Способ ускоренных испытаний электронно-оптического преобразователя

 

Изобретение относится к электровакуумной технике. Сущность изобретения: способ включает термоциклирование преобразователя, воздействие повышенной температурой, равной 50°С, и воздействие повышенной влажностью, равной 98%, при 40°С в течение 2 сут, причем в качестве измеряемого параметра используют количество сцинтилляций, количество термоциклов и время воздействия повышенной температурой определяют из определенных соотношений, а повышенной влажностью воздействуют на преобразователь, размещенный в упаковке изготовителя. Способ позволяет проводить оперативный контроль изменения параметра годности в процессе хранения. 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к электровакуумной технике и может быть использовано для ускорения испытаний электронно-оптических преобразователей (ЭОП) на сохраняемость.

Известен способ статистического прогнозирования сохраняемости, который основан на прогнозировании сохраняемости изделий по результатам длительного хранения за время испытаний до 30-40% от заданного минимального срока сохраняемости при изменении параметров годности, превышающем погрешность измерения. По результатам нескольких измерений параметров в различные моменты контроля вычисляют среднее значение и выборочное стандартное отклонение измеренной величины параметра годности от ее среднего значения.

Данный способ требует длительного времени хранения для получения достоверных результатов и дальнейшего прогнозирования сохраняемости, а также не позволяет оценить сохраняемость конкретного прибора на стадии НИИОКР.

Известен способ прогнозирования по временному сечению, который может быть применен для прогнозирования сохраняемости изделий на основании результатов испытания базового изделия при двух значениях времени хранения: τ_o - времени хранения, на которое прогнозируется сохраняемость, и τ_и - времени хранения, по результатам которого прогнозируется сохраняемость, обеспечивающем получение значимой оценки коэффициента корреляции.

Данный способ также требует длительного времени хранения изделий для получения результатов и дальнейшего прогнозирования сохраняемости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ ускоренной оценки изделий на сохраняемость, выбранный за прототип, в котором изделие на сохраняемость испытывается в упаковке изготовителя и подвергается воздействию смены температур окружающей среды в режиме пониженной температуры - минус 55^оС для неотапливаемого, а +5^оС для отапливаемого хранилища, повышенной - +40^оС. В условиях хранения изделие подвергается воздействию повышенной температуры + 40^оС, а также воздействию повышенной влажности воздуха 98% при температуре +25^оС в условиях неотапливаемого, 80% при температуре +25^оС в условиях отапливаемого хранилища.

Изделие выдерживают в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч и производят замер параметров до испытаний, через 6 мес, 3 г, в середине срока сохраняемости и после испытаний на сохраняемость. Срок сохраняемости выбирают из следующего ряда 5, 8, 10, 12 лет, причем предусматривается хранение изделия в условиях неотапливаемого и отапливаемого хранилища. Оценка результатов испытаний производится в соответствии с ТУ на конкретное изделие.

Недостатками данного способа являются то, что на испытание изделий на сохраняемость затрачивается много времени и нет возможности прогнозировать годность по конкретному изделию.

Цель изобретения - уменьшение времени испытаний на сохраняемость при обеспечении возможности определения перспектив хранения по индивидуальному изделию.

Цель достигается тем, что по способу ускоренных испытаний ЭОП, включающему термоциклирование преобразователя, выдержку в нормальных климатических условиях в темноте в течение не менее 24 ч, воздействие повышенной температурой, равной 50^оС, повторную выдержку в нормальных климатических условиях в темноте в течение не менее 24 ч, воздействие повышенной влажностью, равной 98%, при 40^оС в течение 2 сут, дополнительную выдержку в нормальных климатических условиях в темноте в течение не менее 24 ч, измерение параметров преобразователя и определение его годности, в качестве измеряемого параметра используют количество сцинтилляций, количество n термоциклов и время t воздействия повышенной температурой определяют из соотношений n = ; (1) t= [(N-1)/B]^2/3, (2) где n' - минимальное количество термоциклов преобразователя, вероятность отказа после которых не превышает ожидаемой вероятности отказа при длительном хранении; Δ Т' - средний перепад температур в процессе хранения, определяемый местом и условиями хранения; t' - продолжительность полусуточного цикла при хранении; Δ Т - перепад температур термоцикла; t - заданная продолжительность термоцикла; N - относительное изменение количества сцинтилляций преобразователя при хранении; В - экспериментальный коэффициент, зависящий от температуры и типа преобразователя (0,01-2), а повышенной влажностью воздействуют на преобразователь, размещенный в упаковке изготовителя.

Совокупность отличительных признаков, а именно использование в качестве измеряемого параметра количества сцинтилляций, определение количества температурных циклов по формуле (1), а также воздействие повышенной температуры, равной 50^оС, в течение времени t=[(N-1)/B]^2/3 и воздействие повышенной влажностью, равной 98%, при 40^оС на преобразователь, размещенный в упаковке изготовителя, позволяет добиться аналогичного хранению изменения состояния параметров ЭОП в сроки много меньшие, чем установленные в ТУ сроки сохраняемости на данные типы изделий.

При проверке патентной документации не было обнаружено аналогов с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий заявленного способа от ранее известных.

Предлагаемый способ ускоренных испытаний ЭОП может быть реализован следующим образом (способ опробован на ЭОП II поколения на основе металлстеклянного корпуса, волоконно-оптических пластин (ВОП), микроканальных пластин (МКП)).

Пример расчета по способу ускоренных испытаний на сохраняемость для ЭОП типа ЭП-10 и ЭП-16.

При испытании ЭОП длительным хранением было обнаружено, что в них протекают кратковременные и длительные во времени процессы. Кратковременные связаны со скрытыми производственными дефектами, такими как негерметичность корпуса ЭОП, негерметичность и невлагостойкость ВОП и некоторые другие. Длительные временные процессы связаны со свойствами материала и конструкции ЭОП.

Определяют количество термоциклов.

Для ЭОП с МКП типа ЭП-10 и трехмодульного ЭОП типа ЭП-16 отказы, связанные со скрытыми производственными дефектами, нормально распределены в течение первого года хранения (фиг.1). Ожидаемая вероятность отказа при длительном хранении данных типов ЭОП соответствует 0,2 ˙ 10^-3. Из фиг.1 определяют, что это соответствует 9 мес хранения в условиях среднего перепада температур Δ Т'= 3-5^oC.

Для 9 мес (270 дн) длительного хранения, в течение которых стабилизируется состояние ЭОП, определяют количество термоциклов ускоренных испытаний по соотношению (1).

По ТУ температура в цикле при испытаниях на термоциклирование изменяется от минус 60 до +50^оС (Δ Т=110^оС), продолжительность цикла 4 ч. Сутки при хранении делятся на два цикла колебания температур: день-ночь, ночь-день (время цикла 12 ч), всего 2 270 циклов. Отсюда n = = 5 , т.е. пять термоциклов эквивалентны 9 мес длительного хранения.

На фиг.2 представлено экспериментальное распределение вероятности отказов ЭОП типа ЭП-10 и ЭП-16 по термоциклам при Δ Т= 110^оС. Видно, что через пять циклов вероятность отказа снизилась до уровня ожидаемого отказа при длительном хранении. Вероятность отказов по термоциклам для данных типов ЭОП распределяется подобным образом.

Для определения конструктивного запаса и надежности изделия типа ЭП-16 испытывались термоциклированием в режиме температур от минус 60 до +100^оС (Δ Т= 160^оС), время цикла 4 ч. Температура +100^оС является предельной для ЭОП с подобной конструкцией и технологией изготовления. Для указанных 9 мес длительного хранения по формуле (1) определяют количество термоциклов ускоренных испытаний
n = = 3 .

Экспериментальные данные приведены на фиг.3. Видно, что после трех термоциклов вероятность отказа близка к ожидаемой вероятности отказа при длительном хранении. Однако дальнейшее термоциклирование в данном режиме ведет к массовому отказу изделий, поскольку при температуре +100^оС начинают разрушаться фотокатод и конструктивные элементы ЭОП. Перепад температур при ускоренных испытаниях (Δ Т) не должен превышать допустимых для данных типов ЭОП температур.

Определяют время выдержки ЭОП при повышенной температуре +50^оС.

Для данных типов ЭОП предельно допустимой рабочей температурой является температура +50^оС. Наиболее точно состояние ЭОП определяется изменением количества сцинтилляций. Экспериментально определено (фиг.4 и 5), что относительное изменение количества сцинтилляций N при длительном хранении и при воздействии температуры +50^оС описывается соотношением
N = 1 + B t^2/3.

Отсюда
t=[(N-1)/B]^2/3.

Найдено, что для ЭОП типа ЭП-10 В=2 при длительном хранении, В=0,03 при воздействии температуры 50^оС. Для ЭОП типа ЭП-16 В=0,5 при длительном хранении, В=0,01 при воздействии температуры 50^оC.

Из равенства относительного изменения количества сцинтилляций при длительном хранении в течение 8 лет и при воздействии температуры 50^оС находят время ускоренных испытаний:
для ЭОП типа ЭП-10
t = = 116 ,
для ЭОП типа ЭП-16
t = = 108 .

Следовательно, выдержка в течение 116 и 108 ч для ЭОП типа ЭП-10 и ЭП-16 соответственно эквивалентна 8 г длительного хранения.

Определяют условия испытания при повышенной влажности для проверки ЭОП, размещенного в упаковке изготовителя.

Экспериментально обнаружено, что ЭОП имеет невлагостойкий ВОП. Воздействие влаги носит релейный характер, т.е. проявляется при определенных значенях температуры и влажности. Влага растворяет различные включения в порах между светопроводящими жилами ВОП и проникает внутрь модуля ЭОП, что приводит к отказам приборов. Упаковка защищает изделие от данного воздействия при хранении. Для проверки защищенности ЭОП его подвергают воздействию влаги в упаковке изготовителя. Температура испытания ЭОП типа ЭП-10 и ЭП-15 согласно ТУ составляет +40^оС при относительной влажности воздуха 98%. Минимальное время испытаний согласно ТУ 2 сут.

Порядок проведения испытаний согласно способу ускоренных испытаний ЭОП на сохраняемость.

Производят замер параметров ЭОП и заносят в таблицу.

Изделие помещают в камеру установки типа КSP, где поддерживается температура -60^оС, и выдерживают в течение 2 ч. Затем ЭОП вынимают и помещают в камеру установки типа KSP, температура внутри которой поддерживается +50^оС, и выдерживают в течение 2 ч. Затем циклы повторяют.

Изделие выдерживают в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч.

ЭОП помещают в камеру установки KSP, температура внутри которой поддерживается +50^оС, и выдерживают в течение 116 ч ЭОП типа ЭП-10 и 108 ч ЭОП типа ЭП-16 без учета времени достижения теплового равновесия 30 мин.

ЭОП выдерживают в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч, производят замер параметров и заносят их в таблицу. Значение параметров должно быть не ниже норм ТУ.

ЭОП упаковывают в тару и помещают в камеру установки типа KSP, где поддерживают следующие режимы испытаний: температура + 40^оС, относительная влажность воздуха 98%, и выдерживают в течение 2 сут.

Изделие достают из камеры упаковки и выдерживают в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч.

Производят замер параметров, данные заносят в таблицу. ЭОП считают выдержавшим испытание, если значение его параметров не ниже норм ТУ.

Время испытаний ЭОП по указанному способу с учетом промежуточных измерений параметров составляет 22 сут вместо 8 лет.

Технико-экономические преимущества заключаются в том, что сокращение времени испытаний изделий на сохраняемость позволяет проводить оперативный контроль изменения параметров годности в процессе хранения, кроме того, данный способ позволяет оценить ресурс сохраняемости разрабатываемых изделий, полученное расчетным путем количество термоциклов при ускоренных испытаниях позволяет выявить скрытые производственные дефекты и свести процент отказов изделий до уровня 0,02%, характерного для длительных процессов естественного старения, найденное из соотношения время воздействия повышенной температурой эквивалентно сроку сохраняемости, что также сокращает время испытаний изделий. Данный способ позволяет сократить время испытаний изделий на сохраняемость в 132 раза. Время испытаний ЭОП по указанному способу с учетом промежуточных измерений параметров составляет 22 сут вместо 8 лет.

Формула изобретения

СПОСОБ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, включающий термоциклирование преобразователя, выдержку в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч, воздействие повышенной температурой, равной 50^oС, повторную выдержку в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч, воздействие повышенной влажностью, равной 98%, при 40^oС в течение двух суток, дополнительную выдержку в нормальных климатических условиях в темноте не менее 24 ч, измерение параметров преобразователя и определение его годности, отличающийся тем, что в качестве измеряемого параметра используют количество сцинтилляций, количество термоциклов и время воздействия повышенной температурой определяют из соотношений
n = ,
t=[(N-1) / B]^{2 / 3} ,
где n' - минимальное количество термоциклов преобразователя, вероятность отказа после которых не превышает ожидаемой вероятности отказа при длительном хранении;
ΔTʹ - средний перепад температур в процессе хранения, определяемый местом и условиями хранения;
t' - продолжительность полусуточного цикла при хранении;
ΔT - перепад температур термоцикла;
t - заданная продолжительность термоцикла;
N - относительное изменение количества сцинтилляций преобразователя при хранении;
B - экспериментальный коэффициент, зависящий от температуры и типа преобразователя (0,01 - 2),
а повышенной влажностью воздействуют на преобразователь, размещенный в упаковке изготовителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6