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波长位移与波长电机的纠葛

夕阳

2012/12/03
仪器采购

紫外可见分光光度计（UV）

近日，维修了一台紫外分光光度计波长位移的故障，感到很有趣，故记下于君共赏。

仪器型号：U-2800

仪器故障：波长左右位移，没有规律。

检修过程：

（1）开机初始化后检查氘灯特征谱线基本正常，见图-1所示：

图-1 初始化后的氘灯特征谱线

（2）其后当仪器工作一段时间后发现所测的结果的重现性不良，表现形式为样品的峰高发生

了位移。为了排除样品的原因，则用钬玻璃来确认；图-2是钬玻璃图谱：

图-2 钬玻璃图谱

通过上图可以看出，361nm处的波长变为357nm了，整体波长位移了-4nm；这就可以明确地判断出波长位移的原因不是样品而是在仪器方面。

（3）再次检查氘灯的656.1nm的波长精度，发现竟然波长位移了115nm，简直不可思议，见图-3所示：

图-3 氘灯656.1nm的波长位移到771nm处啦！

（4）于是重新开机，仪器在初始化时却出现了“波长初始化错误”的提示，见图-4所示：

图-4 提示波长初始化错误

产生这种错误提示的原因是：仪器的波长偏移得太多了，因此仪器通电开机后实施的波长初始化时在656.1nm波长附近寻找不到氘灯的特征波长之故。

（5）根据上述检查情况判断，问题可能出在波长电机那里，即波长电机的转速没有与驱动信号同步，也就是所谓的波长电机产生了“失步”的故障。根据仪器设计原理，波长电机转动的圈数的多少即代表了波长移动了多少，而电机转动的圈数多少又是受电脑程序控制的。

常见产生电机“失步”的故障一般有两个方面的原因：第一是电机传动丝杠光洁度变差增加了传动阻力。于是就在电机传动丝杠上加注了一些机油，但是故障如前。丝杠照片见图-5所示：

图-5 波长传动机构

其次是电机驱动电路故障，于是更换了电路板；更换后仪器通电开机，初始化后检查波长精度正常，见图-6所示：

图-6 更换电路板后的波长精度

但是仪器工作半小时后，其波长再次发生了位移，见图-7所示：

图-7 波长偏移了41.6nm

（6）通过上述记录我发现一个有趣的规律，那就是该仪器一般都是在开机30分钟后才出现波长位移的现象；那么造成这种现象的原因是什么呢？仔细想想突然恍然大悟了。请看这种四线两相制直流伺服电机的内部接线图：

图-8 四线两相式直流伺服电机内部接线图

这种电机的两组线圈在转动时无疑是脉冲控制的，即红，黄两端为+24V供电端，而绿，兰两端为控制端；当电机停止转动时，仅仅是控制端的脉冲消失，而+24V直流仍然可以通过两个线圈绕组，这时，电机的线圈绕组就可以被视为一个负载电阻。既然是负载自然在通过电流时就会产生热量（焦耳热），这也就是为何电机外壳用手触摸会感到温温的原因所在。

从电机的分解图可以看出，电机的结构基本就是分为定子和转子两个部分；其两个线圈绕组就是缠绕在定子上面的。见图-9和图10的分解图：

图-9 电机的定子

图-10 电机的转子

当线圈有脉冲电流通过时，定子便产生了磁场扭矩，从而带动转子的转动。值得注意的是：定子与转子之间的间隙原本很窄，如果这个间隙先前因其他种种原因已经不均匀了，这时定子会因线圈发热而引起膨胀，就会使转子与定子在某一个角度上发生相碰撞相吸，从而引起电机转速的不匀，那么仪器的表现形式就是波长发生了位移。这个转子与定子之间的间隙见图-11所示：

图-11 转子与定子之间的间隙

以上仅是理论上推断电机的故障，但是实际上是否相吻合？于是我将原电机拆下，用手转动电机转子，感到在某一个角度确实有“死点”，很难转动，这就印证了我的推断，见图-12所示：

图-12 用手转动转子以判断是否有死点

（7）问题的根源找到了，解决起来就很简单了。找来一只新的电机，再次用手转动电机转子，一点阻力都没有，手感非常灵活；于是换上新电机后用钬玻璃再反复做波长精度确认，一切正常啦！其测试图谱见图-13所示：

图-13 维修后的钬玻璃图谱

后记：

今后当遇到怀疑电机的故障时，用手转动电机的转子以判断是否有“死点”是一个行之有效的简便方法。但是要注意的是，这种电机是不能有减速齿轮箱的那种。

分
该帖子已被版主-官人|云飘飘加30积分，加2经验;加分理由:带病写原创，精神可嘉

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tutm

第1楼2012/12/03

呵呵，安老师这是大修了。
应该是电机的轴承磨损造成偏离的吧

0

夕阳

第2楼2012/12/03

应助达人

很有可能，因为此仪器已经购买了好几年了。
tutm(tutm) 发表:呵呵，安老师这是大修了。
应该是电机的轴承磨损造成偏离的吧

0

祥子

第3楼2012/12/03

anping老师，如果关机后，不拆下来这个电机能转动了吗？

0

祥子

第4楼2012/12/03

真巧啊，下午我拿到一台723 ，也是波长误差大概相差 20nm多。

每次开机都是。

按说仪器找到零级光后，根据公式换算电机要走多少步的。

而程序一般是没问题的。

这个仪器，我也比较头疼。

0

祥子

第5楼2012/12/03

我拿到的那台仪器，580nm时，是绿光，应该是黄光。

0

祥子

第6楼2012/12/03

anping老师这篇写的真不错，还是一如既往的兢兢业业。

0

lucan31977044

第7楼2012/12/03

虽然看不大懂
但还是学习了

0

夕阳

第8楼2012/12/03

应助达人

即使电机不拆下来也要将传动皮带摘下来的，否则手感不到转子的灵活程度的。
祥子(nemoium) 发表:anping老师，如果关机后，不拆下来这个电机能转动了吗？

0

夕阳

第9楼2012/12/03

应助达人

如果说波长偏移很有规律，例如20nm，那不一定是电机的问题。可能与初始波长记忆用的光耦或行程开关有关。
祥子(nemoium) 发表:真巧啊，下午我拿到一台723 ，也是波长误差大概相差 20nm多。

每次开机都是。

按说仪器找到零级光后，根据公式换算电机要走多少步的。

而程序一般是没问题的。

这个仪器，我也比较头疼。

0

夕阳

第10楼2012/12/03

应助达人

绿光应该是530-550nm附近吧？
祥子(nemoium) 发表:我拿到的那台仪器，580nm时，是绿光，应该是黄光。

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