通信用光功率计自动检定系统研制与应用

张伟 黎永涛

摘要：本文介绍了基于C#编程语言进行开发的通信用光功率计自动检定系统，实现了对光功率计的快速自动检定测试以及数据结果的实时计算与结论判断。该自动测试系统利用USB或GPIB等数据传输线将标准装置、被检仪器与计算机构成一个闭环的整体，实现对光功率计的智能自动检定。经实验验证，本系统的测试速度相较传统人工检定至少提升4倍以上，明显提高检定员的工作效率，数据结果的实时处理与结论判断帮助检定员快速发现并定位光功率计可能存在的超差点。

关键词：通信用光功率计；自动校准；C#

一、引言

通信用光功率计是通信干线铺设、设备维护、科研和生产中使用的重要仪器，主要用于测量光通信波段内的光功率大小、稳定性等指标[1]。通信用光功率计在通信领域用途广泛，为确保通信用光功率计关键参数的准确、可靠，需要参照国家检定规程JJG 965-2001《通信用光功率计检定规程》[2]对其每年进行周期性检定。通信用光功率计的检定需要由激光源、光衰减器、光开关和标准光功率计等多个部分共同组成一套完整的标准装置。由于光功率计检定过程中需要频繁对不同仪器进行设置以对光功率进行校正，光功率示值检定项目中要求多次打开与关闭光开关后记数并重复该流程至少3次，且其记录的原始数据需要进行多步计算后才能得到最终测试结果，导致传统人工方式检定单个光功率计需要20分钟，效率低、速度慢。本实验是研究基于C#语言[3-4]的通信用光功率计自动检定系统，将光功率计的检定耗时缩短至5分钟之内（不包含热机时间），大大降低了检定时间，同时减少人为检定带来的误差，提高了工作效率和检测准确度，实现了原始记录和证书的一键生成功能。

二、系统设计与开发

通信用光功率计自动检定系统主要组成部分可以分为是由硬件仪器设备与软件控制系统。硬件仪器设备部分包括主控电脑、标准器（稳定激光源、光衰减器、光开关和标准光功率计等）以及被检光功率计。本实验中标准设备使用KEYSIGHT 8164B光测试系统，其集成了光源、光衰减、光开关和标准光功率计等多个模块，测试中各仪器设备均通过数据线（如或网线、USB数据线等）与主控电脑进行连通（如图1所示），软件控制系统负责标准器以及被检光功率计进行控制和操作。

按照JJG 965-2001《通信用光功率计检定规程》光功率示值项目的操作，图2中以流程图的方式对该操作进行了描述，在该过程中，首先需要对光衰减器和标准光功率计进行闭环测试，以使标准光功率计的显示值为待检功率值，其后再多次打开或关闭光开关并利用标准光功率计测量并记录其不同状态下的标准值，至少重复上述流程3次后，再将标准光功率计更换为被检光功率计，并重复与标准光功率计相同的流程至少3次。

该自动化检定系统采用C#编程语言进行软件系统的代码编写，同时采用数据库形式存储检定项目的参数设置。检定结果和校准证书是调用Microsoft Office Word和Excel生成。图3中展示了自动检定系统的用户界面，本系统以模块化进行设计和开发，分为设备识别与连接模块、自动化测试模块以及证书生成模块三部分，其中证书生成模板内置在自动化测试模块中，在检定过程中实时更新生成原始记录和证书。同时，因目前市面上大部分的通信用光功率计并未配有通信接口，本测试系统同时兼容半自动测试功能，即自动完成激光源、光衰减器、光开关和标准光功率计的全自动操作，仅将被检光功率计的部分操作与记数留给人工完成，其整体工作效率仍明显高于单纯的人工作业。

使用通信用光功率计自动检定系统的时候，首先通过GPIB通信接口卡将各仪器和控制电脑连接好；然后按照检定规程要求将仪器开机30分钟以上进行热机；打开软件界面后，在地址栏输入仪器的通讯地址后，软件可以自動识别出仪器的型号、制造厂和出厂编号等信息；点击测试按键就可以完成不同波长的测试项目，测试完成后可以自动生成完整的原始记录和计量证书，完成测试过程。

三、程序设计

自动检定系统的核心在于程序设计，通过读取主控电脑中的指令代码来代替人工的手动按键操作。每一条指令代表一个手动的操作动作，因此自动检定系统可以完整地重复人工操作，不再需要手动按键，手动记录，而是通过指令操作仪器，完成数据采集，本自动化检定操作系统以C#语言设计和开发，以被检光功率计读数为例，其程序结构如下：

……

if （MessageBox.Show（“必须将 激光源-衰减器-被检光功率计 连好后才能继续”， “提示”， MessageBoxButtons.OKCancel） == DialogResult.OK）

{

light.write（“：SOUR2：WAV 0.000001310”）; //设置激光源光波长

EUT.write（“：SENSe3：POWer：WAVelength 0.000001310”）;//设置被检光功率计光波长

light.write（“：INPut4：WAVelength 0.000001310”）;//设置光衰减器光波长

light.write（“SOUR2：POW 10”）; //设置激光源输出功率

light.write（“：INPut4：ATTenuation 0”）;//设置光衰减器衰减值

light.write（“：OUTPut4 1”）;//打开光开关

for （int i = 0; i < 3; i++）

{

light.write（“：OUTPut2 0”）; //关闭光开关

light.write（“：INPut4：ATTenuation “ +ATT[i]）; //将光衰减值设为标准光功率计定标的衰减值

EUT.write（“：READ3：POWer？”）;//获取被检光功率计读数

Excel.Write（Form1.light.read（）， 33 + i， “K”， “Sheet1”）;//將测试结果记入原始记录

light.write（“：OUTPut2 1”）; //打开光开关

EUT.write（“：READ3：POWer？”）;//获取被检光功率计读数

Excel.Write（Form1.light.read（）， 33 + i， “L”， “Sheet1”）;//将测试结果记入原始记录

light.write（“：OUTPut2 0”）; //关闭光开关

EUT.write（“：READ3：POWer？”）;//获取被检光功率计读数

Excel.Write（Form1.light.read（）， 33 + i， “M”， “Sheet1”）;//将测试结果记入原始记录

}

...……

四、结果数据分析

（一）数据结果比对

在相同的实验条件下，分别采用自动化检定系统和手动检定方式对同一台通信用光功率计进行检定。表1列举了功率示值数据对比，从中可以看出两个方法得出的误差绝对值小于扩展不确定度，满足比对的要求，自动化检定系统的数据是真实可靠的。采用自动化计量，可以多次测量取平均值，减少人为检定带来的误差。

（二）耗时比较

实验中我们对全自动检定（面向可被程控的通信用光功率计）、半自动检定（面向无通信接口的通信用光功率计）以及完全人工检定3种方式进行了耗时统计与比较，经过实验测试，通信用光功率计检定平均耗时比较如表2所示。对仪器开始检定前均需对标准器和被检仪器进行热机操作，热机耗时30分钟，该耗时未被计入表2的实际操作时间中。由表2中可以明显看出3种方式的耗时差异，其中全自动检定的耗时仅为人工作业的1/4，而半自动检定的耗时则在全自动和完全人工检定之间。经分析，有两个原因的操作导致了全自动检定的速度比人工操作更快，其一是图2左边第一列中需要对光衰减器进行调整以使最终输出的光功率达到的功率点，全自动检定时该步骤可以通过计算误差值一次性调整到目标功率点，而人工检定时要么心算出误差值再手动设置，又或是通过多次微调达到目标功率，此处耗时明显多于自动检定。第二个原因则主要是因为自动检查完中每一步操作都远快于人工按键操作，且数据记录也可以瞬间完成，而人工读数和记录的时间都更长，最终导致两种方式耗时差异明显。

五、结束语

随着计量技术的发展，自动化计量带来的高效率也越来越受到人们的重视，相比于人工的手动操作，通信用光功率计自动化检定系统可以将工作效率提升4倍以上，有效地节约了人力成本。同时通信用光功率计自动化检定系统通过多次测量的方法可以有效减少人为检定带来的误差，提高校准的准确度。

作者单位：张伟   黎永涛    广东省计量科学研究院

东莞计量院

参  考  文  献

[1]李然，李莉，傅栋博，杨琨.光功率计计量现状及分析[J].现代电信科技，2015，45（03）：44-46.

[2]JJG 965-2001 通信用光功率计检定规程.

[3]杨浩，杨铁男，等译.C#高级编程[M].北京：清华大学，2002.

[4]黎星云. 基于C#编程语言的频谱仪自动校准系统研究与应用[J].中国新通信， 2020， 22（17）：2.