电磁铁型核磁共振波谱仪故障及分析

电磁铁型核磁共振波谱仪故障及分析
摘要：列出了一台富里叶变换脉冲核磁共振谱仪(电磁铁型)自安装日起始十余 年来运行中所出现的一系列故障，并对这些故障进行了分析讨论，得出了一些有实用价 值的结论。
中图分类号：TH 744．12 文献标识码：B 目前，各种各样的大型精密仪器已经应用到 社会、生产、科研、教学等各个领域。并在其中发 挥着越来越巨大的作用。大型精密仪器价格昂 贵、元器件密集、技术含量高、功能复杂。如何使 用好仪器，更好的发挥大型精密仪器的作用，发生器| 多用表| 验电笔| 示波表| 电流表| 钩表| 测试器| 电力计| 电力测量仪| 光度计| 电压计| 电流计| 是历 来被关心的问题[ 。搞好大型精密仪器的日 常维护和保养，是增加其使用效益、减少故障、延 长仪器的使用寿命必要措施，而仪器的日常维护 和保养措施的形成，是在对以往相似仪器故障及 其整个运行过程的了鹪基础之上建立起来的。 核磁共振谱仪作为一种大型精密仪器，其正 常工作涉及到声、光、水、电、磁、气、制冷等许多领 域[ ，对其故障的总结，可以为以后大型精密 仪器的维护、保养提供参考。随着科学技术的迅 速发展，一台仪器的使用寿命一般在十年左右，对 其十余年中出现的故障的总结与分析，基本代表 了仪器的整个“生命”过程。具有一定的现实意 义。

1 电磁铁核磁共振波谱仪基本组成 为了使对仪器有一个较全面的了解，现将主 结构用附图表示。 由核磁共振的基本原理知，磁场是核磁共振 渡谱仪必不可少的部件。目前，磁场的类型有三 种：永久磁铁、电磁铁和超导磁铁。把样品放人磁 场中，利用各种探头可以测得样品内所含分子的 结构信息的共振信号，送人计算机进行分析处理。 由于电磁铁核磁共振波谱仪是通电产生磁场，因 此使用制冷机带走磁铁线圈困通电而产生的热 薯盛 』 {l】 芝) 男，工程师 量。而辅助部分是为了一些特殊需要而设计的， 如：变温实验、三共振实验。控制台实现了仪器功 能的操作及监控，如去偶单元、氘锁单元等等。 附田电磁铁核振共振波谱位的结构框圃

2 核磁共振波谱仪故障分类统计及 分析 本仪器在l2年的运行过程中，共发生大小各 类故障百余次(附表略)。这些故障涉及到仪器的 各个方面。表1～表5从不同角度对仪器故障进 行了统计： 从表i可以看出：计算机系统的故障占 28．4％，再加上控制台出现的故障(控制台进包含 有一台辅助计算机)，仅此两项占到仪器故障的一 半以上．由此看出，计算机性能的好坏，依然是考 察此类仪器优劣的主要方面。另外，从仪器故障 类型看，有1／4的故障由灰尘和接触不良引起。 由于考虑到仪器的可维修性，此类仪器的集成电 路大量采用插件方式，这一方面为维修、更换器件 带来方便；但另一方面也带来了一些不利 素，那 就是由此而引起的仪器故障增多。由此还可以得 出另一个结论：仪器产生的一些故障，仅仅需要清 理一下灰尘，复位一下元器件即可解决问题，这在 维修计算机系统时尤为重要。由表1可以看出： 灰尘和接触不良给计算机系统带来的故障占到半 数以E。 表1 仪器组成部件故障分析f次教J 部 件 故障类型稳压计算辅助磁铁制冷控制 故障 机 总计【七率 电源系统系统系统系统台 ／％ 表2，表3是以时问顺序来考察仪器产生故 障的特点。从每年发生故障的次数分析，并没有 看到许多文献所介绍的仪器故障的“浴盆曲 线” 5 J，而是出现周期性的趋势：仪器在使用6年 左右出现一次故障高峰，在第十二年又开始出现 第二次故障高峰，这可以从如下几方面进行解释：
第一，“浴盆曲线”是在理想情况下得出的，它没有 考虑仪器的使用环境，例如灰尘的积聚是一个较 漫长的过程，当元器件上的灰尘积聚到一定程度 后(这个过程因环境而异，这里，估计为5～6年)， 仪器发生故障，但当清扫、复位后，灰尘重新开始 积聚，又需要较长的时闻，才能使仪器再次发生故 障。
第二，某些使用频繁的电子元器件(如：电位 器，继电器等)，特别是机械部件的使用寿命相对 较短(这里见到的周期是6～7年)，损坏后更换， 也会再维持基本相同的寿命。
第三，仪器的使用 寿命远远大于其更新寿命，仪器的使用寿命大于 十几年，而更新换代的寿命在十余年左右，仪器的 晚期故障期没有看到。第四，大型精密仪器自动 化程度高，任何一个元器件或机械部件损坏都有 可能使整个仪器瘫痪，虽然每一个元器件损坏的 几率很小，但由于仪器元器件、各种部件繁多，仪 器总体故障几率增大。第五，仪器故障的“浴盆曲 线”一词是从国外文献中翻译而来。发达国家，在 良好的实验条件下，仪器的更新换代周期一般在 十年，仪器在第一个故障高峰期(即8、9年)来到 时，已接近仪器的更新寿命，故能看到较符合规律 的仪器故障“浴盆曲线”。在国内，由于客观条件 的限制(如电压不稳、突然停电、灰尘和酸性空气 等实验环境条件相对较差)，仪器的第一个故障高 峰期提前来临(这里见到的是6年左右)，若维修 条件较差，则仪器已进入报废期；若维修条件好， 可使仪器得到良好的维修，进入第二个低故障期。 因此，若不考虑仪器的技术更新因素，在第一个故 障高峰期，大型精密仪器进行一次较全面的大修， 对延长仪器的使用寿命是非常有必要也是切实可 行的。 从上述表中还可以看出：一些可动机械电子 部件的寿命一般在5～7年，比常规部件的老化寿 命要短得多，这种部件的质量对整个仪器的使用 效率影响很大，在日常维护备件时必须优先考虑。 表4 物理参量故障分析f次数} 从表4可以看出，电磁参量是大型精密仪器 故障的主要方面，其次为灰尘、机械，水路、气路及 光学部件。 0 4 ● 0 2 5 皿 0 3 0 4 0 2 9 0 2 2 0 O 2 6 3 2 ： 0 2 9 0 3 ● 2 3 m 0 4 l 2 O 2 9 ， 2 ， 5 n 0 3 2 2 3 2 坦 0 2 2 0 2 3 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 复时间216 3 55 2 7 3 9 7 6 7 9 0 47 7 8 8郊6 8 7 32 8 8 表5是仪器年平均修复时间分析，仪器从发 生故障到恢复正常的时间即平均修复时间MT TR(me~ time to repair)，是仪器可维性的重要参 考指标。从表5的分析来看，仪器的平均修复时 间在早期较长、中期较短，而进人后期又出现增加 的趋势。这可以解释如下：仪器的维修与维修人 员对仪器的熟练程度密切相关，在早期，由于维修 与使用人员对贵重仪器比较陌生，查找故障、阅读 资料时间较长，当对仪器有一定的了解之后，修复 时间自然缩短；在后期，仪器维修时间又出现增 加，是由于仪器的专用元器件问题，经过近十年的 消耗，仪器的备用件已消耗殆尽，当专用件损坏而 又没有备件的情况下，仪器的维修将会陷人困境， 花费时间将大大加长，由此可见，专用件的备件问 题是仪器维修的重要问题。

3 结论
(1)计算机性能是考察大型精密仪器的重要 指标，计算机系统的故障在整个大型精密仪器故 障中占有最大的比例。
(2)对存有大量接插器件的大型精密仪器， 由灰尘、接触不良而引起的故障占较大比重，因 此，在维修仪器时，可以先对线路板进行清扫和复 位，有可能迅速排除故障。
(3)仪器的故障“浴盆曲线”具有理论分析的 价值，在实际应用时应考虑仪器的实际使用及环 境条件。
(4)仪器使用7年左右，在第一个故障高峰 期来临时，对大型精密仪器进行一次较全面的大 修，对延长仪器的使用寿命是非常有必要也是切 实可行的。
(5)维修人员对仪器的熟练程度是缩短仪器 MTTR的重要因素。
(6)当大型精密仪器使用一段时间，仪器接 近更新换代时，此时生产厂家已无老仪器的备件， 专用件的备件问题将成为影响仪器MTTR的重 要因素。