Разбираем китайский аппарат для удаления татуировок на основе неодимового лазера
Примерно месяц назад я увидел случайно на Авито объявление о продаже неисправного аппарата для удаления татуировок без наконечников манипулы в комплекте по очень вкусной цене. Расспросив продавца, я узнал, что в аппарате что-то щёлкает, но татуировка не удаляется. Так как мне была интересна начинка такого аппарата, то я не раздумывая приобрёл эту игрушку. Выглядит эта игрушка вот так:
Рис. 1. Внешний вид.
Состоит это устройство из основного блока и манипулы. Чем же этот аппарат мне был так интересен? Всё дело в том, что внутри этой машинки установлен неодимовый лазер. И не просто неодимовый лазер, а лазер с модулятором добротности резонатора. Этот самый модулятор добротности позволяет сократить время импульса с десятых долей миллисекунд-миллисекунды до наносекунд и даже меньше. Такой короткий импульс имеет мегаваттную мощность с небольшой энергией (миллиджоули) и буквально испаряет краску. Она не нагревается (это важно!), а прямо испаряется, разлетаясь под действием импульса. Татуировка именно так и убирается, как вы уже догадались. По внешнему виду этот прибор похож на LA-15. Полагаю, параметры будут схожими.
А именно:
— Длинa волны: 1064 нм, 532 нм, 1321 нм
— Выход энергии: 2000mJ
— Длительность импульса: 8–10 Нс
— Частота: 1–10 hz
— Мощность: 900 Ватт
Ну что ж, давайте-ка его включим. На экране появляется следующая картинка:
Рис. 2. Стартовая картинка.
Как видно, возможно только зайти в настройки или начать работать. Попробуем зайти в настройки. Нас встречает запрос пароля. Хм. Неудачно.
Рис. 3. Пароль.
Шесть цифр?! Нет, это я не подберу. Увы, пароль мне не известен. Что там за настройки, видимо, знает только производитель. Ладно, заходим в окно работы:
Рис. 4. Окно работы.
Что тут можно задать? Энергию импульса и частоту импульсов. Увидеть, течёт ли вода, не превышена ли температура. Заодно, выбрать, что мы хотим удалить. Перевод на русский, конечно, не очень. Энергию можно задать от 100 до 2000. Чего именно? Это хороший вопрос. Если ориентироваться на надпись с mJ, то это миллиджоули. То есть, можно задать от 0.1 до 2 Дж! Но дело в том, что, как я уже сказал, в лазере таком стоит модулятор добротности резонатора, а потому 2 Дж с модулятором это что-то очень круто для такого аппарата. Так что, сдаётся мне, китайцы слегка приврали, и mJ это на самом деле uJ, то есть, микроджоули. Ну или задаётся энергия излучения, которая была бы без затвора. Особый интерес вызывают различия между режимами работы. Я, конечно, далёк от косметологии, но во всех режимах можно задать только энергию (100–2000 mJ) и частоту (1–10 Гц). А что тогда меняется? Забегая вперёд, судя по силовой части блока питания, ничего там не меняется. :) Может быть, есть аппараты с более сложной электронной частью — хотя я не представляю, что там можно вообще менять — где что-то меняется, но в этом я различий не наблюдаю.
Выключаем и разбираем манипулу. Не забудем проверить тестером напряжение на контактах лампы. Мало ли…
Внутри мы видим квантрон на станине. Снимаем квантрон, разбираем боковины, вытаскиваем активный элемент (АЭ) и видим вот это:
Рис. 5. Накипь на АЭ и на лампе.
Рис. 6. Накипь на отражателе.
Судя по всему, в систему охлаждения вместо дистиллированной воды заливали воду просто после фильтра Аквафор или подобного. Всё в накипи. Кидаем всё в лимонную кислоту до победного растворения. Кстати, отражатель этого квантрона керамический. Это очень хорошо. Такой отражатель практически вечный.
Станина, на которой расположено глухое зеркало и пилотный лазер (у меня он сгоревший):
Рис. 7. Станина квантрона.
Как можно заметить, юстируемое глухое зеркало. И пилотный лазер. Юстировка пилотного лазера — это просто песня. Минимализм во всём. :) Выходное зеркало навинчиваемое. В насадках как раз и находятся выходные зеркала.
Справа на рис. 7. можно увидеть интересную детальку. Вот она:
Рис. 8 Пассивный затвор.
Эта деталька и есть тот волшебный элемент, сокращающий время импульса до 8–10 нс. Называется эта штучка пассивный затвор. Пассивный — потому что бывают активные, управляемые электричеством затворы. А этот затвор, это какой-то из красителей, поглощающий излучение 1064 нм.
Как это работает
На рис. 9 показаны выпускавшиеся в СССР пассивные затворы (ПЛЗ — Пассивный Лазерный Затвор).
Рис. 9 Пассивные затворы производства СССР.
Итак, лимонная кислота сработала, стержень отмылся от накипи и стал выглядеть вот так:
Рис. 10 Активный элемент.
Позвольте, но он же… жёлтый! Выше я упоминал, что используется неодимовый лазер. А неодимовые кристаллы сиреневые. Почему же этот жёлтый? Всё дело в церии. В этот неодимовый стержень добавили именно его. Зачем? Чтобы поглотить УФ излучение импульсной ксеноновой лампы (оно вредно для неодимового стержня). Причём, не просто поглотить, но и переизлучить на других длинах волн и позволить ионам неодима использовать и это излучение, тем самым подняв КПД лазера!
Собираем квантрон обратно. Теоретически, после снятия квантрона неплохо бы переюстировать глухое зеркало. Но реально я этим заниматься не стал. Коэффициент усиления неодима весьма высок, так что как-то излучать лазер будет и с чуть-чуть смещённым стержнем. А для проверки работоспособности этого хватит.
Ах да, я же не показал, что там внутри силового блока! Открываем:
Рис. 11. Внутри силового блока.
Рис. 12. Внутри силового блока.
Ну что ж, тут мы видим систему охлаждения с бачком и помой. К трубке которой заботливо примотан термодатчик. Радиаторы. Блок питания пилотного лазера оригинальной истинно китайской конструкции: к обычному сетевому блоку питания припаяли сетевые провода и обильно залили термоклеем. Восхищён китайским гением! Мы видим на крышке контроллер управления. А на основании блоки питания: низковольтный (12 или 24 В, полагаю) и высоковольтный, заряжающий накопительный конденсатор. Конденсатор, кстати, полипропиленовый 100 мкФx1400 В.
Рис. 13. Накопительный конденсатор.
Давайте посмотрим, как устроен блок питания, заряжающий этот конденсатор.
Рис. 14. Плата блока питания.
Так. Интересно. Силовые транзисторы тут с обратной стороны платы. И какие же они там?
Рис. 15 Силовые транзисторы.
О! Всеми любимые IRFP460.
А давайте-как прорисуем топологию этого источника питания. Интересно же, как китайцы ограничивают ток зарядки конденсатора. А то я для этого планирую собирать LLC-преобразователь, а тут готовое решение. Что же там за схема может быть? А вот что:
Рис. 16. Топология силовой части.
Ого. Так китайцы просто поставили дроссель, ограничивающий ток, в первичку! Индуктивности я измерял в подключённом состоянии! Вероятно, они не очень верные. Но в целом, соотношение между обмотками дают. А до какого напряжения заряжается конденсатор? Так как это полумост, амплитуда напряжения на трансформаторе 325 В/2 = 162 В при питании от сетевого 230 В (325 В амплитудное). Значит, выходное напряжение 162 В * 4,65=756 В. Видимо, это и есть напряжение, до которого способен зарядиться боевой конденсатор. Значит, максимальная энергия будет 28–30 Дж. 30 Дж x 10 Гц = 300 Вт. Следовательно, эта игрушка кушает 330–350 Вт от сети. Никаких 900 Вт там и не пахнет! Это, кстати, согласуется с измерениями потребляемой мощности подобного устройства на lasers.org.ru:
Замерил ток потребления. На максимальной частоте импульсов 10Гц от сети кушает 1.65А, всего получается 363Вт.
Кстати, забегая вперёд: когда я дал вспышку без лампы, у меня в этом блоке питания выгорело два диода HER308 в выпрямителе высокого напряжения для заряда конденсатора. Так что имейте в виду, при поломке лампы прибор может быстро сломаться. Даже от одной вспышки без лампы.
Давайте ещё посмотрим на управляющий контроллер. Можно подумать, что вот эта плата на микроконтроллере с ядром 8051 и есть управляющий контроллер. А плата ниже дисплей. Но нет, вот эта плата на рис. 17. — это контроллер, опрашивающий датчики и запускающий импульсы. А управляет им практически компьютер (рис. 18.). Это именно он рисует все эти картинки на экране.
Рис. 17. Управляющий контроллер.
Рис. 18 Основной контроллер.
Как я уже говорил, эта игрушка пришла ко мне без насадок. Пришлось купить две насадки отдельно (по цене этой игрушки, кстати). Одна насадка обычная на 1064 нм. А вторая с кристаллом-удвоителем частоты на 532 нм. Вторая насадка применяется для удаления цветных татуировок (но не зелёных!). Есть ещё насадка на 1321 нм, но её я не покупал.
Вот что внутри насадки на 532 нм. Вот это — кристалл-удвоитель частоты.
Рис. 19. Кристалл-удвоитель частоты.
Эти кристаллы — элемент нелинейной оптики. Таких кристаллов известно много. Вот, например (картинка с laserkids.sourceforge.net):
Рис. 20. Различные кристаллы-удвоители частоты.
Какой из этих кристаллов установлен я сказать не могу. Но, вероятно, KDP или KTP (титанил-фосфат калия).
Вообще, для таких кристаллов нужна хорошая мощность. Модулятор добротности её как раз и даёт. Тем не менее, у меня эта насадка запустилась даже без модулятора. Мощности хватило и в свободной генерации.
Рис. 21. Генерация 532 нм.
Что ещё есть в этой насадке? Зеркало-линза. Было предположение, что это просто линза. Но на ней нарисовано направление отражения > и нанесено сиреневатое покрытие, как для зеркал на 1064 нм. Так что, видимо, эта линза своим торцом работает как зеркало.
Рис. 22. Зеркало-линза в насадке 532 нм.
Линза эта длиннофокусная. Она собирает излучение на коже (не в фокусе, а в пятно!) и обеспечивает большую безопасность работы с лазером (за счёт рассеяния излучения вне рабочей зоны). Да! Конечно же, для работы с лазером нужны защитные очки. Особенно, для режима модулированной добротности, где рассеянное излучение может быть опасно (так как мощность мегаватты)!
В насадке на 1064 нм стоит только одна зеркало-линза. Тут и показывать нечего в общем-то.
Итак, собираем всё обратно, даём импульс и…
Рис. 23. Импульс лазера.
Оно работает! И жжёт пластик. А с фокусировкой и оставляет следы на металле. Краску тоже снимает (но не любую). Татуировок у меня нет, так что на них проверить не получилось. Как оказалось, мой экземпляр часто перезапускает основной контроллер во время работы (ему мешает бросок тока при импульсе лампы). Перекладка проводов внутри силового блока решила эту проблему. Я думаю приспособить этот лазер для гравировки металла. Выглядит это как на КДПВ.
Разбираться с этой штуковиной мне помогали на lasers.org.ru: Лисёнок, SparkPower, Dnб Андрей1982. Спасибо им за помощь!
Всех с Новым годом! :)
Habrahabr.ru прочитано 1518 раз
