《计测技术》推荐｜航空工业计量所于紫玄：融合失效物理与虚拟试验的MEMS传感器寿命预测方法

导读

高可靠MEMS传感器整机寿命验证核心瓶颈在于：加速试验成本过高，而现有虚拟评估方法又缺乏系统级建模与不确定性量化能力——要么盯着单一器件，要么忽略参数随机性，要么把多失效模式简单叠加，最终预测结果与工程实际偏差较大。针对上述瓶颈，本文从系统建模、不确定性量化和竞争失效融合三个层面实现突破。

融合失效物理与虚拟试验的MEMS传感器寿命预测方法

作者：于紫玄^*

作者单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所

摘  要：针对高可靠MEMS传感器整机寿命验证中存在的加速试验成本高、现有虚拟方法缺乏系统性建模与不确定性量化等问题，提出一种基于失效物理（Physics of Failure，PoF）的虚拟评估框架。通过多尺度数字样机与热⁃振耦合仿真获取局部应力，并构建模块化PoF模型库以预测关键器件关键失效模式的寿命。为量化制造工艺与服役环境中的不确定性，引入一种物理来源驱动的混合概率分布建模策略。在此基础上，建立“器件内多模式融合”与“器件间首达失效”两级竞争失效模型，以预测整机首达故障时间（Time⁃to⁃Failure，TTF）。以MPU9250为例进行验证，自主开展的热⁃振联合物理试验表明：数字样机精度良好（壳温偏差不超过± 0.2 ℃，模态误差< 5%），预测整机TTF为12 721 h，并准确识别出薄弱环节。该方法能有效减少对物理试验的依赖，提升寿命评估的效率与可信度。

关键词：失效物理；虚拟试验；微机电系统；参数不确定性；寿命评估；多物理场仿真；多模式融合；竞争失效机制

作者简介

于紫玄，工程师，主要研究方向包括复杂系统的可靠性建模与寿命预测、传感器综合评价理论与方法。

全文链接

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引用格式：于紫玄. 融合失效物理与虚拟试验的MEMS传感器寿命预测方法［J］. 计测技术， 2026， 46（3）： 42-51.

Citation：YU Z X. A life prediction method for MEMS sensors integrating physics of failure and virtual testing［J］. Metrology & Measurement Technology， 2026， 46（3）： 42-51.

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供稿：于紫玄

编辑：李成成

排版：马鹤伟

审核：刘宇轩