氦氖激光光學演示儀維修實例

羅桂新

摘要:介紹維修氦氖激光光學演示儀的實際經驗。

關鍵詞:氦氖;激光器;演示儀;維修

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

中學配備的激光光學演示儀,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,它具有輸出功率穩定、亮度高、單色性純、方向性強、抗干擾性好等優點。在教學上,一方面可以用演示儀當教具進行課堂演示,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(新一代產品有輸出藍色激光束的),故可作理想的平行光源、單色光源。一臺激光光學演示儀僅用隨機配置的附件,就能完成50多個光學實驗,操作起來簡單,適用性強和實驗效果好。但它價格較貴。基于各廠生產這類產品的電氣性能、構造原理大致相同。筆者以余杭激光儀器廠生產的J2513激光光學演示儀為例,介紹維修過程,供同行參考。

故障現象1 開機后有斷斷續續閃爍不穩定的激光光束,伴有“嘀嘀”的響聲。調整機上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔位電壓調整開關,故障現象仍然不變。

故障原因

(1)市電電壓過低,激光管不能觸發正常工作。

(2)電路有問題,不能產生高壓或高壓不穩定;

(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,激光管不能觸發的因素。

打開機座底蓋,直觀仔細檢查,發現高壓電路中,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2000KΩ,阻值是正常值的60多倍。(把壞電阻復位,電壓調整開關置Ⅲ檔,實測管子工作電流約2mA,并電表指針不停抖動)更換壞電阻后,開機,“嘀嘀”響聲消失。激光管射出紅色激光束,經試機30多分鐘,機子一直工作正常。

故障現象2 事過多日再次開機,不料,只看到微弱閃動的粉紅色輝光,沒有激光光束射出。旋動電壓調整開關也無濟于事,時不時有“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下的電阻、電容等元件沒發現燒焦痕跡。

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。(此項測量要特別謹慎,因為有可能管兩端電壓大于2500V。就是在管正常發光時用表直接測量管兩端電壓也會導致管的工作狀態改變,使管電壓上升遠大于2500V量程)。依電路分析和邏輯推理,極有可能是A點至管陽極間斷路。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(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,負極為圓筒狀,接黑鱷魚夾),在激光管電路中臨時串聯一只多用表(本機不帶電流表),置直流10mA檔。連接時注意多用表的紅表筆(+極)和黑表筆(-極)不要接錯。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。

根據歐姆定律I=U/R可知,當倍壓整流電路輸出的高壓U=0,則I=0;或U正常時(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?

經驗告知, “嘀”聲較有可能是高壓線路對地放電之表象。于是,放下窗簾,置機于暗處,經觀察,三只串聯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放電,導致擊穿電阻或電阻負荷過載損壞,致使整機不工作。如若空氣干燥,絕緣性好,打火隱患暫時給掩蓋。

更換R2、R3、R4三只電阻,電壓調整開關置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔,實測激光管電流分別為4.2mA、5.0mA、6.1mA,工作正常。同時,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)。同時在六只串聯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夾子取下將絕緣導線正負對應連到的另一臺激光儀的好激光管上(兩管子不用從機上取下)或互換,一試便知。

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

(4) 參考管上標出生產日期。老式管子有效期1~2年,新式管壽命長些。

故障現象3 激光儀的6V電源指示燈時亮時不亮。

故障排除 此現象容易給人缺電錯覺。經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,或改用發光二極管電路代換更省電。

該儀器經筆者修復后二年,多次使用,至今未見故障復發。筆者在維修中也遇到過別的廠家此類產品中電源變壓器有擊穿的。至此建言廠家改進。也奢望廠家能否配置兩種不同的擴束鏡以獲得粗細不同的光束,滿足教學對做定性實驗光束要求較粗,可見度要大的需求。

注意事項

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

(2)該儀器工作時內部有幾千伏高壓,切勿隨便觸碰,專業內行人員才能維修。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秒放電后進行。以免遭電擊和損壞電表。

(3)激光為高強度光束,嚴禁眼睛直視。

(4)激光器必須接上負荷——激光管后,才能開機,不允許空載。

(5)如本機不用時,最好每半年通電半小時以上,以免長期擱置機內電解電容電解液干涸縮短使用壽命并能驅除機內潮氣。

(欄目編輯王柏廬)