電磁鐵型核磁共振波譜儀故障及分析

電磁鐵型核磁共振波譜儀故障及分析
摘要：列出了一臺(tái)富里葉變換脈沖核磁共振譜儀(電磁鐵型)自安裝日起始十余 年來運(yùn)行中所出現(xiàn)的一系列故障，并對(duì)這些故障進(jìn)行了分析討論，得出了一些有實(shí)用價(jià) 值的結(jié)論。
中圖分類號(hào)：TH 744．12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 目前，各種各樣的大型精密儀器已經(jīng)應(yīng)用到 社會(huì)、生產(chǎn)、科研、教學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。并在其中發(fā) 揮著越來越巨大的作用。大型精密儀器價(jià)格昂 貴、元器件密集、技術(shù)含量高、功能復(fù)雜。如何使 用好儀器，更好的發(fā)揮大型精密儀器的作用，發(fā)生器| 多用表| 驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)| 是歷 來被關(guān)心的問題[ 。搞好大型精密儀器的日 常維護(hù)和保養(yǎng)，是增加其使用效益、減少故障、延 長(zhǎng)儀器的使用壽命必要措施，而儀器的日常維護(hù) 和保養(yǎng)措施的形成，是在對(duì)以往相似儀器故障及 其整個(gè)運(yùn)行過程的了鷦基礎(chǔ)之上建立起來的。 核磁共振譜儀作為一種大型精密儀器，其正 常工作涉及到聲、光、水、電、磁、氣、制冷等許多領(lǐng) 域[ ，對(duì)其故障的總結(jié)，可以為以后大型精密 儀器的維護(hù)、保養(yǎng)提供參考。隨著科學(xué)技術(shù)的迅 速發(fā)展，一臺(tái)儀器的使用壽命一般在十年左右，對(duì) 其十余年中出現(xiàn)的故障的總結(jié)與分析，基本代表 了儀器的整個(gè)“生命”過程。具有一定的現(xiàn)實(shí)意 義。

1 電磁鐵核磁共振波譜儀基本組成 為了使對(duì)儀器有一個(gè)較全面的了解，現(xiàn)將主 結(jié)構(gòu)用附圖表示。 由核磁共振的基本原理知，磁場(chǎng)是核磁共振 渡譜儀必不可少的部件。目前，磁場(chǎng)的類型有三 種：永久磁鐵、電磁鐵和超導(dǎo)磁鐵。把樣品放人磁 場(chǎng)中，利用各種探頭可以測(cè)得樣品內(nèi)所含分子的 結(jié)構(gòu)信息的共振信號(hào)，送人計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。 由于電磁鐵核磁共振波譜儀是通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，因 此使用制冷機(jī)帶走磁鐵線圈困通電而產(chǎn)生的熱 薯盛 』 {l】 芝) 男，工程師 量。而輔助部分是為了一些特殊需要而設(shè)計(jì)的， 如：變溫實(shí)驗(yàn)、三共振實(shí)驗(yàn)�？刂婆_(tái)實(shí)現(xiàn)了儀器功 能的操作及監(jiān)控，如去偶單元、氘鎖單元等等。 附田電磁鐵核振共振波譜位的結(jié)構(gòu)框圃

2 核磁共振波譜儀故障分類統(tǒng)計(jì)及 分析 本儀器在l2年的運(yùn)行過程中，共發(fā)生大小各 類故障百余次(附表略)。這些故障涉及到儀器的 各個(gè)方面。表1～表5從不同角度對(duì)儀器故障進(jìn) 行了統(tǒng)計(jì)： 從表i可以看出：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的故障占 28．4％，再加上控制臺(tái)出現(xiàn)的故障(控制臺(tái)進(jìn)包含 有一臺(tái)輔助計(jì)算機(jī))，僅此兩項(xiàng)占到儀器故障的一 半以上．由此看出，計(jì)算機(jī)性能的好壞，依然是考 察此類儀器優(yōu)劣的主要方面。另外，從儀器故障 類型看，有1／4的故障由灰塵和接觸不良引起。 由于考慮到儀器的可維修性，此類儀器的集成電 路大量采用插件方式，這一方面為維修、更換器件 帶來方便；但另一方面也帶來了一些不利 素，那 就是由此而引起的儀器故障增多。由此還可以得 出另一個(gè)結(jié)論：儀器產(chǎn)生的一些故障，僅僅需要清 理一下灰塵，復(fù)位一下元器件即可解決問題，這在 維修計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)尤為重要。由表1可以看出： 灰塵和接觸不良給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶來的故障占到半 數(shù)以E。 表1 儀器組成部件故障分析f次教J 部 件 故障類型穩(wěn)壓計(jì)算輔助磁鐵制冷控制 故障 機(jī) 總計(jì)【七率 電源系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)臺(tái) ／％ 表2，表3是以時(shí)問順序來考察儀器產(chǎn)生故 障的特點(diǎn)。從每年發(fā)生故障的次數(shù)分析，并沒有 看到許多文獻(xiàn)所介紹的儀器故障的“浴盆曲 線” 5 J，而是出現(xiàn)周期性的趨勢(shì)：儀器在使用6年 左右出現(xiàn)一次故障高峰，在第十二年又開始出現(xiàn) 第二次故障高峰，這可以從如下幾方面進(jìn)行解釋：
第一，“浴盆曲線”是在理想情況下得出的，它沒有 考慮儀器的使用環(huán)境，例如灰塵的積聚是一個(gè)較 漫長(zhǎng)的過程，當(dāng)元器件上的灰塵積聚到一定程度 后(這個(gè)過程因環(huán)境而異，這里，估計(jì)為5～6年)， 儀器發(fā)生故障，但當(dāng)清掃、復(fù)位后，灰塵重新開始 積聚，又需要較長(zhǎng)的時(shí)聞，才能使儀器再次發(fā)生故 障。
第二，某些使用頻繁的電子元器件(如：電位 器，繼電器等)，特別是機(jī)械部件的使用壽命相對(duì) 較短(這里見到的周期是6～7年)，損壞后更換， 也會(huì)再維持基本相同的壽命。
第三，儀器的使用 壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其更新壽命，儀器的使用壽命大于 十幾年，而更新?lián)Q代的壽命在十余年左右，儀器的 晚期故障期沒有看到。第四，大型精密儀器自動(dòng) 化程度高，任何一個(gè)元器件或機(jī)械部件損壞都有 可能使整個(gè)儀器癱瘓，雖然每一個(gè)元器件損壞的 幾率很小，但由于儀器元器件、各種部件繁多，儀 器總體故障幾率增大。第五，儀器故障的“浴盆曲 線”一詞是從國(guó)外文獻(xiàn)中翻譯而來。發(fā)達(dá)國(guó)家，在 良好的實(shí)驗(yàn)條件下，儀器的更新?lián)Q代周期一般在 十年，儀器在第一個(gè)故障高峰期(即8、9年)來到 時(shí)，已接近儀器的更新壽命，故能看到較符合規(guī)律 的儀器故障“浴盆曲線”。在國(guó)內(nèi)，由于客觀條件 的限制(如電壓不穩(wěn)、突然停電、灰塵和酸性空氣 等實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件相對(duì)較差)，儀器的第一個(gè)故障高 峰期提前來臨(這里見到的是6年左右)，若維修 條件較差，則儀器已進(jìn)入報(bào)廢期；若維修條件好， 可使儀器得到良好的維修，進(jìn)入第二個(gè)低故障期。 因此，若不考慮儀器的技術(shù)更新因素，在第一個(gè)故 障高峰期，大型精密儀器進(jìn)行一次較全面的大修， 對(duì)延長(zhǎng)儀器的使用壽命是非常有必要也是切實(shí)可 行的。 從上述表中還可以看出：一些可動(dòng)機(jī)械電子 部件的壽命一般在5～7年，比常規(guī)部件的老化壽 命要短得多，這種部件的質(zhì)量對(duì)整個(gè)儀器的使用 效率影響很大，在日常維護(hù)備件時(shí)必須優(yōu)先考慮。 表4 物理參量故障分析f次數(shù)} 從表4可以看出，電磁參量是大型精密儀器 故障的主要方面，其次為灰塵、機(jī)械，水路、氣路及 光學(xué)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 復(fù)時(shí)間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是儀器年平均修復(fù)時(shí)間分析，儀器從發(fā) 生故障到恢復(fù)正常的時(shí)間即平均修復(fù)時(shí)間MT TR(me~ time to repair)，是儀器可維性的重要參 考指標(biāo)。從表5的分析來看，儀器的平均修復(fù)時(shí) 間在早期較長(zhǎng)、中期較短，而進(jìn)人后期又出現(xiàn)增加 的趨勢(shì)。這可以解釋如下：儀器的維修與維修人 員對(duì)儀器的熟練程度密切相關(guān)，在早期，由于維修 與使用人員對(duì)貴重儀器比較陌生，查找故障、閱讀 資料時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)對(duì)儀器有一定的了解之后，修復(fù) 時(shí)間自然縮短；在后期，儀器維修時(shí)間又出現(xiàn)增 加，是由于儀器的專用元器件問題，經(jīng)過近十年的 消耗，儀器的備用件已消耗殆盡，當(dāng)專用件損壞而 又沒有備件的情況下，儀器的維修將會(huì)陷人困境， 花費(fèi)時(shí)間將大大加長(zhǎng)，由此可見，專用件的備件問 題是儀器維修的重要問題。

3 結(jié)論
(1)計(jì)算機(jī)性能是考察大型精密儀器的重要 指標(biāo)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的故障在整個(gè)大型精密儀器故 障中占有最大的比例。
(2)對(duì)存有大量接插器件的大型精密儀器， 由灰塵、接觸不良而引起的故障占較大比重，因 此，在維修儀器時(shí)，可以先對(duì)線路板進(jìn)行清掃和復(fù) 位，有可能迅速排除故障。
(3)儀器的故障“浴盆曲線”具有理論分析的 價(jià)值，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮儀器的實(shí)際使用及環(huán) 境條件。
(4)儀器使用7年左右，在第一個(gè)故障高峰 期來臨時(shí)，對(duì)大型精密儀器進(jìn)行一次較全面的大 修，對(duì)延長(zhǎng)儀器的使用壽命是非常有必要也是切 實(shí)可行的。
(5)維修人員對(duì)儀器的熟練程度是縮短儀器 MTTR的重要因素。
(6)當(dāng)大型精密儀器使用一段時(shí)間，儀器接 近更新?lián)Q代時(shí)，此時(shí)生產(chǎn)廠家已無老儀器的備件， 專用件的備件問題將成為影響儀器MTTR的重 要因素。