布鲁克与理学两台XRD维修日志

布鲁克与理学两台XRD维修日志

原创：大陆

2015-09-09

一、背景介绍

在高温假期间设备没人使用，实验室的X射线衍射仪(XRD)被维护人员关机一周多，新学期开始后发现三台XRD中有两台出现故障：一台是布鲁克的Bruker D8 Discover，它除了可以进行普通的粉末XRD测试外，其亮点功能是通过样品台、光源与测角仪上配备的十几套直线或旋转步进电机以极度自由的方式让样品与传感器在实空间与动量空间内移动，多用于薄膜、单晶或织构陶瓷样品的结构分析；另一台是理学的Rigaku D-Max 2400，其亮点功能是高功率X光源，信号强的结果是同样测量时间内计数较高，此外还配备有小角掠射与高低温测量功能，因而更适合结晶度不够高的粉末样品；只有一台台面粉末衍射仪Bruker D2 Phaser依然正常工作，它最大的特点是小巧使用简便，对于普通的粉末XRD定性相分析非常傻瓜，不至于实验室结构测试分析的瘫痪。三台XRD设备的照片如图1.1所示。接下来具体叙述两台仪器的故障及维修过程。

图1.1 实验室三台XRD设备照片

二、故障及维修

**声明**维修过程作者只是作为一个协管员和记录者在场，未亲自动手，动手完成布鲁克与理学XRD维修的分别是赵同云主任工程师和张图强工程师。**声明**

2.1 Bruker D8 Discover

开机测试进行设备初始化时，出现发射器(X射线光源)启动故障错误报警，显示故障号码400(unable to send the kV to the generator, device returned error code after command GV40: generator switched off)与801(X-ray generator off, measurement/wait ready task aborted due to pending alarms)，分别如图2.1.1与2.1.2所示，设备无法进入就绪状态。

图2.1.1 发射器电压加载错误报警

图2.1.2 发射器无法启动报警

打开D8 tools程序检查X射线光源，并未发现异常，如图2.2.3所示。

图2.1.3 D8Tools程序检查发射器

因为曾经听Bruker工程师讲过，X射线光源驱动电路中有一个保护电路，其开关受Shutter快门部件中的一个位置传感器控制，如果快门有异常，X射线光源将无法启动，因而打开快门部件的盖板，检查里面的部件是否有异常，结果发现继电器的控制杆运动受阻，于是按照图2.1.4所示将其来回推动几下，直到其运动顺畅，关上盖板，重新启动初始化程序，结果程序成功完成初始化，进入就绪状态，如图2.1.5。维修完毕。

图2.1.4 维修过程图示照片

2.1.5 维修完成后仪器正常工作

2.2 Rigaku D-Max

仪器开机后正常进行开机及光源的预备工作，但在开启采集程序时提示shutter快门无法打开(Shutter cann't be opened)，如图2.2.1所示；在初始化测量时机器可正常进行转台角度初始化，但光源的快门开关在程序控制条件下短暂开启后很快又自动关闭，如图2.2.2动画所示，好像快门继电器控制无法在程序控制下hold住；等待一段时间后最终程序提示无采集数据测量结果错误故障(Not found measurement data)，如图2.2.3所示。

图2.2.1 快门无法打开错误

图2.2.2 快门开关无法维持动画

图2.2.3 无测量结果错误

将快门开关调到手动控制，将使用的光路的快门控制开关从外部程序控制ext.在测量之前转换为open，在测量程序完成转换为close，如图2.2.4，可以让仪器正常工作，说明只是快门的自动控制模块出现故障，仪器的其他功能没问题。

图2.2.4 手动强制调节快门开启或关闭

当然，这种调试模式只能短暂解决急需的测量任务，不是长久之计，否则操作人员大意有可能带来射线伤害，非常要不得。接下来根据图2.2.5所示的部位打开快门控制部件，如图2.2.6所示，其中可见快门开关继电器与三个位置开关：X射线束控开关；shutter开反馈；与shutter关反馈。把这个位置开关指示电路板拆下来，如图2.2.7所示，检查一下发现有两段敷铜线被锈蚀粉化严重虚断，难以使用焊接的方法修复，于是使用板外飞线的方法将线路联通，完成修复，装上快门控制部件后使用Si标样进行自动测试，仪器恢复正常，进行维修日志记录，OK。

图2.2.5 故障点位置指示图片

图2.2.6 快门控制部件中继电器与位置开关照片图示

图2.2.7 修复快门位置指示电路线路板故障点图示

三、总结与分析

总结一下，Bruker与Rigaku两台XRD故障都表现为快门控制部件锈蚀，具体的故障点表现稍不一样，Bruker XRD是继电器的机械杆涩阻而Rigaku是位置开关线路板敷铜线路虚断。在假期内同时在两台仪器的快门控制部分出现类似的故障，我认为不是偶然的，一定有值得思考的原因：一方面，XRD快门开关控制中集成了精密的机械电子与光学功能部件，对可靠性的需求是非常高的，其电路板及继电器不仅需要耐潮耐静电，还需要具备耐辐射的功能，而从维修拍摄的照片来看布鲁克与理学在这方面做得比较欠缺，为了控制成本，他们的机械电子部件使用的是普通的不具备耐潮耐静电耐辐射功能，为此作者感到很无奈，但这是否同时也正是国内XRD制造商在品质上超越他们的希望所在；另一方面是因为环境原因：很可能是受厄尔尼诺的影响，今年的北京降水异常的多，给北京带来大量的蓝天白云的同时，空气的湿度的提升自然也在考验精密电子零部件的可靠性，尽管中央空调恒温调节在26摄氏度，但湿度调节能力毕竟有限，尤其在外界持续大量降雨导致大环境湿度显著飙高的条件下难免让室内的湿度相对偏高。因而，对于仪器研制者来说，为了减少或避免此类故障，尽可能降低故障率增加可靠性，在设计阶段最理想的方式是不计成本的使用最高可靠性的机械电子设计，兼顾成本与高可靠性应当使用局部密封或内置干燥剂。