分布函数。
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器振动应力下的可靠性。
本发明一实施例中,提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,包括:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量,在HALT试验中,考虑的应力类型为温度,多个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验,获取AFSS吸波器在高温步进试验中的步进性能退化量。
具体地,N个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验,高温应力水平不断递增的j级试验高温应力为T1,T2,…,Ti,…,Tj,高温应力T1,T2,…,Ti,…,Tj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级高温应力T1下试验时间为t1,第2级高温应力T2下试验时间为t2,以此类推,第j级高温应力Tj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级高温应力Ti开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在高温步进试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
具体地,将T1,T2,…,Ti-1高温应力下所进行的高温步进试验看作是Ti高温应力下的试验,将前面T1,T2,…,Ti-1高温应力下的试验时间之和等效为Ti高温应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为T1,T2,…,Ti-1高温应力下的试验时间之和,tbefore等效为Ti高温应力下的试验时间;TAF为Tp高温应力等效于Ti高温应力的加速因子;tp为Tp高温应力下的试验时间,p=1,2,…,i-1;
式中,Li为Ti高温应力下的寿命;Lp为Tp高温应力下的寿命;Ti为等效高温应力的绝对温度,根据等效环境的温度工作条件获得;Tp为高温下加速应力的绝对温度,根据高温试验条件获得;Ea为失效反应的激活能,单位为eV,取值范围为0.4~0.7eV;k=8.617×10-5为玻尔兹曼常数,单位为eV/K;
于是,Ti高温应力下的试验时间为:
将Ti高温应力看作可靠性评估的起始温度应力,在高温步进试验中,Ti,Ti+1,…,Tj高温应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,…,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,…,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Ti高温应力下的性能退化量。
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设N个AFSS吸波器样本进行高温步进试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在T1,T2,…,Ti,…,Tj高温应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,…,M,n=1,2,…,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm;
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型;
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间;
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的模型参数进行估计;
其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接对所述最大似然函数取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量;
(3.4)将估计得到的模型参数μ、σ带入AFSS吸波器的性能退化过程模型中,得到AFSS吸波器的寿命分布函数。
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器高温应力下的可靠性。
本发明基于步进加速累积损伤等效原理,综合加速模型与Wiener过程,根据HALT试验数据快速准确评估AFSS吸波器的可靠性,将传统的Wiener过程性能退化模型应用范围推广至高加速寿命试验,满足工程需求。
本发明一实施例中,提供一种基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估装置,包括:
第一模块,用于获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
第二模块,用于基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
第三模块,用于基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
第四模块,用于基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
上述各模块的实现方法以及模型的构建均可采用前述任一实施例的中所描述的方法,在此不再赘述。
另一方面,本发明提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例中所提供的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法的步骤。该计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储样本数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。
另一方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例中所提供的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已,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 (10)
1.基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,包括:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量;
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在步进应力试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器的可靠性。
2.根据权利要求1所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S1),在HALT试验中,多个AFSS吸波器作为样本进行步进应力试验,应力水平不断递增的j级试验应力为S1,S2,...,Si,...,Sj,应力S1,S2,...,Si,...,Sj对应的试验时间分别为t1,t2,...,ti,...,tj,即第1级应力S1下试验时间为t1,第2级应力S2下试验时间为t2,以此类推,第j级应力Sj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级应力Si开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。
3.根据权利要求2所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S2)中,将S1,S2,…,Si-1应力下所进行的步进应力试验看作是Si应力下的试验,将前面S1,S2,...,Si-1应力下的试验时间之和等效为Si应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为S1,S2,…Si-1应力下的试验时间之和,tbefore等效为Si应力下的试验时间;AFp为Sp应力等效于Si应力的加速因子;tp为Sp应力下的试验时间,p=1,2,...,i-1;
于是,Si应力下的试验时间为:
将Si应力看作可靠性评估的起始应力,在步进应力试验中,Si,Si+1,…,Sj应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,…,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,...,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Si应力下的性能退化量。
4.根据权利要求3所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S3)包括以下步骤:
(3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设有N个AFSS吸波器样本进行步进应力试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在Si,Si+1,...,Sj应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,...,M,n=1,2,…,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm;
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型;
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间;
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的模型参数进行估计;
其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接对所述最大似然函数取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量;
(3.4)将估计得到的模型参数μ、σ带入AFSS吸波器的性能退化过程模型中,得到AFSS吸波器的寿命分布函数。
5.基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,包括:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量,在HALT试验中,考虑的应力类型为振动,多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,获取AFSS吸波器在振动步进试验中的步进性能退化量;
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在振动步进试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器振动应力下的可靠性。
6.根据权利要求5所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S1),多个AFSS吸波器作为振动步进试验的样本进行振动步进试验,振动应力水平不断递增的j级试验振动应力为W1,W2,…,Wi,…,Wj,振动应力W1,W2,...,Wi,…,Wj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级振动应力W1下试验时间为t1,第2级振动应力W2下试验时间为t2,以此类推,第j级振动应力Wj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级振动应力Wi开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比。
7.根据权利要求6所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S2),将W1,W2,…,Wi-1振动应力下所进行的振动步进试验看作是Wi振动应力下的试验,将前面W1,W2,…,Wi-1振动应力下的试验时间之和等效为Wi振动应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为W1,W2,...,Wi-1振动应力下的试验时间之和,tbefore等效为Wi振动应力下的试验时间;VarAF为Wp振动应力等效于Wi振动应力的加速因子;tp为Wp振动应力下的试验时间,p=1,2,...,i-1;
式中Vi为Wi振动应力下的寿命;Vp为Wp振动应力下的寿命;Wi为等效随机振动工作条件的均方根加速度值,根据等效环境的随机振动工作条件获得;Wp为随机振动加速试验条件的均方根加速度值,根据随机振动加速试验条件获得;m为4;
于是,Wi振动应力下的试验时间为:
将Wi振动应力看作可靠性评估的起始振动应力,在振动步进试验中,Wi,Wi+1,...,Wj振动应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,...,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,…,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Wi振动应力下的性能退化量。
8.根据权利要求7所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S3)包括以下步骤:
(3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设N个AFSS吸波器样本进行振动步进试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在Wi,Wi+1,…,Wj振动应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,…,M,n=1,2,...,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm;
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型;
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间;
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的模型参数进行估计;
其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接对所述最大似然函数取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量;
(3.4)将估计得到的模型参数μ、σ带入AFSS吸波器的性能退化过程模型中,得到AFSS吸波器的寿命分布函数。
9.基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,包括:
(S1)获取AFSS吸波器在HALT试验中的性能退化量,在HALT试验中,考虑的应力类型为温度,多个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验,获取AFSS吸波器在高温步进试验中的步进性能退化量;
(S2)基于时间等效理论,将AFSS吸波器在高温步进试验中的性能退化量等效为AFSS吸波器在基准条件下的性能退化量;
(S3)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,基于基准条件下的性能退化量对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的参数进行求解,得到AFSS吸波器的寿命分布函数;
(S4)基于所述AFSS吸波器的寿命分布函数,预测AFSS吸波器的剩余寿命,评估AFSS吸波器高温应力下的可靠性。
10.根据权利要求9所述的基于HALT试验的AFSS吸波器可靠性评估方法,其特征在于,步骤(S1)中,N个AFSS吸波器作为高温步进试验的样本进行高温步进试验,高温应力水平不断递增的j级试验高温应力为T1,T2,…,Ti,...,Tj,高温应力T1,T2,…,Ti,…,Tj对应的试验时间分别为t1,t2,…,ti,…,tj,即第1级高温应力T1下试验时间为t1,第2级高温应力T2下试验时间为t2,以此类推,第j级高温应力Tj下试验时间为tj,通过步进应力试验获取各样本在不同时刻的步进性能退化量,设从第i级高温应力Ti开始AFSS吸波器出现非零退化增量,所述性能退化量包括失效二极管个数占比;
步骤(S2)中,将T1,T2,...,Ti-1高温应力下所进行的高温步进试验看作是Ti高温应力下的试验,将前面T1,T2,...,Ti-1高温应力下的试验时间之和等效为Ti高温应力下的试验时间,如下:
式中,tbefore为T1,T2,…,Ti-1高温应力下的试验时间之和,tbefore等效为Ti高温应力下的试验时间;TAF为Tp高温应力等效于Ti高温应力的加速因子;tp为Tp高温应力下的试验时间,p=1,2,…,i-1;
式中,Li为Ti高温应力下的寿命;Lp为Tp高温应力下的寿命;Ti为等效高温应力的绝对温度,根据等效环境的温度工作条件获得;Tp为高温下加速应力的绝对温度,根据高温试验条件获得;Ea为失效反应的激活能,单位为eV,取值范围为0.4~0.7eV;k=8.617×10-5为玻尔兹曼常数,单位为eV/K;
于是,Ti高温应力下的试验时间为:
将Ti高温应力看作可靠性评估的起始温度应力,在高温步进试验中,Ti,Ti+1,…,Tj高温应力下对应的试验时间为t′i,ti+1,…,tj,分别通过式时间等效为基准条件下的试验时间t′inv_i,t′inv_i+1,…,t′inv_j,其中t′inv_i对应的性能退化量为Ti高温应力下的性能退化量;
步骤(S3)包括以下步骤:
(3.1)计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量;
设N个AFSS吸波器样本进行高温步进试验,从各样本自开始出现非零退化增量时刻起,在T1,T2,...,Ti,…,Tj高温应力下对应的试验时间t′i,ti+1,…,tj内测量出M个时刻的性能退化量,计算各样本在各具有非零退化量时刻的性能退化增量,Δxmn=Xm+1,n-Xm,n,其中m=1,2,…,M,n=1,2,…,N,Xm+1,n和Xm,n分别表示第n个样本在第m+1个时刻和第m个时刻对应的性能退化量,Δtm=tm+1-tm;
(3.2)基于Wiener随机过程对AFSS吸波器的性能退化过程建模,得到AFSS吸波器的性能退化过程模型;
其中AFSS吸波器的性能退化指标的失效阈值为D,F(t)为累积分布函数,μ为漂移系数,σ为扩散系数,t为时间;
(3.3)采用极大似然法对AFSS吸波器的性能退化过程模型中的模型参数进行估计;
其中AFSS吸波器的性能退化过程模型的最大似然函数为:
直接对所述最大似然函数取对数后分别对μ、σ求偏导数,并令偏导数为0,求得未知参数μ、σ的极大似然估计值为:
其中,Δtm为第m个时刻的时间增量,Δtmn为第n个样本在第m个时刻的时间增量;
(3.4)将估计得到的模型参数μ、σ带入AFSS吸波器的性能退化过程模型中,得到AFSS吸波器的寿命分布函数。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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