Lifetime prediction method for electron multiplier based on accelerated degradation test

• Autorzy: Wang Y. , Zhang C. , Chen X. , Tan Y.

Warianty tytułu

PL

Metoda prognozowania cyklu życia powielacza elektronów oparta na przyspieszonych badaniach degradacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electron multiplier (EM) is a kind of highly reliable and long-lifetime vacuum electronic device applied widely in spectrometry, space exploration and atom frequency standard. It is a critical device which might constrain the related technology. A challenge remains for researcher and engineer how to predict the life span of EM. Firstly, degradation mechanism of EM is investigated. It shows that the secondary emission ratios of each multiplier electrode reduces gradually with operating time, which results in the degradation of the key performance index of EM, i.e. the gain of electric current. So an accelerated degradation test (ADT) methodology using dual stresses is proposed to predict the life span of EM. Secondly, the ADT plan with dual stresses is designed and carried out by the corresponding test system established. Finally, the data analysis procedure is presented, and its validity is investigated by model verification. The presented method can sharply reduce testing time and cost because of using accelerated stress which can accelerate degradation process of EM. This method can also provide a new way to lifetime and reliability prediction for other products with long lifetime and high reliability.

PL

Powielacz elektronów (EM) to elektroniczne urządzenie próżniowe o wysokiej niezawodności i długim cyklu życia, które znajduje szerokie zastosowanie w spektrometrii i badaniach przestrzeni kosmicznej, a także w atomowych wzorcach częstotliwości. Jest to urządzenie krytyczne, które może stanowić ograniczenie dla technologii, w której jest wykorzystywane. Wyzwaniem dla naukowców i inżynierów pozostaje pytanie, jak przewidzieć żywotność EM. W pierwszej kolejności w artykule zbadano mechanizm degradacji EM. Badanie pokazało, że współczynniki emisji wtórnej elektrody powielacza maleją stopniowo wraz z upływem czasu pracy, co prowadzi do degradacji kluczowego wskaźnika wydajności EM, to znaczy wzmocnienia prądu elektrycznego. W oparciu o ten fakt, zaproponowano metodę prognozowania żywotności EM zasadzającą się na metodologii przyspieszonych badań degradacji (ADT) z wykorzystaniem podwójnych naprężeń. Następnie zaprojektowano i zrealizowano plan ADT z podwójnymi naprężeniami za pomocą odpowiedniego systemu testowego. Na koniec przedstawiono procedurę analizy danych, a ich wiarygodność zbadano poprzez weryfikację modelu. Przedstawiona metoda może znacznie zredukować czas i koszty badań dzięki wykorzystaniu przyspieszonych naprężeń, które mogą przyspieszyć proces degradacji EM. Metoda ta może również umożliwić nowy sposób przewidywania niezawodności i cyklu życia produktów o długim cyklu życia i wysokiej niezawodności.

Słowa kluczowe

EN

electron multiplier; accelerated degradation test; lifetime prediction; reliability

PL

powielacz elektronów; przyspieszone badanie degradacji; prognozowanie cyklu życia; niezawodność

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 16, no. 3
• Strony: 484--490
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wang Y.

• Laboratory of Science and Technology on Integrated Logistics Support College of Mechatronics and Automation National University of Defense Technology Yanwachi str., 47 Changsha, 410073, P.R.China

autor

Zhang C.

• Laboratory of Science and Technology on Integrated Logistics Support College of Mechatronics and Automation National University of Defense Technology Yanwachi str., 47 Changsha, 410073, P.R.China

autor

Chen X.

• Laboratory of Science and Technology on Integrated Logistics Support College of Mechatronics and Automation National University of Defense Technology Yanwachi str., 47 Changsha, 410073, P.R.China

autor

Tan Y.

• Laboratory of Science and Technology on Integrated Logistics Support College of Mechatronics and Automation National University of Defense Technology Yanwachi str., 47 Changsha, 410073, P.R.China

Bibliografia

• 1. Chen CJ, Xu Z P. Photomultiplier. Beijing: Atomic Energy Press, 1988.
• 2. Kabushiki Kaisha of Editorial Committee of Hamamatsu Photonics. Photomultiplier – Base and Application. Kabushiki Kaisha of Digital Publishing Printing Institute, 2005.
• 3. Liao C M, Tseng S T. Optimal Design for Step-Stress Accelerated Degradation Tests. IEEE Transactions on Reliability 2006; 55(1): 59-66.
• 4. Meeker WQ, Escobar LA. A Review of Recent Research and Current Issues in Accelerated Testing. International Statistical Review 1993; 61(1): 147-168.
• 5. Meeker WQ, Escobar LA, Lu CJ. Accelerated degradation tests: Modeling and analysis. Technometrics 1998; 40(2): 89-99.
• 6. Nelson W. Accelerated Testing: Statistical Methods, Test Plans, and data Analysis. New York: John Wiley Press, 1990.
• 7. Park C, Padgett WJ. New Cumulative Damage Models for Failure Using Stochastic Processes as Initial Damage. IEEE Transactions on Reliability 2005; 54(3): 530-540.
• 8. Park C, Padgett WJ, Tomlinson MA. Accelerated degradation models for failure based on geometric Brownian motion and gamma processes. Lifetime Data Analysis 2005; 11: 511-527.
• 9. Wang YS, Zhang CH, Chen X. Simulation-based Optimal Design for Accelerated Degradation Tests with Mixed-effects Model. Chinese Journal of Mechanical Engineering 2009; 45(12): 108-114.
• 10. Whitmore GA, Schenkelberg F. Modelling accelerated degradation data using wiener diffusion with a scale transformation. Lifetime Data Analysis 1997; 3: 27-45.
• 11. Yu HF. Designing an accelerated degradation experiment with a reciprocal Weibull degradation rate. Journal of statistical planning and inference 2006; 136: 282-297.
• 12. Yu HF, Chiao CH. Designing an accelerated degradation experiment by optimizing the interval estimation of the mean time to failure. Journal of the Chinese Institute of Industrial Engineers 2002; 19(5): 23-33.
• 13. Yu HF, Tseng ST. On-line procedure for terminating an accelerated degradation test. Statistica Sinica 1998; 8: 207-220.