实验室检测结果的有效性控制探讨——以光分路器插入损耗测试为例

［刘健 简笑颜 张瑜］

1 引言

检测实验室通过了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可，表明其作为第三方检测机构，所出具的报告具有权威性和公信力。检测报告作为实验室最终输出的产品，其质量关系到实验室的信誉和竞争力，而报告中检测结果的有效性控制又是实验室质量管理工作的重中之重。

CNAS-CL01：2018《检测和校准实验室能力认可准则》的7.7条款“确保结果有效性”中规定，实验室应有监控结果有效性的程序，监控包括但不限于以下方式。

（1）使用标准物质或质量控制物质；

（2）使用其他已校准能够提供可溯源结果的仪器；

（3）测量和检测设备的功能核查；

（4）适用时，使用核查或工作标准，并制作控制图；

（5）测量设备的期间核查；

（6）使用相同或不同方法重复检测或校准；

（7）留存样品的重复检测或重复校准；

（8）物品不同特性结果之间的关联性；

（9）审查报告的结果；

（10）实验室内比对；

（11）盲样测试。

上述第1～5项关注的是测量设备/检测仪表的有效性，第7、8和11项关注的是检测对象/样品的监控，第9项关注的是报告的审查，而仪表、样品和报告这3个要素监控的重要性，在实验室日常质量体系运行过程中，普遍都已经达成共识，不容易被忽视，因此笔者以目前通信网光纤到户建设中最为核心的无源光器件——光分路器插入损耗测试为例，重点从上述第6项“使用相同或不同方法重复检测”以及第10项“实验室内比对”这两种方式来探讨实验室检测结果有效性的控制。

2 光分路器测试系统

2.1 光分路器测试系统

光分路器的插入损耗是指在规定输出端口的光功率相对全部输入光功率的比值，该项目是光分路器产品最基本的测试参数。在通信行业标准YD/T 2000.1-2014《平面光波导集成光路器件第1部分：基于平面光波导（PLC）的光功率分路器》6.4条款中，明确了“光源+光功率计”或者“宽带光源+光谱仪”这两种检测方法在进行光分路器插入损耗测试时均可采用。

方法一（图1）：可调谐光源（TLS）+光功率计（PM）

图1 测试系统图（TLS+PM）

方法二（图2）：宽光源（BBS）+光谱仪（OSA）

图2 测试系统图（BBS+OSA）

2.2 光分路器样品

光分路器起着分光的功能，单输入端口通常有1:2、1:4、1:8、1:16、1:32、1:64甚至1:128的分光比，封装形式有插片式、盒式、微型、机架式和托盘式等。考虑到实验室内比对时人员、仪表、检测方法等因素都会按预设进行变动，检测对象需具备唯一性，检测结果的有效性才可以评估，因此选定常用的1:8盒式光分路器（样品号为35A）为检测对象（图3）。

图3 检测样品

3 检测结果有效性的控制

实验室内比对是指按照预先规定的条件，在同一实验室内部对相同或类似的物品进行测量或检测的组织、实施和评价。因而，在实验室内部通过使用相同或不同方法进行重复检测实际上也可以视为实验室内比对的一种方式。下面以光分路器插入损耗的测试为例，详细阐述实验室内比对的各种方式及检测结果有效性的评估。

3.1 不同人员的比对

实验室人员比对要求在相同的环境条件下，采用相同的检测方法、相同的检测设备和设施，由不同的检验员对同一样品进行检测。

本文探讨的光分路器插入损耗测试从自动检测、手动检测、检测方法和检测仪表这四方面来阐述实验室检测结果的有效性控制，由3位测试经验丰富的检验员对同一光分路器样品，在相同环境条件下，独立进行检测。

3.1.1 采用“光源+光功率计”的检测方法，使用B厂家的光分自动检测系统

开启并预热仪表B厂家的光分自动检测系统（图1），由检验员1先进行两次自动测试，保存数据；接着检验员2、检验员3同样各进行两次自动测试，保存数据，得到表1中序号1～6的6组数据。

表1 人员比对（B厂家仪表自动测试）的稳健统计结果

依据GB/T 27043-2012《合格评定能力验证的通用要求》和CNAS-GL002：2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，对3位检验员测试所得的这6组数据进行有效性评估时采用稳健统计法，涉及的统计量有结果值、中位值、标准化四分位值（NIQR）和Z比分数。

其中，

x：检测结果值（自动检测共6组检测结果）；

X：指定值（中位值），取6个检测结果的中位数；

IQR：四分位间距（IQR=Q3-Q1）按6个检测结果来取值。

能力评定规则：

│Z│≤2 满意的结果，无需采取进一步措施；

2＜│Z│＜3 有问题的结果，产生警戒信号；

│Z│≥3 不满意的结果，产生措施信号。

从表1可见，本次的比对结果中│Z│的最大值为1.2，所有│Z│均小于2，结果满意，说明这3位检验员使用B厂家的光分自动检测系统的结果具有一致性。

3.1.2 采用“光源+光功率计”的检测方法，使用B厂家的仪表进行手动检测

关闭3.1.1中自动检测系统的应用程序，选取目前光通信线路上常用的4个波长点（1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm），由检验员1、2、3仍然用该B厂家的可调谐光源和光功率计分别进行手动测试两次，得到表2中序号1～6共6组数据。

表2 人员比对（B厂家仪表手动测试）的稳健统计结果

同样采用稳健统计法的Z比分数进行分析，从表2可见，本次的比对结果中│Z│的最大值为1.8，所有│Z│均小于2，结果满意，说明这3位检验员使用B厂家的仪表进行手动检测的结果也具有一致性。

3.1.3 采用“宽光源+光谱仪”的检测方法进行手动检测

开启并预热宽带光源和光谱仪，由检验员1、2、3分别按“宽带光源+光谱仪”的方法进行两次测试，记录1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm波长点的插入损耗值，得到表3中序号1～6的6组数据。

表3 人员比对（“宽光源+光谱仪”测试）的稳健统计结果

同样采用稳健统计法的Z比分数进行分析，从表3可见，本次的比对结果中│Z│的最大值为1.8，所有│Z│均小于2，结果满意，说明这3位检验员采用“宽光源+光谱仪”的检测方法进行手动检测的结果也具有一致性。

3.1.4 采用“光源+光功率计”的检测方法，使用A厂家的仪表进行手动检测

开启并预热A厂家的光源和光功率计，检验员1、2、3分别用该厂家的仪表在1 310 nm、1 490 nm、1 550 nm和1 625 nm波长点进行两次插入损耗的测试，得到表4中序号1～6的6组数据。

表4 人员比对（A厂家仪表手动测试）的稳健统计结果

同样采用稳健统计法的Z比分数进行分析，从表4可见，本次的比对结果中│Z│的最大值为1.3，所有│Z│均小于2，结果满意，说明这3位检验员使用A厂家的仪表进行手动检测的结果也具有一致性。

3.1.5 三位检验员均持证上岗超过十年，在进行光参数测试时，经验丰富，能借助清洁套件、端面放大镜等辅助工具，排除测试过程中光纤端面洁净度或存在端面损伤的干扰因素，能熟练操作相关仪表，因此无论是从自动检测、手动检测、检测方法，还是检测仪表这四方面来进行单独的人员比对，均能取得满意的结果，也说明3位检验员的操作水平没有太大差异，因此在以下各种比对试验探讨中，仍引用3位检验员独立的测试数据进行检测结果有效性的分析。

3.2 自动检测系统与手动检测方式的比对

2020年9月中国合格评定国家认可委员会根据通信检测领域的特性对CNAS-CL01：2018《检测和校准实验室能力认可准则》作了进一步说明，制定了《检测和校准实验室能力认可准则在通信检测领域的应用说明》（征求意见稿），其中6.4.4条款明确了实验室应对所使用的自动化检测系统进行验证，而将自动检测系统所获得的结果与手动检测方式所获得的结果进行比对是CNAS推荐的方式之一。

表5中序号1～6的6组数据是使用B厂家仪表自动检测系统的检测结果，序号7～12的6组数据是使用B厂家同样的仪表进行手动检测的结果。这样，通过两种不同的检测方式，光分路器的插入损耗总共得到表5中的12组检测数据。

表5 自动检测系统与手动检测方式测试数据

由于本比对的目的是验证两种检测方式的一致性，依据GB/T 27043-2012《合格评定能力验证的通用要求》、CNAS-GL002：2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，可采用En值进行评定。

其中，

x：试验结果值（手动测试6次结果的平均值）；

X：指定值（自动化测试6次结果的平均值）；

Ux：手动测试结果的扩展不确定度（包含因子k=2）；

UX：自动化测试结果的扩展不确定度（包含因子k=2）。

能力评定规则：

│En│≤1满意的结果，无需采取进一步措施；

│En│＞1不满意的结果，产生措施信号。

从表6可见，比对结果中│En│的最大值为0.66，所有│En│均小于1，结果满意，验证了实验室采用自动检测系统与手动检测方式的一致性。

表6 自动检测系统与手动检测方式比对测试的统计结果

3.3 两种检测方法的比对

方法比对试验是指在设施环境相同的情况下，采用不同的检测方法对同一样品进行检测。检测方法是实验室开展检测的依据，方法的有效性对保证检测质量至关重要。实验室采用不同的方法进行比对，有助于进行质量控制，可验证检测方法对检测结果准确性、稳定性和可靠性的影响。

如2.1所述，光分路器插入损耗的测试有“光源+光功率计”和“宽带光源+光谱仪”这两种检测方法。表6中序号1～6的6组数据是采用“光源+光功率计”的检测方法所得的的检测结果，序号7～12的6组数据是采用“宽带光源+光谱仪”的检测方法所得的的检测结果。这样，通过这两种不同的检测方法，光分路器的插入损耗总共得到表7中的12组检测数据。

同样地，可采用En值进行评定（以“光源+光功率计”测试6次结果的平均值作为指定值）：

从表8可见，比对结果中│En│的最大值为0.54，所有│En│均小于1，结果满意，验证了实验室采用“光源+光功率计”和“宽带光源+光谱仪”这两种检测方法的一致性。

表7 “光源+光功率计”和“宽带光源+光谱仪”测试数据

表8 “光源+光功率计”和“宽带光源+光谱仪”比对的统计结果

3.4 不同仪表的比对

仪表比对试验是指在设施环境相同、检测方法相同的情况下，采用不同的仪表对同一样品进行检测，所使用的仪表都应该满足测试要求并在校准有效期内，符合测量溯源性。

表9中序号1～6的6组数据是使用A厂家的仪表所得的检测结果，序号7～12的6组数据是用B厂家的仪表所得的检测结果。这样，通过使用两个不同厂家的仪表进行测试，光分路器的插入损耗总共得到表9中的12组检测数据。

同样地，可采用En值进行评定（以B厂家仪表测试6次结果的平均值作为指定值）：

从表10可见，比对结果中│En│的最大值为0.26，所有│En│均小于1，结果满意，验证了实验室使用A厂家和B厂家这两款仪表检测的一致性。

本实验室在光分路器插入损耗的测试上拥有多套测试装置，这些测试仪表均能够有效溯源并保持使用状态正常，从自动检测、手动检测、检测方法和检测仪表这四个因素全面进行比对所得的测试数据分析表明，比对的评价结果均为满意，实验室光分路器插入损耗检测结果的有效性得到控制。

表9 A厂家仪表和B厂家仪表比对测试的测试数据

表10 A厂家仪表和B厂家仪表比对测试的统计结果

4 结束语

实验室内部比对是实验室检测质量控制的有效方式之一，检测数据能否有效控制体现了检验机构检测水平的高低。根据实验室的人员、设备、环境条件开展不同方式的比对测试，可以评估实验室人员的检测能力，验证测试仪表的有效性。比对过程中如发现问题，也可以为实验室质量控制与改进提供依据，从而进一步保证实验室检测数据准确，确保检测工作始终保持在实验室可控水平。