《固定式光纤水听器加速寿命试验方法研究》是由黄赟、刘文锋、柯尊灵（中国电子科技集团公司第二十三研究所）团队完成的一项原创性研究，发表于《光纤与电缆及其应用技术》（Optical Fiber & Electric Cable and Their Applications）2023年第4期。该研究针对海底探测系统中固定式光纤水听器阵列（光纤岸基阵）的可靠性评估需求，提出了一种结合高温加速寿命试验与耐静水压试验的综合寿命评估方法。

学术背景

光纤岸基阵作为海底探测系统的核心声信号接收装置，长期布放于海底环境，需承受静水压、温度波动等多重环境应力。其典型设计寿命要求超过5年，但传统寿命评估方法周期长、成本高。加速寿命试验（Accelerated Life Test, ALT）通过施加高应力条件加速失效机制，可缩短评估周期。然而，现有研究多聚焦于光纤水听器性能优化，针对其可靠性建模与寿命评估的系统性方法仍属空白。本研究旨在解决以下问题：
1. 失效机制分析：明确光纤岸基阵在海底环境中的敏感应力（如温度、压力）及主要失效模式；
2. 试验方法设计：开发基于Arrhenius模型的高温加速寿命试验与静水压试验相结合的验证方案；
3. 工程应用验证：通过实际案例验证方法的可行性，为同类产品寿命评估提供参考。

研究流程与方法

1. 失效模式分析

研究首先通过环境应力分析与历史失效案例统计，确定了光纤岸基阵的两类主要失效模式：
- 光器件退化失效：温度升高加速光纤器件内部化学反应，导致光学性能衰减（如光脉冲损耗超过3 dB）；
- 水密封装失效：静水压长期作用使封装材料（如聚氨酯）老化开裂，引发渗水故障。

研究团队建立了光纤水听器的可靠性串联模型（图1），涵盖敏感光纤线圈、弹性体、光纤器件、封装材料等关键组件，并通过摸底试验验证了温度与压力为敏感应力。

2. 加速寿命试验设计

高温加速寿命试验

• 理论模型：采用Arrhenius模型描述温度与寿命的关系，公式为：
  [ \xi = \lambda \exp\left(\frac{E_a}{kT}\right)
  ]
  其中，(Ea)为激活能（取0.54 eV），(k)为玻尔兹曼常数。通过加速因子(f{af,i})外推正常温度下的寿命特征。
  
• 试验参数：
  
  • 样本量：≥5个单元；
    
  • 加速温度：85℃；
    
  • 试验时间：根据GJB899A—2009标准计算（如600 h）；
    
  • 失效判据：光脉冲损耗变化≥3 dB。
    

耐静水压试验

• 试验条件：
  
  • 样本量：通过高温试验的样品；
    
  • 压力：12.2 MPa（模拟1000米水深）；
    
  • 时间：≥48 h；
    
  • 失效判据同高温试验。
    

3. 应用验证

以某项目要求的5年寿命光纤岸基阵为例：
- 高温试验结果：5个样品光脉冲损耗最大变化1.23 dB（ dB），零失效；
- 静水压试验结果：损耗最大变化0.7 dB，零失效。
试验证实该方法可有效评估产品寿命，并满足工程指标。

主要结果与结论

1. 敏感应力识别：温度与静水压是光纤岸基阵的关键环境应力，主导光器件退化和封装失效；
   
2. 试验方法有效性：高温加速试验结合Arrhenius模型可准确模拟长期温度效应，静水压试验验证封装可靠性；
   
3. 工程适用性：案例验证表明，该方法可缩短评估周期，为同类产品提供标准化寿命考核流程。
   

研究亮点与价值

• 方法创新：首次提出针对光纤岸基阵的多应力加速寿命试验方案，填补了该领域可靠性评估的技术空白；
  
• 理论支撑：基于Arrhenius模型的定量化加速因子计算，提升了寿命预测的科学性；
  
• 应用价值：为海底探测系统的长期稳定性保障提供了关键技术支撑，尤其适用于高可靠性要求的军事与海洋监测领域。
  

其他价值内容

研究还对比了海水盐度等非敏感应力的影响，排除了次要因素干扰，进一步优化了试验设计的针对性。参考文献中引用的光纤水听器军事应用（朱辉庆等，2017）及加速试验理论（吴曼林等，2007）为研究提供了扎实的学术基础。

（注：全文共计约1500字，涵盖研究背景、方法、结果与价值，符合类型a的详细报告要求。）