基于多參數(shù)性能退化競(jìng)爭(zhēng)失效的光電探測(cè)器儲(chǔ)存壽命評(píng)估

摘要：針對(duì)光電探測(cè)器的儲(chǔ)存壽命評(píng)估問題，綜合考慮樣品關(guān)鍵性能參數(shù)有無變壞或者向好的趨勢(shì)情況，提出了一種基于蒙特卡洛法的多參數(shù)競(jìng)爭(zhēng)失效儲(chǔ)存壽命評(píng)估新方法。首先，通過性能退化建模選擇單一參數(shù)的最優(yōu)退化模型，從而對(duì)于退化趨勢(shì)遞增的樣品根據(jù)失效閾值計(jì)算其偽壽命，對(duì)于退化趨勢(shì)遞減的樣品將其偽壽命看作右刪失數(shù)據(jù)；然后，根據(jù)偽壽命數(shù)據(jù)結(jié)合最大期望（Expectation Maximization， EM）算法選擇單一性能參數(shù)的最優(yōu)分布；最后，通過蒙特卡洛采樣法進(jìn)行多參數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)失效評(píng)估。以光電探測(cè)器儲(chǔ)存案例為實(shí)例，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：多參數(shù)性能退化；競(jìng)爭(zhēng)失效；儲(chǔ)存壽命；最大期望算法；蒙特卡洛采樣

中圖分類號(hào)：TB114. 3；O213. 2 DOI： 10. 16579/j. issn. 1001. 9669. 2025. 04. 003

0 引言

根據(jù)閃爍探測(cè)原理，光電探測(cè)器能夠?qū)щ娏Ｗ印⒖梢姽狻光、伽馬射線、中子等測(cè)試源項(xiàng)進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的有效監(jiān)控，在核輻射探測(cè)和成像診斷等領(lǐng)域至關(guān)重要［1-3］。因此，對(duì)光電探測(cè)器進(jìn)行有效評(píng)估具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

儲(chǔ)存壽命是光電探測(cè)器評(píng)估的重要指標(biāo)參數(shù)。通常情況下，光電探測(cè)器在儲(chǔ)存時(shí)期發(fā)生的失效受幅度、靈敏度等多個(gè)參數(shù)的影響［4-8］。長(zhǎng)期使用和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)表明，儲(chǔ)存期光電探測(cè)器關(guān)鍵性能退化參數(shù)的失效占光電探測(cè)器失效的比例很高［9-13］。對(duì)光電探測(cè)器性能參數(shù)進(jìn)行定期測(cè)試與分析，可以評(píng)估光電探測(cè)器的健康狀態(tài)。

針對(duì)參數(shù)的性能退化研究，常見的方法是退化軌跡法，尋找產(chǎn)品性能隨時(shí)間變化的軌跡，擬合退化軌跡曲線，利用函數(shù)關(guān)系反推偽壽命數(shù)據(jù)。該方法操作過程較為簡(jiǎn)便，諸多學(xué)者進(jìn)行了深入研究。PARK等［14］在加速應(yīng)力情況下，通過冪律模型建立退化軌跡函數(shù)并進(jìn)一步評(píng)估了產(chǎn)品的平均壽命。CHINNAM［15］提出了廣義多項(xiàng)式回歸模型，建模退化信號(hào)和估計(jì)單個(gè)部件的可靠性。鄧愛民等［16］選取合適的退化軌跡模型，利用退化數(shù)據(jù)對(duì)退化軌跡進(jìn)行模型擬合得到模型參數(shù)，根據(jù)退化軌跡外推出偽壽命并進(jìn)行可靠性評(píng)估。閆亞賓等［17］為提高評(píng)估精度，提出了融合小波包和性能退化的壽命評(píng)估方法，利用數(shù)據(jù)解析模型建立性能退化軌跡，最終實(shí)現(xiàn)電子組件的壽命計(jì)算和可靠性分析。吳兆希等［18］基于厚膜電阻的退化數(shù)據(jù)，建立線性退化模型，描述退化過程，完成了可靠性評(píng)估。

目前，上述研究方法已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。但在進(jìn)行光電探測(cè)器儲(chǔ)存壽命評(píng)估時(shí)還存在一些尚未解決的問題。如在工程實(shí)際中，由于參數(shù)存在測(cè)試誤差并且具有波動(dòng)性［19-20］，個(gè)別樣本在儲(chǔ)存期間性能退化參數(shù)有變好的趨勢(shì)，因此并不能計(jì)算出這些樣本的偽壽命，給現(xiàn)有的評(píng)估方法帶來挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問題，綜合考慮儲(chǔ)存期間樣品存在的異常情況，提出一種光電探測(cè)器儲(chǔ)存壽命評(píng)估新方法。根據(jù)性能退化數(shù)據(jù)選擇各參數(shù)的退化模型，對(duì)于參數(shù)有變好趨勢(shì)的樣本，將其偽壽命按照右刪失數(shù)據(jù)處理；并且由于光電探測(cè)器的失效是幅度、靈敏度等多個(gè)參數(shù)之間競(jìng)爭(zhēng)失效的結(jié)果，采用蒙特卡洛采樣法進(jìn)行多參數(shù)競(jìng)爭(zhēng)失效的光電探測(cè)器儲(chǔ)存壽命評(píng)估。

1 多參數(shù)性能退化競(jìng)爭(zhēng)失效的壽命評(píng)估問題

1. 1 問題描述

假設(shè)該光電探測(cè)器包含M個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)，收集試驗(yàn)樣本關(guān)于M個(gè)參數(shù)在時(shí)間t1，t2，…，tr 的退化數(shù)據(jù)，對(duì)于第i 個(gè)性能參數(shù)的第j 個(gè)試驗(yàn)樣本，退化數(shù)據(jù)為（tu，yiju ），i = 1，2，…，M；j = 1，2，…，n；u = 1，2，…，r。

現(xiàn)解決M個(gè)性能退化參數(shù)競(jìng)爭(zhēng)失效的儲(chǔ)存壽命評(píng)估問題。