罗桂新

摘要:介绍维修氦氖激光光学演示仪的实际经验。

关键词:氦氖;激光器;演示仪;维修

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2009)7(S)-0059-3

中学配备的激光光学演示仪,它的核心部分是激光器。高压直流又由电源变换器、低压直流电源、高压倍压整流组成。演示仪供电电源~220V±10%、频率50±2Hz。其光源——氦氖激光管:起辉电压约5~6kV,工作电压1k~1.5kV,工作电流在5mA左右,输出功率为1~3mW,它具有输出功率稳定、亮度高、单色性纯、方向性强、抗干扰性好等优点。在教学上,一方面可以用演示仪当教具进行课堂演示,讲授激光知识;另一方面,由于它能输出波长为6328埃的红色可见光激光束(新一代产品有输出蓝色激光束的),故可作理想的平行光源、单色光源。一台激光光学演示仪仅用随机配置的附件,就能完成50多个光学实验,操作起来简单,适用性强和实验效果好。但它价格较贵。基于各厂生产这类产品的电气性能、构造原理大致相同。笔者以余杭激光仪器厂生产的J2513激光光学演示仪为例,介绍维修过程,供同行参考。

故障现象1 开机后有断断续续闪烁不稳定的激光光束,伴有“嘀嘀”的响声。调整机上的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档位电压调整开关,故障现象仍然不变。

故障原因

(1)市电电压过低,激光管不能触发正常工作。

(2)电路有问题,不能产生高压或高压不稳定;

(3)激光管老化失效。

故障排除

排除方法遵循先外后里,先易后难检修程序。先测市电约225V,实际电压满足工作的要求。排除市电电压过低,激光管不能触发的因素。

打开机座底盖,直观仔细检查,发现高压电路中,R3(型号RX21-8、33KΩ)中间有一圈脱漆。焊下该电阻测量,电阻值高达2000KΩ,阻值是正常值的60多倍。(把坏电阻复位,电压调整开关置Ⅲ档,实测管子工作电流约2mA,并电表指针不停抖动)更换坏电阻后,开机,“嘀嘀”响声消失。激光管射出红色激光束,经试机30多分钟,机子一直工作正常。

故障现象2 事过多日再次开机,不料,只看到微弱闪动的粉红色辉光,没有激光光束射出。旋动电压调整开关也无济于事,时不时有“嘀”的声音。

故障排除

测市电正常。开盖观察,特别察看处于高压工作状态下的电阻、电容等元件没发现烧焦痕迹。

用500型多用表置~2500V档,用单手操作法,测得变压器次级A、B之间电压约有1200V。改置2500V档,试着测量激光管两端电压却只有几十伏。(此项测量要特别谨慎,因为有可能管两端电压大于2500V。就是在管正常发光时用表直接测量管两端电压也会导致管的工作状态改变,使管电压上升远大于2500V量程)。依电路分析和逻辑推理,极有可能是A点至管阳极间断路。用表置欧姆档在线测量,果然,R2、R3、R4阻值均为∞,都呈开路状态(从坏的三只电阻外表丝毫看不出烧的痕迹)。

若无500型多用表,亦可用J0410学生多用表(此表交、直流电压档最大量程为500伏),通过测激光管工作电流正常与否进而判断故障原因和部位。

测试方法是:测量前先断开电源,再用一根绝缘导线把管子两端短路放电。然后,把夹在激光管任一端的一只鳄鱼夹取下(激光管正极为单根杆状,接红鳄鱼夹,负极为圆筒状,接黑鳄鱼夹),在激光管电路中临时串联一只多用表(本机不带电流表),置直流10mA档。连接时注意多用表的红表笔(+极)和黑表笔(-极)不要接错。连接好后,通电后测得激光管工作电流为0。再改置直流最小0.5mA档,指针仍不动。

根据欧姆定律I=U/R可知,当倍压整流电路输出的高压U=0,则I=0;或U正常时(如把管子两端短路放电火花和响声大,说明有高压,否则,无高压),电路中电阻R鲈龃蟆奘,必然导致管子的工作电流I黾跣0。综上分析,没有激光管工作电流很有可能是没有高压或高压输出电路断路(包括电阻开路)或激光管失效引起。用此,置表电阻档也就容易查出损坏电阻。

是什么原因引起再次烧电阻呢?

经验告知, “嘀”声较有可能是高压线路对地放电之表象。于是,放下窗帘,置机于暗处,经观察,三只串联电阻中的一脚与旁边仅隔几毫米的紧固线路板螺钉有间歇蓝色放电火花。故障的原由终于找到,即缘起高压线路离地端太近,如空气潮湿,绝缘性能下降,高压线路就对地出现放电,导致击穿电阻或电阻负荷过载损坏,致使整机不工作。如若空气干燥,绝缘性好,打火隐患暂时给掩盖。

更换R2、R3、R4三只电阻,电压调整开关置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档,实测激光管电流分别为4.2mA、5.0mA、6.1mA,工作正常。同时,用热熔枪在距高压较近的四颗固定线路板螺钉(线路板上有八颗螺钉,另四颗固定激光管)上分别注上硅胶(用704硅橡胶电绝缘、防潮性更好)。同时在六只串联400V 10μF电解电容与底板线路之间、每相邻两只电解电容之间插入青壳绝缘纸,在纸上点注硅胶固定。

判断氦氖激光管是否失效:

(1)好管正、反向电阻均∞(因失效管阻值也很大,仅作参考)。

(2) 采用代换法。把疑似坏管两端的两个夹子取下将绝缘导线正负对应连到的另一台激光仪的好激光管上(两管子不用从机上取下)或互换,一试便知。

(3)电路正常情况下,旋动机上电压档位调整开关,若测出管子工作电流无明显变化,即管坏,反之,好管。

(4) 参考管上标出生产日期。老式管子有效期1~2年,新式管寿命长些。

故障现象3 激光仪的6V电源指示灯时亮时不亮。

故障排除 此现象容易给人缺电错觉。经检查是灯与灯座接触不良。排除方法,去掉灯座直接把灯线焊在灯的两端上用电工胶布包好即可解决,或改用发光二极管电路代换更省电。

该仪器经笔者修复后二年,多次使用,至今未见故障复发。笔者在维修中也遇到过别的厂家此类产品中电源变压器有击穿的。至此建言厂家改进。也奢望厂家能否配置两种不同的扩束镜以获得粗细不同的光束,满足教学对做定性实验光束要求较粗,可见度要大的需求。

注意事项

(1)测量高电压(如变压器次级A、B两点之间电压)时需注意安全。应单手操作,即先把带鳄鱼夹导线连接黑表笔夹在一测试点(A或B端),再用一只手持红表笔去接触另一测试点。

(2)该仪器工作时内部有几千伏高压,切勿随便触碰,专业内行人员才能维修。在每次用多用表测量或换激光管前,都要断电并且将激光管两端短路数秒放电后进行。以免遭电击和损坏电表。

(3)激光为高强度光束,严禁眼睛直视。

(4)激光器必须接上负荷——激光管后,才能开机,不允许空载。

(5)如本机不用时,最好每半年通电半小时以上,以免长期搁置机内电解电容电解液干涸缩短使用寿命并能驱除机内潮气。

(栏目编辑王柏庐)