Всероссийский научно-исследовательский институт
оптико-физических измерений Госстандарта России
(ВНИИОФИ)

РЕКОМЕНДАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ИЗМЕРИТЕЛИ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И
ОПТИЧЕСКИЕ ТЕСТЕРЫ МАЛОГАБАРИТНЫЕ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ.

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ.

МИ 2505-98

Москва
1998 г.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

Дата введения 01.02.99

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».

1. ОПЕРАЦИИ 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)

2. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

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

Таблица 2

3. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

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. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ

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. ПОДГОТОВКА К ПОВЕРКЕ

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. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

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.

Блок-схема установки для сличения ваттметра с ОСИ СМ 2-го разряда.

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

(1)

где

P_oij; P_ij - показания образцового 3 и поверяемого 4 ваттметров при i-ом измерении в точке j в дБм.

Если P_oij; P_ij выражены в Вт, то:

6.3.7. Повторяют операции по п.п. 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

где

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

S_k - 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.

Блок-схема установки для измерения мощности оптического излучения.

Рис 2.

1. Источник.

2. Образцовый вапметр 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

(5)

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 (Рmах - Рmin)/(Рmах + Рmin)´100 %;

(6)

где

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

где

где

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

где

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

где

(θ_j выражено в %)

θ_о - 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

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

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

¨ если в ваттметре не предусмотрена предварительная установка длины волны излучения

где

θ_l - основная погрешность установки для измерения спектральных характеристик;

¨ если в ваттметре предусмотрена предварительная установка длины волны излучения

где

∆S_n - 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

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 А_к, если мощность измеряют в дБм или поправочного коэффициента К_к, если мощность измеряется в Вт. В этом случае измеренное значение мощности определяют по формуле

где

В - показания ваттметра в дБм

или

где В - показания ваттметра в Вт.

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

где

θ_ср. - определяют по формуле (9) для θ_j, выраженных в дБм;

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

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

6.9.12. Спектральную поправку определяют по формуле

где

S_l; S_к - значения относительных спектральных характеристик на длине волны к и длине волны калибровки, выраженные в дБ.

6.9.13. Спектральный поправочный коэффициент определяют по формуле

где

S_l.,; S_к - выражены в %.

7. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

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 ПР 50.2.006. При отрицательных результатах поверки свидетельство аннулируют, ваттметры (тестеры) к эксплуатации не допускают и выдают извещение о непригодности с указанием причин в соответствии с ПР 50.2.006.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

О ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ЕДИНИЦАХ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ СРЕДНЕЙ
МОЩНОСТИ В ВОСП.

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 P₁; Р₂ - соответственно, мощности на выходе и входе устройства;

· относительный уровень мощности (dBr)

10lg(P_x/P₀); (2п)

где Р_х; Р₀ - соответственно, измеренное и выбранное за сравнение значение мощности;

· абсолютный уровень мощности (дБм)

10lgP_x; (3п)

· относительная погрешность (дБ)

10lg(l + ∆/Р_х); (4п)

10lg(l + θ/100) (5п)

где

∆, θ - соответственно, абсолютная (Вт) и относительная (%) погрешности.

Абсолютный уровень мощности (дБм) - это относительный уровень, приведенный к 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 .05 дБ находим число 0,5309 мВт.

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

0,5309´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´10^-2 Вт), то числу 0,1581 соответствует -8,01 дБм, а 10^-2 Вт - +10 дБм. Таким образом, 1,581 мВт 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⁺³ мВт, а -4,35 дБм - 0,3673 мВт. Таким образом, мощности +25,65 дБм соответствует:

0,3673´10⁺³ мВт = 0,3673 Вт

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПЕРЕСЧЕТ ДЕЦИБЕЛ В ОТНОШЕНИЕ МОЩНОСТИ (ДЕЦИБЕЛЫ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ)

 

 

СОДЕРЖАНИЕ