實驗室檢測結果的有效性控制探討
——以光分路器插入損耗測試為例

［劉健 簡笑顏 張瑜］

1 引言

檢測實驗室通過了中國合格評定國家認可委員會（CNAS）認可，表明其作為第三方檢測機構，所出具的報告具有權威性和公信力。檢測報告作為實驗室最終輸出的產(chǎn)品，其質量關系到實驗室的信譽和競爭力，而報告中檢測結果的有效性控制又是實驗室質量管理工作的重中之重。

CNAS-CL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》的7.7條款“確保結果有效性”中規(guī)定，實驗室應有監(jiān)控結果有效性的程序，監(jiān)控包括但不限于以下方式。

（1）使用標準物質或質量控制物質；

（2）使用其他已校準能夠提供可溯源結果的儀器；

（3）測量和檢測設備的功能核查；

（4）適用時，使用核查或工作標準，并制作控制圖；

（5）測量設備的期間核查；

（6）使用相同或不同方法重復檢測或校準；

（7）留存樣品的重復檢測或重復校準；

（8）物品不同特性結果之間的關聯(lián)性；

（9）審查報告的結果；

（10）實驗室內(nèi)比對；

（11）盲樣測試。

上述第1～5項關注的是測量設備/檢測儀表的有效性，第7、8和11項關注的是檢測對象/樣品的監(jiān)控，第9項關注的是報告的審查，而儀表、樣品和報告這3個要素監(jiān)控的重要性，在實驗室日常質量體系運行過程中，普遍都已經(jīng)達成共識，不容易被忽視，因此筆者以目前通信網(wǎng)光纖到戶建設中最為核心的無源光器件——光分路器插入損耗測試為例，重點從上述第6項“使用相同或不同方法重復檢測”以及第10項“實驗室內(nèi)比對”這兩種方式來探討實驗室檢測結果有效性的控制。

2 光分路器測試系統(tǒng)

2.1 光分路器測試系統(tǒng)

光分路器的插入損耗是指在規(guī)定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率的比值，該項目是光分路器產(chǎn)品最基本的測試參數(shù)。在通信行業(yè)標準YD/T 2000.1-2014《平面光波導集成光路器件第1部分：基于平面光波導（PLC）的光功率分路器》6.4條款中，明確了“光源+光功率計”或者“寬帶光源+光譜儀”這兩種檢測方法在進行光分路器插入損耗測試時均可采用。

方法一（圖1）：可調(diào)諧光源（TLS）+光功率計（PM）

圖1 測試系統(tǒng)圖（TLS+PM）

方法二（圖2）：寬光源（BBS）+光譜儀（OSA）

圖2 測試系統(tǒng)圖（BBS+OSA）

2.2 光分路器樣品

光分路器起著分光的功能，單輸入端口通常有1:2、1:4、1:8、1:16、1:32、1:64甚至1:128的分光比，封裝形式有插片式、盒式、微型、機架式和托盤式等?？紤]到實驗室內(nèi)比對時人員、儀表、檢測方法等因素都會按預設進行變動，檢測對象需具備唯一性，檢測結果的有效性才可以評估，因此選定常用的1:8盒式光分路器（樣品號為35A）為檢測對象（圖3）。

圖3 檢測樣品

3 檢測結果有效性的控制

實驗室內(nèi)比對是指按照預先規(guī)定的條件，在同一實驗室內(nèi)部對相同或類似的物品進行測量或檢測的組織、實施和評價。因而，在實驗室內(nèi)部通過使用相同或不同方法進行重復檢測實際上也可以視為實驗室內(nèi)比對的一種方式。下面以光分路器插入損耗的測試為例，詳細闡述實驗室內(nèi)比對的各種方式及檢測結果有效性的評估。

3.1 不同人員的比對

實驗室人員比對要求在相同的環(huán)境條件下，采用相同的檢測方法、相同的檢測設備和設施，由不同的檢驗員對同一樣品進行檢測。

本文探討的光分路器插入損耗測試從自動檢測、手動檢測、檢測方法和檢測儀表這四方面來闡述實驗室檢測結果的有效性控制，由3位測試經(jīng)驗豐富的檢驗員對同一光分路器樣品，在相同環(huán)境條件下，獨立進行檢測。

3.1.1 采用“光源+光功率計”的檢測方法，使用B廠家的光分自動檢測系統(tǒng)

開啟并預熱儀表B廠家的光分自動檢測系統(tǒng)（圖1），由檢驗員1先進行兩次自動測試，保存數(shù)據(jù)；接著檢驗員2、檢驗員3同樣各進行兩次自動測試，保存數(shù)據(jù)，得到表1中序號1～6的6組數(shù)據(jù)。

表1 人員比對（B廠家儀表自動測試）的穩(wěn)健統(tǒng)計結果

依據(jù)GB/T 27043-2012《合格評定能力驗證的通用要求》和CNAS-GL002：2018《能力驗證結果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》，對3位檢驗員測試所得的這6組數(shù)據(jù)進行有效性評估時采用穩(wěn)健統(tǒng)計法，涉及的統(tǒng)計量有結果值、中位值、標準化四分位值（NIQR）和Z比分數(shù)。

其中，

x：檢測結果值（自動檢測共6組檢測結果）；

X：指定值（中位值），取6個檢測結果的中位數(shù)；

IQR：四分位間距（IQR=Q3-Q1）按6個檢測結果來取值。

能力評定規(guī)則：

│Z│≤2 滿意的結果，無需采取進一步措施；

2＜│Z│＜3 有問題的結果，產(chǎn)生警戒信號；

│Z│≥3 不滿意的結果，產(chǎn)生措施信號。

從表1可見，本次的比對結果中│Z│的最大值為1.2，所有│Z│均小于2，結果滿意，說明這3位檢驗員使用B廠家的光分自動檢測系統(tǒng)的結果具有一致性。

3.1.2 采用“光源+光功率計”的檢測方法，使用B廠家的儀表進行手動檢測

關閉3.1.1中自動檢測系統(tǒng)的應用程序，選取目前光通信線路上常用的4個波長點（1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm），由檢驗員1、2、3仍然用該B廠家的可調(diào)諧光源和光功率計分別進行手動測試兩次，得到表2中序號1～6共6組數(shù)據(jù)。

表2 人員比對（B廠家儀表手動測試）的穩(wěn)健統(tǒng)計結果

同樣采用穩(wěn)健統(tǒng)計法的Z比分數(shù)進行分析，從表2可見，本次的比對結果中│Z│的最大值為1.8，所有│Z│均小于2，結果滿意，說明這3位檢驗員使用B廠家的儀表進行手動檢測的結果也具有一致性。

3.1.3 采用“寬光源+光譜儀”的檢測方法進行手動檢測

開啟并預熱寬帶光源和光譜儀，由檢驗員1、2、3分別按“寬帶光源+光譜儀”的方法進行兩次測試，記錄1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm波長點的插入損耗值，得到表3中序號1～6的6組數(shù)據(jù)。

表3 人員比對（“寬光源+光譜儀”測試）的穩(wěn)健統(tǒng)計結果

同樣采用穩(wěn)健統(tǒng)計法的Z比分數(shù)進行分析，從表3可見，本次的比對結果中│Z│的最大值為1.8，所有│Z│均小于2，結果滿意，說明這3位檢驗員采用“寬光源+光譜儀”的檢測方法進行手動檢測的結果也具有一致性。

3.1.4 采用“光源+光功率計”的檢測方法，使用A廠家的儀表進行手動檢測

開啟并預熱A廠家的光源和光功率計，檢驗員1、2、3分別用該廠家的儀表在1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm波長點進行兩次插入損耗的測試，得到表4中序號1～6的6組數(shù)據(jù)。

表4 人員比對（A廠家儀表手動測試）的穩(wěn)健統(tǒng)計結果

同樣采用穩(wěn)健統(tǒng)計法的Z比分數(shù)進行分析，從表4可見，本次的比對結果中│Z│的最大值為1.3，所有│Z│均小于2，結果滿意，說明這3位檢驗員使用A廠家的儀表進行手動檢測的結果也具有一致性。

3.1.5 三位檢驗員均持證上崗超過十年，在進行光參數(shù)測試時，經(jīng)驗豐富，能借助清潔套件、端面放大鏡等輔助工具，排除測試過程中光纖端面潔凈度或存在端面損傷的干擾因素，能熟練操作相關儀表，因此無論是從自動檢測、手動檢測、檢測方法，還是檢測儀表這四方面來進行單獨的人員比對，均能取得滿意的結果，也說明3位檢驗員的操作水平?jīng)]有太大差異，因此在以下各種比對試驗探討中，仍引用3位檢驗員獨立的測試數(shù)據(jù)進行檢測結果有效性的分析。

3.2 自動檢測系統(tǒng)與手動檢測方式的比對

2020年9月中國合格評定國家認可委員會根據(jù)通信檢測領域的特性對CNAS-CL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》作了進一步說明，制定了《檢測和校準實驗室能力認可準則在通信檢測領域的應用說明》（征求意見稿），其中6.4.4條款明確了實驗室應對所使用的自動化檢測系統(tǒng)進行驗證，而將自動檢測系統(tǒng)所獲得的結果與手動檢測方式所獲得的結果進行比對是CNAS推薦的方式之一。

表5中序號1～6的6組數(shù)據(jù)是使用B廠家儀表自動檢測系統(tǒng)的檢測結果，序號7～12的6組數(shù)據(jù)是使用B廠家同樣的儀表進行手動檢測的結果。這樣，通過兩種不同的檢測方式，光分路器的插入損耗總共得到表5中的12組檢測數(shù)據(jù)。

表5 自動檢測系統(tǒng)與手動檢測方式測試數(shù)據(jù)

由于本比對的目的是驗證兩種檢測方式的一致性，依據(jù)GB/T 27043-2012《合格評定能力驗證的通用要求》、CNAS-GL002：2018《能力驗證結果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》，可采用En值進行評定。

其中，

x：試驗結果值（手動測試6次結果的平均值）；

X：指定值（自動化測試6次結果的平均值）；

Ux：手動測試結果的擴展不確定度（包含因子k=2）；

UX：自動化測試結果的擴展不確定度（包含因子k=2）。

能力評定規(guī)則：

│En│≤1滿意的結果，無需采取進一步措施；

│En│＞1不滿意的結果，產(chǎn)生措施信號。

從表6可見，比對結果中│En│的最大值為0.66，所有│En│均小于1，結果滿意，驗證了實驗室采用自動檢測系統(tǒng)與手動檢測方式的一致性。

表6 自動檢測系統(tǒng)與手動檢測方式比對測試的統(tǒng)計結果

3.3 兩種檢測方法的比對

方法比對試驗是指在設施環(huán)境相同的情況下，采用不同的檢測方法對同一樣品進行檢測。檢測方法是實驗室開展檢測的依據(jù)，方法的有效性對保證檢測質量至關重要。實驗室采用不同的方法進行比對，有助于進行質量控制，可驗證檢測方法對檢測結果準確性、穩(wěn)定性和可靠性的影響。

如2.1所述，光分路器插入損耗的測試有“光源+光功率計”和“寬帶光源+光譜儀”這兩種檢測方法。表6中序號1～6的6組數(shù)據(jù)是采用“光源+光功率計”的檢測方法所得的的檢測結果，序號7～12的6組數(shù)據(jù)是采用“寬帶光源+光譜儀”的檢測方法所得的的檢測結果。這樣，通過這兩種不同的檢測方法，光分路器的插入損耗總共得到表7中的12組檢測數(shù)據(jù)。

同樣地，可采用En值進行評定（以“光源+光功率計”測試6次結果的平均值作為指定值）：

從表8可見，比對結果中│En│的最大值為0.54，所有│En│均小于1，結果滿意，驗證了實驗室采用“光源+光功率計”和“寬帶光源+光譜儀”這兩種檢測方法的一致性。

表7 “光源+光功率計”和“寬帶光源+光譜儀”測試數(shù)據(jù)

表8 “光源+光功率計”和“寬帶光源+光譜儀”比對的統(tǒng)計結果

3.4 不同儀表的比對

儀表比對試驗是指在設施環(huán)境相同、檢測方法相同的情況下，采用不同的儀表對同一樣品進行檢測，所使用的儀表都應該滿足測試要求并在校準有效期內(nèi)，符合測量溯源性。

表9中序號1～6的6組數(shù)據(jù)是使用A廠家的儀表所得的檢測結果，序號7～12的6組數(shù)據(jù)是用B廠家的儀表所得的檢測結果。這樣，通過使用兩個不同廠家的儀表進行測試，光分路器的插入損耗總共得到表9中的12組檢測數(shù)據(jù)。

同樣地，可采用En值進行評定（以B廠家儀表測試6次結果的平均值作為指定值）：

從表10可見，比對結果中│En│的最大值為0.26，所有│En│均小于1，結果滿意，驗證了實驗室使用A廠家和B廠家這兩款儀表檢測的一致性。

本實驗室在光分路器插入損耗的測試上擁有多套測試裝置，這些測試儀表均能夠有效溯源并保持使用狀態(tài)正常，從自動檢測、手動檢測、檢測方法和檢測儀表這四個因素全面進行比對所得的測試數(shù)據(jù)分析表明，比對的評價結果均為滿意，實驗室光分路器插入損耗檢測結果的有效性得到控制。

表9 A廠家儀表和B廠家儀表比對測試的測試數(shù)據(jù)

表10 A廠家儀表和B廠家儀表比對測試的統(tǒng)計結果

4 結束語

實驗室內(nèi)部比對是實驗室檢測質量控制的有效方式之一，檢測數(shù)據(jù)能否有效控制體現(xiàn)了檢驗機構檢測水平的高低。根據(jù)實驗室的人員、設備、環(huán)境條件開展不同方式的比對測試，可以評估實驗室人員的檢測能力，驗證測試儀表的有效性。比對過程中如發(fā)現(xiàn)問題，也可以為實驗室質量控制與改進提供依據(jù)，從而進一步保證實驗室檢測數(shù)據(jù)準確，確保檢測工作始終保持在實驗室可控水平。