中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：根據(jù)中紅外固體激光器的整機(jī)結(jié)構(gòu)確定中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件和可靠性結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配；根據(jù)各關(guān)鍵部件的失效機(jī)理確定各關(guān)鍵部件的敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面；根據(jù)所述敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，并根據(jù)加速壽命試驗(yàn)后的單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定符合單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型確定各關(guān)鍵部件的壽命分布函數(shù)，提取各關(guān)鍵部件的可靠度模型；根據(jù)各關(guān)鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結(jié)構(gòu)模型確定整機(jī)可靠度模型，并根據(jù)所述整機(jī)可靠度模型計(jì)算在設(shè)定可靠度條件下中紅外固體激光器的MTBF指標(biāo)。
【專利說明】中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中紅外固體激光器，特別是涉及一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在紅外波段，由于大氣的吸收作用，只留下了 3個(gè)重要的“窗口區(qū)”，分別是I?3μπι、3?5μπι、8?12 μ m，而對(duì)于紅外激光的應(yīng)用主要集中在3?5μπι中紅外波段。中紅外固體激光器光源在激光定向、紅外遙感、紅外測(cè)距、氣體探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，中紅外固體激光器光源的壽命指標(biāo)是影響其應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)，但到現(xiàn)在為止，還沒有相關(guān)的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法。
[0003]近幾年來，由于高光束質(zhì)量的LD激光泵浦原和高質(zhì)量的中、遠(yuǎn)紅外激光透光波段的非線性光學(xué)材料的研究開發(fā)(如ZnGeP2、AgGaSe2、AgGaS2等晶體材料)，利用光參量效應(yīng)中的光參量振蕩來實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧范圍的中紅外激光輸出已成為當(dāng)前獲得中紅外固體激光器的主流技術(shù)。
[0004]傳統(tǒng)的產(chǎn)品壽命檢測(cè)方法中，通過在正常條件下做壽命試驗(yàn)來獲得產(chǎn)品的壽命特征。但對(duì)于中紅外固體激光器，如果采用常規(guī)壽命試驗(yàn)的方法往往需要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的試驗(yàn)費(fèi)用，甚至所需要的試驗(yàn)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于研制周期，不可能在投入使用前完成壽命驗(yàn)證。因此，如何在不改變產(chǎn)品失效機(jī)理的前提下，快速檢測(cè)出中紅外固體激光器的壽命，成為一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，本發(fā)明提供一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，能夠快速檢測(cè)出中紅外固體激光器的壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]根據(jù)中紅外固體激光器的整機(jī)結(jié)構(gòu)確定中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件和可靠性結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配；
[0009]根據(jù)各關(guān)鍵部件的失效機(jī)理確定各關(guān)鍵部件的敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面；
[0010]根據(jù)所述敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面進(jìn)行加速壽命試驗(yàn),并根據(jù)加速壽命試驗(yàn)后的單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定符合單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型；
[0011]根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型確定各關(guān)鍵部件的壽命分布函數(shù)，提取各關(guān)鍵部件的可靠度模型；
[0012]根據(jù)各關(guān)鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結(jié)構(gòu)模型確定整機(jī)可靠度模型，并根據(jù)所述整機(jī)可靠度模型計(jì)算在設(shè)定可靠度條件下中紅外固體激光器的MTBF指標(biāo)。
[0013]由以上方案可以看出，本發(fā)明的一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，基于可靠性分配理論，通過中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件的加速壽命評(píng)價(jià)結(jié)果來評(píng)價(jià)整機(jī)的壽命。使用本發(fā)明的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，克服了傳統(tǒng)整機(jī)系統(tǒng)壽命指標(biāo)通過對(duì)整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行壽命試驗(yàn)而進(jìn)行評(píng)價(jià)的弊端，能夠最大程度上的降低試驗(yàn)消耗；此外，利用本發(fā)明提供的壽命檢測(cè)方法，能夠針對(duì)關(guān)鍵部件的主要失效機(jī)理設(shè)置加速試驗(yàn)應(yīng)力，避免了針對(duì)整機(jī)系統(tǒng)開展加速壽命試驗(yàn)過程中失效機(jī)理發(fā)生漂移的風(fēng)險(xiǎn)，能夠快速、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)出中紅外固體激光器的壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]參見圖1所示，一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0017]步驟S101，對(duì)中紅外固體激光器進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)分析的結(jié)果確定中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件和可靠性結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配，然后進(jìn)入步驟S102。
[0018]作為一個(gè)較好的實(shí)施例，對(duì)于米用0P0(0ptical Parametric Oscillator,光學(xué)參量振蕩器)技術(shù)獲得中紅外激光輸出的中紅外固體激光器來講，其關(guān)鍵部件主要包括:793nm半導(dǎo)體激光器泵源，2 μ m固體激光器模塊、3?5 μ m光學(xué)參量振蕩腔(OPO)模塊等。
[0019]作為一個(gè)較好的實(shí)施例,本發(fā)明中可以采用故障樹分析(Fault Tree Analysis)法來獲取所述可靠性結(jié)構(gòu)模型，以直觀、明了地得到本發(fā)明中需要的可靠性結(jié)構(gòu)模型。
[0020]另外，作為一個(gè)較好的實(shí)施例，上述根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配的過程具體可以包括如下:獲取各關(guān)鍵部件的成熟程度、重要程度、復(fù)雜程度等因素，然后根據(jù)所述各關(guān)鍵部件的成熟程度、重要程度、復(fù)雜程度因素對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配。
[0021]步驟S102，對(duì)各關(guān)鍵部件的主要失效機(jī)理進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果確定關(guān)鍵部件的敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面，然后進(jìn)入步驟S103。
[0022]中紅外固體激光器主要應(yīng)用在車載或機(jī)載環(huán)境，在應(yīng)用過程中，中紅外固體激光器的熱效應(yīng)是導(dǎo)致其失效的主要因素，因此，作為一個(gè)較好的實(shí)施例，本發(fā)明中所述敏感應(yīng)力可以為溫度應(yīng)力。
[0023]另外，作為一個(gè)較好的實(shí)施例，所述確定各關(guān)鍵部件加速試驗(yàn)剖面的過程具體可以包括如下:設(shè)置一個(gè)應(yīng)力水平，最低應(yīng)力水平下的應(yīng)力值設(shè)置為各關(guān)鍵部件的正常工作時(shí)的應(yīng)力值，最高應(yīng)力水平下的應(yīng)力值通過摸底試驗(yàn)確定，在最低應(yīng)力水平和最高應(yīng)力水平之間選取設(shè)定個(gè)數(shù)(例如3組以上)的加速試驗(yàn)剖面以開展加速壽命試驗(yàn)。
[0024]進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，需要結(jié)合摸底試驗(yàn)結(jié)果，基于累積損傷等理論，結(jié)合中紅外固體激光器實(shí)際工況設(shè)計(jì)完整的加速壽命試驗(yàn)剖面。一般可選取I個(gè)應(yīng)力水平，讓試驗(yàn)樣件由低到高逐次承受，考慮到后續(xù)數(shù)值計(jì)算的復(fù)雜程度，I 一般可取3-5個(gè)。最低應(yīng)力水平SI的數(shù)值應(yīng)適當(dāng)靠近中紅外固體激光器各部件正常工作時(shí)的應(yīng)力水平，最高應(yīng)力水平SI應(yīng)在不改變失效機(jī)理的條件下盡量高。在確定了各加速應(yīng)力在最低應(yīng)力水平下的最低值和最高應(yīng)力水平下的最高值后，在中間的各種應(yīng)力水平下，各種加速應(yīng)力值可以處于最低值與最高值之間，適當(dāng)分散取值。
[0025]步驟S103，根據(jù)所述敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，并對(duì)加速壽命試驗(yàn)后的單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果確定符合單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)入步驟S104。
[0026]作為一個(gè)較好的實(shí)施例，所述進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)的過程具體可以包括如下:在同一批中紅外固體激光器產(chǎn)品中隨機(jī)選取預(yù)定個(gè)數(shù)的試驗(yàn)樣本，并通過預(yù)先制訂的失效判據(jù)來判斷試驗(yàn)樣本是否失效，依此確定各關(guān)鍵部件的失效時(shí)間，按照設(shè)定的測(cè)試周期進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)。
[0027]具體的，在選取試驗(yàn)樣本時(shí)，需在同一批產(chǎn)品中隨機(jī)抽取，可隨機(jī)抽取N個(gè)樣本，N最好不小于3，但因中紅外固體激光器價(jià)高量少，通過改變激光入射位置能夠?qū)崿F(xiàn)再次利用，可適當(dāng)減少試驗(yàn)樣本數(shù)量。
[0028]對(duì)于中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件如793nm半導(dǎo)體激光器泵源，2 μ m固體激光器模塊、3?5 μ m光學(xué)參量振蕩腔(OPO)模塊，均可定義為當(dāng)各關(guān)鍵部件模塊的輸出功率下降到初始值的80 %時(shí)，作為失效判據(jù)，判定為試驗(yàn)樣本失效。
[0029]另外，本發(fā)明中，在加速壽命試驗(yàn)過程中有自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，能準(zhǔn)確的獲得試驗(yàn)樣本的失效時(shí)間。但這樣做，常常在費(fèi)用和技術(shù)上有困難。因此還可以采用定時(shí)檢測(cè)的方法，在開始時(shí)測(cè)試周期可適當(dāng)放長(zhǎng)，然后逐漸縮短，再逐漸加長(zhǎng)。在每一個(gè)應(yīng)力水平下，試驗(yàn)的測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)不應(yīng)少于5個(gè)。
[0030]需要說明的是，本發(fā)明中可以采用線性擬合、擬合優(yōu)度檢驗(yàn)或顯著性檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)分析方法來對(duì)單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，據(jù)此確定符合單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型。并且作為一個(gè)較好的實(shí)施例，該數(shù)學(xué)模型可以是指數(shù)分布模型、威布爾分布模型或正態(tài)分布模型等。
[0031]步驟S104，根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型確定各關(guān)鍵部件的壽命分布函數(shù)，提取各關(guān)鍵部件的可靠度模型，然后進(jìn)入步驟S105。
[0032]具體的，本發(fā)明中可以依據(jù)步驟S103的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，利用weibull分析軟件中的指數(shù)分布分析模塊、威布爾分布分析模塊或正態(tài)分布分析模塊來確定各關(guān)鍵部件的壽命分布函數(shù)，提取各關(guān)鍵部件的可靠度函數(shù)。
[0033]步驟S105，根據(jù)各關(guān)鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結(jié)構(gòu)模型確定整機(jī)可靠度模型，對(duì)于中紅外固體激光器可以采用串聯(lián)模型進(jìn)行整體可靠度函數(shù)的提??；并根據(jù)所述整機(jī)可靠度模型計(jì)算在設(shè)定可靠度條件下(例如該設(shè)定可靠度可以取值為0.7或0.8等數(shù)值)中紅外固體激光器的MTBF(Mean Time Between Failure,平均故障間隔時(shí)間)指標(biāo)。需要說明的是，該MTBF指標(biāo)也就是中紅外固體激光器的平均壽命。
[0034]通過以上方案可以看出，本發(fā)明的一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，基于可靠性分配理論，通過中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件的加速壽命評(píng)價(jià)結(jié)果來評(píng)價(jià)整機(jī)的壽命。使用本發(fā)明的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，克服了傳統(tǒng)整機(jī)系統(tǒng)壽命指標(biāo)通過對(duì)整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行壽命試驗(yàn)而進(jìn)行評(píng)價(jià)的弊端，能夠最大程度上的降低試驗(yàn)消耗；此外，利用本發(fā)明提供的壽命檢測(cè)方法，能夠針對(duì)關(guān)鍵部件的主要失效機(jī)理設(shè)置加速試驗(yàn)應(yīng)力，避免了針對(duì)整機(jī)系統(tǒng)開展加速壽命試驗(yàn)過程中失效機(jī)理發(fā)生漂移的風(fēng)險(xiǎn)，能夠快速、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)出中紅外固體激光器的壽命。
[0035]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)中紅外固體激光器的整機(jī)結(jié)構(gòu)確定中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件和可靠性結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配； 根據(jù)各關(guān)鍵部件的失效機(jī)理確定各關(guān)鍵部件的敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面； 根據(jù)所述敏感應(yīng)力以及加速試驗(yàn)剖面進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)，并根據(jù)加速壽命試驗(yàn)后的單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定符合單組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型確定各關(guān)鍵部件的壽命分布函數(shù)，提取各關(guān)鍵部件的可靠度模型； 根據(jù)各關(guān)鍵部件的可靠度模型以及所述可靠性結(jié)構(gòu)模型確定整機(jī)可靠度模型，并根據(jù)所述整機(jī)可靠度模型計(jì)算在設(shè)定可靠度條件下中紅外固體激光器的MTBF指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述中紅外固體激光器的關(guān)鍵部件包括:793nm半導(dǎo)體激光器泵源、2 μ m固體激光器模塊以及3?5 μ m光學(xué)參量振蕩腔模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)的過程包括: 在同一批中紅外固體激光器產(chǎn)品中選取預(yù)定個(gè)數(shù)的試驗(yàn)樣本，并通過預(yù)先制訂的失效判據(jù)來判斷試驗(yàn)樣本是否失效，確定各關(guān)鍵部件的失效時(shí)間，按照設(shè)定的測(cè)試周期進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述判斷試驗(yàn)樣本是否失效的過程包括:若各關(guān)鍵部件輸出功率下降到初始值的80%，則判定為試驗(yàn)樣本失效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)可靠性分配理論對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配的過程包括: 獲取各關(guān)鍵部件的成熟程度、重要程度、復(fù)雜程度因素，根據(jù)所述各關(guān)鍵部件的成熟程度、重要程度、復(fù)雜程度因素對(duì)所述關(guān)鍵部件進(jìn)行指標(biāo)分配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，確定各關(guān)鍵部件的加速試驗(yàn)剖面的過程包括: 設(shè)置一個(gè)應(yīng)力水平，最低應(yīng)力水平下的應(yīng)力值設(shè)置為各關(guān)鍵部件的正常工作時(shí)的應(yīng)力值，最高應(yīng)力水平下的應(yīng)力值通過摸底試驗(yàn)確定，在最低應(yīng)力水平和最高應(yīng)力水平之間選取設(shè)定個(gè)數(shù)的加速試驗(yàn)剖面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述敏感應(yīng)力為溫度應(yīng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型為指數(shù)分布模型、威布爾分布模型或正態(tài)分布模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，采用故障樹分析法來獲取所述可靠性結(jié)構(gòu)模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的中紅外固體激光器的壽命檢測(cè)方法，其特征在于，所述設(shè)定可靠度取值為0.7或0.8。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK103940586SQ201410168731
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】路國(guó)光, 謝少鋒, 郝明明, 賴燦雄, 黃云, 恩云飛 申請(qǐng)人:工業(yè)和信息化部電子第五研究所