CN1851409A - 一种压电陀螺的可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电陀螺的可靠性评估方法，该压电陀螺包括敏感器件部分和后部电路部分，所述方法包括如下步骤：对压电陀螺进行分析从而获得基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数；根据所述基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数的乘积评估压电陀螺的可靠性程度。本发明为压电陀螺的失效率水平和可靠性评估提供了准则，为确定压电陀螺可靠性指标，开展电子设备可靠性预计提供依据。

Description

一种压电陀螺的可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及压电陀螺技术，尤其涉及一种基于数理统计和失效物理的压电陀螺的可靠性评估方法。

背景技术

压电陀螺是惯性系统中重要的核心部件之一，它包括两个部分，即敏感器件部分和电路部分，其中任何一部分出现故障(不合格)，压电陀螺就失效。压电陀螺的可靠性已经成为人们关注的焦点，各国都在开展相应的研究。例如：美国通用电气公司开展了压电陀螺的实验室寿命试验和现场使用评估试验，其中试验室进行了17000h的寿命试验没有发生故障。预计发生故障的平均间隔为42000h，大约是普通陀螺故障间隔的5倍。国内的有关厂所也曾对压电陀螺开展过运行寿命试验，将陀螺固定在试验架上，考核能正常工作的时间。但是，目前关于压电陀螺的可靠性水平等信息，几乎大都是基于可靠性试验的试验数据统计而预测性的给出的，并没有形成统一的、定量的可靠性评估方法。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种压电陀螺的可靠性评估方法，实现对压电陀螺的定量可靠性预计。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种压电陀螺的可靠性评估方法，该压电陀螺包括敏感器件部分和后部电路部分，所述方法包括如下步骤：

(1)对压电陀螺进行分析从而获得基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数；

(2)根据所述基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数的乘积评估压电陀螺的可靠性程度。

所述基本失效率和环境系数是以压电陀螺的失效模式及其影响程度为基础，通过对压电陀螺大量的现场使用数据进行分析来获得的。

所述复杂度系数、结构系数和应用系数是通过对压电陀螺进行可靠性试验、对比试验来获得的。

通过收集与分析压电陀螺使用信息与生产工艺、筛选信息来验证基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数和应用系数的准确性。

在压电陀螺的可靠性试验中，采用了“RSM”方法进行样品的组合，保证了以少量的样品获得较多的数据。

所述基本失效率为敏感器件基本失效率和后部电路基本失效率之和，所述后部电路基本失效率为后部电路所用元器件失效率之和。

根据压电陀螺的复杂度，得到不同的复杂度系数：当压电陀螺为单轴压电陀螺时，复杂度系数为1；当压电陀螺为双轴压电陀螺时，复杂度系数为1.1；当压电陀螺为三轴压电陀螺时，复杂度系数为2.2。

根据压电陀螺的振梁长度，得到不同的结构系数：当振梁长度为30mm时，结构系数为0.8；当振梁长度为40mm时，结构系数为1.0；当振梁长度为60mm时，结构系数为1.5。

根据压电陀螺的应用模式，得到不同的应用系数：当应用模式为角速度时，应用系数为1.0；当应用模式为角加速度时，应用系数为1.5；当应用模式为角位移时，应用系数为1.8。

根据压电陀螺的成熟程度，得到不同的成熟系数：当成熟程度为质量尚未稳定时，应用系数为1.5；当成熟程度为符合生产标准并已稳定生产时，应用系数为3.0；当成熟程度为试制或设计工艺有重大变更时，应用系数为5.5。

与现有技术相比，本发明为压电陀螺的失效率水平和可靠性评估提供了准则，为确定压电陀螺可靠性指标，开展电子设备可靠性预计提供依据。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的方法流程框图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的压电陀螺的可靠性评估方法包括如下步骤：

(1)通过分析压电陀螺的特点、主要失效模式及其对可靠性的影响程度，初步建立压电陀螺可靠性预计数学模型；

(2)通过分析压电陀螺的大量的工艺数据、试验数据和现场数据，获得可靠性预计模型中的各模型系数，包括：基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数；

(3)压电陀螺可靠性预计模型工程使用，通过收集与分析压电陀螺的使用信息来完善并验证各模型系数的准确性；

(4)建立最终的压电陀螺可靠性预计模型，用数学模型定量描述压电陀螺失效率与使用环境、产品结构、应用模式、产品成熟度等主要影响因素的关系，根据基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数的乘积获得压电陀螺的可靠性水平。

在上述方法中：

可靠性预计数学模型是在分析压电陀螺的特点、主要失效模式及其对可靠性的影响程度的基础上建立的；

压电陀螺可靠性预计模型，用数学模型定量描述压电陀螺失效率与使用环境、产品结构、应用模式、产品成熟度等主要影响因素的关系；

所述基本失效率为敏感器件基本失效率和后部电路基本失效率之和，所述后部电路基本失效率为后部电路所用元器件失效率之和，基本失效率通过对压电陀螺大量的现场使用数据进行分析来获得的；

所述环境系数是通过对压电陀螺大量的现场使用数据进行分析来获得的；

所述复杂度系数、结构系数和应用系数是通过对压电陀螺进行可靠性试验、对比试验来获得的。

通过收集与分析压电陀螺使用信息与生产工艺、筛选信息来验证基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数和应用系数的准确性。

在压电陀螺的可靠性试验中，采用了“RSM”方法进行样品的组合，保证了以少量的样品获得较多的数据。

根据压电陀螺的复杂度，得到不同的复杂度系数：当压电陀螺为单轴压电陀螺时，复杂度系数为1；当压电陀螺为双轴压电陀螺时，复杂度系数为1.1；当压电陀螺为三轴压电陀螺时，复杂度系数为2.2。

根据压电陀螺的振梁长度，得到不同的结构系数：当振梁长度为30mm时，结构系数为0.8；当振梁长度为40mm时，结构系数为1.0；当振梁长度为60mm时，结构系数为1.5。

根据压电陀螺的应用模式，得到不同的应用系数：当应用模式为角速度时，应用系数为1.0；当应用模式为角加速度时，应用系数为1.5；当应用模式为角位移时，应用系数为1.8。

根据压电陀螺所处的环境，得到不同的环境系数：当环境为G_B时，环境系数为1.0；当环境为G_MS时，环境系数为1.3；当环境为G_F1时，环境系数为2.0；当环境为G_F2时，环境系数为5.0；当环境为G_M1时，环境系数为6.0；当环境为G_M2时，环境系数为11；当环境为M_P2时，环境系数为9.0；当环境为N_SB时，环境系数为6.0；当环境为N_S1时，环境系数为2.5；当环境为N_S2时，环境系数为7.0；当环境为N_U时，环境系数为17；当环境为A_IF时，环境系数为16；当环境为A_UF时，环境系数为22；当环境为A_IC时，环境系数为8.0；当环境为A_UC时，环境系数为12；当环境为A_RW时，环境系数为36；当环境为S_F时，环境系数为0.50；当环境为M_L时，环境系数为66；当环境为M_F时，环境系数为33。

根据压电陀螺生产的成熟程度，得到不同的成熟系数：当成熟程度为符合生产标准并已稳定生产时，成熟系数为1.0；当成熟程度为质量尚未稳定时，成熟系数为3.0；当成熟程度为试制或设计工艺有重大变更时，成熟系数为5.5。

压电陀螺的失效率由两部分贡献，一部分是敏感器件，另一部分是后部电路；另外，敏感器件也有不同的规格，国内一般为30mm、40mm、60mm三种；就陀螺复杂性而言，又分为单轴、双轴、三轴三种情况；就惯性器件而言，在陀螺的基础上，还扩展出角速度、角加速度、角位移三种不同的应用情况。

通过现场和工艺数据的分析，发现这些因素对其可靠性都有影响。下面结合表格进一步描述压电陀螺的可靠性预计模型：

                 λ_P＝(λ_b1+λ_b2)π_Cπ_Aπ_kπ_Eπ_L.............................................(1)

式中：

λ_P——工作失效率，10^-6/h；

λ_b1——压电陀螺敏感器件基本失效率，10^-6/h，取值为0.5；

λ_b2——压电陀螺后部电路基本失效率，10^-6/h；

π_C——复杂度系数，见表1；

π_k——结构系数，见表2；

π_A——应用系数，见表3；

π_E——环境系数，见表4；

π_L——成熟系数，见表5。

压电陀螺后部电路基本失效率模型见式(2)。

${\mathrm{\λ}}_{b2}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Pi}}{N}_i\·\·\·\left(2\right)$

式中：

——后部电路所用元器件失效率之和；

N_i——某一种类元器件数；

λ_Pi——某一种类元器件的工作失效率，10^-6/h。

             表1  复杂度系数π_C

轴数	单轴	双轴	三轴
				πC	1.0	1.1	2.2

             表2  结构系数π_k

振梁长度(mm)	30	40	60
				πk	0.8	1.0	1.5

                表3  应用系数π_A

应用模式	角速度	角加速度	角位移
				πA	1.0	1.5	1.8

                                                表4  环境系数π_E

环境	GB	GMS		GF1		GF2		GM1		GM2		MP		NSB		NS1
																	πE	1.0	1.3		2.0		5.0		6.0		11		9.0		6.0		2.5
环境	NS2	NU	AIF		AUF		AIC		AUC		ARW		SF		ML	MF
																	πE	7.0	17	16		22		8.0		12		36		0.50		66	33

                                    表5  成熟系数π_L

成熟程度	符合生产标准已稳定生产的产品	质量尚未稳定的产品	试制品或设计工艺有重大变更的产品
				πL	1.0	3.0	5.5

压电陀螺可靠性评估模型的表达上符合GJB/Z299的习惯，采用乘积的形式；模型因子的确定以压电陀螺的失效模式和失效原因为基础，以失效物理为基础；模型因子系数的确定采用了“统计数学”的方法；此外，在压电陀螺的可靠性试验中，采用了“RSM”方法进行样品的组合，保证了以少量的样品获得较多的数据；同时，试验采用了“对比试验和极限试验”的思想。

本发明考虑了不同传输模式的压电陀螺的可靠性差别、不同的端面形式的压电陀螺的可靠性差别、不同连接形式的压电陀螺的可靠性差别，较全面地考虑了不同结构和种类的压电陀螺的可靠性差别，基本上覆盖了目前压电陀螺的种类。本发明为压电陀螺的失效率水平和可靠性评估提供了准则，为确定压电陀螺可靠性指标，开展电子设备可靠性预计提供依据。

Claims (10)

1、一种压电陀螺的可靠性评估方法，该压电陀螺包括敏感器件部分和后部电路部分，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)对压电陀螺进行分析从而获得基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数；

(2)根据所述基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数、应用系数和成熟系数的乘积评估压电陀螺的可靠性程度。

2、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，所述基本失效率和环境系数是以压电陀螺的失效模式及其影响程度为基础，通过对压电陀螺大量的现场使用数据进行分析来获得的。

3、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，所述复杂度系数、结构系数和应用系数是通过对压电陀螺进行可靠性试验、对比试验来获得的。

4、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，通过收集与分析压电陀螺使用信息与生产工艺、筛选信息来验证基本失效率、环境系数、复杂度系数、结构系数和应用系数的准确性。

5、如权利要求3所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，在压电陀螺的可靠性试验中，采用了“RSM”方法进行样品的组合，保证了以少量的样品获得较多的数据。

6、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，所述基本失效率为敏感器件基本失效率和后部电路基本失效率之和，所述后部电路基本失效率为后部电路所用元器件失效率之和。

7、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，根据压电陀螺的复杂度，得到不同的复杂度系数：当压电陀螺为单轴压电陀螺时，复杂度系数为1；当压电陀螺为双轴压电陀螺时，复杂度系数为1.1；当压电陀螺为三轴压电陀螺时，复杂度系数为2.2。

8、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，根据压电陀螺的振梁长度，得到不同的结构系数：当振梁长度为30mm时，结构系数为0.8；当振梁长度为40mm时，结构系数为1.0；当振梁长度为60mm时，结构系数为1.5。

9、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，根据压电陀螺的应用模式，得到不同的应用系数：当应用模式为角速度时，应用系数为1.0；当应用模式为角加速度时，应用系数为1.5；当应用模式为角位移时，应用系数为1.8。

10、如权利要求1所述的压电陀螺的可靠性评估方法，其特征在于，根据压电陀螺的成熟程度，得到不同的成熟系数：当成熟程度为质量尚未稳定时，应用系数为1.5；当成熟程度为符合生产标准并已稳定生产时，应用系数为3.0；当成熟程度为试制或设计工艺有重大变更时，应用系数为5.5。

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