實驗室檢測結(jié)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(rèn)可委員會（CNAS）認(rèn)可，表明其作為第三方檢測機構(gòu)，所出具的報告具有權(quán)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(zhì)量關(guān)系到實驗室的信譽和競爭力，而報告中檢測結(jié)果的有效性控制又是實驗室質(zhì)量管理工作的重中之重。

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

（1）使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或質(zhì)量控制物質(zhì)；

（2）使用其他已校準(zhǔn)能夠提供可溯源結(jié)果的儀器；

（3）測量和檢測設(shè)備的功能核查；

（4）適用時，使用核查或工作標(biāo)準(zhǔn)，并制作控制圖；

（5）測量設(shè)備的期間核查；

（6）使用相同或不同方法重復(fù)檢測或校準(zhǔn)；

（7）留存樣品的重復(fù)檢測或重復(fù)校準(zhǔn)；

（8）物品不同特性結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)性；

（9）審查報告的結(jié)果；

（10）實驗室內(nèi)比對；

（11）盲樣測試。

上述第1～5項關(guān)注的是測量設(shè)備/檢測儀表的有效性，第7、8和11項關(guān)注的是檢測對象/樣品的監(jiān)控，第9項關(guān)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(zhì)量體系運行過程中，普遍都已經(jīng)達(dá)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(shè)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(fù)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)YD/T 2000.1-2014《平面光波導(dǎo)集成光路器件第1部分：基于平面光波導(dǎo)（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(jìn)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。考慮到實驗室內(nèi)比對時人員、儀表、檢測方法等因素都會按預(yù)設(shè)進(jìn)行變動，檢測對象需具備唯一性，檢測結(jié)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(jié)果有效性的控制

實驗室內(nèi)比對是指按照預(yù)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(jìn)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(jìn)行重復(fù)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(xì)闡述實驗室內(nèi)比對的各種方式及檢測結(jié)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(shè)備和設(shè)施，由不同的檢驗員對同一樣品進(jìn)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(jié)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(jìn)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(yù)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(jìn)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(jìn)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(jié)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(jié)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(jìn)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(jié)果值、中位值、標(biāo)準(zhǔn)化四分位值（NIQR）和Z比分?jǐn)?shù)。

其中，

x：檢測結(jié)果值（自動檢測共6組檢測結(jié)果）；

X：指定值（中位值），取6個檢測結(jié)果的中位數(shù)；

IQR：四分位間距（IQR=Q3-Q1）按6個檢測結(jié)果來取值。

能力評定規(guī)則：

│Z│≤2 滿意的結(jié)果，無需采取進(jìn)一步措施；

2＜│Z│＜3 有問題的結(jié)果，產(chǎn)生警戒信號；

│Z│≥3 不滿意的結(jié)果，產(chǎn)生措施信號。

從表1可見，本次的比對結(jié)果中│Z│的最大值為1.2，所有│Z│均小于2，結(jié)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(jié)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(jìn)行手動檢測

關(guān)閉3.1.1中自動檢測系統(tǒng)的應(yīng)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(jìn)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(jié)果

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

3.1.3 采用“寬光源+光譜儀”的檢測方法進(jìn)行手動檢測

開啟并預(yù)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(jìn)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(jié)果

同樣采用穩(wěn)健統(tǒng)計法的Z比分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，從表3可見，本次的比對結(jié)果中│Z│的最大值為1.8，所有│Z│均小于2，結(jié)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(jìn)行手動檢測的結(jié)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(jìn)行手動檢測

開啟并預(yù)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(jìn)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(jié)果

同樣采用穩(wěn)健統(tǒng)計法的Z比分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，從表4可見，本次的比對結(jié)果中│Z│的最大值為1.3，所有│Z│均小于2，結(jié)果滿意，說明這3位檢驗員使用A廠家的儀表進(jìn)行手動檢測的結(jié)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(jìn)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(guān)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(jìn)行單獨的人員比對，均能取得滿意的結(jié)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(jìn)行檢測結(jié)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(rèn)可委員會根據(jù)通信檢測領(lǐng)域的特性對CNAS-CL01：2018《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》作了進(jìn)一步說明，制定了《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在通信檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明》（征求意見稿），其中6.4.4條款明確了實驗室應(yīng)對所使用的自動化檢測系統(tǒng)進(jìn)行驗證，而將自動檢測系統(tǒng)所獲得的結(jié)果與手動檢測方式所獲得的結(jié)果進(jìn)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(jié)果，序號7～12的6組數(shù)據(jù)是使用B廠家同樣的儀表進(jìn)行手動檢測的結(jié)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(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》，可采用En值進(jìn)行評定。

其中，

x：試驗結(jié)果值（手動測試6次結(jié)果的平均值）；

X：指定值（自動化測試6次結(jié)果的平均值）；

Ux：手動測試結(jié)果的擴(kuò)展不確定度（包含因子k=2）；

UX：自動化測試結(jié)果的擴(kuò)展不確定度（包含因子k=2）。

能力評定規(guī)則：

│En│≤1滿意的結(jié)果，無需采取進(jìn)一步措施；

│En│＞1不滿意的結(jié)果，產(chǎn)生措施信號。

從表6可見，比對結(jié)果中│En│的最大值為0.66，所有│En│均小于1，結(jié)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(jié)果

3.3 兩種檢測方法的比對

方法比對試驗是指在設(shè)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(jìn)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(zhì)量至關(guān)重要。實驗室采用不同的方法進(jìn)行比對，有助于進(jìn)行質(zhì)量控制，可驗證檢測方法對檢測結(jié)果準(zhǔn)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(jié)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(jié)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(jìn)行評定（以“光源+光功率計”測試6次結(jié)果的平均值作為指定值）：

從表8可見，比對結(jié)果中│En│的最大值為0.54，所有│En│均小于1，結(jié)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(jié)果

3.4 不同儀表的比對

儀表比對試驗是指在設(shè)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(jìn)行檢測，所使用的儀表都應(yīng)該滿足測試要求并在校準(zhǔn)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(jié)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(jié)果。這樣，通過使用兩個不同廠家的儀表進(jìn)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(jìn)行評定（以B廠家儀表測試6次結(jié)果的平均值作為指定值）：

從表10可見，比對結(jié)果中│En│的最大值為0.26，所有│En│均小于1，結(jié)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(jìn)行比對所得的測試數(shù)據(jù)分析表明，比對的評價結(jié)果均為滿意，實驗室光分路器插入損耗檢測結(jié)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(jié)果

4 結(jié)束語

實驗室內(nèi)部比對是實驗室檢測質(zhì)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(gòu)檢測水平的高低。根據(jù)實驗室的人員、設(shè)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(zhì)量控制與改進(jìn)提供依據(jù)，從而進(jìn)一步保證實驗室檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，確保檢測工作始終保持在實驗室可控水平。