氦氖激光光學(xué)演示儀維修實(shí)例

羅桂新

摘要:介紹維修氦氖激光光學(xué)演示儀的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:氦氖;激光器;演示儀;維修

中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2009)7(S)-0059-3

中學(xué)配備的激光光學(xué)演示儀,它的核心部分是激光器。高壓直流又由電源變換器、低壓直流電源、高壓倍壓整流組成。演示儀供電電源~220V±10%、頻率50±2Hz。其光源——氦氖激光管:起輝電壓約5~6kV,工作電壓1k~1.5kV,工作電流在5mA左右,輸出功率為1~3mW,它具有輸出功率穩(wěn)定、亮度高、單色性純、方向性強(qiáng)、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。在教學(xué)上,一方面可以用演示儀當(dāng)教具進(jìn)行課堂演示,講授激光知識;另一方面,由于它能輸出波長為6328埃的紅色可見光激光束(新一代產(chǎn)品有輸出藍(lán)色激光束的),故可作理想的平行光源、單色光源。一臺激光光學(xué)演示儀僅用隨機(jī)配置的附件,就能完成50多個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn),操作起來簡單,適用性強(qiáng)和實(shí)驗(yàn)效果好。但它價(jià)格較貴?；诟鲝S生產(chǎn)這類產(chǎn)品的電氣性能、構(gòu)造原理大致相同。筆者以余杭激光儀器廠生產(chǎn)的J2513激光光學(xué)演示儀為例,介紹維修過程,供同行參考。

故障現(xiàn)象1 開機(jī)后有斷斷續(xù)續(xù)閃爍不穩(wěn)定的激光光束,伴有“嘀嘀”的響聲。調(diào)整機(jī)上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔位電壓調(diào)整開關(guān),故障現(xiàn)象仍然不變。

故障原因

(1)市電電壓過低,激光管不能觸發(fā)正常工作。

(2)電路有問題,不能產(chǎn)生高壓或高壓不穩(wěn)定;

(3)激光管老化失效。

故障排除

排除方法遵循先外后里,先易后難檢修程序。先測市電約225V,實(shí)際電壓滿足工作的要求。排除市電電壓過低,激光管不能觸發(fā)的因素。

打開機(jī)座底蓋,直觀仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)高壓電路中,R3(型號RX21-8、33KΩ)中間有一圈脫漆。焊下該電阻測量,電阻值高達(dá)2000KΩ,阻值是正常值的60多倍。(把壞電阻復(fù)位,電壓調(diào)整開關(guān)置Ⅲ檔,實(shí)測管子工作電流約2mA,并電表指針不停抖動)更換壞電阻后,開機(jī),“嘀嘀”響聲消失。激光管射出紅色激光束,經(jīng)試機(jī)30多分鐘,機(jī)子一直工作正常。

故障現(xiàn)象2 事過多日再次開機(jī),不料,只看到微弱閃動的粉紅色輝光,沒有激光光束射出。旋動電壓調(diào)整開關(guān)也無濟(jì)于事,時(shí)不時(shí)有“嘀”的聲音。

故障排除

測市電正常。開蓋觀察,特別察看處于高壓工作狀態(tài)下的電阻、電容等元件沒發(fā)現(xiàn)燒焦痕跡。

用500型多用表置~2500V檔,用單手操作法,測得變壓器次級A、B之間電壓約有1200V。改置2500V檔,試著測量激光管兩端電壓卻只有幾十伏。(此項(xiàng)測量要特別謹(jǐn)慎,因?yàn)橛锌赡芄軆啥穗妷捍笥?500V。就是在管正常發(fā)光時(shí)用表直接測量管兩端電壓也會導(dǎo)致管的工作狀態(tài)改變,使管電壓上升遠(yuǎn)大于2500V量程)。依電路分析和邏輯推理,極有可能是A點(diǎn)至管陽極間斷路。用表置歐姆檔在線測量,果然,R2、R3、R4阻值均為∞,都呈開路狀態(tài)(從壞的三只電阻外表絲毫看不出燒的痕跡)。

若無500型多用表,亦可用J0410學(xué)生多用表(此表交、直流電壓檔最大量程為500伏),通過測激光管工作電流正常與否進(jìn)而判斷故障原因和部位。

測試方法是:測量前先斷開電源,再用一根絕緣導(dǎo)線把管子兩端短路放電。然后,把夾在激光管任一端的一只鱷魚夾取下(激光管正極為單根桿狀,接紅鱷魚夾,負(fù)極為圓筒狀,接黑鱷魚夾),在激光管電路中臨時(shí)串聯(lián)一只多用表(本機(jī)不帶電流表),置直流10mA檔。連接時(shí)注意多用表的紅表筆(+極)和黑表筆(-極)不要接錯(cuò)。連接好后,通電后測得激光管工作電流為0。再改置直流最小0.5mA檔,指針仍不動。

根據(jù)歐姆定律I=U/R可知,當(dāng)倍壓整流電路輸出的高壓U=0,則I=0;或U正常時(shí)(如把管子兩端短路放電火花和響聲大,說明有高壓,否則,無高壓),電路中電阻R鱸齟蟆奘,必然導(dǎo)致管子的工作電流I黽跣0。綜上分析,沒有激光管工作電流很有可能是沒有高壓或高壓輸出電路斷路(包括電阻開路)或激光管失效引起。用此,置表電阻檔也就容易查出損壞電阻。

是什么原因引起再次燒電阻呢?

經(jīng)驗(yàn)告知, “嘀”聲較有可能是高壓線路對地放電之表象。于是,放下窗簾,置機(jī)于暗處,經(jīng)觀察,三只串聯(lián)電阻中的一腳與旁邊僅隔幾毫米的緊固線路板螺釘有間歇藍(lán)色放電火花。故障的原由終于找到,即緣起高壓線路離地端太近,如空氣潮濕,絕緣性能下降,高壓線路就對地出現(xiàn)放電,導(dǎo)致?lián)舸╇娮杌螂娮柝?fù)荷過載損壞,致使整機(jī)不工作。如若空氣干燥,絕緣性好,打火隱患暫時(shí)給掩蓋。

更換R2、R3、R4三只電阻,電壓調(diào)整開關(guān)置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔,實(shí)測激光管電流分別為4.2mA、5.0mA、6.1mA,工作正常。同時(shí),用熱熔槍在距高壓較近的四顆固定線路板螺釘(線路板上有八顆螺釘,另四顆固定激光管)上分別注上硅膠(用704硅橡膠電絕緣、防潮性更好)。同時(shí)在六只串聯(lián)400V 10μF電解電容與底板線路之間、每相鄰兩只電解電容之間插入青殼絕緣紙,在紙上點(diǎn)注硅膠固定。

判斷氦氖激光管是否失效:

(1)好管正、反向電阻均∞(因失效管阻值也很大,僅作參考)。

(2) 采用代換法。把疑似壞管兩端的兩個(gè)夾子取下將絕緣導(dǎo)線正負(fù)對應(yīng)連到的另一臺激光儀的好激光管上(兩管子不用從機(jī)上取下)或互換,一試便知。

(3)電路正常情況下,旋動機(jī)上電壓檔位調(diào)整開關(guān),若測出管子工作電流無明顯變化,即管壞,反之,好管。

(4) 參考管上標(biāo)出生產(chǎn)日期。老式管子有效期1~2年,新式管壽命長些。

故障現(xiàn)象3 激光儀的6V電源指示燈時(shí)亮?xí)r不亮。

故障排除 此現(xiàn)象容易給人缺電錯(cuò)覺。經(jīng)檢查是燈與燈座接觸不良。排除方法,去掉燈座直接把燈線焊在燈的兩端上用電工膠布包好即可解決,或改用發(fā)光二極管電路代換更省電。

該儀器經(jīng)筆者修復(fù)后二年,多次使用,至今未見故障復(fù)發(fā)。筆者在維修中也遇到過別的廠家此類產(chǎn)品中電源變壓器有擊穿的。至此建言廠家改進(jìn)。也奢望廠家能否配置兩種不同的擴(kuò)束鏡以獲得粗細(xì)不同的光束,滿足教學(xué)對做定性實(shí)驗(yàn)光束要求較粗,可見度要大的需求。

注意事項(xiàng)

(1)測量高電壓(如變壓器次級A、B兩點(diǎn)之間電壓)時(shí)需注意安全。應(yīng)單手操作,即先把帶鱷魚夾導(dǎo)線連接黑表筆夾在一測試點(diǎn)(A或B端),再用一只手持紅表筆去接觸另一測試點(diǎn)。

(2)該儀器工作時(shí)內(nèi)部有幾千伏高壓,切勿隨便觸碰,專業(yè)內(nèi)行人員才能維修。在每次用多用表測量或換激光管前,都要斷電并且將激光管兩端短路數(shù)秒放電后進(jìn)行。以免遭電擊和損壞電表。

(3)激光為高強(qiáng)度光束,嚴(yán)禁眼睛直視。

(4)激光器必須接上負(fù)荷——激光管后,才能開機(jī),不允許空載。

(5)如本機(jī)不用時(shí),最好每半年通電半小時(shí)以上,以免長期擱置機(jī)內(nèi)電解電容電解液干涸縮短使用壽命并能驅(qū)除機(jī)內(nèi)潮氣。

(欄目編輯王柏廬)