光纖端面干涉儀校準(zhǔn)規(guī)范

JJF2007—20221光纖端面干涉儀校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于測量物理接觸型(PC)光纖連接器光纖高度、曲率半徑、頂點(diǎn)偏移的光纖端面干涉儀的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:YD/T1198.1—2014光纖活動連接器插芯技術(shù)條件第1部分:陶瓷插芯IEC61300-3-47:2014纖維光學(xué)互連器件和無源元件基本試驗(yàn)和測量程序第3-47部分:檢查和測量采用干涉法所得PC/APC球形拋光套圈的端面幾何形狀cedures—Part3-47:Examinationsandmeasurements—EndfacegeometryofPC/APCsphericallypolishedferrulesusinginterferometry)凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計(jì)量單位YD/T1198.1—2014和IEC61300-3-47:2014界定的及以下術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。3.1頂點(diǎn)偏移apexoffset光纖連接器套管端球面頂點(diǎn)到內(nèi)孔軸線之間的距離,計(jì)量單位為μm。[來源:YD/T1198.1—2014,3.11]3.2光纖高度fiberheight光纖連接器光纖端面到套管端面擬合球面的平均距離,計(jì)量單位為nm。[來源:IEC61300-3-47:2014,2.3]4概述光纖端面干涉儀(以下簡稱干涉儀)是一種利用光干涉原理,快速測量光纖連接器插芯端面的光纖高度、曲率半徑、頂點(diǎn)偏移等幾何參數(shù)的非接觸式測量儀器,廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)光通信領(lǐng)域,是評價和管控光纖連接器質(zhì)量的重要測量設(shè)備。干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。圖1中,光纖連接器為干涉儀檢測對象,其結(jié)構(gòu)及在干涉儀中形成的干涉條紋見圖2。圖2中,球心為光纖連接器物理接觸的套管端面部分?jǐn)M合所得半球的球心。28一夾持調(diào)節(jié)器；9一定位臺；10—干涉分析儀；11—表面數(shù)據(jù)處理5計(jì)量特性5.1光纖高度測量示值誤差和測量重復(fù)性干涉儀光纖高度測量示值誤差要求見表1。光纖高度測量重復(fù)性應(yīng)不大于儀器最大允許誤差絕對值的三分之一。光纖高度H最大允許誤差精密型普通型士105.2曲率半徑測量示值誤差和測量重復(fù)性曲率半徑R測量范圍(10～25)mm,測量示值誤差應(yīng)不超過±0.1mm,測量重復(fù)性應(yīng)不大于儀器最大允許誤差絕對值的三分之一。JJF2007—202235.3頂點(diǎn)偏移測量示值誤差和測量重復(fù)性頂點(diǎn)偏移AO測量范圍(0~30)μm,測量示值誤差應(yīng)不超過±10μm,測量重復(fù)性應(yīng)不大于儀器最大允許誤差絕對值的三分之一。注:1具備條件,光纖高度測量范圍可擴(kuò)展到(0~1000)nm,校準(zhǔn)方法參照7.2。2因校準(zhǔn)工作只給出測量結(jié)果,不判斷合格與否,上述計(jì)量特性僅供參考。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件溫度:(20±3)℃。相對濕度:≤65%。無影響測量的振動、噪音和氣流擾動,放置被校儀器的工作臺穩(wěn)固、可靠。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備見表2。表2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備序號校準(zhǔn)項(xiàng)目測量標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)量特性1光纖高度測量示值誤差和測量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度0nm≤H<160nmU≤5nm,k=2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度160nm≤H≤500nmU≤15nm,k=22曲率半徑測量示值誤差和測量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器或標(biāo)準(zhǔn)球曲率半徑RU≤0.01mm,k=23頂點(diǎn)偏移測量示值誤差和測量重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器頂點(diǎn)偏移AOU≤3.0μm,k=27校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備7.1.1確保儀器處于正常的工作狀態(tài)及沒有影響校準(zhǔn)計(jì)量性能的因素。所用的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器應(yīng)確保表面潔凈,避免劃痕、腐蝕和氧化。7.1.2調(diào)節(jié)干涉儀的光路方向,使標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器與套管座軸向平行,并定位套管使干涉儀測量中心與套管的中心重合。然后,旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器刻線截面垂直于干涉儀的放置平面。7.1.3標(biāo)準(zhǔn)器和被校準(zhǔn)儀器的溫度平衡時間不少于0.5h。JJF2007—20224 7.2光纖高度測量示值誤差和測量重復(fù)性 7.2.1在覆蓋被校儀器測量范圍內(nèi)近似均勻地選擇3個~5個校準(zhǔn)點(diǎn),選取相應(yīng)光纖測量。7.2.2每個校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測量6次光纖高度并記錄儀器示值,取算術(shù)平均值H為測量7.2.3H與標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度標(biāo)準(zhǔn)值H0之差為測量示值誤差:δH=H-H0(1) 式中: H—儀器光纖高度測量的算術(shù)平均值,nm;H0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度標(biāo)準(zhǔn)值,nm;δH—校準(zhǔn)點(diǎn)的光纖高度測量示值誤差,nm。7.2.4依據(jù)7.2.2所測得的光纖高度,計(jì)算其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s作為測量重復(fù)性結(jié)果,每一個校準(zhǔn)點(diǎn)均給出一個重復(fù)性結(jié)果sH。sH=式中:(Hi-H)2i=1n-1(2)H—儀器光纖高度測量的算術(shù)平均值,nm;Hi—第i次測量的儀器示值,nm;7.3和測量重復(fù)性7.3.1在覆蓋被校儀器測量范圍內(nèi)近似均勻地選擇3個校準(zhǔn)點(diǎn),選取相應(yīng)半徑值的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器或標(biāo)準(zhǔn)陶瓷球。7.3.2每個校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測量6次曲率半徑并記錄儀器示值,取算術(shù)平均值R為測量7.3.3R與標(biāo)準(zhǔn)值R0之差為示值誤差:δR=R-R0(3) 式中: R—儀器曲率半徑測量的算術(shù)平均值,mm;R0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器的曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)值,mm;δR—校準(zhǔn)點(diǎn)的曲率半徑測量示值誤差,mm。7.3.4依據(jù)7.3.2所測得的曲率半徑,計(jì)算其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s作為測量重復(fù)性結(jié)果,每一個校準(zhǔn)點(diǎn)均給出一個重復(fù)性結(jié)果sR。sR=(Ri-R)2i=1n-1(4)5R—儀器曲率半徑測量的算術(shù)平均值,mm;Ri—第i次測量的儀器示值,mm;7.4和測量重復(fù)性7.4.1在覆蓋被校儀器測量范圍內(nèi)近似均勻地選擇3個校準(zhǔn)點(diǎn),選取相應(yīng)頂點(diǎn)偏移值的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器。測量時以標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器刻線垂直朝上的位置開始測量。7.4.2每個校準(zhǔn)點(diǎn)重復(fù)測量6次頂點(diǎn)偏移并記錄儀器示值,取算術(shù)平均值A(chǔ)O為測量7.4.3AO與標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器的頂點(diǎn)偏移值A(chǔ)O0之差為示值誤差:δAO=AO-AO0(5) 式中: AO—儀器頂點(diǎn)偏移測量的算術(shù)平均值,μm;AO0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器頂點(diǎn)偏移標(biāo)準(zhǔn)值,μm;δAO—校準(zhǔn)點(diǎn)的頂點(diǎn)偏移測量示值誤差,μm。7.4.4依據(jù)7.4.2所測得的頂點(diǎn)偏移,計(jì)算其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s作為測量重復(fù)性結(jié)果,每一個校準(zhǔn)點(diǎn)均給出一個重復(fù)性結(jié)果sAO。 sAO=(AnO-i-1AO)2(6)式中:AO—儀器頂點(diǎn)偏移測量的算術(shù)平均值,μm;AOi—第i次測量的儀器示值,μm;n—測量次數(shù),n=6。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)的光纖端面干涉儀出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書包括的信息應(yīng)符合JJF1071—2010中5.12的要求。9復(fù)校時間間隔由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用狀況、使用者、設(shè)備本身質(zhì)量等諸因素所決定的,因此使用單位可根據(jù)儀器實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。建議復(fù)校時間間隔一般不超過1年。JJF2007—20226附錄A光纖高度測量示值誤差測量結(jié)果不確定度評定示例A.1測量方法干涉儀的光纖高度測量示值誤差是用一組標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器進(jìn)行校準(zhǔn)得到的。測量前,根據(jù)實(shí)際測量應(yīng)用范圍和條件的不同,設(shè)定好相關(guān)的測量程序和條件,并調(diào)整好光路。本次評定以測量顯示裝置的光纖高度分辨力為0.1nm的干涉儀為例。A.2測量模型δH=H-H0(A.1) 式中: H—儀器光纖高度測量的平均值,nm;H0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度標(biāo)準(zhǔn)值,nm;δH—校準(zhǔn)點(diǎn)的光纖高度測量示值誤差,nm。靈敏系數(shù):c1==1,c2==-1A.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)測量模型,因輸入量間不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(δH)按公式(A.2)計(jì)算:(A.2)ucδH=2·u2(H)+2·u2(H0)(A.2) = 將靈敏系數(shù)代入公式(A.2),令u1、u2分別表示H、H0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,uc表示ucδH,則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可表示為:uc=(A.3)A.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定所涉及各不確定度分量列于表A.1中。表A.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表符號不確定度來源評定方法u1u11干涉儀重復(fù)性A類u12干涉儀顯示裝置的分辨力B類u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確度分量B類A.5不確定度分量A.5.1儀器示值引入的不確定度分量u1A.5.1.1示值重復(fù)性引入的不確定度分量u117干涉儀的光纖高度測量重復(fù)性引入的不確定度分量可以通過10次重復(fù)連續(xù)測量得到,測量結(jié)果見表A.2,計(jì)算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為: (Hi-H)(Hi-H)2實(shí)際測量時采用6次重復(fù)測量結(jié)果的平均值,則:u11=sH6表A.2不同條件下10次重復(fù)測量結(jié)果及其不確定度分量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光纖高度Hnm儀器示值nm平均值nm標(biāo)準(zhǔn)差nm不確定度分量u11nm2.52.92.73.23.44.03.10.500.203.13.32.42.43.547.255.555.354.453.855.255.20.880.3656.456.054.954.456.4151153.0152.6153.2158.6160.5157.41.20.49162.3161.2165.0160.8158.9284295.1293.5288.7293.3289.6291.93.51.4291.3296.8293.6284.6292.5361351.2351.8350.4352.0344.7349.83.41.4343.9354.0346.8351.3352.4A.5.1.2顯示裝置分辨力引入的不確定度分量u12干涉儀顯示裝置的光纖高度分辨力為0.1nm,其量化誤差引起的不確定度分量服從均勻分布,則儀器示值引入的不確定度分量u1為:u1=A.5.2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度分量u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度標(biāo)準(zhǔn)值的測量不確定度,可根據(jù)校準(zhǔn)證書給出的擴(kuò)展不確定度來計(jì)算。當(dāng)H為2.5nm時,U=2.1nm,包含因子k=2,則:u2==1.05nm當(dāng)H為47.2nm時,U=2.1nm,包含因子k=2,則:u2==1.05nm當(dāng)H為151nm時,U=4nm,包含因子k=2,則:8u2==2nm當(dāng)H為284nm時,U=4nm,包含因子k=2,則:u2==2nm當(dāng)H為361nm時,U=5nm,包含因子k=2,則:u2==2.5nmA.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算公式為:uc==用H為2.5nm的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器校準(zhǔn)時:uc==≈1.1nm用H為47.2nm的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器校準(zhǔn)時:uc==≈1.1nm用H為151nm的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器校準(zhǔn)時:uc==≈2.1nm用H為284nm的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器校準(zhǔn)時:uc==≈2.4nm用H為361nm的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器校準(zhǔn)時:uc==≈2.9nmA.7擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度kuc擴(kuò)展不確定度計(jì)算結(jié)果見表A.3。表A.3擴(kuò)展不確定度計(jì)算結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器光纖高度H/nm光纖高度測量示值誤差測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度U/nm2.52.247.22.21514.22844.83615.89附錄B曲率半徑測量示值誤差測量結(jié)果不確定度評定示例B.1測量方法干涉儀的曲率半徑測量示值誤差是用一組標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器進(jìn)行校準(zhǔn)得到的。測量前,根據(jù)實(shí)際測量應(yīng)用范圍和條件的不同,設(shè)定好相關(guān)的測量程序和條件,并調(diào)整好光路。本次評定以顯示裝置的曲率半徑分辨力為0.01mm的干涉儀為例。B.2測量模型δR=R-R0(B.1) 式中: R—儀器曲率半徑測量的平均值,mm;R0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)值,mm;δR—校準(zhǔn)點(diǎn)的曲率半徑測量示值誤差,mm。靈敏系數(shù):c1==1,c2==-1B.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)測量模型,因輸入量間不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucδR按公式(B.2)計(jì)算:ucδR=2·u2(R)+2·u2(R0)(B.2)=將靈敏系數(shù)代入公式(B.2),令u1、u2分別表示R、R0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,uc表示ucδR,則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可表示為:uc=(B.3)B.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定所涉及各不確定度分量列于表B.1中。表B.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表符號不確定度來源評定方法u1u11干涉儀重復(fù)性A類u12干涉儀顯示裝置的分辨力B類u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確度分量B類B.5不確定度分量B.5.1儀器示值引入的不確定度分量u1B.5.1.1示值重復(fù)性引入的不確定度分量u11JJF2007—202210干涉儀的示值重復(fù)性引入的不確定度分量可以通過10次重復(fù)連續(xù)測量得到數(shù)據(jù):15.41mm,15.42mm,15.40mm,15.39mm,15.36mm,15.44mm,15.36mm,15.41mm,15.38mm,15.35mm。單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.029mm,實(shí)際測量時采用6次重復(fù)測量結(jié)果的平均值,則:u11=0.029mm6≈0.012mmB.5.1.2顯示裝置分辨力引入的不確定度分量u12干涉儀顯示裝置的曲率半徑分辨力為0.01mm,其量化誤差引起的不確定度分量服從均勻分布,則:u12=0.01mm2×3≈0.0029mm儀器示值引入的不確定度分量u1為:u1=B.5.2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度分量u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度主要來源于連接器曲率半徑標(biāo)準(zhǔn)值的測量不確定度為U=0.01mm,k=2,則:u2==0.005mmB.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uc===0.014mmB.7擴(kuò)展不確定度U=kuc=0.03U=kuc=0.03mmJJF2007—202211 附錄C 頂點(diǎn)偏移測量示值誤差測量結(jié)果不確定度評定示例C.1測量方法干涉儀的頂點(diǎn)偏移測量示值誤差是用一組標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器進(jìn)行校準(zhǔn)得到的。測量前,根據(jù)實(shí)際測量應(yīng)用范圍和條件的不同,設(shè)定好相關(guān)的測量程序和條件,并調(diào)整好光路。本次評定以顯示裝置的頂點(diǎn)偏移分辨力為0.1μm的干涉儀為例。C.2測量模型δAO=AO-AO0(C.1) 式中: AO—儀器頂點(diǎn)偏移測量的平均值,μm;AO0—標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器頂點(diǎn)偏移標(biāo)準(zhǔn)值,μm;δAO—校準(zhǔn)點(diǎn)的頂點(diǎn)偏移測量示值誤差,μm。靈敏系數(shù):c1==1,c2==-1C.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)測量模型,因輸入量間不相關(guān),所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucδAO按公式(C.2)計(jì)算:ucδAO==?δAO2?δAO2·u2(AO0)·u2(AO)+?AO0?AO(C.2)將靈敏系數(shù)代入公式(C.2),令u1、u2分別表示AO、AO0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,令uc表示ucδAO則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可表示為:uc=(C.3)C.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定所涉及各不確定度分量列于表C.1中。表C.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表符號不確定度來源評定方法u1u11干涉儀重復(fù)性A類u12干涉儀顯示裝置的分辨力B類u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確度分量B類C.5不確定度分量C.5.1儀器示值引入的不確定度分量u1C.5.1.1示值重復(fù)性引入的不確定度分量u11JJF2007—202212干涉儀頂點(diǎn)偏移的示值重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量可以通過10次重復(fù)連續(xù)測量得到18.5μm,17.6μm,19.6μm,18.7μm,18.2μm,17.8μm,17.3μm,16.6μm,15.5μm,15.1μm。單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.42μm,實(shí)際測量時采用6次重復(fù)測量結(jié)果的平均值,則:u11=1.42μm6≈0.58μmC.5.1.2顯示裝置分辨力引入的不確定度分量u12干涉儀顯示裝置的頂點(diǎn)偏移分辨力為0.1μm,其量化誤差引起的不確定度分量服從均勻分布,則:u12=0.1μm2×3≈0.029μm儀器示值引入的不確定度分量u1為:u1=C.5.2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度分量u2標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器引入的不確定度主要來源于連接器頂點(diǎn)偏移標(biāo)準(zhǔn)值的測量不確定度為U=3.0μm,k=2,則:u2==1.5μmC.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uc===1.6μmC.7擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2,則頂點(diǎn)偏c結(jié)果擴(kuò)展不確定度為:附錄D標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器的結(jié)構(gòu)與規(guī)格D.1標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器的通用技術(shù)要求D.1.1標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器是以指定刻線位置垂直于軸線的端面中等溯源至SI單位的幾何參數(shù)作為對應(yīng)干涉儀校準(zhǔn)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)器，通過其對干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。工作表面應(yīng)光滑，刻線位置對應(yīng)端面測量區(qū)域不應(yīng)有影響測量結(jié)果的臟點(diǎn)、劃D.1.2材料要求D.1.3外形尺寸要求為近