Методика поверки «ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛИ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПТИЧЕСКИЕ ТЕСТЕРЫ МАЛОГАБАРИТНЫЕ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ.» (МИ 2505-98)

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ГОССТАНДАРТА РОССИИ (ВНИИОФИ)

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛИ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПТИЧЕСКИЕ ТЕСТЕРЫ МАЛОГАБАРИТНЫЕ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ.

МИ 2505-98

Москва

1998 г.

Всероссийским научно-исследовательским институтом оптико-физических измерений Госстандарта России

С. В. Тихомиров, д-р техн. наук (руководитель темы); В. П. Кузнецов, канд. техн. наук; А. И. Глазов; О. Г. Тимашкевич ВНИИОФИ 05.11.98

ВНИИМС 07.12.98

Дата введения 01.02.99

• 1. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ

• 2. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

• 3. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

• 4. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ

• 5. ПОДГОТОВКА К ПОВЕРКЕ

• 6. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

  • 6.1. Внешний осмотр

  • 6.2. Опробование

  • 6.3. Сличение ваттметра с ОСИ СМ 2-го разряда

  • 6.4. Определение спектральной характеристики ваттметра

  • 6.5. Определение мощности на выходе источников

  • 6.6. Определение длины волны излучения источника

  • 6.7. Определение стабильности источников

  • 6.8. Определение временных характеристик источников

  • 6.9. Определение основной погрешности

• 7. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

О логарифмических единицах при измерении средней мощности в ВОСП

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пересчет децибел в отношение мощности (децибелы отрицательные)

Настоящая рекомендация предусматривает объем и последовательность проведения операций первичной и периодической поверки для рабочих средств измерений средней мощности оптического излучения в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) -малогабаритных измерителей оптической мощности (далее - ваттметр), источников оптического излучения (далее - источник) и оптических тестеров (далее - тестер). Под тестером понимается прибор или комплект приборов, состоящий из ваттметра и источника (или комплекта источников). Тестер является наиболее простым и универсальным прибором для измерения средней мощности и затухания в ВОСП.

В части ваттметров и тестеров данная рекомендация поверки составлена взамен методических указаний МИ 1818-87 "ГСИ. "Средства измерений средней мощности лазерного излучения от 10^-10 до 10^-2 Вт для ВОСП. Методика поверки".

При проведении поверки выполняют операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1

Примечание.

Здесь и далее рабочий эталон средней мощности 2-го разряда будет именоваться в соответствии с поверочной схемой ГОСТ 8.275-91 образцовым средством измерений средней мощности 2-го разряда (ОСИ СМ)

При проведении поверки применяют средства, указанные в табл. 2.

Таблица 2

• 3.1. К проведению поверки допускают лиц, имеющих квалификационную группу не ниже 3 в соответствии с ПТЭ и ПТБ, и изучивших настоящую рекомендацию и эксплуатационную документацию на тестеры и средства их поверки.

• 3.2. При проведении поверки соблюдают требования "Санитарных норм правил устройства и эксплуатации лазеров", ГОСТ 24469-80, ГОСТ 12.1.031-81.

• 3.3. Перед проведением поверки все приборы должны быть заземлены.

• 4.1. При проведении поверки соблюдают следующие условия:

♦ температура окружающей среды, °С ....................................20±5;

♦ относительная влажность воздуха, % .................................65±15;

♦ атмосферное давление, кПа .................................................100±4;

♦ напряжение и частота питающей сети, В, Гц.........220±22, 50±5.

• 5.1. Оптические детали приборов, используемых при поверке, очищают от пыли и протирают тампоном, смоченным в спирте

• 5.2. Подготавливают к работе поверяемый прибор и средства его поверки в соответствии с разделом "Подготовка к использованию" руководства по эксплуатации

• 6.1. Внешний осмотр

  • 6.1.1. Комплектность поверяемого прибора должна соответствовать разделу "Комплект поставки" его руководства по эксплуатации

  • 6.1.2. При внешнем осмотре убеждаются

♦ в отсутствии видимых механических повреждений;

♦ в исправности кабелей и разъемов;

♦ в исправности органов управления

• 6.2. Опробование

  • 6.2.1. Подготавливают ваттметр (источник) к работе согласно разделу "Подготовка к работе" руководства по эксплуатации

  • 6.2.2. Проверяют правильность работы органов управления и переключения режимов ваттметра (источника) в соответствии с руководством по эксплуатации. При необходимости подают на вход ваттметра излучение от источника.

• 6.3. Сличение ваттметра с ОСИ СМ 2-го разряда 6.3.1. Собирают установку, приведенную на рис 1

Рис 1.

• 1. Источник излучения стабилизированный на 0,85; 1,3; 1,55 мкм.

• 2. Аттенюатор оптический.

• 3. Образцовый ваттметр.

• 4. Ваттметр.

• 5. Волоконно-оптический кабель.

• 6. ОСИ СМ 2-го разряда.

• 6.3.2. Подготавливают к работе приборы согласно их руководствам по эксплуатации, устанавливают на ваттметре длину волны измеряемого излучения, возможно близкую к длине волны источника ОСИ СМ 2-го разряда.

• 6.3.3. Выход оптического аттенюатора 2 подключают к входу образцового ваттметра 3 и регулировкой аттенюатора устанавливают на его выходе мощность, равную максимально измеряемой ваттметром

• 6.3.4. Проводят N (N = 3) измерений мощности последовательно образцовым ваттметром 3 и ваттметром 4.

• 6.3.5. Повторяют операции по пп. 6.3.3 ... 6.3.4, последовательно уменьшая мощность (с шагом 3 ... 5 дБ), дойдя до минимально измеряемой ваттметром мощности.

• 6.3.6. Определяют разницу в показаниях образцового 3 и поверяемого 4 ваттметров по формуле

N

0j=(1/N) х^е, ;                                                       (1)

j=1

где

ft=Pj- Pj;                                                                  (²)

Poij; Pij - показания образцового 3 и поверяемого 4 ваттметров при i-ОМ измерении в точке j в дБм.

Если Poij; Pij выражены в Вт, то:

ft = (Poij-Pj)/Poij х 100% .

• 6.3.7. Повторяют операции по пп 6.3.3 ... 6.3.6 на всех длинах волн калибровки ваттметра, которые есть в составе ОСИ СМ 2-го разряда.

• 6.4. Определение спектральной характеристики ваттметра.

  • 6.4.1. Проводят измерение относительной спектральной характеристики ваттметра на установке для измерений относительных спектральных характеристик приемников и источников в диапазонах длин волн 800 ... 900 нм, 1200 ...1400 нм, 1400 ... 1660 нм согласно методике работы на этой установке, если в технической документации на ваттметр не указан другой рабочий спектральный диапазон.

  • 6.4.2. Если в поверяемом ваттметре предусмотрена предварительная установка длин волн измеряемого излучения, то при измерении спектральной характеристики на ваттметре устанавливаются те же значения длин волн, что и на счетчике монохроматора. Неравномерность спектральной характеристики определяют в каждом спектральном диапазоне по формуле

ASn = [(Smax- SmJ/SJx 100%;                                        (4)

где

Smax; Smin - соответственно максимальное и минимальное значение относительной спектральной характеристики в каждом спектральном диапазоне, а n обозначает соответствующие диапазоны 0,85, 1,3, 1,55 мкм;

Sk - значение относительной спектральной характеристики на длине волны калибровки.

• 6.5. Определение мощности на выходе источников.

  • 6.5.1. Собирают установку, блок-схема которой приведена на рис. 2.

    

• 1. Источник.

• 2. Образцовый ваттметр ОСИ СМ 2-го разряда.

• 3. Волоконно-оптический кабель.

• 6.5.2. Подготавливают источник и ОСИ СМ 2-го разряда к работе согласно руководствам по эксплуатации.

• 6.5.3. Подают оптическое излучение от источника с помощью волоконного кабеля на оптический вход ОСИ СМ 2-ого разряда и измеряют оптическую мощность на выходе волоконного кабеля, регистрируя значение Р1.

• 6.5.4. Повторяют операцию по п. 6.5.3 еще девять раз, каждый раз, предварительно вынув и вставив оптический разъем.

• 6.5.5. Определяют значение мощности на выходе оптического кабеля по формуле

10

Ри,=(^1/10)^х Z P ;                                                        (⁵)

i = 1

где

i - номер измерения.

• 6.6. Определение длины волны излучения источника

  • 6.6.1. Проводят измерение длины волны и ширины спектра излучения по уровню 0,5 источника на установке для измерения относительных спектральных характеристик приемников и источников согласно методике работы на этой установке.

• 6.7. Определение стабильности источников.

  • 6.7.1. Собирают установку, приведенную на рис. 3.

Блок-схема установки для проверки стабильности источников.

Рис. 3.

• 1. Источник.

• 2. Оптический аттенюатор.

• 3. Образцовый ваттметр ОСИ СМ 2-го разряда.

• 4. Волоконно-оптический кабель.

• 6.7.2. Подают мощность от источника 1 на образцовый ваттметр ОСИ СМ 2-го разряда через оптический аттенюатор и с его помощью устанавливают фиксированную мощность излучения в диапазоне 0,01 ... 1 мВт (-20 ... 0 дБм).

• 6.7.3. Снимают показания образцового ваттметра 3 в течение времени, за которое нормируется нестабильность источника в его технической документации, но не менее, чем за 15 минут с интервалом в 1 минуту и определяют нестабильность источника по формуле

S = 2 (Pmax - Pmin) / (Ртах + Pmin) X 100% ;                                     (6)

где

Pmax; Pmin - соответственно, максимальное и минимальное значение мощности, зафиксированные за время измерений.

При измерении нестабильности более чем за 1 час допускается увеличивать время между двумя измерениями до 10 минут.

6. 8. Определение временных характеристик источников.

• 6.8.1. Проверка временных характеристик проводят для источников, работающих не только в непрерывном, но и в импульсном режиме Как правило, источники тестеров имеют частоту модуляции 270 Гц и одно или несколько фиксированных значений частоты в диапазоне 1 ... 100 кГц.

По данному разделу рекомендации проверяют отсутствие выброса более 10% на переднем фронте оптического импульса, а так же его временные характеристики, нормируемые в технической документации на источник из следующего перечня

• ♦  - частота повторения импульса;

• ♦  - скважность;

• ♦  - длительность фронта;

• ♦  - неравномерность плоской вершины.

• 6.8.2. Собирают установку, блок-схема которой приведена на рис. 4.

Рис. 4.

• 1. Источник.

• 2. Волоконно-оптический кабель.

• 3. Фотоприемное устройство.

• 4. Осциллограф.

• 5. Частотомер.

• 6.8.3. Подают излучение на вход фотоприемного устройства 3 и по картинке на экране осциллографа 4 определяют требуемые в технической документации временные характеристики импульсного излучения (из перечня п. 6.8.1), а так же отсутствие выброса на переднем фронте оптического импульса.

• 6.8.4. Если осциллограф не обеспечивает требуемой в технической документации на поверяемый источник точности определения частоты следования импульсов, то подключают к выходу фотоприемного устройства 3 частотомер 5.

6.9. Определение основной погрешности.

• 6.9.1. Источник считают прошедшим поверку, если:

♦ длины волн излучения;

♦ мощность;

♦ стабильность;

♦ временные характеристики

соответствуют требованиям его технической документации.

• 6.9.2. Ваттметр считают прошедшим поверку, если его погрешность удовлетворяет требованиям его технической документации.

• 6.9.3. Для ваттметров и тестеров нормируется основная погрешность на длинах волн калибровки, а так же может нормироваться погрешность измерений относительных уровней мощности и основная погрешность в рабочем спектральном диапазоне. Допускается нормировать погрешность в спектральном диапазоне как дополнительную погрешность от неравномерности чувствительности в рабочем спектральном диапазоне.

• 6.9.4. Если основная погрешность на длине волны, калибровки Лк и погрешность измерений относительных уровней мощности Лотн, записанная в технической документации на поверяемый ваттметр, не более чем в три раза больше соответствующих погрешностей ОСИ СМ 2-го разряда (т.е. Лк равна 12 ... 15% или 0,6 ... 0,7 дБ, а Лотн - 4 ... 7% или 0,2 ... 0,3 дБ), то ваттметр считают прошедшим поверку, если на всех рабочих длинах волн калибровки выполняется условие

Лк > max |0j|;

где

0j - разница в показаниях образцового и поверяемою ваттметра, полученная по п. 6.3.6 на всех длинах волн калибровки;

Лотн > max (|0ср.| - |0j |);                                                                      (8)

где

M

е,,= ^|М2 в ;                                                 (⁹)

j=1

М - количество точек динамического диапазона поверяемого ваттметра, в котором проводилось сличение на данной длине волны калибровки.

• 6.9.5. Фактическое значение основной погрешности на длине волны калибровки по результатам поверки вычисляют по формуле

Лк = 2/(в,²+еО)/з+s?;                                                     (10)

где

01 = max |0j|;                                                                     (11)

(0j выражено в %)

0o - основная погрешность ОСИ СМ 2-го разряда на длине волны калибровки, %;

• 6.9.6. Фактическое значение погрешности измерения относительных уровней мощности по результатам поверки определяют по формуле

  (13)

= ²т/(в?+ео„)/з+s?;

0оо - погрешность измерений относительных уровней мощности ОСИ СМ 2-го разряда, выраженная в %;

02 = max (|0ср.| - |0j|) .

• 6.9.7. Фактическое значение основной погрешности в рабочем спектральном диапазоне определяют по формуле:

♦  - если в ваттметре не предусмотрена предварительная установка длины

волны излучения

Лк=?>?+во+в? )/з+s?;                                          (15)

где

0% - основная погрешность установки для измерения спектральных характеристик;

♦  - если в ваттметре предусмотрена предварительная установка длины волны

излучения

Лк=^/(в;+в?+в?+isn)/3+s? ;                                        (16)

где

ASn - неравномерность спектральных характеристик в данном диапазоне (если их несколько), полученная по п. 6.4.2.

Если погрешность в спектральном диапазоне нормируется как дополнительная погрешность от неравномерности чувствительности в рабочем спектральном диапазоне, то её определяют по формуле

Д_1Д„„ =+ 'S '.                                                     (¹⁷)

• 6.9.8. Расчет погрешности по п. 6.9.1 ... 6.9.7 проводят на каждой рабочей длине волны (или в каждом спектральном диапазоне) отдельно.

• 6.9.9. Если полученные значения погрешности измерений относительных уровней мощности удовлетворяют требованиям документации на поверяемый прибор, а основная погрешность на длине волны калибровки превышает требуемые значения и нет технической возможности перекалибровать поверяемый ваттметр (т.е. исключить систематическую составляющую погрешности), то допускается нормировать погрешности с учетом поправки Ак, если мощность измеряют в дБм или поправочного коэффициента Кк, если мощность измеряется в Вт. В этом случае измеренное значение мощности определяют по формуле

P = Ак + В ;                                                            (18)

где

В - показания ваттметра в дБм

или

P = Кк х В ;

где В - показания ваттметра в Вт.

• 6.9.10. Поправку и поправочный коэффициент на длинах волн калибровки определяют по формулам

Ак = 0ср.

где

0ср. - определяют по формуле (9) для 0j, выраженных в дБм;

Кк = 1/(0ср. - 1) ;

0ср. - определяется по формуле (9) и выражено в %.

• 6.9.11. Для ваттметров, у которых не предусмотрена предварительная установка длины волны излучения, вводится спектральная поправка Ах или спектральный поправочный коэффициент Кх. Измеренную ваттметром мощность излучения с длиной волны х, отличной от длины волны калибровки, определяют по формулам

Р = Ах + В;

Р = Кх х В;

• 6.9.12. Спектральную поправку определяют по формуле

Ах = Ак+ (Sx- Sk);

где

Sx; Sk - значения относительных спектральных характеристик на длине волны X и длине волны калибровки, выраженные в дБ.

• 6.9.13. Спектральный поправочный коэффициент определяют по формуле

Кх = Кк X Sk/ Sx ;

где

Sx; Sk - выражены в %.

• 7.1. Результаты измерений при поверке заносят в протокол по форме, установленной метрологической службой, осуществляющей поверку.

• 7.2. При положительных результатах поверки выдают свидетельство по форме, установленной ПР50.2.006. При отрицательных результатах поверки свидетельство аннулируют, ваттметры (тестеры) к эксплуатации не допускают и выдают извещение о непригодности с указанием причин в соответствии с ПР50.2.006.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Использование логарифмических единиц в технике связи регламентируется ГОСТ 24204-80 (СТ СЭВ 1349-78) "Единица децибел для измерений уровней, затуханий и усилений в технике проводной связи".

Наряду с такими общепринятыми в технике измерений лазерного излучения характеристиками, как затухание устройства (отношение мощности на выходе устройства к мощности на входе), мощность излучения (Вт), относительная погрешность (%), в ВОСП широко используются следующие логарифмические характеристики

• затухание устройства (дБ)

10lg(P1/P2); (1п)

где Pi; P2 - соответственно, мощности на выходе и входе устройства;

• • относительный уровень мощности (dBr)

i0lg(Px/P0); (2п)

где Рх; P0 - соответственно, измеренное и выбранное за сравнение значение мощности;

• • абсолютный уровень мощности (дБм)

i0lgPx; (3п)

• • относительная погрешность (дБ)

10lg(1 + Д/Px); (4п)

10lg(1 + е/100) (5п)

где

Л, е - соответственно, абсолютная (Вт) и относительная (%) погрешности.

Абсолютный уровень мощности (дБм) - это относительный уровень, приведенный к 1 мВт. Вот связь некоторых значений мощности, выраженных в Вт и дБм

В приложении 2 приведен пересчет отрицательных дБ в отношение мощности (или уровень мощности, выраженный в мВт). Так, если нужно определить уровень мощности, соответствующий -2,75 дБм, на пересечении строки 2.70 дБ и столбца .05дБ находим число 0,5309 мВт.

lg(A х В) = lgA + lgB, поэтому -32,75 дБм (-30 дБм + -2,75 дБм) соответствует:

0,5309 х 10^-3 мВт = 0,5309 мкВт.

Если мощность равна 0,2601 нВт (0,2601 х 10^-9 Вт), то 10^-9 Вт соответствует -60 дБм. Числу 0,2601 соответствует -5,85 дБм (ближайшее к искомому числу - 0,2600). Оно находится на пересечении строки 5.8 дБ и столбца .05дБ. Таким образом, 0,2601 нВт соответствует:

(-60 дБм) + (-5,85 дБм) = -65,85 дБм

Если мощность равна 1,581 мВт (0,158 х 10^-2Вт), то числу 0,1581 соответствует -8,01 дБм, а 10^-2 Вт - +10 дБм. Таким образом, 1,581мВт соответствует:

(+10 дБм) + (-8,01 дБм) = +1,99 дБм

Если мощность равна +25,65 дБм т. е.:

(+30 дБм) + (-4,35 дБм),

то +30 дБм соответствует 10⁺³мВт, а -4,35 дБм - 0,3673 мВт. Таким образом, мощности +25,65 дБм соответствует:

0,3673 х 10⁺³ мВт = 0,3673 Вт

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПЕРЕСЧЕТ ДЕЦИБЕЛ В ОТНОШЕНИЕ МОЩНОСТИ (ДЕЦИБЕЛЫ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ)