基于多參數性能退化競爭失效的光電探測器儲存壽命評估

摘要：針對光電探測器的儲存壽命評估問題，綜合考慮樣品關鍵性能參數有無變壞或者向好的趨勢情況，提出了一種基于蒙特卡洛法的多參數競爭失效儲存壽命評估新方法。首先，通過性能退化建模選擇單一參數的最優退化模型，從而對于退化趨勢遞增的樣品根據失效閾值計算其偽壽命，對于退化趨勢遞減的樣品將其偽壽命看作右刪失數據；然后，根據偽壽命數據結合最大期望（Expectation Maximization， EM）算法選擇單一性能參數的最優分布；最后，通過蒙特卡洛采樣法進行多參數的競爭失效評估。以光電探測器儲存案例為實例，驗證了該方法的可行性。

關鍵詞：多參數性能退化；競爭失效；儲存壽命；最大期望算法；蒙特卡洛采樣

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

0 引言

根據閃爍探測原理，光電探測器能夠對帶電粒子、可見光、X光、伽馬射線、中子等測試源項進行長期穩定的有效監控，在核輻射探測和成像診斷等領域至關重要［1-3］。因此，對光電探測器進行有效評估具有重要的應用價值和研究意義。

儲存壽命是光電探測器評估的重要指標參數。通常情況下，光電探測器在儲存時期發生的失效受幅度、靈敏度等多個參數的影響［4-8］。長期使用和維護的經驗表明，儲存期光電探測器關鍵性能退化參數的失效占光電探測器失效的比例很高［9-13］。對光電探測器性能參數進行定期測試與分析，可以評估光電探測器的健康狀態。

針對參數的性能退化研究，常見的方法是退化軌跡法，尋找產品性能隨時間變化的軌跡，擬合退化軌跡曲線，利用函數關系反推偽壽命數據。該方法操作過程較為簡便，諸多學者進行了深入研究。PARK等［14］在加速應力情況下，通過冪律模型建立退化軌跡函數并進一步評估了產品的平均壽命。CHINNAM［15］提出了廣義多項式回歸模型，建模退化信號和估計單個部件的可靠性。鄧愛民等［16］選取合適的退化軌跡模型，利用退化數據對退化軌跡進行模型擬合得到模型參數，根據退化軌跡外推出偽壽命并進行可靠性評估。閆亞賓等［17］為提高評估精度，提出了融合小波包和性能退化的壽命評估方法，利用數據解析模型建立性能退化軌跡，最終實現電子組件的壽命計算和可靠性分析。吳兆希等［18］基于厚膜電阻的退化數據，建立線性退化模型，描述退化過程，完成了可靠性評估。

目前，上述研究方法已廣泛應用于多個領域。但在進行光電探測器儲存壽命評估時還存在一些尚未解決的問題。如在工程實際中，由于參數存在測試誤差并且具有波動性［19-20］，個別樣本在儲存期間性能退化參數有變好的趨勢，因此并不能計算出這些樣本的偽壽命，給現有的評估方法帶來挑戰。

針對上述問題，綜合考慮儲存期間樣品存在的異常情況，提出一種光電探測器儲存壽命評估新方法。根據性能退化數據選擇各參數的退化模型，對于參數有變好趨勢的樣本，將其偽壽命按照右刪失數據處理；并且由于光電探測器的失效是幅度、靈敏度等多個參數之間競爭失效的結果，采用蒙特卡洛采樣法進行多參數競爭失效的光電探測器儲存壽命評估。

1 多參數性能退化競爭失效的壽命評估問題

1. 1 問題描述

假設該光電探測器包含M個關鍵性能參數，收集試驗樣本關于M個參數在時間t1，t2，…，tr 的退化數據，對于第i 個性能參數的第j 個試驗樣本，退化數據為（tu，yiju ），i = 1，2，…，M；j = 1，2，…，n；u = 1，2，…，r。

現解決M個性能退化參數競爭失效的儲存壽命評估問題。