[科普中国]-光学测量

概述

光学测量是光电技术与机械测量结合的高科技。借用计算机技术，可以实现快速，准确的测量。方便记录，存储，打印，查询等等功能。

据介绍，光学测量主要应用在现代工业检测，主要检测产品的形位公差以及数值孔径等是否合格，主要应用的行业领域有：金属制品加工业、模具、塑胶、五金、齿轮、手机等行业的检测，以及工业界的产品开发、模具设计、手扳制作、原版雕刻、RP快速成型、电路检测等领域。 主要仪器表现为：二次元、工具显微镜、光学影像测量仪、光学影像投影仪、三次元、三坐标测量机、三维激光抄数机等 除此之外非接触检测技术的应用在机械制造行业中，为了使机加工的产品能达到设计精度和质量要求。1

光学测量相关仪器介绍光学测量仪器分类光学测量的被测件进行分类，主要分为3类：有源器件，无源器件，高速通信。有源器件主要有：调制器，发送器，接收机，放大器，MUX/DEMUX，光电和电光转换器，以及激光源。无源器件主要有：滤波器，光纤，光连接器，光分路器，光衰减器。高速通信主要有：40G/100G光通信，广播电视通信，光纤接入，4G通信，光纤无线电等。

通用光学参数测试类仪器主要有：可调谐和大功率激光源，光功率计，回波损耗测试仪，光衰减器，光开关，多波长计，光谱分析仪。

光电/偏振/复杂调制类仪器主要有：光波元器件分析仪/光色散和损耗分析仪，偏振分析仪和控制器，光调制分析仪，任意波形发生器，光/电和电/光转换器。

比特误码率和波形分析类仪器主要有：串行/并行误码仪，光示波器和模块。2

光学测量仪器应用扫描波长光学测量解决方案

结合使用一个或多个光功率计与可调激光源 (TLS)，可以支持光功率与波长关系测量。此类测量常用于确定被测器件输入功率与输出功率的比值，比值称为插入损耗，单位为 dB。当 TLS 在选中范围内调谐波长时，功率计将定时采样指定数量测量点的功率。通过一个触发信号与 TLS 扫描同步，这些样本能够实现与对应波长的精确相关。使用多个功率计可以同时测量多端口器件 (例如多路复用器、功率分离器和波长开关) 的输出。使用81600B、81940A 或 81980A TLS，以及功率计 (例如 816x 系列模块或多端口 N7744A 和 N7745A) 和免费的 N7700A IL 软件，可以组成一个测量系统。这些“波长扫描”例程的编程过程非常简单，可以使用免费的 816x 即插即用驱动程序，并应用 N4150A 光基础程序库 (PFL) 的测量功能进行增强。该测量装置在 TLS 后与 81610A 回波损耗模块连接，还可以测量光反射 (回波损耗)。

这些激光源中内置波长监测功能，可以确保高波长精度和可重复性，特别是在快速波长扫描的过程中。这些“波长记录”数据利用测量触发信号实现与功率计的同步。如果需要更高的绝对波长精度，可通过气体参考信号进行偏置校准，PFL 支持工程师方便地完成校准操作。InGaAs 功率检测器在单模光纤波长范围 (1260-1630nm) 内具有极小的响应度变化以及高灵敏度和宽动态范围，是进行此类测量的最佳工具。N7744A 和 N7745A 功率计特别适合这些扫描波长测量：快速采样率和宽信号带宽可在高速扫描时获得高分辨率的测量结果，而且测量迹线没有失真。更快的数据传输速度可以极大提高吞吐量，尤其适合端口数量极多的情况。

瞬时功率测量

使用多端口光功率计进行瞬时功率测量：通过测量光功率电平变化以确定光纤切换时间，从而观察光纤移动或网络重新配置所带来的瞬时波动，这已经超出了大多数光功率计的设计功能。这些传统光功率计通常仅用于对光功率电平 (常数或与其他仪器同步变化) 进行校准测量。传统仪表的典型采样率 (约 10 kHz)、数据容量 (约 100,000 个样本) 以及到控制器的数据传输速度往往不足以支持此类时间相关应用。另外一些方法，例如结合了示波器的快速光电转换器，已经在实际中得到应用，并在部分标准中得以采用。然而，这些方法往往以光功率校准为代价，需要额外的整合，并且对示波器带宽提出了额外的要求。

现在，N7744A 4 端口和 N7745A 8 端口光功率计通过一个小巧完整的可编程仪器，并配合控制器计算机，可以轻松进行这些测量。这些新型功率计能够以高达每秒百万次的可选采样率精确记录光功率，每端口存储高达200 万个样本，通过 USB 或 LAN 快速传输数据，支持同时进行测量和数据传输，实现不间断的持续功率监测。新型 N7747A 和 N7748A 高灵敏度功率计可以用于相同的目的，区别在于较低的带宽将采样速率降低至万次/秒，但能够提供更低的噪声，适用于弱信号测量。

通信波形测量

对于任何高速通信信号，必须测试通道和基本信号特征，以保证它们符合标准，并能够与系统计划中的其它设备进行互操作。以宽带采样示波器为基础设计的数字通信分析仪(DCA)在研发、器件验证和批量收发信机生产领域久享盛誉，被公认为是对光波形进行精确分析的行业标准。除了基本的眼图和脉冲波形表征之外， DCA 还能进行先进的抖动分析和通道阻抗表征。

纤通道网络中使用的光收发器测试

此类网络具备三种拓扑：点到点、仲裁环路和交换结构。使用光收发器可以优化设备之间的连接。例如在交换拓扑结构中，SFP+ (8 GFC 和 16 GFC)、XFP (10 Gb/s) 和 SFP (≤ 4Gb/s)收发信机均用于连接交换结构和各种设备(例如存储和计算设备)。用于测试光收发器的典型码型包括 PRBS 系列、JSPAT 和 K28 系列，位于 N4960A 32 G 误码仪的预装载码型程序库。

对于 16 GFC 应用 (14.025 Gb/s)， N4960A 能够执行 BER 测量，提供压力码型发生器信号以进行接收机测试。16 GFC 设备通过精确表征使得技术指标都在严格的容限范围内。N4960A 结合了 N4980A 多仪器 BERT 软件，也可提供抖动容限测试，以便完成精确表征。2

应用的行业领域主要应用的行业领域有：金属制品加工业、模具、塑胶、五金、齿轮、手机等行业的检测，以及工业界的产品开发、模具设计、手扳制作、原版雕刻、RP快速成型、电路检测等领域。

主要仪器表现为：二次元、工具显微镜、光学影像测量仪、光学影像投影仪、三次元、三坐标测量机、三维激光抄数机等。2

非接触检测技术的应用在机械制造行业中，为了使机加工的产品能达到设计精度和质量要求，除了传统的物理计量与检测实现方法，可以运用高性能计算机及软件技术、光学、光学成像、声学与机器动作多种混合技术实现的逻辑计量与检测，习惯将这些复杂的计量与检测技术称之为非接触计量与检测技术。将这些非接触计量与检测技术应用到为客户定制的计量与检测工具和设备之中，在实际项目中取得了满意的预期效果。技术实现方式如：

1） 光电检测技术的应用

2） 辐射检测技术的应用

3） 电量检测技术的应用

4） 阻抗检测技术的应用

5） 超声检测技术的应用

6） 特殊复杂传感技术集成应用2

工业检测系统设计能根据客户的需求不断的为客户提供性价比好的检测系统。加快客户产品投放市场的进度，同时也提高客户产品在市场的竞争优势。包括以下设计内容：

1） 数据处理：数据采集、数据分析、数据传输

2） 工业组态软件设计：实时数据库、实时控制、连网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持。

3） 中央控制系统设计2

技术服务在实际工作中，有的设备需要为了提高加工精度或增加其他所需的检测功能。也需要提供相映的技术服务，使之具有更高自动化程度和自动计量与检测功能。2

自动控制设计将工业测试系统与工业自动控制有机的结合，从可编程序控制器应用设计（PLC）、非接触检测系统到中央控制系统设计，最终为提高机械设备的加工和自动校验精度、实现智能化控制、提高成品率、缩短交货周期、降低生产成本，全面提升企业的市场竞争力。2