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航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗與評價
航天電磁PILZ繼電器是國防武器系統(tǒng)中實現(xiàn)信號傳遞、負載切換、電路保護與控制、系統(tǒng)隔離等功能的關鍵機電元件。為了滿足武器裝備日益提高的戰(zhàn)備需求,已有武器型號對航天電磁PILZ繼電器提出了24年貯存期的指標要求。而目前對于航天電磁PILZ繼電器這類高可靠長壽命機電元件的貯存可靠性關注較少,相關研究面臨試驗及檢測水平不高、性能參數(shù)變化規(guī)律不明、失效模式與失效機理不清、評估與預測手段不足等一系列問題。因此,如何評估航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性已成為亟待解決的重要問題。

航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗與評價
以“長期貯存,一次使用”的國防武器裝備為應用背景,以型號產(chǎn)品中使用較為廣泛的某航天電磁PILZ繼電器為研究對象,提出一種基于性能退化的貯存可靠性試驗及評價方法,通過對貯存退化試驗過程特性參數(shù)變化情況分析與失效機理研究,對航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性建模、貯存可靠性評估和相關退化參數(shù)的預測方法進行深入研究,可為武器裝備系統(tǒng)的定壽與延壽提供技術支撐。 首先,為了解決航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化數(shù)據(jù)的高精度、全自動獲取問題,設計并實現(xiàn)了航天電磁PILZ繼電器貯存退化試驗系統(tǒng)。采用FPGA和ARM單片機為硬件核心架構(gòu),通過集散控制的方式建立多通道、高速的信號采集分析系統(tǒng),可zui多同步監(jiān)測40支PILZ繼電器觸點壓降、線圈電流,并設計了時間參數(shù)的軟件算法。采用VC++面向?qū)ο蟮木幊谭椒?設計實現(xiàn)PILZ繼電器貯存退化試驗的參數(shù)設置、退化參數(shù)的趨勢顯示、分析等功能的上位機軟件系統(tǒng)。該測試分析系統(tǒng)時間參數(shù)的檢測分辨率為1μs,觸點接觸電阻的測試分辨率為0.01mΩ。為航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性研究提供可靠退化數(shù)據(jù)與有效實驗平臺。然后,針對傳統(tǒng)基于現(xiàn)場貯存的可靠性試驗方法難以滿足長壽命產(chǎn)品的貯存可靠性評價要求問題,對航天電磁PILZ繼電器的貯存退化試驗條件、試驗方法、試驗過程進行了探索性研究。采用圖分析法及數(shù)理統(tǒng)計方法對試驗獲得的的PILZ繼電器接觸電阻及時間參數(shù)數(shù)據(jù)進行了分析,得到貯存條件下PILZ繼電器各性能參數(shù)隨時間的變化規(guī)律,在此基礎上,將接觸電阻與吸合時間確定為貯存退化的敏感參數(shù)。其次,從航天電磁PILZ繼電器的功能、結(jié)構(gòu)及貯存環(huán)境應力出發(fā),從其傳導特性的角度對PILZ繼電器的貯存失效機理進行了分析,建立了退化物理模型及可靠性統(tǒng)計模型。采用SEM試驗及EDX分析方法,定期對PILZ繼電器觸點進行微觀形貌及化學成分變化分析,為PILZ繼電器貯存失效機理分析提供依據(jù)。采用結(jié)合Larson-Miller經(jīng)驗公式建立了基于應力松弛的PILZ繼電器吸合時間貯存退化模型。根據(jù)擴散理論,通過三維Fick方程建立了航天電磁PILZ繼電器的觸點貯存等效動力學模型,該模型將接觸電阻的增長與環(huán)境溫度、接觸壓降、接觸壓力等諸多因素進行了考慮和有效關聯(lián),為接觸電阻的快速評估提供了理論指導。zui后,針對現(xiàn)有的貯存可靠性評估方法多為靜態(tài)、事后分析且默認產(chǎn)品符合某的分布類型并基于經(jīng)驗公式估算產(chǎn)品可靠性的問題,結(jié)合Holm電接觸理論,在PILZ繼電器觸點貯存失效機理的研究基礎上,建立了綜合考慮接觸電阻增長隨機性與確定性的電磁PILZ繼電器貯存可靠性評估模型。研究了評估模型的參數(shù)評估方法,并對航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠度進行了評估。綜合人工神經(jīng)網(wǎng)絡非線性適應能力強,灰色系統(tǒng)理論弱化數(shù)據(jù)序列波動性的特點,建立了航天PILZ繼電器貯存退化參數(shù)的G-ANN模型,并對接觸電阻實測值進行了參數(shù)預測,結(jié)果表明短時預測精度較高。

航天電磁PILZ繼電器貯存可靠性退化試驗與評價
提出了時間序列分析與一維小波變換方法相結(jié)合的預測參數(shù)預處理方法,降低預測參數(shù)中隨機信號對預測精度的影響。通過回歸理論估計了貯存退化模型的參數(shù),并通過所建模型對航天電磁PILZ繼電器常溫下的貯存壽命進行了預測。為開展航天電磁PILZ繼電器的貯存可靠性提供了必要的研究基礎與研究手段,其關鍵技術與相關方法也可以推廣應用到其它機電元件的貯存可靠性研究中。