中红外固体激光器的寿命检测方法
【专利摘要】本发明提供一种中红外固体激光器的寿命检测方法，该方法包括以下步骤：根据中红外固体激光器的整机结构确定中红外固体激光器的关键部件和可靠性结构模型，并根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配；根据各关键部件的失效机理确定各关键部件的敏感应力以及加速试验剖面；根据所述敏感应力以及加速试验剖面进行加速寿命试验，并根据加速寿命试验后的单组试验数据确定符合单组试验数据分布的数学模型；根据所述数学模型确定各关键部件的寿命分布函数，提取各关键部件的可靠度模型；根据各关键部件的可靠度模型以及所述可靠性结构模型确定整机可靠度模型，并根据所述整机可靠度模型计算在设定可靠度条件下中红外固体激光器的MTBF指标。
【专利说明】中红外固体激光器的寿命检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中红外固体激光器，特别是涉及一种中红外固体激光器的寿命检测方法。
【背景技术】
[0002]在红外波段，由于大气的吸收作用，只留下了 3个重要的“窗口区”，分别是I?3μπι、3?5μπι、8?12 μ m，而对于红外激光的应用主要集中在3?5μπι中红外波段。中红外固体激光器光源在激光定向、红外遥感、红外测距、气体探测、环境监测、生物、医药等领域获得了广泛应用，在这些应用领域中，中红外固体激光器光源的寿命指标是影响其应用的关键指标，但到现在为止，还没有相关的中红外固体激光器的寿命检测方法。
[0003]近几年来，由于高光束质量的LD激光泵浦原和高质量的中、远红外激光透光波段的非线性光学材料的研究开发(如ZnGeP2、AgGaSe2、AgGaS2等晶体材料)，利用光参量效应中的光参量振荡来实现宽调谐范围的中红外激光输出已成为当前获得中红外固体激光器的主流技术。
[0004]传统的产品寿命检测方法中，通过在正常条件下做寿命试验来获得产品的寿命特征。但对于中红外固体激光器，如果采用常规寿命试验的方法往往需要耗费很长的时间和大量的试验费用，甚至所需要的试验时间远远大于研制周期，不可能在投入使用前完成寿命验证。因此，如何在不改变产品失效机理的前提下，快速检测出中红外固体激光器的寿命，成为一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]基于此，本发明提供一种中红外固体激光器的寿命检测方法，能够快速检测出中红外固体激光器的寿命。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]一种中红外固体激光器的寿命检测方法，包括以下步骤:
[0008]根据中红外固体激光器的整机结构确定中红外固体激光器的关键部件和可靠性结构模型，并根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配；
[0009]根据各关键部件的失效机理确定各关键部件的敏感应力以及加速试验剖面；
[0010]根据所述敏感应力以及加速试验剖面进行加速寿命试验,并根据加速寿命试验后的单组试验数据确定符合单组试验数据分布的数学模型；
[0011]根据所述数学模型确定各关键部件的寿命分布函数，提取各关键部件的可靠度模型；
[0012]根据各关键部件的可靠度模型以及所述可靠性结构模型确定整机可靠度模型，并根据所述整机可靠度模型计算在设定可靠度条件下中红外固体激光器的MTBF指标。
[0013]由以上方案可以看出，本发明的一种中红外固体激光器的寿命检测方法，基于可靠性分配理论，通过中红外固体激光器的关键部件的加速寿命评价结果来评价整机的寿命。使用本发明的中红外固体激光器的寿命检测方法，克服了传统整机系统寿命指标通过对整机系统进行寿命试验而进行评价的弊端，能够最大程度上的降低试验消耗；此外，利用本发明提供的寿命检测方法，能够针对关键部件的主要失效机理设置加速试验应力，避免了针对整机系统开展加速寿命试验过程中失效机理发生漂移的风险，能够快速、经济的检测出中红外固体激光器的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的一种中红外固体激光器的寿命检测方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]参见图1所示，一种中红外固体激光器的寿命检测方法，包括以下步骤:
[0017]步骤S101，对中红外固体激光器进行整机结构分析，根据分析的结果确定中红外固体激光器的关键部件和可靠性结构模型，并根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配，然后进入步骤S102。
[0018]作为一个较好的实施例，对于米用0P0(0ptical Parametric Oscillator,光学参量振荡器)技术获得中红外激光输出的中红外固体激光器来讲，其关键部件主要包括:793nm半导体激光器泵源，2 μ m固体激光器模块、3?5 μ m光学参量振荡腔(OPO)模块等。
[0019]作为一个较好的实施例,本发明中可以采用故障树分析(Fault Tree Analysis)法来获取所述可靠性结构模型，以直观、明了地得到本发明中需要的可靠性结构模型。
[0020]另外，作为一个较好的实施例，上述根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配的过程具体可以包括如下:获取各关键部件的成熟程度、重要程度、复杂程度等因素，然后根据所述各关键部件的成熟程度、重要程度、复杂程度因素对所述关键部件进行指标分配。
[0021]步骤S102，对各关键部件的主要失效机理进行分析，根据分析的结果确定关键部件的敏感应力以及加速试验剖面，然后进入步骤S103。
[0022]中红外固体激光器主要应用在车载或机载环境，在应用过程中，中红外固体激光器的热效应是导致其失效的主要因素，因此，作为一个较好的实施例，本发明中所述敏感应力可以为温度应力。
[0023]另外，作为一个较好的实施例，所述确定各关键部件加速试验剖面的过程具体可以包括如下:设置一个应力水平，最低应力水平下的应力值设置为各关键部件的正常工作时的应力值，最高应力水平下的应力值通过摸底试验确定，在最低应力水平和最高应力水平之间选取设定个数(例如3组以上)的加速试验剖面以开展加速寿命试验。
[0024]进行加速寿命试验，需要结合摸底试验结果，基于累积损伤等理论，结合中红外固体激光器实际工况设计完整的加速寿命试验剖面。一般可选取I个应力水平，让试验样件由低到高逐次承受，考虑到后续数值计算的复杂程度，I 一般可取3-5个。最低应力水平SI的数值应适当靠近中红外固体激光器各部件正常工作时的应力水平，最高应力水平SI应在不改变失效机理的条件下尽量高。在确定了各加速应力在最低应力水平下的最低值和最高应力水平下的最高值后，在中间的各种应力水平下，各种加速应力值可以处于最低值与最高值之间，适当分散取值。
[0025]步骤S103，根据所述敏感应力以及加速试验剖面进行加速寿命试验，并对加速寿命试验后的单组试验数据进行分析，根据分析的结果确定符合单组试验数据分布的数学模型，然后进入步骤S104。
[0026]作为一个较好的实施例，所述进行加速寿命试验的过程具体可以包括如下:在同一批中红外固体激光器产品中随机选取预定个数的试验样本，并通过预先制订的失效判据来判断试验样本是否失效，依此确定各关键部件的失效时间，按照设定的测试周期进行加速寿命试验。
[0027]具体的，在选取试验样本时，需在同一批产品中随机抽取，可随机抽取N个样本，N最好不小于3，但因中红外固体激光器价高量少，通过改变激光入射位置能够实现再次利用，可适当减少试验样本数量。
[0028]对于中红外固体激光器的关键部件如793nm半导体激光器泵源，2 μ m固体激光器模块、3?5 μ m光学参量振荡腔(OPO)模块，均可定义为当各关键部件模块的输出功率下降到初始值的80 %时，作为失效判据，判定为试验样本失效。
[0029]另外，本发明中，在加速寿命试验过程中有自动检测设备，能准确的获得试验样本的失效时间。但这样做，常常在费用和技术上有困难。因此还可以采用定时检测的方法，在开始时测试周期可适当放长，然后逐渐缩短，再逐渐加长。在每一个应力水平下，试验的测试点的个数不应少于5个。
[0030]需要说明的是，本发明中可以采用线性拟合、拟合优度检验或显著性检验等统计分析方法来对单组试验数据进行分析，据此确定符合单组试验数据分布的数学模型。并且作为一个较好的实施例，该数学模型可以是指数分布模型、威布尔分布模型或正态分布模型等。
[0031]步骤S104，根据所述数学模型确定各关键部件的寿命分布函数，提取各关键部件的可靠度模型，然后进入步骤S105。
[0032]具体的，本发明中可以依据步骤S103的统计分析结果，利用weibull分析软件中的指数分布分析模块、威布尔分布分析模块或正态分布分析模块来确定各关键部件的寿命分布函数，提取各关键部件的可靠度函数。
[0033]步骤S105，根据各关键部件的可靠度模型以及所述可靠性结构模型确定整机可靠度模型，对于中红外固体激光器可以采用串联模型进行整体可靠度函数的提取；并根据所述整机可靠度模型计算在设定可靠度条件下(例如该设定可靠度可以取值为0.7或0.8等数值)中红外固体激光器的MTBF(Mean Time Between Failure,平均故障间隔时间)指标。需要说明的是，该MTBF指标也就是中红外固体激光器的平均寿命。
[0034]通过以上方案可以看出，本发明的一种中红外固体激光器的寿命检测方法，基于可靠性分配理论，通过中红外固体激光器的关键部件的加速寿命评价结果来评价整机的寿命。使用本发明的中红外固体激光器的寿命检测方法，克服了传统整机系统寿命指标通过对整机系统进行寿命试验而进行评价的弊端，能够最大程度上的降低试验消耗；此外，利用本发明提供的寿命检测方法，能够针对关键部件的主要失效机理设置加速试验应力，避免了针对整机系统开展加速寿命试验过程中失效机理发生漂移的风险，能够快速、经济的检测出中红外固体激光器的寿命。
[0035]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 根据中红外固体激光器的整机结构确定中红外固体激光器的关键部件和可靠性结构模型，并根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配； 根据各关键部件的失效机理确定各关键部件的敏感应力以及加速试验剖面； 根据所述敏感应力以及加速试验剖面进行加速寿命试验，并根据加速寿命试验后的单组试验数据确定符合单组试验数据分布的数学模型； 根据所述数学模型确定各关键部件的寿命分布函数，提取各关键部件的可靠度模型； 根据各关键部件的可靠度模型以及所述可靠性结构模型确定整机可靠度模型，并根据所述整机可靠度模型计算在设定可靠度条件下中红外固体激光器的MTBF指标。
2.根据权利要求1所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述中红外固体激光器的关键部件包括:793nm半导体激光器泵源、2 μ m固体激光器模块以及3?5 μ m光学参量振荡腔模块。
3.根据权利要求1所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述进行加速寿命试验的过程包括: 在同一批中红外固体激光器产品中选取预定个数的试验样本，并通过预先制订的失效判据来判断试验样本是否失效，确定各关键部件的失效时间，按照设定的测试周期进行加速寿命试验。
4.根据权利要求3所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述判断试验样本是否失效的过程包括:若各关键部件输出功率下降到初始值的80%，则判定为试验样本失效。
5.根据权利要求1所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，根据可靠性分配理论对所述关键部件进行指标分配的过程包括: 获取各关键部件的成熟程度、重要程度、复杂程度因素，根据所述各关键部件的成熟程度、重要程度、复杂程度因素对所述关键部件进行指标分配。
6.根据权利要求1所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，确定各关键部件的加速试验剖面的过程包括: 设置一个应力水平，最低应力水平下的应力值设置为各关键部件的正常工作时的应力值，最高应力水平下的应力值通过摸底试验确定，在最低应力水平和最高应力水平之间选取设定个数的加速试验剖面。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述敏感应力为温度应力。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述数学模型为指数分布模型、威布尔分布模型或正态分布模型。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，采用故障树分析法来获取所述可靠性结构模型。
10.根据权利要求1-6任意一项所述的中红外固体激光器的寿命检测方法，其特征在于，所述设定可靠度取值为0.7或0.8。
【文档编号】G01M11/00GK103940586SQ201410168731
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】路国光, 谢少锋, 郝明明, 赖灿雄, 黄云, 恩云飞 申请人:工业和信息化部电子第五研究所